طنین اتاق دقیقا مثل لوله های ارگ می ماند.برای طراحی یک اتاق موسیقی خوب رنگ آمیزی اتاق باید به حداقل برسد زیرا بالاترین تاثیر را در پایه فرکانس بین 20 تا 200 هرتز می گذارد. در فرکانسهای بالاتر اتاق هنوز نفوذپذیر است اما طنین خیلی کمتر می شود البته با بالاتر بردن میزان جذب دیوارها می توان مشکل فرکانسهای بالاتر را نیز حل کرد. در این پروژه مطالبی در مورد طراحی اتاق آکوستیک مطابق باند ساب وفر با یک فرکانس بین20 تا 100 هرتز ارائه شده است. واکنش دیوار در فرکانسهای بالا تاثیر فراوانی دارد.
ظهور پردازشگر سیگنالهای دیجیتالی با سرعت بالا امکان فیلتر دیجیتالی اتاق های آکوستیک را ارتقا داده است. محاسبات انجام شده در این پروژه برپایه آنالیز تصاویر است. برای تمام محاسبات ساب وفر بصورت ایده آل درنظر گرفته شده است. همچنین فرض می کنیم که ایجاد صدا در یک سطح مسطح مطلق از 0 تا 200 هرتز است بنابراین ما می توانیم اتاق را به تنهایی مورد بررسی قرار دهیم. مقیاس داده های غیر قابل چشم پوشی شامل تاثیرات بلندگوها می باشد. که این اندازه گیری توسط سیستم CLIO انجام شده است.
CLIO
A PC based audio measurement system made by Audiomatica. Includes a calibrated microphone and software. This system can measure impedance, component values of inductors and capacitors. Most important, the time-domain and frequency response, both amplitude and phase, of drivers and systems can be measured. It also measures room reverberation time, SPL sound levels, and sundry other stuff. This was an absolutely essential tool in developing my system, and I highly recommend it to anyone serious about building sound systems
تعداد زیادی از مقالات در رابطه با این موضوع بصورت مستقیم به بحث درباره طراحی ویژه استدیوهای صدا می پردازند که آکوستیکها باید بصورت نسبتا خوب و مشابه ای برای اتاق طراحی شوند. از آنجایی که می دانم نقطه ایده آل دقیقا جایی است که من از آنجا می شنوم، بنابراین نقطه مرکزی طراحی من نیز هم آنجا می باشد، با توجه به اینکه برای ایجاد این نقطه به بزرگی واقعیت این روش بسیار مطلوبی می باشد. فرکانس بسامدی مطلوب بدون هیچ نقطه اوج و فرودی بصورت مسطح است. که این شرایط تنها در یک اتاق بدون انعکاس وجود دارد. در این اتاق دیوارها صدا را بدون هیچ انعکاسی جذب می کنند. البته لازم به ذکر است که این راه حل بطور مطلق امکان پذیرنیست ( درحقیقت شاید به این علت باشد که صدا بسیار پیچیده است)، و برای هیچ سیستم صدایی اتاق فرکانس بسامدی در فرکانسهای پایین نمی توان تعیین کرد. این تاثیرات بصورت مجازی در دیوار های معبر ایجاد می شوند.
در این فصل:
1. طبیعت طنین اتاق بررسی می شود
2. استاندارد مدل برای بهینه ساختن ابعاد اتاق ارائه می شود
3. اندازه گیری و محاسبه نتایج مقایسه می شود
4. بهترین محل برای قرارگیری ساب وفر مورد بررسی قرار می گیرد
5. مثالی از فضای ناپایدار درون اتاق بحث می شود
6. مثال از تغییر موقتی
7. محاسبات و ارائه مقایسه اتاق بهینه و اتاق معمولی
یکی از نتایج مهم این است که تفاوت بین اتاق با ابعاد بهینه و ابعاد معمولی آنقدر نیست که شما فکر کنید از تمام اهمیتی که اختصاص داده شده به این موضوع تمام اتاق ها معمولی هستند. با دانستن این موضوع ما به این سوال می رسیم که آیا تمام این آنالیزها بی ارزش هستند؟
طنین اتاق
هر اتاقی( شامل اتاقهای با اشکال فرد) درهر فرکانسی ایجاد طنین می کند. واکنش اصلی برای باند فرکانس باریک یک اوج بلند ست نزدیک طنین و یک فرود بین طنین ها.
