О первых отражениях

Чем вредны первые отражения?
Малая временная задержка обуславливает тот факт, что мы не слышим отдельно прямой звук и первые отражения, а воспринимаем их слитно, как один суммарный звуковой сигнал. В то же время, ввиду малых расстояний, первые отражения по сути являются точной копией прямого звука, как по спектру и фазовой составляющей, так и по амплитуде. То есть, в таких условиях, казалось бы, первые отражения - это благо, поскольку они просто усиливают прямой сигнал, практически не искажая его. Кстати, это их свойство активно используется в речевых аудиториях. А относительно небольшое ослабление интенсивных отражений позволяет использовать более маломощные усилители.
Однако также понятно, что чем больше отражение отличается по спектру и фазе от прямого звука, тем в большей степени будет искажён исходный сигнал. Так за счёт чего же может происходить это искажение?
Во-первых, имеет значение разность хода - чем она больше, тем больше временная задержка, тем лучше, поскольку более поздние интенсивные отражения меньше искажают прямой звук. И наоборот. То есть, чем дальше отражающие поверхности находятся от АС и точки прослушивания, тем длиннее траектории ранних отражений, соответственно, тем больше временная задержка и тем меньше искажение прямого сигнала.
Во-вторых, многое зависит от того, какую поверхность имеет ограждение в области площадки первых отражений. Скажем, если это бетонная стена, окрашенная масляной краской с глянцевой поверхностью, то в спектре отражения будут явно преобладать высокие и средние высокие частоты, а звучание приобретёт резкий, "сухой", "кричащий" характер. И, наоборот, если, допустим, что область площадки первых отражений ограждения будет рыхлой пористой (например, саман) и просто побеленной по шероховатой поверхности, то в спектре отражения ВЧ составляющая будет "приглушена", а звучание приобретёт более спокойный или несколько приглушенный характер.
В-третьих, один из самых неприятных эффектов первых отражений - это эффект "гребенчатой фильтрации", наиболее активно проявляющий себя в частотном диапазоне примерно от 200 до 600 Гц. (считается, что выше этого предела наша система "уши-мозг" игнорирует его). Выражается он в том, что какие-то частоты отражения взаимодействуют с такими же частотами прямого звука конструктивно (то есть, в одной фазе, взаимоусиливая друг друга), а какие-то - деструктивно (то есть, в противофазе, взаимоослабляя или взаимоуничтожая друг друга). При этом спектр звучания представляет собой чередующиеся отрезки АЧХ с заведомо высокой и заведомо низкой амплитудами, то есть, напоминает гребень/расчёску. Само собой, это вызывает тембральную окраску звучания.
Ну, и в-четвёртых, интенсивные отражения от ограждений сигнализируют нашей системе "уши-мозг" о реальной локализации стен, потолка, размерах помещения. То есть, даже с закрытыми глазами слушатель понимает, что он находится в маленьком помещении. Этот момент препятствует формированию звуковой сцены, попросту, "ломая" её.
Что же мы можем сделать для нивелирования проявлений интенсивных отражений?
Очевидно, что можно:
1. Увеличить временную задержку, используя в качестве КДП более просторное и широкое помещение или используя вариант размещения АС у одной из длинных стен прямоугольного помещения, или используя максимально удалённое расположение АС от комнатных ограждений;
2. Ослабить интенсивные отражения за счёт поглощения части их акустической энергии, используя широкополосные поглотители;
3. Ослабить интенсивные отражения за счёт перераспределения их акустической энергии в пространстве комнаты, то есть, используя акустические рассеиватели или диффузоры;
4. Ослабить интенсивные отражения за счёт увода их траекторий в стороны от точки прослушивания и переотражения их акустической энергии в другие (тыловые) области пространства комнаты, то есть, используя плоские акустические отражатели (RFZ - reflection free zone).
5. Также можно несколько ослабить первые отражения от боковых стен за счёт разворота акустической оси АС в сторону точки прослушивания (от боковых стен) и/или используя АС с узкой диаграммой направленности.

Почему в КДП, в отличие от ДК и контрольной комнаты студии звукозаписи, не рекомендуется слишком сильно ослаблять интенсивные отражения?
Как уже говорилось выше, в КДП обычно добиваются уменьшения амплитуды первых отражений до уровня -5-12 дБ., относительно уровня прямого звука (на графике ETC 0 дБ.).
