Podstawy akustyki i rozmieszczania głośników

Dla wielu osób może się to wydawać oczywiste, ale zakup kolumn czy głośników za n złotych wraz ze sprzętem towarzyszącym i okablowaniem nie jest nigdy gwarantem dobrej jakości dźwięku. Pierwsza myśl – synergia, która winna być osiągnięta za sprawą dobrego zgrania się ze sobą wszystkich komponentów. Za nią stoi jednak jeszcze jedna kwestia, znacznie bardziej niewdzięczna, często pomijana, a jednak determinująca kształt i sposób tworzonego w naszym pomieszczeniu brzmienia: akustyka.

Tym samym w niniejszym artykule podjęta zostanie próba omówienia kwestii i zagadnień związanych z akustyką pomieszczeń – rzeczą, która ma bardzo duży, jeśli nie wręcz krytyczny, wpływ na finalny kształt brzmienia zestawu głośnikowego. Oczywiście taka tematyka jest bardzo rozległa i skomplikowana, dlatego będę się poruszać po niej w tym konkretnym przypadku z dużą dozą uproszczeń, jako że łatwiej będzie niektóre aspekty zrozumieć, a także zaaplikować do szerszego grona rozwiązań, np. do głośników komputerowych. Jednym słowem – proste i łatwe do zrozumienia podstawy okraszone dodatkowymi informacjami uzupełniającymi.

Mimo że nazwa artykułu wskazuje na opisywanie bazujące na głośnikach w systemie 2.0, a co jest w zasadzie zgodne z prawdą jakby nie patrzeć, wspomnę też o systemach 2.1 i 5.1, a także znacznie mniej popularnych 6.1 i 7.1. Dzięki temu mimo, że wszelkie ustawienia będą traktowały o kolumnach stereo, każdy znajdzie coś dla siebie, a przynajmniej będzie wiedział jak powinno wyglądać modelowe rozstawienie głośników w systemie dookólnym.

 

Dlaczego akustyka jest ważna

To jest myślę kwestia, którą powinno poruszyć się na samym wstępie. Jeśli mówimy o słuchawkach, to na ogół (a przynajmniej w pojęciu pomieszczenia odsłuchowego) nie ma w ich przypadku problemu – zakładamy je i na tym koniec, dźwięk płynie tak jak powinien (w pojęciu fali akustycznej). Z kolei głośniki zawsze były, są i będą uzależnione od pomieszczenia, nie tylko jego kształtu ale też ewentualnych przeszkód i samego ich rozstawienia. To jak wygląda akustyka w danym pokoju przekłada się w mocny sposób na finalny kształt brzmienia uzyskiwanego z zestawu głośnikowego. Jeśli to zawiedzie, to i najlepszy sprzęt nie pomoże.

Jeśli kolumny rozstawione są poprawnie i pomieszczenie odsłuchowe spełnia swoją rolę należycie, możliwe jest wykreowanie dźwięku ze sceną niemal trójwymiarową oraz tonalnością pozbawioną nieprzyjemnych rezonansów i fal odbitych. Będziemy mogli niemalże wskazać dokładnie gdzie znajduje się każdy członek zespołu na scenie. Niestety ludzie nie przywiązują zbytniej wagi do rozmieszczenia kolumn i pomieszczenia, w którym będą odsłuchiwali muzykę, oglądali filmy czy też grali w gry komputerowe. A tymczasem warto zadać sobie pytanie: co mi po dobrych głośnikach skoro nie mam jak ich rozłożyć aby zabrzmiały na 100% swoich możliwości? Co mi po fajnych kolumnach skoro nie mogę osiągnąć z nimi dobrej, czy nawet w ogóle poprawnej, fali akustycznej?

Jeśli ktoś napotka takie problemy, rozwiązania ma dwa:
– albo kupno tańszego systemu z mniejszymi wymaganiami,
– albo zabawa tym, co jest.

Oczywiście pierwsze rozwiązanie odpada w większości przypadków – bo i po co się uwsteczniać? Zakupiony został dobry sprzęt, nie widzę osobiście sensu się go pozbywać, może po prostu wystarczy inaczej go ustawić, spróbować przewidzieć zachowanie się fali akustycznej.

