Ανατομία Ακουστικής Χώρων (...Remastered)

[Bhutia]

Απάντηση: Ανατομία Ακουστικής Χώρων

Απεικονίζονται εδώ όλα τα είδωλα πηγών πρώτης και δεύτερης τάξης με τη θέση υποδοχής από τον ακροατή έμπροσθεν.

Και στην επομένη με διαφοροποιούμενες γωνίες υποδοχής:

Η Γεωμετρική Ακουστική εξετάζει τον ήχο ως διαδιδόμενο γραμμικά αντί σφαιρικά.Η παραμετροποίηση ενός χώρου βάσει των μοντέλων της λειτουργεί ικανοποιητικά γιά τις μεσοϋψηλές και υψηλές συχνοτικές συνιστώσες.Γιά ακριβείς ακουστικές προβλέψεις στις χαμηλές όμως,απαιτείται η εφαρμογή των δεδομένων της Κυματικής Ακουστικής.Επιπρόσθετα,οι μελέτες ΄΄Αuralization΄΄ έχουν επιδείξει ότι η περίθλαση στο γείσο των θεωρείων και των καθισμάτων του κοινού δύναται να διαφοροποιείται σημαντικά από τα μοντέλα ακόμα και σε υψηλές συχνότητες (Torres et al,1997).
http://www.akutek.info/Papers/UPS_PTC_Edgediffraction_Honolulu.pdf

 

[Bhutia]

Απάντηση: Περίθλαση από ανοίγματα-To πείραμα του Young

Περιθλώμενος ο ήχος από ένα άνοιγμα μεγαλύτερο του μήκους κύματος,μερικά από τα μέτωπα του κύματος ανακλώνται και άλλα διέρχονται από το φαρδύ άνοιγμα.Ποσοστό της δέσμης εκτρέπεται στη νοητή ΄΄ζώνη σκιάς΄΄.

Όταν το άνοιγμα είναι πολύ στενό,τότε μικρό μέρος της ενέργειας του ηχητικού κύματος διέρχεται.Κάθε σημείο στα μέτωπα του κύματος που έχει περάσει μέσω ανοίγματος ή χείλους περίθλασης θεωρείται σημειακή πηγή που εκπέμπει ηχητική ενέργεια στη ζώνη σκιάς.

Παρακολουθώντας κατόπιν στα παρακάτω βίντεο την περίπτωση όπου υπάρχουν δύο ανοίγματα,παρατη ρούμε την αλληλεπίδραση των επιμέρους ηχητικών συνιστωσών που εμφανίζονται και λογίζονται ως δύο σημειακές πηγές ήχου.

Συνέπεια της αλληλεπίδρασης είναι η επικάλυψη του ενός κύματος με το άλλο και η δημιουργία ενισχύσεων (όποτε βρίσκονται εντός φάσης) και ακυρώσεων (όποτε βρίσκονται εκτός φάσης) σε διαφορετικές θέσεις,κατά τον ίδιο τρόπο που συμβαίνει με το στερεοφωνικό ζεύγος ηχείων στο χώρο.

Το συγκεκριμένο αποκαλείται ΄΄Πείραμα του Young΄΄ προς τιμήν του Thomas Young (ο πρώτος επιστήμονας που το επιτέλεσε το 1803 επιχειρώντας να μετρήσει το μήκος κύματος του φωτός).Διατρέχοντας τροχιά καμπύλης ενώ αντικρύζει τα ανοίγματα,ο υποθετικός ακροατής θ'αντιλαμβανόταν ζώνες υψηλότερης και χαμηλότερης έντασης(καλούμενες ΄΄Περιθώρια του Young΄΄).

 

[Bhutia]

Απάντηση: Περίθλαση-απεικονιστική σύνδεση με τα προηγούμενα

 

[Bhutia]

Απάντηση: Εισαγωγή στις Line Arrays

Επεκτείνοντας το πείραμα του Young με τη θεώρηση πολλαπλών ανοιγμάτων,προκύπτει ένα πολύπλοκο ηχητικό πεδίο ΄΄Φράγματος Φάσης΄΄ .Eξακολουθεί να χαρακτηρίζεται από θέσεις ενισχύσεων και ακυρώσεων των πολλαπλών κυμάτων με προβλέψιμη συμπεριφορά,αφού τα ανοίγματα ως ξεχωριστές πηγές ήχου είναι σε συνοχή μεταξύ τους-σύμφωνα την Αρχή των Huygens-Fresnel.Σε κάποια απόσταση από το φράγμα,,τα επιμέρους κύματα που παράγονται από εκάστοτε άνοιγμα θα συνενώνονται σε ενιαίο επίπεδο κύμα αναπλάθοντας το ομογενές πεδίο.

