A szoba kialakítása, elrendezése - a szoba mérete és alakja

A bejegyzés Ethan Winer oldalának fordítása. A bejegyzéssorozat itt kezdődik.

A szoba egyik legfontosabb tulajdonsága a módusai, azaz azok a frekvenciák melyeken rezonanciák lépnek fel. Ez közvetlen összefüggésben áll a szoba hosszával, szélességével és magasságával. A legtöbb esetben a zenehallgató szobának, vagy stúdiónak szánt szoba egy már elkészült szoba, így ezen módusok és egyéb állandó jellemzők ismerete csak okoskodás. Végül is mi értelme kiszámolni őket, ha úgysem tudunk változtatni rajta? Hiszen minden szobában szükséges a teljes mélyfrekvencia kezelése és még a basszuscsapdák tervezésében sem segít a módusok ismerete. Kivéve, ha abban a szerencsés helyzetben vagyunk, hogy megtervezhetjük a zenehallgató szoba méreteit és alakját. Ilyenkor valóban nagy mértékben meghatározhatja a szoba akusztikai tulajdonságait a megfelelő kialakítás.

A szoba mérete és alakja meghatározza a természetes rezonanciáit - ezeket gyakran a szoba módusainak hívjuk. Minden négyszög alakú szobának három alapvető módusa van, melyek a szoba hosszával, szélességével és magasságával vannak összefüggésben. Amennyiben szabálytalan alakú, vagy döntött falú szobáról van szó, akkor átlagolhatjuk a távolságokat, hogy legalább egy durva közelítést kapjunk a szoba módusairól. Ez azt jelenti, hogy ha például a hosszanti fal szögben fut (a szoba egyik végén 3 méteres szélességet, a másik végénél 3.5 méterest eredményezve), akkor vehetünk 3.25 métert mint a szoba átlagos szélességét. Ez ettől bonyolultabb, szabálytalan alakú szobáknak több mint három fő módusuk van és bonyolultabb a számításuk.

Általában véve a nagyobb szobák jobbak akusztikai szempontból, mint a kicsik, mert a módusok közelebb helyezkednek el egymáshoz és így az teljes frekvenciaátvitel kiegyenlítettebb. Akusztikával foglalkozó szakértők minimum 70m³-es szobát ajánlanak. Az alábbi ábra egyetlen dimenzióra - mondjuk a hosszra - kivetítve mutatja a módusokat két különböző szobára. A nagyobb szoba (a diagrammon fentebb) 8.5 méter hosszú, így az alapvető frekvencia - amely a hullámhossz felénél lép fel - 20Hz. A további módusok, hasonlóan a hangszerek felhangjaihoz, 20Hz-es intervallummal lépnek fel. Bár ez sok kis kiemelést okoz, a kiemelések közel vannak egymáshoz, így az átlagos frekvenciaátvitele a szobának elég sima. Hiszen ahogy egy kiemelés csökkeni kezd, a mellette álló már növekedik. (Arra felhívnám a figyelmet, hogy az alábbi két ábra grafikai programban készült közelítő ábrázolás, a csúcsok és beszakadások nem egészen pontosak.)

Nagyobb szobákban (fent) a módusok által okozott csúcsok közelebb vannak egymáshoz,  mint egy kicsi szobában. Az egymáshoz közelebb elhelyezkedő kiemelések egyenletesebb frekvenciaátvitelt eredményeznek.

Ha megnézzük az ábra alján lévő kisebb szoba módusainak a hosszát, akkor láthatjuk, hogy az első kiemelés 60Hz-en történik, amely ismételten a szoba hosszának a feléből származik (3 méter). Így hát a további módusok is 60Hz-es intervallumokkal követik egymást. Látható, hogy az átvitel sokkal hullámosabb, mivel a frekvencia szélesebb sávban kerül elnyomásra, a hullámvölgyek szélesebbek és "mélyebbek" a kiemelések között.