Jako że moją domeną, co nie ulega zapewne żadnym wątpliwościom patrząc po charakterze i tematyce bloga, są słuchawki, nie jestem właścicielem zestawu kolumnowego za kilkanaście tysięcy złotych i w górę. Zamiast tego posiadam na dzień dzisiejszy stare podłogowe kolumny KEF Q80, które raz, że prezentują bardzo lubiane przeze mnie brzmienie „angielskiej szkoły” z dawnych lat, dwa, że ze względu na swoje unikatowe właściwości (nietypowe gabaryty, przetworniki współosiowe, membrany pasywne, konstrukcja zamknięta) doskonale nadają się do mniejszych pomieszczeń. A tym samym ułatwiają mi zadanie opracowania czytanej właśnie publikacji z punktu widzenia elementarnych zjawisk akustycznych. Gdyby porównać je do odpowiednika słuchawkowego, byłoby to pułap Sennheiserów HD600, także poziom zarówno dla mnie osobiście w pełni akceptowalny, jak i wystarczający do należytego przeprowadzenia wszelakich testów.

 

Rozstawienie bazowe kolumn


Tak samo jak w przypadku dobierania słuchawek, nie można przewidzieć wszystkich zmiennych, tj. opracować porad, które byłyby na tyle uniwersalne i jednocześnie szczegółowe, aby dogodzić każdemu i sprawdzić się w każdych warunkach. Dlatego artykuł wyjaśnia stronę stricte teoretyczną, zgeneralizowaną na tyle aby nie być zbyt ogólnikową i jednocześnie zostawiać spore pole manewru posiadaczowi zestawu głośnikowego.

Wracając zatem do sedna, na rysunku widać wartość a i jej wielokrotności. Wartość ta funkcjonuje jako odległość bazowa i odległość od bazy. Najprościej zatem mówiąc jest to odległość kolumn od siebie oraz do głowy słuchacza na planie trójkąta równobocznego. W przypadku modelowym należy przyjąć, że odległości te pozostają w relacji 1:1, tj. jeśli rozstaw głośników, licząc od centralnego punktu membrany każdego z nich, wynosi 2 m (a co dla mnie osobiście jest wartością optymalną), to mniej więcej tyle samo powinna wynosić odległość punktu odsłuchowego od każdego z głośników. Oczywiście jest tu pewna tolerancja i jeśli będzie się siedziało minimalnie bliżej lub nieco dalej (bo odległość w górę jest tutaj bardziej tolerowana), to nic złego się nie stanie, ale przyjąć warto, że nie zbliżamy się do kolumn na odległość mniejszą, niż wartość bazy, a jedynie najwyżej zwiększamy ją do odpowiednio 1,5x a oraz 2x a, ewentualnie dowolnej odległości zawierającej się w 1-2x a.

Pilnować należy też, aby odległość bazy nie była zbyt duża, gdyż wtedy będzie można obserwować przerysowania wielkości instrumentów w nienaturalny sposób. Jeśli naszym pokojem odsłuchowym jest większy salon, spokojnie możemy zacząć od scenariusza 2x a. Jeśli mamy mniejsze, węższe pomieszczenie, lepiej oscylować wokół 1x a. Przy prostokątnych pokojach lepiej jest organizować moim zdaniem kolumny przy krótszej ścianie – daje to wyraźnie większe możliwości operowania i dostrajania brzmienia położeniem słuchacza.

 

Odległości od ścian

Na kolejnym rysunku poglądowym widać dwie odległości, determinujące przestrzeń między kolumną a ścianą tylną (c) i boczną (d). Ze względu na charakterystykę fal odbitych, czyli takich które wpadają do naszego ucha niebezpośrednio, np. wskutek odbicia się od ściany pokoju, najlepszą modelową sytuacją jest oddalenie kolumn na jak największą możliwą odległość, oczywiście mając na uwadze zachowanie rozsądnej ich odległości od siebie samych, zgodnie z wcześniejszymi instrukcjami.

Minimalne odległości, jakie kolumna powinna przyjąć wynosi:
c: 60-150 cm (ok. 2-5 ft)
d: 60 cm (ok. 2 ft)

Dlaczego oba parametry są tu takie ważne? Ponieważ odległość od ściany c przekłada się na sposób reprodukcji basu, zaś boczna d – sceny. Wartości naturalnie różnić się będą od naszego pomieszczenia i użytych kolumn.

