EiS 2002-02
TECHNOLOGIA
Studyjne techniki mikrofonowe (4)
W tym odcinku naszego cyklu opartego na publikacji "Microphone Techniques For Music Studio
Recording" wydanej przez firmę Shure Brothers, omówimy najważniejsze pojęcia związane
z akustyką.
Fale dz
więkowe są przemieszczającymi się
zmianami ciśnienia powietrza. Podczas poruszania
się fala dz
więkowa powoduje sprężanie molekuł
powietrza w jednym punkcie. Nazywamy to strefą
zwiększonego ciśnienia lub składową dodatnią (+).
Po sprężeniu następuje proces rozprężenia molekuł i
powstaje strefa niskiego ciśnienia lub składowa
ujemna (-). Oba te procesy trwają naprzemiennie do
momentu, kiedy energia fali dz
więkowej wygaśnie.
Częstotliwość fali dz
więkowej określa szybkość
zmian ciśnienia lub cykli w czasie. Jeden cykl
(okres) jest zmianą stanu od wysokiego ciśnienia do
niskiego i znów do wysokiego. Liczba cykli na
sekundę to Hertz (Hz). Ton o częstotliwości
1.000Hz oznacza więc 1.000 cykli na sekundę.
Długość fali dz
więkowej jest odległością fizyczną
od początku jednego cyklu do początku następnego.
Długość fali dz
więkowej odniesiona jest do
częstotliwości rozchodzenia się dz
więku w
powietrzu (344 metry na sekundę). Szybkość
dz
więku jest stała i niezależna od częstotliwości
(choć zależy od ciśnienia atmosferycznego,
wilgotności, temperatury itp.).
Głośność.
Pod wpływem dz
więku ciśnienie powietrza zmienia się - raz jest większe, a raz mniejsze od
normalnego ciśnienia atmosferycznego. Dzięki temu ucho ludzkie jest w stanie odbierać dz
więki.
Zmieniające się ciśnienie, związane ze sprężaniem i rozprężaniem molekuł powietrza, jest
proporcjonalne do głośności, jaką odbiera narząd słuchu. Czym większa zmiana ciśnienia, tym
głośniejszy dz
więk. W warunkach idealnych ucho ludzkie wychwytuje zmiany ciśnienia rzędu
0,0002 mikrobara. Jeden mikrobar jest równy jednej milionowej ciśnienia atmosferycznego. Próg
bólu wynosi ok. 200 mikrobarów, zatem zakres głośności odbieranych przez nas dz
więków jest
bardzo szeroki. Ten zakres amplitudy najlepiej wyrażać w logarytmicznej skali decybelowej (dB).
Wartość w decybelach SPL (Sound Preasure Level - poziom ciśnienia dz
więku) odniesiona jest do
0,0002 mikrobara (0dB SPL). 0dB SPL to próg słyszalności, a 120dB SPL to próg bólu. 1dB jest
najmniejszą zmianą ciśnienia dz
więku, jaką możemy usłyszeć. Zmiana ciśnienia dz
więku o 3dB
jest zauważalna, a zmiana o 6dB jest bardzo znacząca. Jeśli ciśnienie dz
więku wzrośnie o 10dB,
wówczas odbierzemy taki dz
więk jako dwukrotnie głośniejszy. Warto zapamiętać te wartości,
często będą nam potrzebne.
Rozkład współczynnika tłumienia
różnych materiałów w funkcji częstotliwości:
1. Nie szkliwiona cegła.
2. Ciężki dywan na podłożu betonowym.
3. Nie malowany blok betonu.
4. Pianka typu Sonex 2.
5. Materiał typu Acoustile.
Cechy środowiska dz
więkowego.
Każde środowisko dz
więkowe wykazuje cechy, które mają wpływ na rozchodzący się w nim
dz
więk i wywołują jego zmiany. Fala dz
więkowa - jak każda inna fala - podlega odbiciu,
załamaniu i ugięciu. Fala dz
więkowa odbija się od powierzchni płaskich i innych obiektów, jeśli
obiekt jest pod względem fizycznym równy bądz
większy niż długość fali dz
więku. Ponieważ fale
o niskiej częstotliwości mają większą długość, mogą być odbijane tylko przez większe obiekty.
