Adaptacja akustyczna w praktyce
Część 1 - liczymy rezonanse osiowe

Tomasz Wróblewski

Tematyka adaptacji akustycznej pomieszczeń cieszy się niesłabnącym zainteresowaniem naszych Czytelników. Dlatego też postanowiliśmy opublikować cykl artykułów, którego celem jest przybliżenie problemów z nią związanych. W tym miesiącu zajmiemy się zagadnieniami natury ogólnej, by w kolejnych odcinkach cyklu przejść do zagadnień szczegółowych, prezentowanych od strony praktycznej.

Rozpoczynając swą przygodę z tworzeniem muzyki w domu zazwyczaj najmniej uwagi przykładamy do odpowiedniej adaptacji akustycznej naszej dźwiękowej pracowni. Jest to poniekąd zrozumiałe, gdyż chętniej skupiamy się na rzeczach, które ten dźwięk wytwarzają niż na trudnych do jednoznacznego zdefiniowania i nie od razu słyszalnych problemach z akustyką pomieszczenia. Prawda jest jednak taka, że nawet niewielkie środki zainwestowane w zoptymalizowanie naszego środowiska odsłuchowego zwrócą się nam z nawiązką, gdy w tymże środowisku ustawimy sprzęt odsłuchowy. Nierzadko w ten właśnie sposób zaoszczędzimy sobie kosztów wymiany monitorów na lepsze, gdyż nagle okaże się, że te które posiadaliśmy znakomicie zdają egzamin.

Akustyka pomieszczenia odsłuchowego często ma decydujący wpływ na jakość miksów, jakie w tym pomieszczeniu powstają. Objawia się to najczęściej w przebarwieniu brzmienia w jednym lub kilku pasmach, problemami ze stereofonią nagrania albo wręcz ze słyszalnymi na innej aparaturze zniekształceniami. Czasami, nawet gdy akustyka pomieszczenia nie wymaga większych zmian potrzebnych do zapewnienia poprawnego odsłuchu, może się pojawić inny problem - zakłócenia przenikające z zewnątrz. Przejeżdżające samochody, odgłosy towarzyszące codziennemu życiu sąsiadów i wiele innych tego typu dźwięków. Nie możemy też zapomnieć o jeszcze innym problemie - to właśnie nasza praca może przeszkadzać domownikom lub sąsiadom. Ściany pomieszczenia, w którym pracujemy, nie zapewniają optymalnego pochłaniania energii dźwięku i w efekcie dźwięk - choć częściowo stłumiony - słyszalny jest poza nim.

Ze wszystkimi tymi problemami rozpatrywanymi od strony praktycznej, bez zagłębiania się w teorię, chcemy zmierzyć się w nowym cyklu, do którego wprowadzeniem jest ten właśnie artykuł.

Adaptacja? Po co?
W jakim celu przeprowadza się adaptację akustyki pomieszczeń odsłuchowych? Aby zapewnić jak najmniej zniekształcony odbiór dźwięku emitowanego przez pracujące w tym pomieszczeniu zestawy głośnikowe. Jeśli ten sam zestaw głośnikowy, odtwarzający tę samą muzykę, ustawimy w pomieszczeniu zoptymalizowanym akustycznie, a następnie w pomieszczeniu o niedopracowanej akustyce rezultat odsłuchu może być krańcowo różny. Z tego właśnie względu studia zajmujące się np. masteringiem nagrań, czyli końcową obróbką gotowych miksów przed oddaniem ich do powielenia lub rozpowszechniania, muszą charakteryzować się w miarę nienaganną akustyką. Ta nienaganna akustyka oznacza, że w miejscu, w którym odbywa się odsłuch, wszystkie częstotliwości wchodzące w skład odsłuchiwanego nagrania powinny być odbierane przez słuchacza jako jednakowo głośne.

Choć wiele osób uważa, że "rozmiar nie ma znaczenia" to prawda jest jednak inna. W każdym pomieszczeniu, a zwłaszcza relatywnie małym, pojawia się problem ściśle związany z fizyką, u podstaw którego leży fakt, że dla częstotliwości poniżej 300Hz, czyli takiej, której długość fali wynosi 1,15 metra, nasze pomieszczenie odsłuchowe staje się zwykłym pudłem rezonansowym dla znajdującego się w nim powietrza. Dźwięk odbija się od powierzchni (ścian, podłogi, sufitu, mebli, płaskich elementów wystroju) i powstają fale stojące, które sprawiają, że jedne częstotliwości są głośniejsze, inne cichsze, a zatem to co słyszymy jest wielką niewiadomą. Fale stojące możemy próbować eliminować, ale rezonansów pomieszczenia nie usuniemy. Zresztą cała sztuka z rezonansami polega na tym, żeby owo "pudło rezonansowe" jakim jest nasze pomieszczenie dostroić tak, by rozchodzący się w nim dźwięk brzmiał możliwie najbardziej harmonijnie.