Χαρακτηριστικό παράδειγμα αξιοποίησης των επιπτώσεων του φράγματος φάσης αποτελεί η εφαρμογή των line arrays στις ζωντανές μουσικές εκδηλώσεις.Αποτελούμενες από σειρά ομοειδών ηχητικών πηγών τοποθετημένων η μία πάνω στην άλλη ώστε να σχηματίζουν στο σύνολό τους μακρόστενη ΄΄στήλη΄΄,μιμούνται τα σημεία επιφάνειας που αποτελεί φράγμα φάσης.

Μιά τέτοια σχεδίαση διασφαλίζει θεωρητικά την ευρεία διασπορά στο οριζόντιο επίπεδο(που ορίζεται από την ενιαία μονάδα και το επίπεδο στο μέσο ύψος της κεφαλής των ακροατών),ενώ ταυτόχρονα οι αλληλοπαρεμβολές και ακυρώσεις του ήχου από τις επιμέρους πηγές περιορίζουν την ηχητική ακτινοβολία σε μιά στενή λωρίδα επί του κατακόρυφου επιπέδου (μέχρι τα 100Hz οι μονάδες θεωρούνται παντοκατευθυντικές,με την κατευθυντικότητα όμως ν'ανεβαίνει κατακόρυφα από ένα όριο περί τα 400Hz και άνω).

Απαραίτητη συνθήκη γιά τα προαναφερθέντα,είναι η κατακόρυφη τοποθέτηση της PA συστοιχίας και η εύλογη απόσταση(15-20 μέτρα) από τους ακροατές,ούτως ώστε να κείτονται στην περιοχή του ομογενούς γραμμικού ηχητικού πεδίου.Χρησιμοποιούμενη σε κλειστό χώρο μεγάλου μεγέθους,η διάταξη διανέμει ικανοποιητικά τον ήχο στον όγκο των θεατών αποφεύγοντας ευρεία εκπομπή και ανάλογες ανακλάσεις από την οροφή.

Όταν η μονάδα line array είναι ελαφρά στραμμένη προς το κοινό της συναυλίας σε ανοικτό χώρο,οι ακροατές απολαμβάνουν κατά κανόνα ευκρινή ήχο υψηλής έντασης:Οι γραμμικές ηχητικές πηγές χαρακτηρίζονται από μείωση της αποδιδόμενης έντασης κατά 3db σε εκάστοτε διπλασιασμό της απόστασης έναντι των 6db γιά τις σημειακές πηγές (στην πράξη η ηχητική ακτινοβολία διαδίδεται σφαιρικά πέρα από μιά δεδομένη απόσταση).Την ίδια στιγμή αποφεύγεται η διάδοση σε γύρω κτίρια (που μέσω ανεπιθύμητων ανακλάσεων θ'αύξανε υπερβολικά το χρόνο αντήχησης,μειώνοντας έτσι την ευκρίνεια).Παράλληλα,η παρενόχληση παρεπιδημούντος πληθυσμού σε γειτονικά προς τη συναυλία μέρη ελαχιστοποιείται χάρη στην υψηλή κατευθυντικότητα της εγκατάστασης.Οι σχετικές εφαρμογές έχουν αντικειμενικό σκοπό την αποφυγή της ηχορύπανσης και υποχρέωσης γιά τέλεση μεγάλων μουσικών εκδηλώσεων αποκλειστικά σε αραιοκατοικημένες περιοχές.

 

[Bhutia]

Απάντηση: Ανατομία Ακουστικής Χώρων-Line Arrays

Στην πράξη,προσπαθώντας γιά την επίτευξη χρυσής τομής ανάμεσα στους διάφορους συμβιβασμούς,οι line arrays εφαρμόζονται υπό μορφή καμπυλωμένων συστοιχιών.Σε μεγάλες συναυλίες οι χρησιμοποιούμενες διατάξεις αποτελούνται από δωδεκάδες ηχείων με τα 2-4 κορυφαία τους τεμάχια σε απόλυτα κατακόρυφη τοποθέτηση,ώστε να εκπέμπουν σκοπεύοντας τις πιό απομακρυσμένες θέσεις ακροατών.Τα μεγάλα ανοικτά στάδια απαιτούν ελάχιστη κατωφερή κλίση,ενώ τα κλειστά γήπεδα ελάχιστα ανωφερή.μετακινούμενοι προς τη βάση της συστοιχίας, αυξάνει ολοένα η γωνία ανάμεσα στις διαδοχικές μονάδες,μέχρι τις δύο κατώτερες που είναι στραμμένες έτσι ώστε να εκπέμπουν κατευθείαν στις μπροστινές θέσεις ακροατών.