A stúdiók és zenehallgató szobák tervezésénél további igen fontos tényező a magasság, hossz és szélesség aránya. A legrosszabb forma a kocka, ahol mindhárom érték egyforma. A kockában van a legkevesebb módus, ebből kifolyólag a legkevesebb számú kiemelés és így a legnagyobb távolság a kiemelések között. Egy ideális szobában mindhárom szobaméret különböző frekvenciákon okoz kiemeléseket. Így több csúcs jelentkezik, és egészészében nézve egyenletesebb lesz az átvitel. Ez látható az alábbi ábrán.

Egy ideális szoba módusai (fent) kiegyenlítettebb átivtelt eredményez, mint a rossz arányokkal rendelkező szobáé (lent). Kevésbé ideális arányok mellett némely természetes rezonanciák egymástól távol helyezkednek el, mások pedig egy helyre csoportosulnak.

Amelett, hogy az átvitel kevésbe lesz egyenletes, a nagy módustávolságok a basszushangszerek egy bizonyos hangját jobban kiemelik, mint a többi hozzá tartozót. Ez sokkal rosszabb, mint egy enyhébb, sok kiemelés eredményeképpen létrejövő átviteli görbe, amely ha nem is egyenes, de szélesebb tartományban helyezkedik el. Az elv hasonló, mint mikor az EQ-t használjuk egy felvételen a prezensz tartomány kiemelésére. Egy nagyobb sávszélességű kiemelés mindig természetesebben szól, mint egy kis frekvenciatartomány érintő. A kis szélességű kiemelések egyfajta orrhang szerű hangzást okoznak, mintha egy wah-wah pedál működne a kiemelt frekvenciatartomány közepén. Vegyük azt is észre, hogy a szoba méretei a mellett, hogy a frekvenciaátvitelben kiemeléseket okoznak azt is meghatározzák melyek azok a frekvenciák, ahol a szoba saját utózengése a legerősebb. Jobb, ha a szoba utózengése egyenletesen oszlik a teljes frekvenciatartományon, mintha egy pár domináns frekvencia határozná meg, amely természetellenes színezést ad a hangzásnak. Így hát mindezen okokból egy szobának különböző és egymással nem összefüggésben lévő méreteinek (hossz, magasság, szélesség) kell lennie.

Létezik pár "ideális", a szoba magasságára, szélességére és hosszára vonatkozó arány, amelyet professzionális stúdió tervezek ajánlanak. Három ezek közül az arányok között - melyeket L.W.Sepmeyer határozott meg - alább látható.

Magasság   Szélesség    Hossz
1.00            1.14            1.39
1.00            1.28            1.54
1.00            1.60            2.33

Vannak más jó arányok is, de a fentiek azok, amelyekre a leggyakrabban látom, hogy hivatkoznak. Fontos, hogy amennyiben egy szobának álmennyezete van, akkor a szoba magasságát - mély frekvenciák tekintetében - az álmennyezett feletti szilárdabb mennyezett határozza meg. Ugyanígy, pincehelységek esetében, ahol láthatóak az összekötő gerendák a magasságot nem a gerendák alja határozza meg, hanem tényleges mennyezet helye.

Mindezek mellett el kell mondanom, hogy a szobai módusok jelentősségét gyakran túlzásba viszik.  Persze, ne legyen a szoba szélessége egyenlő hosszával, vagy annak egész számú többszörösével (például 5x10m). De a módusok csak azt adják meg, hogy hol lesznek a rezonanciák a legerősebbek. Állóhullámok és akusztikus interferenciák minden alacsony frekcencián fellépnek, független a szoba méretől és alakjától. Így hát mindenképpen a teljes mélytartományt lefedő basszuscsapdákra van szükség, nem elég csak a módusokra kialakítani őket. Az akusztikus interferenciákat illetően az egyetlen dolog, ami a szoba méretétől függően változik, az az, hogy a szobában hol alakulnak ki a kiemelések és beszakadások az adott alacsony frekvencián.