شکل زیر واکنشی را برای یک مجموعه از حالتهای اتاق نشان می دهد.تیزی و بلندی قله طنین بستگی به خاصیت جذب صدای اتاق دارد. اتاقی شامل مبلمان نرم، فرش سنگین و پرده به عنوان اتاق مرده محسوب می شود و اوجها و فرودهای واکنش بسامدی معمولا بین 5تا 10 دسیبل تغییر می کند.
اتاق با دیوارهای لخت و کف یک اتاق زنده است و اوجها و فرودها بین 10 تا 20 دسیبل و یا بیشتر است.ضریب جذب 0.2 است.
بهینه سازی ابعاد اتاق
روش مدل استاندارد برای طراحی یک اتاق با آکوستیک خوب ایجاد طنینهای متفاوت تا حد ممکن و جدا کردن آنها در عرض انعکاسهای ارتعاشی ممکنه می باشد.
دراینجا حتی پیچیده کردن ضابطه Bonello Criterion برای ارزیابی گستره انجام می شود. پایین ترین طنین در بزرگترین بعد اتاق تعیین می شود. از نظر فنی در صفر هرتز نیز برای تمام اتاقها طنین وجود دارد. اما در مورد این طنینها اطلاعات درستی ارائه نشده است.
بطور کلی، پایین ترین نقطه اتاق برای اولین بسامد طنین بهتر است زیرا این محل جایی است که واکنش بسامدی بیشترین تغییر را دارد.
هرچه اتاق بزرگتر باشد فضای بین طنین ها را تقلیل می دهد. ضریب معین معمولا ارزشی برای اتاقی با طول 19 پا اولین طنین در حدود 30 هرتز است. هر هارمونی از این فرکانس یک طنین است.
عرض و ارتفاع هر یک، اوج یک مجموعه از طنین ها را ایجاد می کند. این دسته اولین طنین های محوری هستند که شامل انعکاس از دو سطح مخالف باشند.
.طنین های اضافی توسط انعکاسهایی که در4 جهت مختلف کمانه می شوند، ایجاد می شوند.
این طنین ها مماسی هستند و معمولا ضعیف تر می باشند زیرا در هر انعکاس انرژی خود را از دست می دهند.
دسته دیگر طنین های مورب هستند که از هر 6 جهت اتاق کمانه می شوند.هر طنین با یک مشخصه تغییر فشار فاصله ای شدت پیدا می کند.
برای اینکه این طنین ها تا حد ممکن بصورت یکنواخت از هم جدا شوند، چندین نسبت بین ارتفاع عرض و طول اتاق پیشنهاد می شود. که در زیر سه طرح ارائه شده است.
ابعاد اتاق بهینه
ابعاد Design #1 Design #2 Design #3
عرض 1.14 x Height 1.28 x Height 1.60 x Height
طول 1.39 x Height 1.54 x Height 2.33 x Height
برطبق تئوری طراحی مدل، بدترین مدل اتاق ممکنه مکعب است.بدترین شکل بعدی، اتاقی است که تمام ابعاد آن مضربی از ارتفاع باشد.
یک اتاق بهینه نشده به عنوان مثال اتاقی با ارتفاع 8 پا عرض 16 و طول 16 پا می باشد. تصویرطنین برای اتاق بهینه و اتاق بهینه نشده در زیر آمده است.
در این دو اتاق صدای برابری پخش می شود. و نسبت فرکانس افقی از 0 تا 200 هرتز تغییر می کند. هر خط عمودی نشان دهنده یک طنین است.سه دسته خط وجود دارد بلند ترین خط نشان دهنده حالت محوری است، خط وسطی مماسی، و کوتاهترین خط مایل است.طنین برای اتاق بهینه نشده کمتر متراکم است زیرا تعداد زیادی از انعکاسها دقیقا در یک فرکانس و تقریبا یک فضای بزرگ ایجاد می شوند که بین دومین و سومین طنین در حدود 60 هرتز است.
خط آبی سبز و قرمز نشان دهنده طنین هایی هستند که به ترتیب مربوط به طول عرض و ارتفاع اتاق می شود.
