Akustyka pomieszczenia i sposoby jej korygowania

Nawet najlepszy system audio nie będzie brzmiał dobrze, jeśli akustyka pomieszczenia, w którym zostanie zainstalowany będzie, delikatnie mówiąc, nieodpowiednia. Na szczęście są rozmaite sposoby na to, by ją skorygować. Pomocne może okazać się nawet właściwe umeblowanie, zaaranżowanie wnętrza. Można też wykonać profesjonalną adaptację akustyczną. W wielu wypadkach skutecznym rozwiązaniem będą automatyczne systemy korekcji akustyki, które obsługiwane są przez różnorodne urządzenia audio.

Funkcja automatycznej korekcji akustyki pomieszczenia jest popularna zwłaszc za zestawach kina domowego. Najczęściej są w nią wyposażone amplitunery, a także przedwzmacniacze wielokanałowe. Rozwiązanie to pomaga skorygować m.in. niedokładności w rozstawieniu poszczególnych kolumn systemu audio. Im bardziej rozbudowany zestaw nagłośnieniowy, tym przeprowadzenie kalibracji za pomocą dostępnego systemu automatycznej korekcji akustyki jest bardziej uzasadnione.

Zanim jednak skorzystamy z dobrodziejstw cyfrowego przetwarzania sygnałów i odpowiedniego oprogramowania, warto zadbać, aby pomieszczenie odsłuchowe miało właściwą akustykę. Umożliwia ona uzyskanie odpowiedniej sceny dźwiękowej, zarówno jeśli chodzi o jej szerokość, jak i brzmienie. Dobrze ukształtowana akustyka pomieszczenia i rozchodzące się prawidłowo fale akustyczne zapewnią dobre warunki do odsłuchu nie tylko w jednym punkcie pomieszczenia, ale na stosunkowo dużym obszarze. Jest to istotne np. w domowych salach kinowych. Odpowiednio dobrany pogłos pozwoli ponadto na właściwą identyfikację i lokalizację źródeł dźwięku odtwarzanych z poszczególnych kanałów (kolumn głośnikowych) systemu audio.

Krótko o adaptacji akustycznej

Adaptacja akustyczna nie jest tak prostym zadaniem, jak mogłoby się wydawać. Najtrudniejsze do ujarzmienia są równoległe powierzchnie i miejsca pierwszych odbić dźwięku. Należy pamiętać, by adaptację akustyczną rozpoczynać wówczas, kiedy znane będzie już miejsce, w którym rozstawiony zostanie system audio. Późniejsza zmiana jego ustawienia, np. przestawienie na przeciwległą ścianę, może całkowicie zniweczyć poświęcony czas i pieniądze przeznaczone na wykonanie aranżacji akustycznej.

Wiele osób nie decyduje się na instalowanie jakichkolwiek ustrojów akustycznych w pomieszczeniu nie ze względu na koszty, ale na niechęć do zmiany aranżacji wnętrza. Często potrzebny jest kompromis między dotychczasowym umeblowaniem pomieszczenia a dodatkowymi elementami, których instalacja ma poprawić akustykę wnętrza. Pamiętajmy, jednak, że nie zawsze musi być konieczna adaptacja całego pomieszczenia. Czasem wystarczy zadbać o poszczególne ściany czy sufit, a niekiedy tylko rozstawić odpowiednie ustroje akustyczne w kluczowych miejscach pomieszczenia. Wszystko zależy od wcześniejszej analizy rozchodzenia się dźwięku w pomieszczeniu, która powinna poprzedzać profesjonalnie wykonaną adaptację akustyczną.

Pomieszczenie odsłuchowe nie może być ani nadmiernie wytłumione, ani też zbyt mocno rozpraszać dźwięku wytwarzanego przez kolumny głośnikowe. Duże rozpraszanie powoduje, że do ucha słuchacza dociera zbyt dużo fal dźwiękowych odbitych, co ma wpływ m.in. na niewłaściwe postrzeganie głośności i przestrzenności odtwarzanego sygnału audio.