Przy określeniu idealnej wartości c w praktyce należy znaleźć sobie taki punkt, w którym bas nie jest przesadzony i zbyt ofensywny, ale nadal słyszalny i w płynny sposób komponujący się z resztą muzyki. Proszę pamiętać, że podana przeze mnie wartość 60 cm jest tylko i wyłącznie wartością minimalną-wyjściową dla dalszych modyfikacji. To samo tyczy się wartości d,

Przyjąć można że im większa kolumna tym większa powinna być jej odległość od ścian, bowiem przy mocniejszych magnesach, generowane fale akustyczne są silniejsze i tak też dzieje się z odbiciami. Jeśli fale odbite zmierzają do naszego ucha w czasie do 5 ms, nasz mózg nie jest w stanie odróżnić przesunięcia względem fali bezpośredniej i wpływa to na zafałszowanie brzmienia. Z kolei opóźnienie większe niż 5 ms daje efekt echa. W przypadku obserwowania takich nieprzyjemności lub też ze względu na mały pokój, warto spróbować zmniejszyć nieco odległość kolumn między sobą aby jednocześnie oddalić je od ścian, konieczna może być też ponowna korekcja za pomocą kąta skręcenia. Prawidłowe ustawienie głośników względem odległości potrafi zdziałać cuda. Przede wszystkim potrafi zmiękczyć lub wzmocnić bas, uczynić brzmienie bardziej naturalnym, a scenę głębszą.

Jeśli pokój z kolei jest na planie kwadratu, jednym z optymalnych rozwiązań jest ustawienie diagonalne. W takiej sytuacji osią symetrii pomieszczenia staje się nie szerokość / wysokość ustawiona prostopadle do środka ściany przeciwnej, ale przekątna całego pomieszczenia. Rozstaw taki co prawda marnuje sporo miejsca, ale jeśli tylko jest taka możliwość – myślę że warto spróbować tego ustawienia. Jak to wygląda w praktyce, pokazuje rysunek obok. W takim ustawieniu odległości głośników są optymalne co prawda, ale niosą ze sobą poważny problem – najlepsze efekty uzyska się na standach, podstawkach głośnikowych. Takowe można wykonać samodzielnie (np. ze statywu fotograficznego, jeśli głośniki są jeszcze jako tako lekkie) lub kupić (jeśli głośniki są droższe i zakup w ogóle jest opłacalny).

Niestety plan kwadratu i plan nieregularny to dwa najgorsze scenariusze akustyczne, także posiadacze takowych pomieszczeń z reguły mają dodatkowo utrudnione zadanie.

 

Odległości wg George’a Cardasa
Alternatywą dla ustalania odległości głośników od ścian jest metodologia Cardasa. Jeśli nazwisko brzmi znajomo, to bardzo dobrze, bowiem George to nikt inny jak założyciel firmy Cardas Audio, produkującej wysokiej jakości kable do zastosowań dźwiękowych. W swojej metodzie stara się wykorzystać właściwości ciągu Fibonacciego oraz tzw. „Złoty podział”, sprowadzający się do tego że stosunek odsunięcia kolumny od ściany tylnej o bocznej powinien być równy liczbie 1,618. W dużym skrócie: jeśli głośniki oddalone są od ściany tylnej o 1m, to od ścian bocznych powinny być oddalone o 1,618m, analogicznie będzie w przypadku odwrotnym: 1,618m od tylnej = 1m od bocznych.

Więcej informacji na ten temat można wyczytać na oficjalnej stronie cardas.com.

 

Kąt skręcenia i wysokość

Kąt membran względem słuchacza determinuje ustalenie punktu optymalnego odsłuchu, którym można manipulować dzięki temu tak, żeby znajdował się przed lub za miejscem w którym odsłuch faktycznie następuje, np. fotelem. Zapewne niektóre osoby zwróciły uwagę że skręciłem obie kolumny do środka pomieszczenia na rysunku poglądowym – jest to działanie jak najbardziej celowe i pożądane.

Kolumny powinny być też zwrócone głośnikami niemal bezpośrednio ku nam. Słowo „niemal” jest tu kluczowe i w tym celu można posłużyć się np. latarką lub wskaźnikiem laserowym. Wyobraźmy sobie, że przedni panel kolumny jest podzielony na trzy równe, pionowe części. Daje nam to dwie linie separacyjne między każdą z owych części. Kolumny należy obrócić względem nas tak, abyśmy wskazywali linię wewnętrzną względem bazy. W takiej sytuacji głośniki będą skierowane de facto nieco za nasze uszy.

Jeśli odległości są małe, zwłaszcza od ścian bocznych, ustawienie głośników do środka pomaga zredukować fale odbite i zagęścić przestrzeń kreowaną przez zestaw.