 

[Bhutia]

Απάντηση: Ανατομία Ακουστικής Χώρων-Line Arrays

Aπεικονίσεις ηχητικού μετώπου γιά ΡΑ ευθύγραμμο και τύπου J.Τα θερμότερα χρώματα συμβολίζουν περιοχές μεγαλύτερης ηχητικής ενέργειας:

 

[Bhutia]

Απάντηση: Ανατομία Ακουστικής Χώρων-Εφαρμογές Περίθλασης στη καθημερινότητα

Όπως γίνεται προφανές από τον ορισμό,ηχητικές συνιστώσες χαμηλότερης συχνότητας(δηλαδή μεγαλυτέρου μήκους κύματος) παρουσιάζουν μεγαλύτερη ευχέρεια στο να περιθλώνται.Το φαινόμενο(συχνά σε συνδυασμό και με ανάκλαση) απαντάται σε πολλές εκδηλώσεις της καθημερινής μας εμπειρίας.

Κατ'αρχάς το ίδιο το ακουστικό μας σύστημα αξιοποιεί την περίθλαση και την επιτελούμενη εκ της κεφαλής σκίαση στο πιό απομακρυσμένο αυτί ως προς μία ηχητική πηγή,σαν βοήθημα γιά τον προσδιορισμό της θέσης αυτής στο χώρο.

Άλλα ενδεικτικά παραδείγματα:
-Η αλλαγή στην τονική αντίληψη ενός κεραυνού ανάλογα με την απόσταση (όσο πιό μακρινή τόσο πιό πλούσιος σε χαμηλές ο ήχος της βροντής αφού αυτές περιθλώνται ευχερώς γύρω από την καμπυλότητα και τα διάφορα εμπόδια του εδάφους)

-Μεταβολή στην αντίληψη του ήχου μιάς μουσικής μπάντας ενώ παρελαύνει σε μιά λεωφόρο (ή της κυκλοφορίας των αυτοκινήτων σ'αυτή) γιά έναν ακροατή ευρισκόμενο πίσω από τη γωνία του εκάστοτε οικοδομικού τετραγώνου: πρώτα γίνονται ακουστές οι χαμηλές συνιστώσες και προοδευτικά οι υψηλές όσο περισσότερο πλησιάζουν οι μουσικοί τη γωνία).

-Χάρη σε αυτή δεν καταστρέφεται η αντίληψη του άμεσου ήχου της μουσικής εκτέλεσης γιά θεατές ευρισκόμενους σε θέσεις της Λυρικής αίθουσας που έχουν στο άμεσο οπτικό τους πεδίο κολώνα ή σώματα άλλων θεατών.

-Επιτρέπει ευκρινή αντίληψη ενός ηχοσυστήματος που παίζει σ'ένα δωμάτιο μέσα από παράθυρα ή μέσα από μισάνοιχτη πόρτα διπλανού δωματίου (στις συγκεκριμένες περιπτώσεις μάλιστα εκλαμβάνεται ως πηγή ήχου ακριβώς οι ακμές και ο δονούμενος αέριος όγκος του ανοίγματος της πόρτας).

Παρενέργειες αυτής συνδέονται με την ανάγκη γιά πλήρη σφράγιση των επιφανειών γιά να επιτευχθεί η ηχομόνωση ενός χώρου (λ.χ. Studio Ηχοληψίας),μιά και η παραμικρή χαραμάδα συνεπάγεται διαρροή ήχων από και προς το περιβάλλον.