Wymiary też ważne

Dźwięk będzie inaczej docierał do odbiorcy, jeśli pomieszczenie będzie miało szerokość o wiele większą niż długość, a inaczej, gdy sytuacja będzie odwrotna, tzn. długość pomieszczenia będzie znacznie większa niż szerokość. Istotna jest również odległość słuchacza od systemu głośnikowego. Im jest ona większa, tym istotniejszą rolę zaczynają odgrywać fale odbite od ścian, podłogi i sufitu niż fala bezpośrednia (dźwięk docierający do słuchacza z kolumn głośnikowych bez dodatkowych odbić). W zakresie niskich częstotliwości pasma akustycznego może się pojawiać tzw. echo trzepoczące. Dźwięk w ywoływany przez to zjawisko przypomina trzepot ptasich skrzydeł (stąd to określenie). Jest to powtarzająca się wielokrotnie sekwencja odbić fali pomiędzy refleksyjnymi płaszczyznami. Wynika ono najczęściej z równoległości ścian, od których odbija się dźwięk. Echo trzepoczące najczęściej spotykane jest w niewielkich pomieszczeniach odsłuchowych. „Lekarstwem” na to niepożądane zjawisko może być wyłożenie jednej ze ścian materiałem pochłaniającym dźwięk. Należy jednak mieć na względzie proporcje między wytłumieniem poszczególnych ścian. Zbyt duże wytłumienie prawej lub lewej strony pomieszczenia może zaburzyć symetrię sygnału stereofonicznego.

Odpowiedniej korekcji akustyki pomieszczenia wymagają często zwłaszcza duże przestrzenie mieszkalne, niezależnie od tego czy wykorzystujemy w nich system audio z kolumnami podłogowymi, czy z głośnikami do zabudowy. (Fot. Martin Logan)

Kolumny i odległość

Pamiętajmy, że na poziom niskich tonów ma wpływ także odległość kolumn głośnikowych od ściany pomieszczenia. Jest to istotne zwłaszcza w tedy, gdy otwór bass-reflex w kolumnie znajduje się z tyłu obudowy. Im bliżej ściany będzie znajdowała się kolumna głośnikowa tym większa szansa na to, że niskie tony ulegną wzmocnieniu. Zapobiec temu może odpowiednie wytłumienie tylnej ściany (znajdującej się za systemem odsłuchowym).

Dobrze jest, jeśli pomiędzy kolumnami a słuchaczem nie będą znajdowały się dodatkowe przeszkody, nawet w postaci stołu czy ławy, nawet jeśli przykryte są obrusem. Płaska powierzchnia blatu również może być dodatkowym elementem, od którego w niepożądany sposób będzie odbijał się dźwięk wytwarzany przez głośniki w kolumnach.

Rodzaje ustrojów akustycznych

W korygowaniu akustyki pomieszczenia wykorzystuje się rozmaite ustroje akustyczne. Do najpopularniejszych należą absorbery, dyfuzory i pułapki basowe. Pomagają one odpowiednio „ukształtować” dźwięk odbity, zanim ten dotrze do miejsca odsłuchu i znajdującego się w nim odbiorcy.

Absorbery odpowiadają za pochłanianie fali akustycznej. Sprawiają, że do słuchacza dociera mniej dźwięków odbitych. Mogą to być np. pianki akustyczne, korek naturalny, mech naturalny, wełna mineralna, filc, torf akustyczny, drewno perforowane.

Dyfuzory umożliwiają rozpraszanie generowanej przez głośnik fali akustycznej. Ich działanie sprawia, że ściany przestają być „równoległe” i w równym stopniu odbijać i rozpraszać dźwięk. Dyfuzory powodują poszerzenie sceny dźwiękowej. Słuchacz ma wrażenie, że pomieszczenie jest bardziej przestrzenne akustycznie. Wytwarza się wiele pozornych źródeł dźwięku. Dyfuzory montowane na suficie mogą słuchaczowi dostarczyć prawdziwego „prysznica dźwiękowego”, rozpraszając dźwięk odbity od sufitu praktycznie po całym pomieszczeniu odsłuchowym. Dźwięk rozpraszany powinien jednak mieć dość wyrównaną charakterystykę częstotliwościową.