اندازه گیری و محاسبه واکنش بسامدی اتاق موسیقی من
محاسبات در این قسمت با استفاده از برنامه کامپیوتری که بر پایه آنالیز تصویر است، انجام شده است. برای نشان دادن چگونگی نزدیکی نتایج برابر با جهان واقعی اینجا ما محاسبه و اندازه گیری داده را با هم مقایسه می کنیم.
اتاق موسیقی من یک مستطیل کامل نیست زیرا شامل مبلمان است و ضریب جذب کف و دیوارها متفاوتند. در تصویر محاسبات فرض می شود که اتاق مستطیلی خالی است و ضریب جذب تمام سطوح با هم برابر است. اندازه گیری داده ها شامل یک بلندگو واقعی می باشد که در تصویر محاسبات بلندگو کامل فرض می شود. بنابراین نباید انتظار داشت که یک مطابقت صحیح بین اندازه گیری و منحنی پاسخ محاسبات وجود داشته باشد.
واکنش بسامدی درمحل شنوایی نشان داده شده در پلان کف، در اوج درجه بندی میکروفون من محاسبه شده است. اتاق زمان اندازه گیری طنین در نیم ثانیه 125 هرتز می باشد این رابطه دارای ضریب جذبی بین 20 تا 25 است.
منحنی قرمز محاسبه شده و منحنی سیاه اندازه گرفته شده است. بعضی خصیصه ها به کناره ها تغییر مکان داده است اما من می گویم که ارزش واکنش واقعی بصورت محاسبه شده درست گرفته شده است. تطابق درحقیقت یک مقدار از انتظار من بهتر است. خطوط در طول بالای تصویر مدل طنین های اتاق است. نتایج اندازه گیری ها نشان می دهد که نقطه اوج در اولین و چهارمین طنینها می باشد. نتایج اندازه گیریها در همان شرایط تغییر فرکانسها دارای نقاط اوج پایین تری می باشند.
چرا این نقاط اوج در دومین و سومین طنین ها نمی باشد؟
دلیل اصلی این است که این روشها دارای شیب درواکنش، در محلی است که پاسخها محاسبه می شود. مثالی از مدل ناپایداری فضایی در شکل زیر نشان داده شده است.
منحنی آبی پاسخ اندازه گیری شده است و علامت + قرمز پاسخ محاسبه شده است.( من پانلهای جذب صدا را در این اندازه گیری حذف کرده ام. اندازه گیری مشابه ای با پانلها در محل تقلیل را در اولین انعکاس دیوار نشان می دهد که توسط پانلهای جذب کننده ایجاد شده است.همچنین منحنی سیاه با منحنی قرمز مقایسه شده است. برای این اندازه گیری اخیر از میکروفون متفاوتی که دارای مقیاس زمانی متفاوتی می باشذ، استفاده شده است.)
انعکاس سطوح برای اولین شش پژواک درشکل، محاسبه و اندازه گیری، تعیین شده است. بیشترین اندازه گیری پژواکها تا حدودی نزدیک به زمان محاسبه می باشد. زمان اختلاف کمتر از 0.2 میلی ثانیه است که برابر است با اختلاف طول مسیر در حدود 3 اینچ. من فکر نمی کنم اندازه گیری های من خیلی پرت باشد اما هنوز دارای یک تطابق معقولی است. وجود دارد مقدار کمی انعکاس در اندازه گیری داده وجود دارد که شاید از مبلمان اتاق ایجاد شده باشد. یک اختلاف مهم این است که تراز پژواکهای محاسبه شده ، به مسیر مستقیم وابسته است، و خیلی بلندتر از مقدار محاسبه شده است.
این 2 فاکتور واضح است:
1. میکروفونهای هدایتی مستقیما به بلندگوهای حقیقی، با انعکاس پژواک کمتر، اشاره می کند.
2. تمام پژواکهای محاسبه شده تماما آشفته می شوند.
تپش انعکاسهای جهان واقعی، ارزش اوج وابسته را تقلیل می دهد. این لکه خیلی کوچکتر از آن است که بر محاسبه واکنش بسامدی در فرکانسهای پایین تاثیر بگذارد.