Több ingyenes és web alapú módus kalkulátor található, de amiket én találtam azok mind csak a szoba módusait megadó listát adnak meg. Így még mindig előttünk áll a feladat, hogy elhelyezzük őket egy grafikonon, láthatóvá téve milyen közel is helyezkednek el egymáshoz. A ModeCalc (csupán 57KB) egy szoba módus kalkulátor, amelyet én írtam. DOS és Windows alatt fut. Képes az első tíz módus grafikus ábrázolására, így láthatóvá teszi hogyan helyezkednek el egymáshoz képes a módusok és milyen kihatásuk van egymásra. Minden egyes dimenzióhoz tartozó módust más szín jelöl és ha kettő vagy több módus ugyanazon frekvencia közelében lép fel, akkor a duplikációk egy külön listán jelennnek meg, így nem fedik el egymást. A program használata egyszerű, az F1 gomb megnyomásakor pedig a megjelenik a teljes használati útmutató és segítség arra vonatkozóan hogyan értelmezzük az eredményeket. 

Még jobb basszuscsapdák

A bejegyzés Ethan Winer oldalának fordítása. A bejegyzéssorozat itt kezdődik.

A basszuscsapdák egy további változata a Helmholtz rezonátor. Ellentétben a habból, üveggyapotból és üveggyapottal töltött hengerektől a Helmholtz rezonátor igen mély frekvenciák elnyelésére is méretezhető. Ez a fajta basszuscsapda a hangolt üreg elvén működik, leginkább csak egy kis frekvenciatartományon hatásos (ott viszont nagyon). Gondoljunk egy üvdítős üvegre, amely a száján keresztül ügyesen megfújva rezonálni kezd - ez az alapötlet. Bár a Helmholtz rezonátort igen hatékonyra is ki lehet alakítani, csak igen kis frekvenciatartományon működik és meglehetősen nagynak kell lennie igazán mély frekvenciák elnyeléséhez. A frekvenciatartományt meg lehet növelni, ha az üreget üveggyapottal töltjük ki, illetve ha több, különböző méretű nyílást készítünk a rezonátorra. Elterjedt megvalósítása az elképzelésnek egy doboz, mely üveggyapottal van feltöltve az előlapi nyílását pedig szellősen elhelyezett, fából kialakított lécek fedik részlegesen. Éppen ezért lécrezonátor a neve. Másik megoldás szintén üveggyapottal megtöltött dobozra épül, de a nyílást egy tábla zárja le a lécek helyett, a táblán pedig sok kicsi lyuk van. Tagadhatatlan, hogy a Helmholtz rezonátor nagyon hatásos tud lenni, de használhatóságát erősen csökkenti az a tény, hogy csak nagyon keskeny frekvenciatartományon működik. Ki lehet úgy alakítani, hogy egy adott szoba domináns frekvenciáját elnyelje, más mélyfrekvenciás hangokra viszont hatástalan lesz. Ugyanakkor az akusztikus interferenciák elkerüléséhez széles sávban szükséges a mélytartomány elnyelése.

Egyik kedvencem a membrán elnyelő, vagy más nevén panel csapda (merthogy az előlapja fa panel). Egyik nagy előnye a membrán elnyelőnek, hogy nem kell vastagnak lennie az igen mély frekvenciák kezeléséhez. A membrán elnyelők is a basszustartomány egy-egy sávjának elnyelésre vannak kialakítva, hiszen a basszustartomány nagyjából négy oktávot fog át. Éppen ezért több, a basszustartomány egyes részeit lefogó membráncsapdára van szükség. Az igen mély frekvenciák elnyelése mellett a fa előlap a magasfrekvenciák elnyelésére is alkalmas. Így még akkor sem lesz túl halott hangzású a szobánk ha a teljes bassus tartomány lefedéséhez szükséges mennyiségű panel csapdát telepítünk.

Az alábbi fotó nyolc panel csapda látható, melyeket a házi stúdióm számára készítettem. A paneleken kívül - melyeket fehérre festettem - elég sok 703-as üveggyapot elnyelő is van, melyet szövettel borítottam. Ami a fényképen nem látszik, az a szoba hátsó sarkaiban elhelyezkedő további négy panel csapda, illetve még négy, amelyek szintén kicsit hátrébb vannak az oldalfalak mentén. A fotón mindkét típusú panel csapda látható - mély basszus és nem annyira mély basszus elnyelésére alkalmas. A vékonyabbak az utóbbiak. A szoba felüleinek jelentős részének elfedéséhez számos elnyelőre volt szükség, mivel ez egy viszonylag nagy szoba (5,5m x 10m). Egy kisebb szobába nyilván kevesebb csapda is elég.