Trzecim ze wspomnianych rodzajów ustrojów akustycznych są pułapki basowe. Zmniejszają one zjawisko dudnienia niskich tonów i zwiększają ich dynamikę w odtwarzanym sygnale audio. Ponadto pomagają redukować nierówności w rozprzestrzenianiu się basu w pomieszczeniu.

Jak nie poprawiać akustyki

Użytkownicy systemów audio bardzo często decydują się na poprawę akustyki pomieszczenia we własnym zakresie. Nie zawsze jednak przynosi to oczekiwane rezultaty. Przede wszystkim należy pamiętać, aby dobierać możliwości sprzętu (np. pod względem mocy) do wielkości pomieszczenia. Ważne są też poszczególne wymiary pomieszczenia. Istnieją nawet pewne „złote proporcje”, ale w praktyce trudno zadbać o taką, a nie inną kubaturę, chyba że budujemy pomieszczenie odsłuchowe od początku. Wówczas warto zatroszczyć się o akustykę już na tym etapie.

Błędem jest brak odpowiedniego ustawienia kolumn głośnikowych względem miejsca odsłuchu, zarówno jeśli chodzi o brak symetrii, jak i niewłaściwie dobraną wysokość umiejscowienia głośników. Przy instalowaniu różnorodnych ustrojów akustycznych nie należy zapominać o adaptacji podłogi i sufitu. Są to dwie duże powierzchnie, od których wiele zależy, jeśli chodzi o akustykę. Często przy adaptacji pomijany jest sufit, który z reguły jest niczym niezagospodarowany i może niekorzystnie wpływać na jakość dźwięku docierającego do użytkownika. Pod względem akustyki pomieszczenia nie najlepiej sprawdzają się ściany z karton-gipsu. Problemem mogą być również nieszczelne okna, przez które, wbrew pozorom, wydostaje się bardzo duża ilość dźwięku.

Mitem jest również korzystny wpływ kartonowych opakowań na jajka na akustykę pomieszczenia. Mogą one co najwyżej lekko pochłaniać fale akustyczne w pewnym, zwykle wyższym, zakresie częstotliwości. Nie sprawią jednak, że po ich wykorzystaniu pomieszczenie zyska prawidłową akustykę.

Gotowe panele akustyczne, które już w jakimś stopniu poprawią warunki akustyczne wnętrza, można instalować we własnym zakresie. Zaawansowaną, dokładną adaptację akustyczną powinny jednak wykonywać wyspecjalizowane firmy, które nie tylko mają w ofercie olbrzymi wachlarz różnorodnych ustrojów akustycznych, ale również sprzęt umożliwiający przeprowadzenie precyzyjnych pomiarów.

Design też ważny

Stosując profesjonalne panele dźwiękowe, powinniśmy zwracać uwagę nie tylko na ich konstrukcję i jej skuteczność w działaniu, ale również na wzornictwo. Obecnie produkowane ustroje akustyczne mogą mieć przeróżne kształty i kolory. Jeżeli zajmą one w pomieszczeniu odpowiednio dużą powierzchnię, wpłyną nie tylko na parametry akustyczne, ale też na aranżację wnętrza. Ważne jest więc nie tylko dokonanie odpowiednich pomiarów, ale też właściwe dobranie kształtu i kolorystyki paneli instalowanych na ścianach czy suficie. Stosując wyrafinowane konstrukcje, wsparte dodatkowo efektownym oświetleniem, możemy sprawić, że pomieszczenie odsłuchowe nabierze zupełnie innego wyglądu.

