Звукопоглощающие материалы для низких частот, щиты бекеши - Часть 11

Звукопоглощающие материалы для низких частот, щиты бекеши - Часть 11

 

Одна из основных акустических проблем при создании залов домашнего кинотеатра или комнат прослушивания – резонансы низких частот, не устраняемые никакими звукопоглощающими материалами. Помещения для музыки и просмотра фильмов в большинстве своем имеют прямоугольную форму с тремя парами параллельных поверхностей (4 стены, пол и потолок). В итоге в большинстве прямоугольных помещений имеются три явно выраженные резонанса как раз на низких частотах. Их частоты связаны с расстоянием между стенами, и они тем ниже, чем больше размеры помещения. К основным резонансам добавляются кратные их частотам - высшие гармоники. Вот такой низкочастотный «букет» получается в комнате прямоугольной формы, гордо именуемой «залом домашнего кинотеатра». Выражается этот «букет» в резком усилении отдельных частот при ходьбе по залу, наличие в определенных местах «гудения» и провалов на НЧ, не выправляемые даже мощным сабвуфером. Избавиться от этих явлений можно несколькими способами, и это не традиционно практикуемая шумоизоляция стен:  

 

  • Способ кардинальный – уход от прямоугольной формы помещения и плоского потолка, по примеру комнат прослушивания студии звукозаписи. Редко реализуем т.к. залы домашних кинотеатров строятся в квартирах и коттеджах, где большинство помещений имеют плоский пол, потолок и расположенные под 90 град. стены. Если под зал домашнего кинотеатра выделяется мансарда с двускатной или односкатной крышей, для акустики - уже лучше;
  • Способ «4 сабвуфера» основанный на том, что у задней стены устанавливаются 2 дополнительных сабвуфера, включенные в противофазе к двум основным, стоящим около экрана. В результате низкие частоты, достигающие этих двух сабвуферов - поглощаются и возникает эффект отсутствия задней стены (эффект дырки);
  • Способ компромиссный по стоимости в сравнении с двумя предыдущими – применение звукопоглощающих материалов и конструкций именно для низких частот. Известно несколько таких способов, применяемых в критичных местах комнат прослушивания и залов, где гладкая АЧХ на низких частотах особенно важна. Эти способы основаны на резонансе.

 

Про резонансные способы поглощения и поговорим. Про непрямоугольную форму помещения и «4 сабвуфера» есть отдельные статьи, которые можно найти по ссылкам в конце страницы.

Резонансный способ поглощения низких частот коренным образом отличается от шумоизоляции стен звукопоглощающими материалами. Он достаточно прост в реализации, недорог и часто применяем при создании студий звукозаписи или аналогичных по назначению помещений.

При возбуждении звуковыми волнами резонанса в какой-либо плоской поверхности (мембране), эта поверхность начинает колебаться и отбирать энергию звуковых волн как раз на частоте резонанса. Если механические колебания мембраны превратить в тепло, то звуковое давление на частоте резонанса - снизится. Плоская поверхность вместе с рамой представляет собой колебательную систему, а в качества преобразователя энергии механических колебаний в тепло выступает слой звукопоглощающего материала.

Уровень гашения энергии звуковых волн зависит не от толщины слоя звукопоглощающего материала, а от добротности колебательной системы. Чем она выше, тем амплитуда колебаний мембраны больше и отбор энергии звуковых волн на резонансной частоте – сильнее. Правда при высокой добротности страдает ширина поглощаемого диапазона частот. Высокодобротные системы узкополосны, хоть и обеспечивают максимальное поглощение какой-то определенной частоты.

 

Щиты Бекеши

 

Впервые тандемные конструкции из мембраны и слоя звукопоглощающего материала применил Г. Бекеши, и соответственно все резонансные системы, предназначенные для поглощения низких частот, традиционно называют его именем.

Так называемые «Щиты Бекеши» представляют собой деревянные рамы достаточно внушительных габаритов закрытые с одной стороны мембраной из туго натянутого авиационного полотна, клеенкой или тонким ДВП, оргалитом и т.д. Рама крепится на стене в месте пучности низких частот. Между стеной и мембраной должно быть расстояние порядка 10-20 см. В этот промежуток устанавливается звукопоглощающий материал в виде плиты из минеральной ваты толщиной 50-100 мм. Еще раз повторюсь – звукопоглощающий материал, это не шумоизоляция стен, а преобразователь механической энергии колебания мембраны в тепло.

Щит бекеши имеет явно выраженные резонансные свойства. Частота его резонанса зависит от физического размера, толщины мембраны, примененного для месмбраны материала и силы натяжения. Частота резонанса колебательной системы также зависит от веса мембраны (отношением массы к единице площади) и упругостью объема воздуха между мембраной и стеной. Если частота падающего на мембрану звуковой волны близка (или кратна ей) к резонансной частоте мембраны в ней возбуждаются колебания. Энергия звуковых волн преобразуется в механические колебания мембраны, которые в свою очередь переводятся в тепло слоем звукопоглощающего материала.

