Каждому понятно, что АЧХ громкоговорителя, измеренная в условиях комнаты прослушивания, не должна совпадать с измеренной в звукозаглушенной камере хотя бы потому, что в комнате микрофон улавливает не только прямое излучение громкоговорителя, но и создаваемое им поле реверберации. К сожалению, этого чисто качественного знания недостаточно для практического применения, а потому нам придется остановиться на физических аспектах этого явления более подробно. Сначала вспомним (см. выражение (2)), что интенсивность прямого излучения громкоговорителя при удалении от него убывает пропорционально квадрату расстояния, тогда как интенсивность поля реверберации от расстояния не зависит. Когда расстояние между микрофоном и громкоговорителем становится больше радиуса гулкости (r >rн), интенсивность поля реверберации начинает доминировать в результатах измерений. Этот случай соответствует условиям прослушивания музыки через аудиоаппаратуру, ведь расстояние между громкоговорителем и слушателем обычно составляет от 2 до 3 радиусов гулкости. Это очень важное утверждение, так как оно открывает глаза на то, что слушатель, а, следовательно, и микрофон, с помощью которого мы собираемся производить измерения, находятся в практически "чистом" поле реверберации. Именно поэтому АЧХ громкоговорителя, измеренная в комнате с места, где сидит слушатель, представляет нам уже не громкоговоритель, а систему громкоговорителъ - комната.

Последнее утверждение не означает, что эту общую АЧХ можно объявить суммарной для громкоговорителя и комнаты прослушивания [8].

Рис. 5. АЧХ громкоговорителя, установленного в прямоугольном помещении в 4 позициях: А – в углу, В – у пола в середине стены, С – у центра стены, D – в центре комнаты.

Рассмотрение вопроса начнем со взаимодействия находящихся на расстоянии d двух синфазно работающих громкоговорителей закрытого типа. Из-за этого взаимодействия их сопротивление излучения меняется в зависимости от частоты, а, следовательно, и совместная мощностная АЧХ отличается от АЧХ одного громкоговорителя. Это отличие, которое выражено изменением уровня интенсивности IL в зависимости от частоты, показано на рис. 6. Для удобства пользования частота на этом рисунке - нормированная, то есть представлена отношением расстояния d к длине волны звука .

Рис. 6. Изменение мощностной АЧХ двух громкоговорителей, вызванное их взаимодействием на расстоянии d к длине звуковой волны λ

Из рисунка видно, что при d > 0,5 оба громкоговорителя излучают примерно столько же мощности, сколько они излучают в сумме, находясь отдельно друг от друга. Когда расстояние между громкоговорителями уменьшается так, что d < 0,5, суммарная акустическая мощность возрастет на 3 дБ, то есть становится больше суммы мощностей, излучаемых громкоговорителями отдельно друг от друга.

Рис. 7. Изменение мощностной АЧХ громкоговорителя, вызванное его взаимодействием с границами помещения: A – с одной стеной, расположенной на расстоянии X; B – с двумя пересекающимися под прямым углом стенами на расстоянии X и Y; C – с тремя взаимно перпендикулярными стенами на расстояниях X, Y, Z. Кривые В и С даны для случаев X=Y и X=Y=Z соответственно; ось частот выражена отношением расстояния от стен X, Y, Z к длине волны λ.

На графике (см. рис. 7), показана зависимость прироста излучаемой мощности IL от нормированной частоты FN= Х,Y,Z/ для случаев, когда громкоговоритель взаимодействует с одним, двумя и тремя мнимыми источниками звука. Из этого графика видно, что каждое взаимодействие, независимо от размеров X, Y, Z, на частотах FN< 0,05 приводит к приросту на 3 дБ излучаемой громкоговорителем мощности. Соотношение размеров X, Y и Z, как оказалось, влияет в основном на глубину упомянутого провала. Она максимальна и составляет 11,5 дБ при Х = Y= Z, причем может увеличиться еще на 3 дБ, когда в аудиосистеме не один громкоговоритель, а два и если Х = Y = Z = 0,5d. Подъем на 12 дБ и провал на 12-14 дБ - вот откуда взялась упомянутая мной выше неравномерность мощностной АЧХ - 24 дБ.

Рис. 8. Наилучшее соотношение размеров X, Y, Z, d, которого следует придерживаться при размещении стереосистемы в комнате прослушивания.

После того как громкоговорители установлены в рассчитанное положение, свободное соотношение между размерами Х и Y (или Z, и d) желательно уточнить по результатам измерений общей мощностной АЧХ громкоговорителей, а еще правильнее - основываясь на оценке характера звучания басовых нот контрабаса и литавр. Уточнения необходимы не только из-за приблизительности приведенного мной расчета. Есть еще и не учтенные в расчете факторы, такие, например, как индивидуальная неравномерность АЧХ громкоговорителей, неоднородное распределение в комнате низкочастотных резонансов, плохо управляемое на низких частотах время реверберации и т. п. Уточнить расстояние до стен и пола придется также тогда, когда вы используете громкоговорители с пассивным излучателем или фазоинвертором.

[1] Для этих целей годится микрофон типа приемник градиента давления', его характеристика направлен­ности имеет вид восьмерки. Ленточные микрофоны с такой характеристикой выпускались в СССР заводом "Октава". Подробно о направленных и ненаправленных микрофонах см. в "АМ" № 4 (5) 95, с.69-71

[2] Узлы - это зоны в стоячей волне, где звуковое давление равно нулю, а колебательная скорость частиц воздуха максимальна.

[3] В последнее десятилетие вместо дорогостоящих самописцев уровня стали применять специальным образом запрограммированные персональные компьютеры.

[4] 3 мс - это время запаздывания , достаточное для того, чтобы первые отражения не были слышны, так как попадают в зону действия эффекта Хааса. Об этом эффекте см. в "АМ" № 2 (37) 2001, с. 159

[5] Рой Аллисон известен тем, что сконструировал в 1970-х годах акустическую систему "AR-3а".