Настаивать на самой высокой строгости во многих более трудных случаях означало бы вовсе исключить их из рассмотрения ввиду чрезмерности требующегося для этого объема. Лорд Рэлей. Теория звука.

Интермеццо

Сооружение хорошей комнаты прослушивания обойдется вам не дороже, чем постройка звукозаглушенной камеры, но и не дешевле, чем домашней пирамиды. Это не означает, что можно отмахнуться от проблемы, сосредоточив свое внимание на подставках для аппаратуры, межблочных и сетевых кабелях и тому подобном. Для многих аудиофилов поводом не заниматься реконструкцией своей комнаты, возможно, служит то, что они ощущают себя пожизненно прикованными к какой-нибудь "хрущевке" и даже не помышляют о том, чтобы изменить эту ситуацию. Тем не менее, часто бывает, что стоимость их аудиоаппаратуры намного превышает возможные затраты на приобретение приемлемого для прослушивания музыки жилья. Экономящих одновременно и на жилье, и на аудиоаппаратуре я в расчет не беру.

Механические колебания в комнате прослушивания

После обсуждения в первой части статьи отвлеченных от практики основ архитектурной акустики, перейдем к реалиям. Важнейшая из них: стены, потолок, и пол любого помещения в акустическом смысле не являются идеально жесткими. Более того, их следует рассматривать как очень большие закрепленные по краям мембраны, которые под действием звуковых волн или вибраций от источника (им может стать стоящий на полу пылесос или громкоговоритель) совершают изгибные колебания. Причем из-за большой площади, несмотря на очень небольшую амплитуду колебаний, эти мембраны эффективно переизлучают звуки обратно в комнату.

Положение усугубляется тем, что стены, потолок и пол колеблются с наибольшей амплитудой на частоте присущего им основного резонанса. К тому же в них распространяются изгибные волны, которые отражаются от стыков стен помещения, что вызывает много других, менее выраженных резонансов. Как следствие, АЧХ переизлучения имеет ужасающий вид.

Архитектурная акустика пока еще не научилась принимать во внимание одновременно акустические и механические резонансы в помещении, поэтому в расчетах звукового поля в помещении его стены, потолок и пол рассматривают как идеально жесткие. Причиной такого упрощения являются не только математические трудности. Оказывается, в отличие от акустических резонансов, переизлучение звука резонирующими стенами, потолком и полом крайне неприятно окрашивает звучание. Именно поэтому акустики старой школы всегда старались сделать границы помещения в акустическом смысле предельно жесткими. Обычно ставилась задача добиться, чтобы переизлучаемая ими звуковая энергия была как минимум на 40 дБ слабее, чем падающая на них.

Есть простой способ оценить (в децибелах) относительный уровень переизлучения для монолитных стен [2]. Такая стена переизлучает в комнату столько же звуковой энергии, сколько и наружу, это позволяет судить об относительном уровне переизлучения различных строительных материалов и конструкций на основе данных об их звукоизолирующей способности [I]. Не будем углубляться в эту обширную тему, а остановимся на установленных эмпирическим путем основных закономерностях звукоизоляции. Важнейшая из них состоит в том, что звукоизоляция (а, следовательно, и переизлучение) определяются массой стены (пола или потолка) на единицу поверхности. На рис. 1 показана зависимость средней звукоизолирующей способности стены в децибелах от ее массы на 1 м2 поверхности. Из нее, например, следует, что гипрок с массой 10 кг/м2 совершенно непригоден для возведения стен комнаты прослушивания.

Такой пол защищает жильцов нижнего этажа от проникающего через межэтажное перекрытие шума шагов. Однако он не защищает аудиофила, слушающего свою аудиосистему, от шума, который возникает в результате распространения по полу вибраций, создаваемых громкоговорителями.

Теперь, когда мы осознали, что обычный пол не годится для комнаты прослушивания, попробуем разобраться в том, каким он должен быть. Начнем с основных требований, которые, кстати, очень просты: с одной стороны, пол должен быть "мертвым", то есть не должен отбирать у громкоговорителей механическую энергию колебаний и накапливать ее; с другой - проникшую в него механическую энергию он не должен передавать перекрытию. Этим требованиям отвечает конструкция пола, показанная на рисунке рис. 3: на несущем перекрытии, на расстоянии 0,7-1 м друг от друга должны быть положены деревянные лаги сечением примерно 1212 см. Они крепятся торцами к стенам или бетонной стяжкой к перекрытию. Промежутки между лагами заполняют битым (измельченным) стеклом, которое тщательно утрамбовывают. Стекла должно быть столько, чтобы его уровень был чуть выше верхней кромки лаг. Дощатый пол (лучше из дубовых досок) привинчивают шурупами к лагам так, чтобы доски были плотно прижаты к стеклу, без воздушных промежутков.