ساب وفر کجا باید باشد؟
تئوری مدل می گوید که ساب وفر درگوشه اتاق تمام مد ها را آشفته می سازد. در مقابل ساب وفر کاملا در مرکزیت یک دیوار که آشفته نمی شود در مدهای متعدد قرار می گیرد. بنابراین این اطلاعات بسیار مفید است اما در حقیقت هیچ بینشی در مورد اینکه چه واکنشی رخ خواهد داد نمی دهد. با استفاده از آنالیز تصویر، واکنش بسامدی در هر نقطه ای از اتاق، برای هر محل ساب وفر، می تواند محاسبه شود. اگر ساب وفر تا آنجا که می شود نزدیک به گوشهای من باشد، برروی کاغذ مسطح ترین واکنش بسامدی کم هم بدست می آید. علت این مسئله این است که صدایی که می شنوم توسط تشعشع مستقیم از ساب وفر، ترجیحا طنین های اتاق، کنترل می شود.اگرچه، هنگامی که من این مسئله را در جهان واقعی آزمایش کردم ، بطور وحشتناکی متوجه شدم که ساب وفر پشت سر من بود. و به علت گذاشتن متقاطع بعضی از فرکانسهای بالا بواسطه ساب وفر، خیلی مشابه این مسئله بود. به هر ترتیب، من این گزینه را نپذیرفتم. اگرچه این مثال جالبی از چگونگی محاسبات مهندسی بود که همیشه به یک بررسی حقیقی نیاز داشت. بهترین محل بعدی که سازگار با تئوری کیفیتی است گوشه اتاق است،همچنین حرکت بسیار جزئی به هر طرف آنچنان تاثیری نمی گذارد.
فاصله واکنشی اتاق
با استفاده از برنامه کامپیوتری آنالیز تصویر، واکنش را در یک پلان 39 اینچ بالای کف، در 4 فرکانس اندازه گرفتم، برای اتاق 8.2*13.1*19.1 پا( طراحی 3 در جدول بالا)، برای فضای متغیر در فرکانس پایین توضیح داده شده است.
دراینجا یک ساب وفر در پایین ترین گوشه سمت چپ که با دایره قرمز نشان داده شده است، وجود دارد. تعدای از روش ها در هر فرکانس، ارائه شده است، اما در پایین ترین فرکانس اغلب یک حالت چیره می شود. پایین ترین حالت محوری دارای طنین 29.6 هرتز، و الگو در 25 هرتز مشابه بهترین نمونه الگو برای این حالت است. پایین ترین حالت واگرا دارای طنین 52.5 هرتز و الگو 50 هرتز تقریبا نزدیکترین الگو به این حالت می باشد. حالت بلندترین واگرا بعدی دارای طنین 73.2 هرتز و الگو 75 هرتز نزدیکترین حالت به الگو می باشد. این نتایج همچنین اضافه شده به اعتبار برنامه کامپیوتری آنالیز تصویر که مطلقا شامل هیچ اطلاعاتی وابسته به حالتها نمی باشد. هنگامیکه فرکانس افزایش می یابد، حالتهای بیشتری آشفته و تغییر فضایی پیچیده تر ، مشابه الگوی حالت تکی کمتر و کمتر می شود. اگر محل شنیدن شما در محلی است که هیچ یک از این الگوها نباشد، در فرکانس تشدید شده در آن حالت به جای شنیدن یک واکنش تشدید شده قوی، شما هیچ واکنشی را نمی شنوید.
ناپایداری موقتی
گراف اندازه گیری واکنش زمانی اولیه همانند شکل بالا و تطبیق با پژواکهای محاسبه شده، در بالا ارائه شد. زمان سگمنت در این شکل 20 میلی ثانیه است. انعکاسهای اتاق برای زمان طنین معنی دار می شود، بطور نوعی نیم ثانیه می باشد. شمار انعکاسها بر طبق تصاعد هندسی همراه زمان افزایش می یابد. پژواکهای محاسبه شده برای اولین 100 میلی ثانیه بصورت یک رفتار موقتی نشان داده شده است.