У ранних отражений таки есть и положительное свойство, а именно, усиление прямого звука (смотри пояснения в предыдущем посте).
Но существует и ещё один важный момент косвенно связанный с акустической обработкой площадок первых отражений - нужно понимать, что активно используя широкополосные поглотители в этих областях, имеющих относительно большую площадь, мы параллельно снижаем общее время реверберации в комнате за счёт увеличения общего фонда звукопоглощения. А поскольку широкополосные поглотители активно поглощают, как СЧ, так и ВЧ, то очень вероятным становится риск "переглушить" акустическую среду. Поэтому нужно или использовать для акустической обработки площадок первых отражений не широкополосные, а СЧ поглотители (перфорированные или щелевые составные резонаторы Гельмгольца, или мембранные СЧ поглотители - щиты Бекеши с отражающей ВЧ составляющую поверхностью), или акустически обрабатывать с использованием широкополосных поглотителей относительно небольшие зоны.
Иногда для акустической обработки площадок первых отражений используют акустические рассеиватели или диффузоры. В некоторых случаях такой подход вполне оправдан, но многое зависит от конкретной акустической ситуации, локализации площадки первых отражений, ну, и индивидуальных звуковых и жанровых предпочтений конкретного слушателя.
Кстати, а вот в площадках вторых отражений (верхняя область тыловой и боковых стен) использовать звукопоглотители, вообще, не рекомендуется - там обычно монтируют звуковые рассеиватели.
При дальнейшем уменьшении уровня первых отражений звучание становится более чистым и чётким, улучшаются характеристики звуковой сцены, но звучание становится более "глухим", теряет "лёгкость", динамичность и эмоциональную составляющую.

То, что касается конкретно первых отражений от боковых стен.
Вообще, вопрос о том бороться или не бороться с первыми отражениями от боковых стен вовсе не однозначен. Недавно в одной зарубежной тематической статье нашёл результат тестового прослушивания целевой группой опытных слушателей в количестве 28 человек одного и того же музыкального материала в трёх вариантах акустической обработки площадок первых отражений на боковых стенах: диффузия, поглощение и без какой-либо акустической обработки, то есть, в условиях полного "зеркального" отражения.
И хотя, автор статьи не приводит подробностей условий проведения эксперимента, его результат наводит на определённые размышления... 8 человек высказались за диффузию, 4 - за поглощение и 14 (!!!) - за вариант без акустической обработки.
Понятно, что многое определяют габариты помещения, музыкальный жанр и т.п., но согласитесь, есть прецедент проанализировать результаты данного эксперимента более внимательно и непредвзято.
С моей личной точки зрения, сам вопрос в формулировке: "бороться или не бороться" с первыми отражениями от боковых стен не совсем корректен - думаю, более приемлема формулировка: насколько имеет смысл ослаблять первые отражения от боковых стен и за счёт чего? "За счёт чего" - я имею в виду спектральный состав этих самых отражений.
Предлагаю рассмотреть крайние варианты: с активной акустической обработкой площадок первых отражений на боковых стенах (со значительным их ослаблением) и вариант, вообще, без акустической обработки.
То есть, с одной стороны, ослабляя первые отражения от боковых стен, мы улучшаем характеристики звуковой сцены (приводим в соответствие размеры звуковой сцены и КИЗ, а также их локализацию в пространстве сцены), добиваемся более чистого звучания, избавляемся от неприятной резкой тембральной его окраски.
С другой стороны, параллельно, мы получаем относительно узкую звуковую сцену, теряем в пространственности и вовлечённости звучания.
В то же время, в условиях полного отражения (без акустической обработки) "в плюсе" мы имеем пространственность, акцентирование атак звучания различных музыкальных инструментов, кажущуюся "живость" естественность звучания "живых" музыкальных инструментов и вокала за счёт "натуральности послезвучий".
"В минусах" - всё то, что "в плюсах" с глубокой акустической обработкой.
Также сразу предлагаю принять во внимание ещё два интересных факта.
Первый - при проектировании контрольных комнат студий звукозаписи обычно интенсивность первых отражений от боковых стен ослабляют не менее, чем на 20 дБ., относительно уровня прямого звука от мониторов. В то же время, в реальных КДП, как правило, ослабление уровня первых отражений не делают более 10-12 дБ., относительно уровня прямого звука от АС.