Aby przekonać się, jak ważne dla brzmienia nagrania są częstotliwości poniżej 300Hz zróbmy mały eksperyment. Otwórzmy dowolne nagranie w edytorze plików dźwiękowych i używając jakiegokolwiek znajdującego się tam filtru dolnoprzepustowego doprowadźmy do wytłumienia częstotliwości powyżej 300Hz. Bardzo szybko zauważymy, że w tak spreparowanym nagraniu słyszymy praktycznie wszystkie jego elementy, nie wyłączywszy blach i hi-hata - może mniej lub bardziej stłumione, ale cały czas zauważalne . Stąd prosty wniosek, że jakikolwiek problem w tym zakresie częstotliwości w oczywisty sposób przekłada się na brzmienie całego nagrania. Co istotne - ma to znaczenie już na etapie nagrania, kiedy budujemy aranżację bazując na odpowiednich proporcjach między poszczególnymi elementami miksu, a w zasadzie właściwymi zależnościami między tonami podstawowymi instrumentów i dominujących częstotliwości harmonicznych. Jeśli teraz błąd występujący na etapie nagrania powiela się na etapie miksu, a później, jak to często bywa, kiedy miks jest masterowany w tym samym pomieszczeniu, na etapie masteringu, wówczas mamy 90 procent szans, że nagranie będzie źle brzmieć.

"Brzmienie" pomieszczenia
W warunkach amatorskich (choć czasem można też zaobserwować, że z tego sposobu testowania korzystają zawodowcy) wystarczy klasnąć w dłonie wewnątrz pomieszczenia. Ten najprostszy z możliwych sygnałów testowych pozwoli nam szybko ocenić warunki odsłuchowe w pomieszczeniu. W ten sposób określimy czas pogłosu pomieszczenia i ocenimy które częstotliwości z zakresu środka i góry przysporzą nam kłopotów. Nie wstydźmy się klaskać w każdym miejscu w jakim jesteśmy - tylko w ten sposób nauczymy się jednym rzutem ucha rozpoznawać złe akustycznie pomieszczenia od dobrych. Pogłos towarzyszący klaśnięciu powinien dość szybko, ale łagodnie zniknąć. Jeśli słyszymy wyraźnie trzepocące powtórki, albo czas zanikania klaśnięcia jest długi i przy okazji następuje wyraźnie dłuższe wybrzmiewanie jakiejś częstotliwości, to mamy problem z akustyką.

Pomieszczenie nie powinno być zbyt żywe akustycznie, ale nie może też być kompletnie martwe, gdzie odgłos klaśnięcie zostaje całkowicie pochłonięty. Należy też zadbać o to, by było ono możliwie jak najbardziej symetryczne, gdyż tylko wtedy mamy największe szanse na uniknięcie często lekceważonych, ale niesłychanie istotnych kłopotów ze stereofonią.

Od czego zaczniemy?
Na podłodze naszego domowego studia powinien znaleźć się dywan, a wzdłuż jego ścian kilka mebli z miękkim obiciem. Szczególnie dobrym i często stosowanym nawet w profesjonalnych studiach rozwiązaniem jest postawienie wyściełanej materiałem sofy na ścianie znajdującej się naprzeciwko ściany, przy której stoją monitory. Ten zabieg, w połączeniu z dyfuzorami (ustrojami akustycznymi rozpraszającymi dźwięk - w warunkach amatorskich mogą to być np. półki z książkami) i pułapkami dźwiękowymi pozwala zredukować poziom odbicia od tylnej ściany.

Istotną rzeczą jest ustawienie monitorów. Gorąco zalecamy, by nie ustawiać ich na blacie stołu lub mikserze (jeśli ktoś dysponuje tak dużym mikserem, by móc stawiać na nim monitory...), ale by ustawić je na solidnych, jak najlepiej tłumiących drgania statywach. W przypadku domowego studia nagrań z powodzeniem wystarczą monitory dwudrożne o najniższej częstotliwości przetwarzania rzędu 50-60Hz. W tym miejscu warto zwrócić uwagę na fakt, że nie we wszystkich danych na temat pasma przenoszenia głośników znajdziemy informację dotyczącą tego, z jakim spadkiem owo przenoszenie ma miejsce. Wartością standardową jest spadek 3dB, a jeśli takiej informacji w parametrach zestawów głośnikowych nie znajdziemy, to mamy pełne prawo przypuszczać, że owe częstotliwości podane są ze spadkiem 10dB. Choć podawana przez producenta szerokość pasma przenoszenia świetnie wygląda na papierze, dla nas taka informacja nie ma żadnego praktycznego znaczenia. Spróbujcie sciszyć odsłuchiwany miks o 10dB, by się przekonać, że to prawdziwa przepaść w głośności. Sprawa nabiera jeszcze większego znaczenia jeśli chodzi o tony niskie, na które nasze ucho jest znacznie mniej wyczulone.