Почему приходится рекомендовать такой малоприятный в обращении материал, как битое стекло? По своим механическим свойствам это уникальный материал. Он обладает исключительной жесткостью, точнее "мертвостью", при этом демпфирует механические вибрации и не является их проводником. Стекло не "слеживается" под нагрузкой, а его объем не зависит от влажности воздуха. Другого строительного материала с такими достоинствами я просто не знаю.

Рекомендации по выбору объема комнаты прослушивания для российских аудиофилов - самый больной вопрос, поэтому не стану вывешивать в "АудиоМагазине" экстремистские лозунги вроде того, что в комнате с объемом V = 60 м3 (площадью 20 м2) слушать high-end-аппаратуру невозможно. Я лишь приведу формулу, с помощью которой каждый, исходя из объема своей комнаты, сможет определить для нее нижнюю граничную частоту fн, ниже которой звучание будет неудовлетворительным:

fн = 1770/[Гц]        где V — объем помещения, м3.                 (1)

Эта формула не упала с неба, ее может вывести любой школьник, если включит условие Морза (один резонанс на один герц) во взятую у него же [3] формулу, приведенную мной под номером (10) в первой части статьи.

К сожалению, она выдает нам голую правду, на которую никакие заклинания повлиять не могут. Воспользуюсь ею и поставлю диагноз комнатам с наиболее часто встречающимися размерами (см. таблицу).

В этой таблице приведены основные параметры комнат прослушивания, где достигнуто оптимальное стандартное время реверберации T60 = 0,45с. Важнейшими из них, естественно, являются нижняя граничная частота, значения которой просто удручают, и прирост создаваемого громкоговорителем в зоне слушания уровня звукового давления (SPL – Sound Pressure Level) по сравнению с измеренным в звукозаглушенной камере на расстоянии 1 м. Этот прирост, который возникает благодаря реверберации в помещении, естественно, на руку фирмам-изготовителям аудиоаппаратуры и особенно аудиофилам, поскольку они могут в 2-4 раза уменьшить выходную мощность аудиоаппаратуры. Подробно об этом я напишу в третьем тысячелетии, в третьей части статьи "Мощность".

Остается вопрос, что же делать с нижней граничной частотой помещения? Думаю, что найдутся и такие аудиофилы, которые скажут: "Нет проблем. Можно соорудить комнату с нижней граничной частотой fн = 50 Гц". Конечно, можно! Такая комната должна иметь объем V= 1200 м3 и площадь примерно 300 м2. Я даже допускаю, что в недалеком будущем такую комнату смогут построить многие, однако проблемы есть.

Первая из них - отрицательный прирост SPL. Например, по сравнению с комнатой прослушивания объемом 80 м3 он составляет -12 дБ. То есть выходная электрическая и акустическая мощности аудиоаппаратуры должны быть примерно в 16 раз больше, чем необходимые в обычных условиях. Домашняя аппаратура high end к такому радикальному повышению мощности, особенно громкоговорителей, плохо подготовлена, кроме нескольких очень дорогих моделей, например выпущенных фирмами "Living Voice", "Zingali" и "Tannoy". Правда, для этих целей годится и профессиональная аппаратура, предназначенная для озвучивания больших концертных площадок, но, к сожалению, она чаще всего не относится к категории high end.

Другая проблема - в какой-то степени неожиданная - заключается в необходимости использовать в такой комнате несметное количество звукопоглощающих материалов. Воспользовавшись формулой (11), приведенной в первой части статьи, можно подсчитать, что для оптимального демпфирования объема V = 1200 м3 потребуется примерно 440 м2 стопроцентного звукопоглощения. О том, почему обеспечение такого звукопоглощения действительно представляет проблему, причем в каком-то смысле даже духовную, я расскажу ниже. Подобных сложностей не возникает в комнате объемом 30 м3 (площадью 10 м2), так как оптимальное время стандартной реверберации достигается при помощи одной тахты и трех полок с книгами.

Общество аудиоинженеров (AES), с учетом всех за и против, предложило в качестве разумного компромисса тестировать аудиоаппаратуру в комнатах объемом от 50 до 120 м3 [4]. До этого Международная Электротехническая Комиссия (IЕС) рекомендовала использовать для аудиоэкспертизы громкоговорителей комнаты с объемом V = 80 м3 (со следующими линейными размерами: высота - 2,8 м, длина - 6,7 м, ширина - 4,2 м) [5]. Нижняя граничная частота этой комнаты fн = 198 Гц (см. таблицу).

К сожалению, несмотря на высший уровень акустических компромиссов, мы так и не получили ответа на вопрос, что делать с нижней граничной частотой fн, или точнее с резонансами помещения, которые находятся ниже этой частоты.