Systemy automatycznej korekcji

Systemy automatycznej korekcji akustyki to bardzo często autorskie rozwiązania techniczne oferowane przez rozmaitych producentów sprzętu audio. Skuteczność i jakość działania korekcji jest różna i zależy m.in. od wykorzystywanych w niej algorytmów cyfrowego przetwarzania sygnału. W związku z tym jedne z nich lepiej spełniają swoje zadanie niż inne. W zależności od marki amplitunera może być wykorzystywany inny system korekcji akustyki. W urządzeniach firmy Harman Kardon jest to system EzSet/EQ (obecnie dostępna jest już jego trzecia wersja), z kolei w urządzeniach Pioneera popularnym rozwiązaniem jest system MC ACC (Multi-Channel Acoustic Calibration System). Firma Onkyo wykorzystuje natomiast autorskie rozwiązanie AccuEQ. W modelach marki Anthem stosowany jest również autorski system ARC (Anthem Room Correction) lub jego ulepszona wersja. Firma Yamaha od lat stosuje system YPAO R.S.C. (Yamaha Parametric Room Acoustic Optimizer Reflected Sound Control). Inżynierowie firmy Sony opracowali natomiast system DCAC (Digital Cinema Auto Calibration). Jednym z najpopularniejszych rozwiązań do automatycznej kalibracji systemów kina domowego jest Audyssey EQ, wykorzystywany w różnych odmianach w amplitunerach firm takich jak Denon, Marantz czy Cambridge Audio.

Specjalne systemy kalibracji opracowywane są również dla głośników niskotonowych. Przykładem takiego rozwiązania jest Perfect Bass Kit stosowany m.in. w sprzęcie marek Paradigm i Martin Logan. (Fot. Paradigm)

Pomiary w systemach kalibracyjnych

Do pomiarów w systemach automatycznej kalibracji akustycznej wykorzystywany jest mikrofon o charakterystyce dookólnej, a więc taki, który będzie w jednakowym stopniu rejestrował sygnały wytwarzane przez poszczególne kolumny sytemu kina domowego. Zwykle znajduje się on w zestawie z amplitunerem lub przedwzmacniaczem wielokanałowym. Mikrofon podłącza się do odpowiednio oznaczonego wejścia audio, które najczęściej ma postać gniazda jack 3,5 mm lub 6,3 mm. Mikrofon pomiarowy powinien zostać umieszczony mniej więcej na wysokości głowy użytkownika siedzącego w miejscu odsłuchu. Należy go skierować w górę, w kierunku sufitu. Sygnałami wykorzystywanymi podczas kalibracji są często krótkotrwałe szumy o różnych częstotliwościach. Po podłączeniu mikrofonu na początku procesu kalibracji system identyfikuje podłączone do amplitunera (lub przedwzmacniacza) kolumny głośnikowe, a następnie odtwarza sygnały testowe.

W zależności od złożoności systemu automatycznej kalibracji podczas konfiguracji zestawu kina domowego uwzględnia się od 1 do nawet 32 punktów pomiaru. Podstawowym miejscem, w którym ustawia się mikrofon kalibracyjny, jest to, w którym ma znajdować się słuchacz. Oczywiście, im więcej punktów pomiarowych, tym dokładniej zostanie przeprowadzony proces kalibracji, a tym samy uzyskamy lepsze wyniki.

Po przeprowadzonych pomiarach nie należy już regulować poziomu głośności sygnału audio dla subwooferów ani też zmieniać konfiguracji głośników. Jeśli chcemy dokonać modyfikacji w skalibrowanym systemie kina domowego, konieczne będzie później ponowne przeprowadzenie procesu kalibracji.

W profesjonalnych systemach kalibracyjnych możemy uzyskać wyniki przeprowadzonej kalibracji w postaci różnorodnych wykresów dla poszczególnych punktów pomiarowych. Pozwala to lepiej przeanalizować parametry akustyczne związane z pomieszczeniem odsłuchowym.

Oprogramowanie umożliwiające przeprowadzenie korekcji z wykorzystaniem systemu ARC (Anthem Room Correction) dostępne jest także w wersji mobilnej. (Fot. Anthem)