Każda kolumna powinna znajdować się na wysokości naszej głowy lub minimalnie niżej. Większość modeli na rynku dostosowana jest do foteli i kanap, toteż w takich warunkach nigdy nie powinniśmy mieć z nimi problemu. Modele podstawkowe przynajmniej w teorii takiego problemu w ogóle z kolei nie mają.

Tak naprawdę ustalenie punktu optymalnego jest sprawą indywidualną, z jednej strony będzie duża stereofonia i szerokość sceny, z drugiej zaś, po skręceniu do środka, zagęszczenie i poprawa balansu ale kosztem wrażeń przestrzennych. Co komu pasuje – to już kwestia jego własnej oceny i eksperymentów. Z moich doświadczeń okazywało się, że zbytnie oddalenie punktu odsłuchowego od słuchacza, tj. w sytuacji gdy jestem bliżej głośników niż powinienem, uzyskiwałem efekt przesadzonej stereofonii,  a więc coś, co zaobserwować można było również przy AKG K240 MKII, Sennheiserach HD800 lub Audeze LCD-X. Przede mną robił się dosyć specyficzny słup bezdźwięczny, a jako że miałem przed sobą gołą ścianę, słyszałem pogłos pół metra nad sobą, co było efektem fal odbitych.

 

Zestawy surround

Rozstaw punktowy w przypadku zestawów 2.1 / 5.1 / 6.1 i 7.1
Często zdarzają się wątki na forach w których ludzie nie mają pojęcia jak rozstawić głośniki już w systemie 2.1. Najczęściej problem dot. subwoofera, w zasadzie trudno się nawet dziwić skoro nie potrafią nawet dobrze napisać jak się nazywa, „subwufer”, „subufer”, „subufor”, „subofer” etc. Nie będę jednak wchodził głębiej w ten problem bo nie ma to krzty sensu, zdolności językowe autorów tych słów po prostu przemilczę, natomiast pokażę jak wygląda, znów modelowe, ustawienie głośników w konkretnych punktach pomieszczenia tak, aby generować dźwięk z kanału dodatkowego w odpowiednim miejscu, by nie było wrażenia dźwięku „przed” albo „za”, głównie w kontekście tylnych satelit.

Jak widać na rysunku powyżej, tylne satelity w przypadku 5.1 są zawarte w kącie od 100′ do 120′ i jest to optymalne rozmieszczenie satelitek dla tego systemu. Z kolei w przypadku głośników 7.1, kąt się zmniejsza przynajmniej do 100′, ponieważ na tył przypadają dodatkowe dwie satelity ponad tym co ma w sobie już 5.1 czy nawet i 6.1. Dzięki temu pole akustyczne jest generowane w miarę jednorodnie.

 

Rozstawienie subwoofera
Wbrew pozorom, w przypadku pomieszczenia w miarę pozbawionego jakichś kosmicznych przeszkód, ustawienie suba jest dosyć prostą czynnością. Charakterystyka najniższych zakresów nie jest na ogół falą kierunkową, zwłaszcza w przypadku subwooferów typu down-firing, również istnieje pogląd że subwoofera się na ogół nie słyszy a czuje, toteż nie ma większego znaczenia czy subwoofer znajdzie się po prawej czy lewej stronie od kanału centralnego. Można oczywiście też popróbować sytuacji gdy subwoofer znajduje się mniej więcej pod kanałem centralnym, pomiędzy kanałami L i R w jednakowym oddaleniu.

Powstaje więc pytanie – skoro to takie proste to czemu są z nim takie problemy? Bo najczęściej ląduje przy ścianie czy też w rogu pokoju / mebli. Dzięki temu uzyskuje się dudniący głuchy bas, na który wielu amatorów głośników narzeka, nawet przy droższych zestawach. Ustawianiem przy ścianie można się co prawda bawić ale głównie w przypadku subwooferów o słabszej mocy, którym takie zabiegi mają największą szansę pomóc w wzmocnieniu reprodukowanej fali dźwiękowej, w innych przypadkach będzie to zabieg na ogół tylko szkodliwy.

 

Podsumowanie

Mam naprawdę wielką nadzieję że wskazówki tu zawarte przydadzą się w lepszym ustawieniu swoich głośników, zarówno tym którzy mają z tym problem, jak i wszystkim którzy już przez proces konfiguracji pomieszczenia przeszli, ale chcą się przekonać, czy nie można uzyskać jeszcze lepszych efektów. Zachęcam więc do sprawdzenia czy to co dobre może grać jeszcze lepiej.

↓