Wyższe częstotliwości są odbijane przez mniejsze obiekty i powierzchnie. Jeśli poszczególne
składowe dz
więku nie zostaną odbite w jednakowy sposób, dz
więk odbity będzie miał inną
charakterystykę częstotliwościową niż dz
więk bezpośredni. Odbicia dz
więku są z
ródłem
powstawania takich zjawisk jak echo, pogłos i fale stojące. Echo ma miejsce gdy dz
więk wtórny
jest opóz
niony na tyle w stosunku do dz
więku pierwotnego (z uwagi na odległość od powierzchni
odbijających), że słuchacz odbiera je jako oddzielne powtórzenie dz
więku podstawowego. Pogłos
zawiera w sobie wiele odbić dz
więku, powodujących jego wybrzmiewanie w pomieszczeniu,
nawet jeśli dz
więk podstawowy już uległ zanikowi. Fale stojące powstają w pomieszczeniu gdy
długość fal o określonych częstotliwościach równa jest odległości między dwoma równoległymi
ścianami. Wówczas to dz
więk oryginalny i dz
więk odbity zaczynają się wzajemnie wzmacniać.
Zazwyczaj ma to miejsce w przypadku niskich częstotliwości, co wynika z długości ich fal i
trudności w ich absorpcji.
Ugięcie fali dz
więkowej ma miejsce, gdy przechodzi ona przez zmiany w gęstości środowiska
akustycznego. Wielkość zmiany może zależeć od obiektów fizycznych, jak np. kotary izolujące
dz
więk) lub od efektów atmosferycznych, takich jak wiatr lub temperatura. Te ostatnie zjawiska
nie występują w środowiskach studyjnych.
Fale dz
więkowe będą ulegały ugięciu pod wpływem przedmiotów, które znajdą się na ich drodze, a
które będą mniejsze wymiarami niż długość fali. Ponieważ fale o mniejszych częstotliwościach
mają większą długość niż fale o większych częstotliwościach, fale o niższych częstotliwościach
częściej ulegają ugięciu. Skutkiem tego wyższe częstotliwości łatwiej jest stłumić i zablokować niż
basy, które z natury są wielokierunkowe (rozchodzą się we wszystkich kierunkach). Kiedy
odizolujesz dwa instrumenty w pomieszczeniu za pomocą zasłony akustycznej, zauważysz, że w
każdym z nich dz
więk stał się nieco zamulony w zakresie niskich częstotliwości. Wynika to
właśnie z ugięcia niskich częstotliwości wokół bariery akustycznej.
Dz
więki bezpośrednie oraz odbite.
Bardzo istotną cechą dz
więku dobiegającego bezpośrednio ze z
ródła jest utrata jego energii w
miarę oddalania się od punktu wyjścia. Zjawisko to opisuje prawo odwrotności kwadratów: gdy
odległość od z
ródła dz
więku ulega podwojeniu, poziom głośności spada o 6dB. Z wcześniejszej
lektury już wiemy, że spadek o 6dB jest wyraz
nie słyszalny. Dajmy przykład. Jeśli dz
więk ze
wzmacniacza gitarowego ma 100dB SPL przy 30cm od kolumny, to przy 60cm będzie wynosił
94dB, przy 120cm uż 88dB, a przy 240cm spadnie do 82dB. Zgodnie z tą samą zasadą, jeśli
skrócimy dystans o połowę, poziom ciśnienia dz
więku wzrośnie o 6dB. To oznacza, że ten sam
dz
więk będzie wytwarzał ciśnienie 106dB w odległości 15cm od głośnika, a 112dB w odległości
7,5cm.
Z drugiej jednak strony dz
więk odbity w pomieszczeniu w każdym jego punkcie ma niemal taki
sam poziom. Dzieje się tak, ponieważ fala dz
więkowa jest odbijana wielokrotnie do momentu aż
przestanie być bezkierunkowa. (Odbicia fal są przykładem dz
więków nie mających kierunku -
bezkierunkowych).
Dlatego właśnie dz
więk będący wynikiem odbijania fali bezpośredniej od ścian (ambientowy) jest
obierany przez mikrofon jako coraz głośniejszy w miarę oddalania mikrofonu od z
ródła dz
więku.
Proporcję dz
więku bezpośredniego do dz
więku oddawanego przez pomieszczenie można
kontrolować odległością mikrofonu od z
ródła dz
więku oraz, w mniejszym stopniu, doborem
charakterystyki kierunkowej mikrofonu.
Jeśli mikrofon zostanie umieszczony poza typowym dla niego miejscem, dz
więk ambientowy
zacznie dominować w nagraniu i odpowiednia równowaga może być trudna do osiągnięcia - bez
względu na rodzaj użytego mikrofonu. Dystans, poza którym dz
więk ambientowy jest głośniejszy
od dz
więku podstawowego nazywa się dystansem krytycznym. Będzie on tym krótszy, im w
danym pomieszczeniu będziemy mieli do czynienia z większym poziomem dz
więku odbitego lub
poziomem dz
więków niepożądanych.