Ebben a szobában egyenlő mértékben vannak nagyon alacsony és nem olyan alacsony frekvenciára tervezett panel csapdák, valamint üveggyapot elnyelők a közép- és magasfrekvenciás hangok kezelésére. A szoba hátsó részében további panel csapdák vannak.

Az alábbi ábra egy tipikus panel membrán felépítését mutatja. Amikor egy a hatásos frekvenciatartományba tartozó hanghullám eléri az előlapot, az vele együtt vibrálni kezd. A hanghullám így elnyelődik, mivel a panelek mozgatásához energiára van szükség. A üvegyapot pedig csillapítja a panelt, hogy az ne vibráljon túl sokáig. Ha engednénk, hogy a panel szabadon vibráljon, akkor könnyebb lenne mozgásban tartani és kevesebb elnyelésre lenne csak képes. Illetve azért sem túl szerencsés a túl hosszú vibrálás, mivel ezzel egy az utózengéshez hasonlatos jelenséget hoznánk létre, azt pedig semmiképpen sem kívánatos!

A furnérlemezzel a hang hatására vibrálni kezd. Az üveggyapot pedig csillapítja a vibrációt.

Az ilyen panelek légmentesen vannak felépítve és a bennük keletkező akusztikus energiát az üveggyapot hővé alakítja. Vegyük észre, hogy az üveggyapot nem közvetlen a hátsó panelre került, így hatásosabb. Minél közelebb van az üveggyapot a membránt képező fához, annál hatásosabban csökkenti annak vibrációját, de fontos, hogy nem szabad hozzáérnie, mert az csökkentené a mozgási szabadságát a panelnek. A panel csapda leghatásosabb működéséhez a panelnek szabadon, minden akadályoztatás nélkül - leszámítva a közleben lévő üveggyapot csillapító hatását - kell tudnia vibrálni.

Van pár ok, ami miatt érdemes zártra építeni a panel csapdákat. Ha van hely, ahol kiszökhet a levegő - mondjuk az előlap és a doboz oldalfalának csatlakozásánál, akkor a membránon áthaladó hangullámok ezeken a réseken át kilépnek, ahelyett hogy az üveggyapot elnyelné őket. A másik - még fontosabb ok pedig az, hogy a rések által a belül kialakult nyomás megszűnik és a helyett, hogy elnyelésre kerülne visszasugárzódik a szobába. Tekintsünk úgy egy panel csapdára, mint egy nyitott ablakra. Ha lyukat vágunk a külső falunkra, majd kartonlappal borítjuk, akkor a kartonlap a közép- és magasfrekvenciás hangokat vissza fogja verni, de a mélyhangokat át fogja engedni. Ezek a mélyfrekvenciák tehát áthaladnak a kartonlapon és nem verődnek vissza a szoba irányába. A zárt membrán csapda ebből a szempontból hasonló, hiszen a panelen áthaladó mélyfrekvenciás hanghullámok a dobozba jutva abból nem kerülnek ki. A legfontosabb ok azonban az, hogy a dobozban lévő levegő mintegy rugóként működik és bármilyen nyílás csökkenti ezt a hatást.

Bár a basszusfrekvenciák kezelésére a legjobb, ha üveggyapotot szerelünk a szoba sarkaiba keresztirányba, a panel csapda más elv alapján működik és segíthet ott, ahol a légrés nem. A panel csapdák esetén a legjobb, ha kettőt teszünk minden sarokba közvetlen a falra, hiszen ez dupla felületet biztosít. A szivacsos anyagokból készült basszuscsapdák - mint az üveggyapot és az akusztikai hab - elnyelik a hangot, ahogy áthaladnak rajtuk. Ezt a fajta csapdát sebesség elnyelőnek nevezzük, mivel a hanghullám sebessége az, amelyet kihasználunk a csillapításhoz. A panel csapda épp ellenkezően működik és nyomás elnyelőnek hívjuk, hiszen a falak mentén a nyomás éri el a maximumát. Felfoghatjuk a panel csapdákat egyfajta "ütközés csillapítónak". A hanghullámoknak, ahogy közelítenek a falhoz nagy a sebességük, de nincs nyomásuk. Mikor pedig elérik a falat nincs sebességük, viszont a nyomás jókorára nő. Hasonló ez ahhoz, mint mikor az autós a fának hajt. Hajthatunk 100km/órával a fa fele - sok sebesség - de mikor elérjük a fát nem lesz sebességünk, viszont lesz egy nagy csomó nyomás!

