Podstawy akustyki i rozmieszczania głośników

Pewnie przyzwyczaiłem większość z Was do wpisów traktujących o słuchawkach, jednak dzisiaj będzie inaczej. Dziś bowiem pomówimy sobie o akustyce pomieszczeń, rzeczy która ma bardzo duży wpływ na finalny kształt brzmienia zestawu głośnikowego. Oczywiście taka tematyka jest bardzo rozległa i skomplikowana, dlatego będę się poruszać po temacie z dużą dozą uproszczeń, jako że łatwiej będzie niektóre aspekty zrozumieć, a także zaaplikować do głośników komputerowych, jednym słowem – proste i łatwe do zrozumienia podstawy.

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 taka 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.

Niestety ludzie nie przywiązują zbytniej wagi do pomieszczenia w którym będą odsłuchiwali muzykę, oglądali filmy czy też grali w gry komputerowe, pod tym względem widać tu pewną analogię jak w przypadku zasilaczy komputerowych czy też interconnectów słuchawkowych, rzeczy, które są bardzo często ignorowane, a w rzeczywistości będące jednymi z ważniejszych elementów. W szczególności lubię tutaj używać pojęcia „wąskiego gardła”, przekładając to na przykład stricte komputerowy: co mi po super karcie graficznej takiej jak Radeon HD5970 skoro procesor będzie wręcz przedpotopowym Pentium D 2,66? No właśnie – wąskie gardło. Tak samo dzieje się z zestawami głośnikowymi i słuchawkowymi. W niższych segmentach nie ma problemu – nie potrzeba mi kabla do UR40, z kolei przy słuchawkach wymagających wzmacniacza, siedząc w systemie karta + wzmak, również nie ma sprawy – wystarczy po prostu dobry kabel aby ucieszyć 90% użytkowników, jednakże gdy będą to słuchawki wyższe  - zaczyna się problem, mam sprzęt który jest blokowany przez interconnect, zignorowałem to i jest to moja wina, szał z konfiguracją źródła, latające OPA, recabling słuchawek, coś tam daje ale to jeszcze nie jest to. A wszystko przez niskiej jakości przewód, zbyt niskiej aby współgrać z całością.

Wracając z powyższego wywodu na ziemię, a raczej, w głośnik – 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 uzyskać dobrej fali akustycznej? No właśnie. 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, są słuchawki, nie posiadam super hiper topowego zestawu głośnikowego, ponieważ takowy tylko by się u mnie marnował. Zamiast tego posługuję się nietypowym zestawem głośnikowym 4.0 (w zasadzie 2.0+2) Philipsa, będącym syntezą rozwiązań stereo z dźwiękiem dookólnym, dającym relatywnie dobre brzmienie, trafiające w moje niższe niż w przypadku słuchawek wymagania i pozwalającym na spokojne wdrożenie wszystkiego co tu omawiam w życie.

Modelowy przykład optymalnego rozstawienia dwóch kolumn
Może na początku parę słów wyjaśnienia co do pojęcia „modelowy”. Otóż – 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 dwie wartości – ab. Pierwsza to odległość kolumn od siebie, druga to odległość od osi głośników do głowy słuchacza. W zasadzie najprościej jest przyjąć że odległości te pozostają w relacji 1:1, tj. jeśli rozstaw głośników, licząc od centralnego punktu membrany każdego z nich, wynosi 3m, to mniej więcej tyle samo powinna wynosić odległość punktu odsłuchowego od 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.

Odległości głośników 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. Niestety, najczęściej właśnie z tym aspektem jest problem.

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 5ms, nasz mózg nie jest w stanie odróżnić przesunięcia względem fali bezpośredniej i wpływa to na zafałszowanie brzmienia. Z kolei opóźnienie większe niż 5ms 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 korekcja za pomocą kątu 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. Zrobiłem to co prawda przykładowo ale jest w tym sporo sensu, myślę że każdy powinien samodzielnie sprawdzić jak kreuje się dźwięk w zależności od skręcenia kolumn do wewnątrz lub jego braku. Nie mniej jednak można zauważyć tu kilka powtarzających się rzeczy:

- w przypadku dużego pokoju, skręcenie głośników może … w ogóle nie być wymagane. Wszystko zależy od odległości kolumn od ścian,

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

- skręt nie musi oznaczać że przy odległości b, głośniki muszą być skierowane bezpośrednio na słuchacza.

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, coś co zaobserwować można było również przy AKG K240 MKII lub AKG K242 HD. 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.

Jeśli zaś mówimy o wysokości głośników, tutaj sprawa jest prosta, bo najlepsze ustawienie to na wysokości głowy lub nieco niżej. Najgorzej pod względem regulacyjnym mają właściciele kolumn podłogowych, najlepiej – podstawkowych z możliwością regulacji wysokości podstawy.

Rozstaw punktowy w przypadku głośników 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 naszego nieszczęsnego 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.

Digital Room Correction – przysłowiowa „kropka nad i”?
Jeśli ustawienia wydają się prawie optymalne ale nadal jeszcze być może czegoś brakuje, myślę że warto pochylić się nad DRC. Ten opensource’owy program jest swego rodzaju korektorem, pozwalającym na końcowe „dotarcie” dźwięku wedle własnych upodobań lub zredukowania wad wynikających z pomieszczenia. W moim przypadku nie był konieczny co prawda, ale zachęcam do samodzielnej zabawy i eksperymentów.

„First of all, let me speak about the latter: I strongly advice all of you who do listen through speakers to try it, you won’t listen without it anymore for sure. It simply removes any bump or enphasis due to amp-speaker-environment combination and its effect is smashing expecially on the bass frequencies. The gain in terms of impact, articulation and extension is unbelievable.” – head-fi.org.

- Link bezpośredni do pobrania

- Link do strony projektu

- Link do wiki

- Wciąż rozwijany user guide po angielsku

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.