Типичные дефекты акустической среды прямоугольных помещений

Для осознания необходимости акустической обработки в музыкальных комнатах (КДП), домашних кинотеатрах (ДК), студиях звукозаписи и т.д. нужно понимать с какими наиболее типичными аномалиями/дефектами акустической среды обычно сталкиваются в помещениях прямоугольной конфигурации.
Сразу оговорюсь, что в каждом конкретном помещении конкретная акустическая ситуация будет заметно отличаться от других, даже внешне похожих вариантов. То есть, в некоторых помещениях могут иметь место сразу все, перечисленные ниже акустические дефекты, тогда как в других - только некоторые из последних. Это обусловлено: размером помещения, соотношением величин его линейных размеров (высота, длина и ширина), наличием и вариантом размещения предметов интерьера в ней, вариантом размещения АС и точки прослушивания.
Итак, в комнате прямоугольной конфигурации с большей или меньшей степенью выраженности/заметности, обычно имеют место следующие пять основных дефектов акустической среды:
1. "Флаттер" или "порхающее эхо" - возникает между двумя широкими параллельными "голыми" (хорошо отражающими звук) поверхностями, например, между боковыми стенами, между фронтальной и тыловой стенами, между полом и потолком. В зависимости от расстояния между двумя отражающими параллельными поверхностями, субъективно этот эффект воспринимается или как вибрирующий "металлический" звенящий призвук после хлопка в ладоши, или как послезвучие, напоминающее порхание крыльев небольшой птицы (собственно, отсюда и второе название - "порхающее эхо"). При прослушивании музыки "флаттер" делает звучание резким, "крикливым", ухудшает характеристики звуковой сцены.
2. Чрезмерно высокое/длительное время затухания реверберации - скажем, в комнате с "голыми" стенами, полом и потолком, в отсутствие мягкой мебели (диван, кресла, ковровое покрытие, портьеры), звуковые волны практически не поглощаются, а просто переотражаются между стенами, полом и потолком постепенно теряя энергию до полного их затухания. Понятно, что в условиях отсутствие звукопоглощения или недостаточном его количестве время затухания будет больше/длиннее и наоборот. Субъективно это воспринимается как гулкость помещения - после хлопка в ладоши послезвучие "висит в воздухе" ещё около секунды и даже ещё дольше. После произнесённых фраз, их окончания продолжают ещё некоторое время "висеть в воздухе", "наезжая" на начало следующих произносимых фраз. Как результат - в таких условиях трудно разобрать, что говорит собеседник даже находясь на относительно небольшом расстоянии от вас. Страдает артикуляция. При прослушивании музыки это ухудшает разборчивость/артикуляцию музыкальных партий, "смазывает" звучание и ухудшает характеристики звуковой сцены.
3. Ранние отражения. Помимо прямого, основного звука, распространяющегося по кратчайшему пути - по прямой от АС к ушам слушателя, звуковые волны также распространяются и в стороны от прямого направления. Они также как и прямой звук имеют высокую интенсивность! Так вот, некоторые пучки этих самых боковых звуковых волн (излучаемые парой АС в случае стереосистемы и сразу пятью-семью АС в случае ДК), однократно (а также двух-трёхкратно) отражаются от определённых областей стен, пола и потолка по принципу "угол падения равен углу отражения", и также достигают ушей слушателя, но, естественно, уже с некоторой временной задержкой, относительно восприятия прямого звука. Но поскольку интенсивность этих отражений всё ещё высока, а их временные задержки очень малы, то система "уши-мозг" человека не способна дифференцировать их от прямого/основного звука и воспринимает их сумму в виде одного общего звука. Причём, этот суммарный звук, естественно, уже отличается от оригинального звука фонограммы, воспроизводимого АС, за счёт привнесения ранними отражениями специфической тембральной окраски звучания. Субъективно, с одной стороны присутствие первых/ранних отражений усиливает громкость восприятия музыки за счёт усиления прямого звука интенсивными отражениями, а с другой, привносит неестественную тембральную окраску звучания и ухудшает характеристики звуковой сцены.