Ezek után feltehetjük a kérdést: valójában mennyi javulást várhatunk a basszuscsapdák telepítésével? Hacsak nem fedjük az összes falunkat és a mennyezetet 100%-ban, minden problémás frekvencián effektív elnyelő anyaggal - ami tulajdonképpen lehetetlen - maradni fog valami eltérés a tökéletesen egyenletes frekvenciamenethez képest. Ugyanakkor egy ettől sokkal földközelibb megvalósítással is jelentősen csökkenthetjük az átvitel hullámosságát, illetve széthuzhajtuk a kiemelések/csillapítások szélességét így csökkentve az "egytónusú" basszus kialakulásának esélyét. Mérhetően tehát továbbra is maradnak kiemelések és beesések, de a zene sokkal jobban fog szólni és egyenletesebb lesz a szobában mindenhol a basszus. Az alábbi ábrán egy szoba átviteli görbéjét láthatjuk membrán csapdákkal és a nélkül.

A légrés optimalizálása

A bejegyzés Ethan Winer oldalának fordítása. A bejegyzéssorozat itt kezdődik.

Bár a légrés méretének növelése valóban csökkenti az a elnyelt frekvenciatartományt, vékony panelek esetén e melett a magasabb basszusfrekvenciák esetén csökkenti az elnyelést. Egy adott frekvenciára vonatkoztatva a legnagyobb mértékű elnyelés akkor figyelhető meg, ha a légrés a frekvencia hullámhosszának 1/4-e. Az alábbi ábra a hanghullám terjedési sebességét mutatja, amely a nullátmenetnél éri el a maximumát. A hullám legalsó illetve legfelső pontjánál a legkissebb a sebesség, de a legnagyobb a nyomás. A sebesség a hullámforma kezdetétől mérve 1/4-ed periódusnál a legnagyobb. Ekkor keletkezik a legtöbb energia amely a hanghullámokat átpréselheti az elnyelő anyagon.

Ez az oka annak, hogy az elnyelő anyag (mint az üveggyapot panel) jobban működik, ha nem közvetlen a falra rögzítjük őket, hanem hagyunk légrést. Hiszen mikor a hanghullám közelít egy határfelületethez - például a falhoz - a sebesség csökken, majd nulla lesz, mikor eléri azt. Képzeljünk el egy billárd golyót, ahogy a gurul az játékasztalon. A golyó akár 100km/órás sebességel is gurulhat, de azon a ponton, ahol ütközik az asztal falával a sebessége nulla, egyáltalán nem mozdul. Mozgás nélkül pedig nincs energia, amit el lehetne nyelni.

Ugyanígy, ha az üveggyapot panelt pontosan egy merev határfelületre helyezünk, akkor ott nem használ semmit, mert a levegőmolekulák ott nem mozognak. Mivel nincs sebességük, nem túl sokat használ az üveggyapot. Ennek megfelelően a levegőmolekulák sebessége egyre nagyobb ahogy távolabb húzzuk az üveggyapotot a faltól. Ilyenkor az üveggyapot panel csökkenti a terjedési sebességet, amelynek során a hangenergia hővé alakul, ezáltal hang egy része elnyelődik.