Второй, в некоторых аудиосистемах можно встретить вариант использования в площадках первых отражений от боковых стен даже не акустических диффузоров, а обычных ВЧ-рассеивателей, суть, рельефных поверхностей с относительно небольшой глубиной рельефа (5-10 см.). И это при том, что это исключительно ВЧ устройства, не обладающие какой-либо эффективностью ниже примерно 3500 Гц., то есть, они эффективны там, где по теории архитектурной акустики рассеивание нецелесообразно по причине того, что звуковые волны с такими короткими длинами эффективно рассеиваются и сами по себе, многократно отражаясь от акустически необработанных зон комнатных ограждений и крупных отражающих предметов интерьера.
На основании вышесказанного, логично предположить, что:
1. Первые отражения от боковых стен слишком сильно ослаблять нецелесообразно, то есть, использование пористых абсорберов вовсе не лучший вариант...
2. Первые отражения не будут раздражать слух, если их спектр будет наиболее точно соответствовать естественному спектру, то есть, спектру излучения АС. Ещё проще, первые отражения не должны иметь ярко выраженную специфическую тембральную окраску...
Попытаюсь обобщить и сделать некий окончательный вывод.
Использование пористых абсорберов вовсе не лучший вариант, как в первом случае (активно поглощает, эффективно снижая интенсивность первых отражений), так и во втором случае (вызывает тембральную окраску звучания за счёт более активного поглощения ВЧ составляющей, практически не оказывая влияния на НСЧ составляющую звучания - эффект переглушивания акустической среды по ВЧ).
Использование простых ВЧ рассеивателей, очевидно, также не является хорошим решением, согласно описанным выше недостаткам. Единственный их плюс состоит в том, что они убирают "резкость" звучания на ВЧ.
Остаются акустические диффузоры и составные резонаторы Гельмгольца (перфорированные или щелевые). Оба этих устройства снижают интенсивность первых отражений (но в значительно меньшей степени, чем пористые абсорберы), сохраняя, при этом, ВЧ составляющую звучания, определяющую "лёгкость", "живость", вовлечённость и эмоциональность звучания за счёт сохранения послезвучий.
Что касается акустических диффузоров - думаю, их использование оправдано в том случае, когда их рабочая частота начинается хотя бы с 500-700 Гц. (зависит от объёма помещения - чем помещение просторнее, тем проектная частота диффузора ниже), когда помещение не слишком малое (для выполнения условия соблюдения хотя бы минимально-рекомендуемого расстояния между АС и диффузором, примерно 60 см. и более) и, когда акустическая среда в помещении заведомо "глухая". Положительные моменты при использовании акустических диффузоров (предпочтительно Шрёдера) - активное отражение самой высокочастотной составляющей звучания, ослабление за счёт рассеивания ВЧ/СЧ составляющей с одновременным слабым поглощением на СЧ.
Распределённые составные резонаторы Гельмгольца (перфорированные или щелевые) также активно отражают ВЧ составляющую звучания (активность ВЧ отражения определяется типом перфорированных панелей, в частности, процентом перфорации, но отражение более низких ВЧ происходит "зеркально") и эффективно поглощают в СЧ диапазоне вплоть до НСЧ и верхне-басового диапазоне.
Также известно, что для прослушивания джаза, вокала, инструментальной музыки и т.п. более предпочтительными устройствами для акустической обработки площадок первых отражений на боковых стенах являются диффузоры и составные резонаторы Гельмгольца. А для прослушивания "тяжёлых" стилей больше подходит использование пористых абсорберов или составных резонаторов Гельмгольца.
Что касается предпочтений обойтись, вообще, без какой-либо акустической обработки площадок первых отражений на боковых стенах, с моей точки зрения, это не является хорошим решением в любом случае. Ну, разве что в заведомо просторном помещении с возможностью удалённого размещения АС и точки прослушивания от комнатных ограждений. В таком случае временная задержка прихода первых отражений от боковых стен уже значительна и субъективное звуковосприятие их уже более благозвучно, а их негативное влияние на качество звучания и звуковой сцены гораздо меньше, чем в маленькой комнате.
Изложенное выше является моими индивидуальными соображениями по теме и вовсе не является какой-либо аксиомой или общепринятой концепцией.