Otwarte pozostaje pytanie o celowość stosowania dużych, wydajnych i oferujących niski bas zestawów głośnikowych w domowym studiu. Osobiście przychylałbym się do zdania osób wątpiących w ich przydatność. Już sam fakt niewielkiej kubatury pomieszczenia odsłuchowego sprawia, że nawet najniżej schodzące zestawy głośnikowe będą w takim pomieszczeniu całkowicie niewiarygodne, a co więcej, mogą nas czasami wprowadzać w błąd. To samo dotyczy subwooferów. Cóż z tego, że wygenerują piękny, soczysty bas, kiedy w naszym pomieszczeniu będzie on całkowicie niekontrolowalny.

Czy jednak jesteśmy w takich sytuacjach zupełnie bezradni? No cóż, trzeba to powiedzieć otwarcie - niskie częstotliwości są piętą achillesową małych reżyserek, ale nie zawsze tak musi być. Po prostu można się nauczyć ich słuchać analizując w tych samych warunkach odsłuchowych dobrze nagrane płyty i próbując zbliżyć się do nich ze swoim brzmieniem. W tym wypadku "metoda kolejnych przybliżeń" doskonale zdaje egzamin, co pozwala, nawet w warunkach domowych, uzyskać satysfakcjonujące efekty. Oczywiście zawsze warto, a nawet trzeba, zweryfikować je potem w profesjonalnym studiu choćby dlatego, aby upewnić się, że zmierzamy w dobrym kierunku.

Warto chwilę pochylić się nad sprawą ustawienia monitorów. Wspomniano już wcześniej, że celowe jest ustawienie ich na solidnych statywach. Ustawienie monitorów zbyt blisko rogów pomieszczenia spowoduje zwiększenie poziomu trudnych do kontrolowania niskich tonów. W miarę możliwości należy je zatem odsunąć od powierzchni płaskich pamiętając jednocześnie o tym, by zachować symetryczność ustawienia. Monitory powinny znajdować się na takiej wysokości, aby głośnik przetwarzający wysokie tony skierowany był prosto w naszą głowę, a połączenie punktów wyznaczonych przez nią i monitory tworzyło trójkąt równoboczny.
Kilka rzeczy naprawdę podstawowych

Jeśli myślisz, że adaptacja akustyczna pomieszczenia sprowadza się do wyklejenia go wytłoczkami od jajek albo przyklejenia w różnych miejscach przypadkowych ustrojów akustycznych, to już teraz muszę Cię wyprowadzić z błędu. Podczas procesu adaptacji trzeba myśleć wielopłaszczynowo. Kłopoty z odsłuchem niskich tonów (do 300Hz) to kwestia w znacznej mierze związana z wymiarami pomieszczenia i tutaj jakiekolwiek wytłoczki czy gąbki nic nie pomogą. Dla częstotliwości powyżej 300Hz musimy przestawić myślenie na inne tory, gdyż fale o tych częstotliwościach podlegają prawom odbicia. Tutaj przydaje się wiedza na temat lokalizowania punktów, w których następuje odbicie i sposobów ich neutralizacji, głównie poprzez kombinowane techniki rozpraszania i pochłaniania. Jeśli chcesz wyciszyć pomieszczenie, to znaczy doprowadzić do sytuacji, że do wewnątrz lub na zewnątrz nie przedostają się dźwięki, to wtedy jedynym sposobem na to jest... cegła i beton. Czym gęstsze środowisko, tym mniejsza szansa, że dźwięk (głównie o niskiej częstotliwości, bo on niesie w sobie najwięcej energii) przedostanie się na zewnątrz. Wełny mineralne, styropiany i inne ustroje lekkie są skuteczne, ale tylko dla wyższych częstotliwości. Basy zatrzymuje tylko masa.