Ahogy a fenti ábrán látható - melyet Alton Everest: Master Handbook of Acoustics című kiadványból vettem - az elnyelés maximuma egy adott frekvenciára vonatkoztatva mindig a frekvencia negyed hullámhusszának többszöröse (ez esetben 250Hz-től kezdődően). Ezek után egy magasabb frekvencián csökken, ahol a légrés a hullámhossz felével egyenlő, majd ismét nőni kezd 3/4 hullámhossz értéknél - és így tovább. Ez a szabálytalan elnyelés legerősebben a vékony elnyelő anyagoknál jelentkezik és fokozatosan megszűnik , ahogy egyre vastagabb anyagot alkalmazunk. Az elnyelés csökkenését elkerülhetjük vastagabb elnyelő anyag használatával, vagy akár úgy is, hogy a teljes légrés kitöltjük ahelyett, hogy csak egy vékony panelt raknánk le a fal vagy mennyezet elé. Ha a teljes légrést kitöltjük, akkor az ott használt anyag az összes frekvenciára vonatkoztatva elnyelőként viselkedik, melyeknek 1/4 hullámhossza a légrésen belülre esik.

Megígértem, hogy nem fogok egyenleteket használni, most mégis megteszem. A következő nagyon egyszerű képlet lesz az egyetlen. Ahhoz, hogy megállapítsuk az az ideális légrést egy adott frekvenciára először meg kell határoznunk a hozzá tartozó hullámhosszt.

Hullámhossz méterben = 343/Frekvencia (Hz) 


Ha ez megvan, egyszerűen osszuk el az eredményt 4-el, hogy megkapjuk az optimális légrés értékét. 100Hz hullámhossza például 343/100 = 3,43 méter, ennek az 1/4-e pedig kb. 0.8 méter. A 343-as érték a hang terjedési sebessége (mértéke m/s) levegőben szobahőmérsékleten (20 fok) és átlagos páratartalom mellett.

Egy elnyelő anyag adott vastagságához az ideális légrés egyenlő az anyag vastagságával, mivel így nem keletkezik lyuk az elnyelt frekvenciatartományban. Például: ha egy 10cm vastag üveggyapot lemezt szerelünk fel 10cm légréssel, akkor a magasabb frekvenciák - melyeknek negyed hullámhossza a 10cm-es anyagvastagságon belülre esik - a légréstől függetlenül elnyelődnek. A légrés (elhelyezés) pedig azon a frekvenciák számára optimális, melyeknek negyed hullámhossza 4 és 8 cm közé esik. Ez látható az alábbi ábrán.

A gyakorlatban nem feltétlen kell hullámhosszokat méregetni és légréseket számolgatni. Az első pár centiméternyi légrés hozza úgy is a legtöbb eredményt. A legtöbb ember nem hajlandó a szobájából fél, vagy akár egy méternyi helyet feláldozni a falak mentén. Válasszunk akkor légrést, amit még elfogadhatónak találunk. Ha módunk van anyaggal feltölteni a légrést, annál jobb. Mert bár igaz, hogy a sebesség az 1/4 hullámhossznál a legnagyobb, azért még az 1/8 értéknél is van bőven. Azt is vegyük észre, hogy nem mindegy milyen szögben találkozik a hanghullám az elnyelővel, akár növelheti is az effektív légrés értékét. Továbbá, alacsony frekvenciás hullámok kevésbé fognak elnyelődni, ha nem 90 fokban találkoznak az elnyelővel. Ezért az itt olvasható magyarázatok arra az egyszerűsített helyzetre igazak csak, amikor az ütközés 90 fok melett történik. A valóságban nem mindig ez a helyzet.

Érdemes megemlíteni a basszuscsapdák egy másik elterjedt formáját, a hengereket (vagy sarokhengereket), melyeket boltban is vehetünk és az interneten is számos tervet találhatunk elkészítésüket illetően. Bár ezeket sokszor hívják "basszus csapdáknak", még a legnagyobb hengerek sem igazán használhatóak 100Hz alatt, a kisebbek pedig ettől jóval magasabb frekvenciákon elvesztik hatásosságukat. Marketinget félretéve, a henger elnyelési képessége egyszerűen a benne lévő üveggyapotból adódik. Az ok, amiért egy fél méter átmérőjű henger képes 100Hz-ig működni az az, hogy a  henger átmérőjéből kifolyólag a benne lévő üveggyapot nem közvetlen a falra kerül, ez pedig segít a mélyfrekvenciás alkalmazásban. Ugyanakkor egy henger semmivel sem hatásosabb, mint egy hasonlóan elhelyezett tömör üveggyapot panel.