Но эти три дефекта акустической среды прямоугольного помещения проявляются, главным образом, в СЧ-ВЧ диапазонах. Но существует ещё две основные акустические проблемы, возникающие в НЧ диапазоне.
4. Комнатные НЧ акустические резонансы или моды. Эти дефекты акустической среды характерны для относительно небольших помещений прямоугольной конфигурации. По аналогии с уже рассмотренным выше "флаттером", комнатные НЧ резонансы/моды также формируются между парой массивных параллельных звукоотражающих поверхностей, но уже на низких частотах. Частота акустического резонанса определяется расстоянием между этими двумя параллельными отражающими поверхностями - чем расстояние больше, тем резонансная частота ниже и наоборот. Понятно, что в комнате прямоугольной конфигурации НЧ резонансы присутствуют в трёх плоскостях: поперечной - между боковыми стенами, продольной - между фронтальной и тыловой стеной, а также вертикальной - между полом и потолком.
Суть процесса заключается в том, что отражённая от второй стены звуковая волна, является встречной, по отношению к прямой, отражающейся от первой стены. При этом, отражённая звуковая волна имеет примерно такую же интенсивность, как и прямая, и обе эти встречные волны совпадают по фазе. Как результат, на конкретной для определённого линейного размера прямоугольной комнаты частоте происходит резкое увеличение амплитуды колебаний звуковой волны за счёт взаимоусиления прямой волны отражённой - формируется, так называемая, "стоячая волна".
Субъективно, комнатные НЧ резонансы воспринимаются как НЧ-гул на определённой частоте. Это НЧ гудение раздражает, сильно тембрально "окрашивает" звучание, ухудшает музыкальную артикуляцию, скрывает тонкие тихие нюансы музыкального произведения.
На самом деле, вопрос анализа модальной картины помещения гораздо более глубокий, поскольку, помимо аксиальных НЧ резонансов, существуют ещё косые и тангенциальные. Помимо основных резонансов, также существуют их гармоники более высоких порядков. Опять же, вовсе не все НЧ резонансы вредны и требуют непременной коррекции... Здесь я просто пытался просто кратко объяснить суть процесса.
5. SBIR-эффект или граничные эффекты. Ещё один НЧ дефект акустической среды прямоугольного помещения. Он возникает между излучением НЧ динамика АС (и/или портом ФИ) и отражениями звуковых волн от ближайших к этой АС массивных звукоотражающих поверхностей. Например, "вуфер-ближайшая боковая стена", "вуфер-фронтальная стена", "вуфер-область пола около основания АС". Опять же, чем больше расстояние между АС и комнатным ограждением (собственно, отсюда и второе название - граничный эффект), тем ниже частота взаимодействия и наоборот. В отличие от комнатных резонансов, ущерб от данного акустического эффекта заключается в формировании глубоких провалов АЧХ на частотах SBIR-взаимодействия, что субъективно воспринимается как неприятное "выпадение" определённого участка частотного диапазона из содержания цельного музыкального материала.

Выше я привёл пять основных дефектов акустической среды прямоугольного помещения. Однако, помимо них, например, в больших залах имеет место такая акустическая проблема, как "истинное эхо". Опять же, помимо комнатных воздушных НЧ резонансов в некоторых случаях могут наблюдаться собственные резонансы хлипких комнатных ограждений, таких как: тонкие стены, потолки и/или полы на лагах.

При написании этого поста, с целью - не перегружать лишней информацией, я умышленно опустил подробности процессов возникновения описанных акустических дефектов, не углублялся в детали условий их формирования, а также их вариабельность. Также я намеренно проигнорировал способы борьбы с их проявлениями. Всю эту, недостающую для полного понимания сути акустических процессов и нивелирования их проявлений, можно почерпнуть из профильных тем моего Акустического форума.