Audyssey EQ

Za stworzeniem tego systemu korekcji stoi m.in. Tomlinson Holman, a więc ten sam człowiek, który brał udział w opracowywaniu standardu THX. W skład zespołu THX wchodzą obecnie różni fachowcy i inżynierowie dźwięku. Wyróżniamy kilka różnorodnych rodzajów systemu Audyssey, różniących się m.in. złożonością przeprowadzanych pomiarów, a co za tym idzie ich dokładnością i skutecznością procesu korekcji. Możemy wyróżnić np. Audyssey 2EQ, MultEQ, MultEQ XT oraz MultEQ XT32. Na uwagę zasługują ponadto systemy Audyssey Dynamic Volume i Audyssey Dynamic EQ. Pierwszy z nich umożliwia słuchanie dźwięku z danego źródła na określonym poziomie głośności. Pozwala w czasie rzeczywistym na zmniejszenie poziomu bardzo głośnych nagrań, a zwiększenie głośności cichych. Z kolei Audyssey Dynamic EQ to technika polegająca na zwiększaniu poziomu głośności podczas cichego odtwarzania ścieżki filmowej. Poziom dźwięku jest zwiększany w kanale subwoofera oraz w kanałach surround. Zapobiega to zafałszowaniu barwy dźwięku i zwiększa słyszalność nawet najdrobniejszych niuansów dźwiękowych.

W wypadku systemu Audyssey zalecane jest wykonanie pomiaru przynajmniej dla 6 punktów pomiarowych. Pierwszy pomiar należy dokonać dla głównego, centralnego miejsca odsłuchu, natomiast kolejne punkty pomiarowe powinny znajdować się w promieniu ok. 60 cm od wspomnianego centrum. Po przeprowadzeniu pierwszego pomiaru określana jest odległość miejsca odsłuchu od poszczególnych kolumn głośnikowych zestawu kina domowego, sprawdzane są też poziom głośności sygnału audio emitowanego przez poszczególne kolumny oraz polaryzacja sygnałów, a ponadto dobierana jest optymalna wartość częstotliwości odcięcia dla kanału subwoofera. W systemie Audyssey może być ponadto dostępna funkcja Audyssey Sub EQ HT, która pozwala na kalibrację dwóch subwooferów w systemie kina domowego. Umożliwia ona zniwelowanie poziomu głośności dźwięku wytwarzanego przez subwoofery, a także opóźnienia sygnałów audio, które są przez nie generowane. Dzięki funkcji Audyssey Sub EQ XT możliwe jest zastosowanie automatycznej korekcji akustyki dla obydwu subwooferów jednocześnie.

Mikrofon kalibracyjny podczas pomiarów powinien znajdować się na wysokości głowy słuchacza siedzącego na miejscu odsłuchowym, a więc ok. 110 cm od podłogi. (Fot. Anthem)

Kilka przydatnych wskazówek

Podczas pomiarów kalibracyjnych bardzo ważne jest, aby w pomieszczeniu było możliwie jak najciszej. Hałas, szum w tle mogą spowodować zafałszowania w dokonywanych pomiarach. Jeżeli w pomieszczeniu odsłuchowym znajdują się okna, powinny być szczelnie zamknięte na czas kalibracji. Należy wyłączyć ponadto wszelkie hałaśliwe urządzenia elektroniczne, np. klimatyzatory. Jeśli system kalibracyjny wykryje zniekształcenia, wówczas, zależnie od możliwości systemu kalibracji, może zostać automatycznie zwiększona głośność sygnałów testowych. Niemniej jednak, aby ustrzec się błędów, warto zapewnić jak najlepsze warunki akustyczne podczas pomiarów kalibracyjnych.

Bardzo ważne jest również to, aby pomiędzy mikrofonem kalibracyjnym a kolumnami głośnikowymi nie znajdowały się żadne przeszkody. Mogłoby to spowodować znaczne zniekształcenia sygnału docierającego ostatecznie do mikrofonu, a tym samym sprawiłoby, że pomiary będą niemiarodajne. Na dokładność pomiarów ma także wpływ odległość mikrofonu kalibracyjnego od ściany. Nie powinna ona być mniejsza niż 0,5 m, ponieważ mikrofon mógłby zbierać w znacznym stopniu nie tylko sygnał bezpośredni z kolumny głośnikowej, ale też odbity od ścian pomieszczenia. Należy też pamiętać, aby podczas przeprowadzania procesu kalibracyjnego do amplitunera nie były podłączone słuchawki.