Резонансная частота, на которой поглощение энергии звуковых волн максимально, может быть сделана достаточно низкой. Щиты бекеши хорошо работают как раз на низких частотах.

Значительное поглощение энергии колебаний низких частот, наблюдаемое в больших залах, отделанных деревянными панелями, объясняется именно их резонансными свойствами. Роль активного сопротивления здесь играет не слой звукопоглощающего материала между стеной и панелями, а внутреннее трение, возникающее при деформации панелей.

 

Практическое применения щитов Бекеши

 

Для улучшения акустики помещения и «дозирования» первых отражений применяют именно «Щиты Бекеши». Эти довольно большие по площади деревянные конструкции, хорошо поглощают энергию звуковых волн не только низких частот (на одной – резонансной частоте), но и к счастью - средних и высоких частот.

Как правило «Щит Бекеши» - это деревянная рама из досок шириной 100-120 мм, висящая на стене, либо встроенная в нее заподлицо. Внутри рамы находится звукопоглощающий материал: плотное базальтовое волокно, минеральная вата, поролон и другие похожие по свойствам материалы не очень высокой (50-100 кг/куб.м.) плотности.

Лицевая поверхность «Щита Бекеши» закрыта натянутой PVC мембраной плотностью 270-450 г/м.кв. Мембрана имеет собственную резонансную частоту, зависящую от ее физических размеров, толщины материала и силы натяжения. Обычно частота собственного резонанса мембраны (при габаритах конструкции 1200х2500 мм) находится в районе 27-42 Гц и имеет среднюю добротность. На резонансной частоте и кратных ей частотах, мембраны у «Щита Бекеши» имеется ярко выраженный пик поглощения звуковой энергии.

В дополнение к низким, также неплохо гасятся средние частоты расположенным под мембраной слоем звукопоглощающего материала. Коэффициент ослабления средних частот задается глубиной щита бекеши, и плотностью звукопоглощающего материала.

Для поглощения высоких частот на мембрану можно наклеить мягкий наружный слой. Применяя разные покрытия мембраны можно влиять на коэффициент поглощения высоких частот.

Таким образом «Щит Бекеши» представляет собой комбинированный акустический элемент для поглощения первых отражений в довольно широком диапазоне частот, а по сути является трех-диапазонным звукопоглотителем. Кроме преимущественного поглощения низких частот, панель бекеши влияет на уровень реверберации в помещении и скорость затухания «порхающего эха». В меньшей степени он устраняет подгуживание помещения на низких частотах.

 

Планировка помещения по низким частотам

 

Важнейшее место в борьбе за качественный звук занимает проблема баса, которая проявляется в резкой неравномерности уровня низких частот в комнате прослушивания. Неравномерность басового диапазона слышна выпиранием отдельных частот, неистовым «гудежом» сабвуфера, либо провалами, когда явно ощущается «глотание» отдельных нот и НЧ звуков.

Стандартные методы коррекции недостатков акустики помещения эквалайзерами, входящими в состав современных ресиверов домашнего кинотеатра, настраиваемых автоматически – помогают мало. Убирать выпячивание и провалы определенных частот эквалайзером сродни лечению симптомов таблетками, вместо поиска причин заболевания в медицине.

Второй традиционный способ НЧ коррекции – таскать сабвуфер по помещению в поисках лучшего места и наиболее ровной результирующей АЧХ системы сабвуфер/комната, тоже – полумера. Тут скорее всего придется искать место не только сабвуферу, а и двум фронтальным колонкам и соответственно - дивану и экрану…

Можно применять резонаторы Гельмгольца, имеющие от природы – низкую добротность и как следствие – недостаточную эффективность при высокой цене.

Резюмируя можно сказать, что методов коррекции НЧ в комнате прослушивания существует масса, но подходить к ним желательно не в конце ремонта, когда «шторы», а при строительстве, чтобы получить заведомо прогнозируемый, качественный и недорогой результат. Планировка помещения прослушивания обычно преследует цели:

 

  • Избавиться от влияния на неравномерность низких частот элементов «коробки» стен и потолков, которые изготовляются из не предназначенных для акустических целей гипсокартона и натяжных поверхностей. Замена гипсокартоных стен на массивный кирпич, а гипсокартонного потолка на акустический с перфорацией, ситуацию по НЧ и СЧ меняет кардинально;
  • Создать условия для формирования максимально равномерного поля в низкочастотном диапазоне, для чего уходить от параллельных стен и ровных потолков;
  • Для устранения «звона» на высоких частотах и «порхающего эха» применять мягкие материалы для шумоизоляции стен, пола и потолка.