پژواک بصورت نقطه و بصورت پژواک گسسته (یا معادل تصویر یک بلندگوی تکی) در شکل نشان داده شده است. زمان ورود در موقعیت شنوایی با محور افقی نشان داده شده است و دوام پژواک نیز با محور عمودی مشخص شده است. 1482 نقطه پژواک در اولین 100 میلی ثانیه برای اتاقی با ابعاد 8*13*19 پا، وجود دارد. ضریب جذب 0.25 در این محاسبات آمده است. نقاط در بالای شکل نشانه انعکاسها از دیوارهای مخالف به همراه بیشترین تفکیک است، که دارای پایین ترین فقدان انعکاس است. پایین ترین نقاط نشانه برخورد انعکاسها از هر 6 جهت می باشد، و بدین گونه بالاترین انعکاسها از بین می روند. هنگامی که پژواکها بصورت متناقض به پاسخ این تنزل در دسیبل اضافه می شوند خیلی به خطوط VS نزدیک می باشد. زمان، و زمان طنین می تواند از طریق میزان تنزل محاسبه شود. اگر یک پرش کوتاه به جلو داشته باشیم، گمان می کنم ممکن است یک تفاوت عمده ای در اندازه پژواک/موقعیت زمانی برای اتاق بهینه و اتاق معمولی وجود داشته باشد. اما خیلی مشابه هستند.
اتاقهای فوق العاده بهینه شده
بااستفاده از برنامه مشابه ای، واکنش بسامدی اتاق بهینه شده و اتاق معمولی را محاسبه کرده ام. ابتدا، در بررسی اضافی در برنامه کامپیوترم، انعکاس اتاق معمولی را به وسیله بلندگو در یک گوشه ، و نقطه شنوایی در نقطه مخالف گوشه، و ضریب جذب صفر، محاسبه کردم. به صورت نظری، با ضریب جذب صفر، تعداد نامحدود انعکاسها باید استفاده می شد اما واضح است که این غیر ممکن بود. حد 11 انعکاس تحمیلی بود. تمام حالتها باید آشفته شود و به وسیله گوشه گوشه هندسی بهبود پیداکند، و طنینهای اتاق آشکار می شود.
محور قرمز پاسخ محاسبه شده است، و خطوط سیاه عمودی طنینها می باشند. تمام طنینها دارای نقاط اوج هستند. برنامه تصویر شامل هیچ معادله ای عطف به طنینها نمی باشد، بنابراین این تست مستقل جالبی از کدها می باشد. این نتیجه همچنین منطق جداسازی طنینهای زوج را، که فاصله اضافی را به حداقل می رساند را نشان می دهد. برای محاسبات منطقی بیشتر، از ضریب جذب 0.2 ، و دو وفر که در گوشه ها قرار گرفته بود، استفاده شده است. پاسخ در نقطه 2.3 از وفر،در مرکزیت طول، و 3 پا بالاتراز کف، اتاق محاسبه شده است.
دایره های بزرگ قرمز دو وفر هستند. 5 دایره کوچک نقاطی هستندکه واکنشها محاسبه شده اند. رنگ نقطه شنوایی محاسبه شده، مطابق رنگ منحنی در واکنش بسامدی می باشد.
گراف بالایی مربوط به اتاق معمولیمی باشد و دومین نتیجه برای اتاق بهینه است، با یک صدای درونی برابر. این واقعا وحشتناک است. نقاط طولی در شکل بالا طنینهای اتاق است که این دقیقا برعکس نتیجه تست گوشه به گوشه است. هنگامی که نقطه شنوایی به هر جهت 2 پا تغییر می کند واکنش نیز بسیار تغییر می کند. درجه صدای منبع از 0 دسیبل برابر درجه 1 متر در جلوی منبع نقطه نظری در اتاق بدون پژواک است. برای بلندگوی که بصورت تراز به دیوار نصب شده است، برنامه تصویر، تصویری در همان محل از بلندگوی واقعی را می سازد که درجه صدا را تا 6 دسیبل افزایش می دهد. مرکز نقطه شنوایی 12.7 پا از وفر فاصله دارد که در یک فضای خالی درجه 12 دسیبل را تولید می کند. بنابراین اگر اتاق مناسبی نبود، درجه منحنی سیاه 6- را نشان می داد. طنینها و تصاویر اتاق مناسبی را فراهم می کند که واکنش های بالای 6- دسیبل را افزایش می دهد. که این باعث بدست آوردن یک واکنش صدای بم می شود. اما به کلی ارزش صافی از واکنشها می باشد. و به خاطر داشته باشید این به واسطه بلندگوهای واقعی می باشد
آكوستيك (اتاق آکوستیکی )