Одно из решений предложил В. Зуев (см. "АМ" № 1 (6) 96, с. 7). По его мнению, нижняя граничная частота аудиосистемы не должна быть ниже нижней граничной частоты комнаты прослушивания. Обидно, правда, что среди огромного парка выпущенной за сто лет аудиоаппаратуры только фонографы Эдисона и ранние граммофоны отвечают этому требованию.

Мы живем и слушаем аудиоаппаратуру в комнатах преимущественно прямоугольной формы. Хорошо, если у вас комната дореволюционной постройки с соотношением размеров, соответствующим золотому сечению [4].

Поглощающие материалы и конструкции в комнате прослушивания используют для достижения времени стандартной реверберации T60 = 0,450,15 с, которое к тому же должно оставаться постоянным в диапазоне частот от 250 до 4000 Гц. За пределами этого диапазона требования к его постоянству несколько мягче. По существу это означает, что средневзвешенный по площади коэффициент звукопоглощения в заданных частотных пределах также должен быть постоянным, то есть.

Поглощающих материалов, отвечающих этому требованию, в природе не существует. Все используемые в строительстве акустические материалы обычно имеют нечетко выраженный максимум поглощения на определенной частоте, на низких же частотах способность к поглощению пропадает. Основная задача проектировщика - подобрать комбинацию из трех или четырех типов поглотителей таким образом, чтобы выполнить условие . По аналогии с терминологией, применяемой в электроакустике, такой способ поглощения будем называть трех- или четырехполосным соответственно.

Для поглощения высоких частот применяют пористые поглотители: хлопчатобумажные занавеси или портьеры, ковры и тому подобное. Для поглощения средних частот я настоятельно рекомендую дешевый и одновременно высококачественный звукопоглощающий материал - книги доперестроечного периода, размещенные на открытых стеллажах. Один квадратный метр стены, заставленной книгами, независимо от их содержания, обеспечивает примерно 0,4 м2 стопроцентного звукопоглощения. В комнате прослушивания с объемом V = 80 м3 в соответствии с формулой Айринга (см. (12) в первой части статьи) необходимо распределить по стенам около 7500 книг. Для советского интеллигента периода 1960-х библиотека с таким количеством книг считалась нормой.

Сложнее воспользоваться моим рецептом, если вы решили построить комнату прослушивания с объемом V = 1200 м3. В этом случае вам потребуется около 100000 книг. Тут-то вас и подстерегает духовная проблема.

Низкие частоты (но не ниже 100 Гц) прекрасно поглощаются диванами и мягкими креслами, а также посетителями [5]. Если на этих частотах требуется обеспечить звукопоглощение в большом объеме, а названных мной предметов мебели не хватает, можно прибегнуть к щитам Бекеши, которые по акустической сути - те же диваны, только поставленные на попа (см. фото в начале статьи).

1. Изломы затухания - наклон затухания, начиная с какого-то момента времени, изменяется, например, становится меньше. Этот неприятный для слуха дефект возникает из-за различия скорости затухания стоячих волн разного типа. Быстрее всего затухают косые волны, поскольку в течение каждого полного цикла отражения они шесть раз встречаются с покрывающими стены поглотителями. Примерно в два раза медленнее затухают аксиальные и касательные волны, так как они меньше взаимодействуют с поглощающими материалами. Другой причиной различий скорости затухания может стать зависимость коэффициента звукопоглощения использованных материалов от угла падения звуковых волн [11].

Полностью устранить этот дефект нельзя, но можно сделать его почти незаметным, если сместить точку излома затухания на -30 дБ (или более) относительно его начального уровня.

Задача эта, как я уже писал, радикально может быть решена путем исключения (или ослабления) мод колебаний, обязанных своим появлением аксиальным и касательным волнам. Напомню, что волны эти исчезают в помещениях с непараллельными стенами или со стенами, отделанными большим количеством рассеивающих звуки элементов. Другое, правда, менее эффективное, решение - это неравномерное распределение по стенам звукопоглощающих материалов [12], например, в виде "пятен", чередующихся с элементами рассеяния звука. К сожалению, этот путь требует от исполнителя высочайшей квалификации.

2. Флуктуации затухания. Периодические и непериодические флуктуации затухания возникают, когда собственные частоты помещения сильно разрежены или когда между частотами доминирующих в этом помещении резонансов отчетливо просматриваются большие промежутки . Флуктуации наносят заметный ущерб звучанию, когда 1 Гц < 16 Гц. Поясню физику образования флуктуации на простом примере. Представим себе, что звуковой сигнал от громкоговорителя возбуждает сразу три резонанса помещения, частоты которых удалены друг от друга на один и тот же интервал частот. Естественно, что в спектре отклика помещения, наблюдаемом нами после прекращения звука будут доминировать те же три частоты. Из учебников по основам радиотехники известно, что спектру, в котором доминируют три отстоящих друг от друга на равный интервал  частоты, обязательно соответствуют амплитудно- и/или частотно-модулированные колебания с частотой модуляции равной.