 

Сильное увлечение подобными методами акустической коррекции (в комплексе) может привести к обеднению отдельных частот и в особенности – баса. Есть приемы, позволяющие не подавлять пучности в помещении щитами Бекеши, звукопоглощающими материалами и другими акустическими конструкциями, а обогатить бас и выровнять АЧХ на низких частотах – архитектурно.

 

Ступенчатый потолок

 

Если у помещения есть достаточный запас по высоте, можно создать ступенчатый потолок со специально просчитанным перепадом высот и площадью «ступеней». Ступени на потолке можно строить с таким шагом, чтобы резонансная частота между каждой ступенью и полом отличалась от соседней на 5-8 Гц. Таким образом получаем «гребенку» резонансных пучностей, разбивая одну резонансную частоту большой амплитуды (в случае единого потолка) на 8-14 равномерно распределенных по диапазону. В результате выравниваем АЧХ комнаты и обогащаем звучание низких частот равномерным рядом локальных резонансов.

Метод - действенный, но требует правильного расчета и приличных архитектурных работ. Кстати, ступени можно скрыть акустически прозрачным натяжным потолком, и примерно такой же эффект получается при устройстве ступеней не на потолке, а на стенах. «Высший пилотаж» это откорректировать параллельные плоскости в соответствии с кривыми равной громкости. Тогда в помещении без применения звукопоглощающих материалов можно получить ровный по отдаче и мощнейший бас.

 

Басклинер

 

Не так давно практикующий инженер акустик А. Гнутик разработал «хитрую» и недорогую конструкцию, позволяющую улучшить акустику комнаты прослушивания на низких частотах без сложных в расчете, дорогостоящих ступенчатых потолков и перестройки стен в непараллельные форматы.

Свой инструмент он назвал «Басклинером», а работает он на хорошо известном резонансном методе (как у щитов бекеши) поглощения звуковых волн определенной частоты.

Басклинер представляет собой отрезок трубы большого диаметра и длины с гладкими стенками. Работает он так: в помещении в какой-нибудь точке есть «подъем» звучания на определенной частоте, именуемый «стояком». Для этой частоты экспериментально подбирается длина трубы Басклинера и угол открытия диафрагм. При установке Басклинера в месте, где наблюдается «стояк» и есть максимум колебательной скорости воздуха, наблюдается резкое поглощение энергии звуковых волн и выравнивание звукового поля по амплитуде. Причем, чем более высокая добротность «стояка», тем эффективнее применение Басаклинера.

Настройка Басклинера начинается с поиска максимальной неоднородности низкочастотного поля, это сильный подъем или провал слышимости на одной частоте. Поиск можно производить на слух или с помощью измерительного микрофона, включив генератор низких частот. После нахождения такой «пучности» подбирается высота Басклинера в соответствии с графиком на рисунке. Басклинер устанавливается в области пучности и небольшими перемещениями находится его оптимальное расположение как по азимуту, так и по высоте по максимальному поглощению звуковой энергии. Путем изменения открытия сначала нижней, а затем и верхней диафрагмы добиваемся максимума поглощения.

После фиксации положения Басклинера и диафрагм место фронтальной акустики и сабвуфера менять нельзя.

К сожалению, Басклинер не панацея, а один из инструментов коррекции низких частот в комнате прослушивания. Бывают ситуации, когда в помещении наблюдаются множественные неоднородности НЧ поля, требующие применения несуразно большого количества Басклинеров. Тут нужно думать о решении проблемы не «в лоб» десятком Басклинеров, а про другие методы.

 

Ссылки по теме

 

 

Автор: Виталий Аовокс Опубликовано: aovox Звукопоглощающие материалы для низких частот, щиты бекеши - Часть 11 Звукопоглощающие материалы для низких частот, щиты бекеши - Часть 11 Щит бекеши своими руками фото. Поделитесь новостью Щит бекеши своими руками с друзьями!
Щит бекеши своими руками 83
Щит бекеши своими руками 59
Щит бекеши своими руками 8
Щит бекеши своими руками 69
Щит бекеши своими руками 32
Щит бекеши своими руками 41
Щит бекеши своими руками 44
Щит бекеши своими руками 84
Щит бекеши своими руками 4
Щит бекеши своими руками 74
Щит бекеши своими руками 70
Щит бекеши своими руками 10
Щит бекеши своими руками 53
Щит бекеши своими руками 95
Щит бекеши своими руками 38
Щит бекеши своими руками 16
Щит бекеши своими руками 77
Щит бекеши своими руками 57
Щит бекеши своими руками 74
Щит бекеши своими руками 38