Zaawansowany system kalibracji akustyki

Fot. Anthem (x3)

Systemy automatycznej kalibracji pozwalają zniwelować wpływ niedoskonałości w rozstawieniu poszczególnych kolumn głośnikowych lub też samej akustyki pomieszczenia odsłuchowego. Szczególnej uwagi, chociażby ze względu na większą liczbę podzespołów, wymagają systemy dźwięku przestrzennego takie jak chociażby Dolby Atmos. Nową, rewolucyjną wersję autorskiego systemu automatycznej korekcji akustyki pomieszczenia Anthem Room Correction – ARC Genesis – zaprezentowała niedawno firma Anthem. Pozwala ona wznieść brzmienie kompatybilnych urządzeń i konfiguracji na jeszcze wyższy poziom niż dotychczas. W ciągu ostatnich lat inżynierowie firmy Anthem nieustannie pracowali nad ulepszeniem istniejącego już rozwiązania, m.in. pod względem komfortu obsługi. Jednak wersja Genesis to nie tylko ulepszony interfejs użytkownika, ale również poprawione algorytmy pracy tego zaawansowanego technicznie oprogramowania i zwiększona funkcjonalność. W ARC Genesis ulepszono m.in. wykonywanie szybkich pomiarów oraz eksport danych pomiarowych do pliku PDF. Jest też nowy tryb demonstracyjny, a także możliwość wyrównania fazowego głośników i subwooferów wykorzystywanych w systemie audio – zarówno tym stereofonicznym, jak i wielokanałowym. Możliwe jest np. wykonywanie pomiarów indywidualnych kolumn z zestawu. System Anthem Room Correction jest obsługiwany przez niektóre modele marki Anthem, a ponadto marek Paradigm i Martin Logan.

Kompatybilność z Audyssey MultEQ XT32 i wirtualizacja

Fot. Denon

Jeśli amplituner umożliwia wykonanie kalibracji akustycznej, niezbędny do jej przeprowadzenia kompaktowy mikrofon kalibracyjny często znajduje się już w komplecie. Przykładem tego jest 9.2-kanałowy model AVR-X3600H marki Denon, który obsługuje zaawansowany system korekcji akustyki Audyssey MultEQ XT32. Urządzenie współpracuje ponadto z aplikacją mobilną Audyssey MultEQ Editor dostępną na smartfony i tablety z systemami iOS i Androidem (za opłatą 19,99 euro). Umożliwia ona zaawansowane dostrajanie akustyki pomieszczenia. Dzięki tym rozwiązaniom amplituner automatycznie optymalizuje dźwięk do indywidualnego środowiska odsłuchowego wykorzystywanego przez użytkownika, łącznie z korekcją brzmienia subwoofera.

9-kanałowy stopień wyjściowy amplitunera jest w stanie przetwarzać nawet do 11.2 kanałów, co pozwala na stworzenie systemu Dolby Atmos w konfiguracji 7.2.4 (w połączeniu z zewnętrznym wzmacniaczem 2-kanałowym). Urządzenie obsługuje ponadto najnowsze rozwiązania stosowane w wielokanałowych systemach audio, w tym IMAX Enchanced i Dolby Atmos Height Virtualization.

Technika Dolby Atmos Height Virtualization dodaje wirtualne efekty surround wyższej warstwy (charakterystycznej dla Dolby Atmos) do tradycyjnej zawartości stereo lub surround, a także do treści kodowanych w Dolby Atmos, ale przy użyciu mniejszej liczby głośników. Umożliwia to stworzenie wrażenia dźwięku, który rozbrzmiewa dookoła słuchacza, przy wykorzystaniu tylko głośników warstwy podstawowej. Technika ta jest idealna dla systemów bez głośników wyższej warstwy lub głośników surround rozmieszczonych w całym pomieszczeniu, takich jak 2.1 lub 5.1, znacznie upraszcza instalację oraz zapewnia jednocześnie doskonałe wrażenia dźwięku w promieniu 360°.

Amplituner wyposażony został w 8 wejść i 3 wyjścia HDMI, które obsługują rozdzielczość obrazu 4K Ultra HD z HDR, Dolby Vision i HLG. Dzięki eARC (Enhanced Audio Return Channel) Denon AVR-X3600H obsługuje również transmisję nieskompresowanego dźwięku z aplikacji telewizyjnych do amplitunera za pomocą pojedynczego kabla HDMI. Jest kompatybilny z asystentami głosowymi i platformą multiroom Heos.