Liczymy rezonanse osiowe
Czas przejść do zasadniczego tematu naszego cyklu i zabrać się za działanie. Załóżmy więc, że nie chcąc wydać zbyt dużo pieniędzy (bo to w końcu żadna sztuka...) - mamy zamiar wprowadzić trochę ładu akustycznego w naszym pokoju o standardowych wymiarach 4×3,5×2,6m. Już sam fakt, że pokój leży na planie prostokąta, ma równoległe płaszczyzny obu par ścian i równoległy z podłogą sufit sprawia, że czeka nas sporo pracy. Ale pomieszczenie o takich kształtach ma też swoje zalety, gdyż znacznie łatwiej można wyliczyć wszystkie jego rezonanse, niż w pomieszczeniach znajdujących się na planie figury wielobocznej. Wprawdzie specjaliści spierają się co do tego, jakie proporcje pomieszczenia prostopadłościennego są najlepsze dla uzyskania dość dobrej jakości odsłuchu w zakresie niskich częstotliwości, ale wielu z nich jest zgodnych co do tego, że owe proporcje powinny mieścić się w tzw. obszarze Bolta (patrz rysunek).

Powyższy rysunek prezentuje tzw. obszar Bolta, czyli wyliczone teoretycznie proporcje wysokości i długości pomieszczenia dla jak najlepszego brzmienia niskich tonów (przy założeniu, że pomieszczenie ma wysokość 1m; dla innej wysokości dane trzeba odpowiednio zwielokrotnić).

Można też pokusić się o samodzielne dokonanie analizy rezonansów osiowych pomieszczenia i znalezienie w ten sposób takich wymiarów, które zapewnia najlepszy ich rozkład. Co mamy rozumieć pod pojęciem najlepszego rozkładu rezonansów? To, że rezonanse powinny być rozłożone w miarę równomiernie i nie powinny na siebie zachodzić. Podstawowe rezonanse osiowe wynikają z odległości między równoległymi płaszczyznami, czyli z wymiarów pomieszczenia - długości, szerokości i wysokości. Kolejne rezonanse to wielokrotności rezonansów podstawowych. Korzystając z przygotowanego przez nas prostego arkusza kalkulacyjnego w postaci pliku XLS (na naszej płycie w katalogu DodatkiAdaptacja) wpiszcie wymiary Waszego pomieszczenia. Podświetlone na czerwono liczby to częstotliwości rezonansów osiowych pomieszczenia mniejsze niż 300Hz (pozostałe częstotliwości nas nie interesują, gdyż podlegają zupełnie innym prawom, o którym będzie jeszcze mowa w kolejnych artykułach).

Teraz czas na analizę otrzymanych wyników. Wygodnym rozwiązaniem jest naniesienie częstotliwości na wykres z osią X wyskalowaną w jednostkach częstotliwości, czyli w hercach [Hz]. Przyglądając się wykresowi z naniesionymi danymi szybko jesteśmy w stanie stwierdzić czy i gdzie następuje kumulacja rezonansów osiowych, i czy odległości między rezonansami są w miarę równomierne. Jeśli okaże się, że dwie lub więcej częstotliwości pokrywają się ze sobą, wówczas możemy mieć pewność, że dla tych częstotliwości wystąpi problem z odsłuchem. Jeśli nie wchodzi w grę zmiana wymiarów pomieszczenia, która problem z nakładającymi się rezonansami wyeliminuje albo zmniejszy jego wagę, wówczas musimy się przygotować do usunięcia go za pomocą ustrojów akustycznych, o których będzie mowa w kolejnych odcinkach. Należy podkreślić, że z akustycznego punktu widzenia korzystna jest duża ilość rezonansów osiowych rozmieszczonych względem siebie możliwie jak najrówniej i zaczynających się przy jak najmniejszej częstotliwości. Podstawiając różne wartości do naszego arkusza XLS bardzo szybko zauważycie, że łatwiej o spełnienie tych warunków w pomieszczeniach o dużej kubaturze niż w małych, standardowych pokojach.

Musimy mieć świadomość, że rezonanse osiowe, czyli takie, jakie występują między dwiema przeciwległymi i równoległymi powierzchniami, to nie jedyne rezonanse jakie występują w naszym pomieszczeniu. Oprócz nich mamy do czynienia z dwoma innymi rezonansami: rezonansami stycznymi i rezonansami skośnymi. Te pierwsze mają miejsce między czterema powierzchniami (a więc między wszystkimi ścianami lub między dwiema ścianami, podłogą i sufitem), a te drugie to efekt działania wszystkich sześciu powierzchni pomieszczenia. Wprawdzie nie mają one już takiego znaczenia dla jakości pomieszczenia w zakresie odsłuchu niskich tonów, ale też warto je brać pod uwagę. Wyliczaniem tych rezonansów zajmiemy się już w przyszłym miesiącu, teraz tylko ograniczymy się do stwierdzenia, że paradoksalnie występowanie tych rezonansów może niejako wypełnić luki między rezonansami osiowymi, a tym samym sprawić, że pomieszczenie "zabrzmi" lepiej niż gdyby tych rezonansów nie było.