 

[Bhutia]

Περίθλαση και μπάφλα ηχείων-Baffle Step

H περίθλαση επίσης υπεισέρχεται στη σχέση που διακρίνει τις καμπίνες των ηχείων ως προς τα τα ηχητικά κύματα που εκπέμπονται από τις προσαρτημένες στη μπάφλα τους μονάδες.
(Όπως και το εξωτερικό περίβλημα των μικροφώνων ως προς τη σύλληψη του ήχου)

Γιά να προκύψει σημαντική παρεμπόδιση στη διάδοση ενός κύματος,το θεωρούμενο ΄΄εμπόδιο΄΄ οφείλει να είναι αρκετά ΄μεγάλο΄-από Ακουστικής άποψης- σε σχέση με το εξεταζόμενο κύμα.
Πλήρης ανακατεύθυνση του προσπίπτοντος κύματος συμβαίνει όποτε οι διαστάσεις του εμποδίου θα είναι μεγαλύτερες από το ήμισυ μήκους κύματος που αντιστοιχεί σε δεδομένη συχνότητα. Καθώς μειώνονται οι διαστάσεις κάτω από αυτό το όριο,θα μειώνεται ανάλογα και η επίδραση του εμποδίου,ενώ θα αυξάνεται ο βαθμός περίθλασης των κυμάτων γύρω από εκείνο.Διαστάσεις μικρότερες από εν δέκατον μήκους κύματος που αντιστοιχεί σε δεδομένη συχνότητα θεωρούνται ότι ασκούν αμελητέα επίδραση στις ομόλογες συχνότητες,οι οποίες θα περιθλώνται πλήρως γύρω από το εμπόδιο.

Όταν ένα ηχείο εκπέμπει ήχο,τα παραγόμενα κύματα τείνουν να διαδοθούν προς όλες τις δυνατές διευθύνσεις.Το πρώτο εμπόδιο που θα συναντήσουν κατά τη διάδοση είναι η ίδια η πρόσοψη της μπάφλας. Εφόσον το ηχείο δεν είναι εντοιχισμένο,Θα υφίσταται ζώνη με κάτω όριο την κατώτερη συχνότητα αντιστοιχούσα προς μήκος κύματος γιά το οποίο οι διαστάσεις της μπάφλας θα γίνονται αρκετά μεγάλες.Τα κύματα που ανήκουν σ'αυτή τη συχνοτική ζώνη δεν θα διαδίδονται σφαιρικά,αφού η οπίσθια διαδρομή θα παρεμποδίζεται από την επιφάνεια της μπάφλας.Η ενέργειά τους θα διαδοθεί εξ ολοκλήρου στην εμπρόσθια διαδρομή και σε ημισφαιρικό χώρο.

Η επίδραση της μπάφλας θα μειώνεται σταδιακά με την κάθοδο της εκπεμπόμενης συχνότητας από το προαναφερθέν όριο.Τα κύματα με συχνότητα αρκετά χαμηλότερη από εκείνο,θα διαδίδονται εξίσου στην εμπρόσθια και οπίσθιες διαδρομές,περιθλώμενα άνετα γύρω από την περίμετρο της μπάφλας.Η ενέργειά τους τότε θα διαμοιράζεται σε σφαιρικό χώρο (4π).Εφόσον η συνολική ενέργεια παραμένει σταθερή,η επέκταση σε σφαιρικό χώρο υπολογίζεται ότι δίνει στάθμη ηχητικής πίεσης ασθενέστερη κατά 6 dB περίπου σε σύγκριση με την ημισφαιρική εκπομπή.Δηλαδή σε ακροατή ευρισκόμενο έμπροσθεν του ηχείου και on-axis,η ζώνη του σήματος που διαδίδεται ημισφαιρικά θα ακούγεται με κέρδος +6dB.

Λαμβάνεται γιά παράδειγμα,ηχείο με τυπική ορθογώνια καμπίνα πλάτους 23 εκατοστών και ύψους 40 εκατοστών περίπου και μονάδα υψηλών (tweeter) προσαρτημένη συμμετρικά στο άνω μισό της πρόσοψης με το ακουστικό της κέντρο σε απόσταση 10 περίπου εκατοστών από την άνω οριζόντια ακμή της μπάφλας.Η μπάφλα πλάτους 23 εκατοστών θα παραγάγει αυτό το ΄΄σκαλοπάτι΄΄ στην απόκριση σε ζώνες άνωθεν των 750 Hz (ήμισυ μήκους κύματος που αντιστοιχεί στο πλάτος της μπάφλας).Αυτό θα συμβαίνει ανεξάρτητα από τη μονάδα που θα εκπέμπει στη δεδομένη ζώνη.Εφόσον μάλιστα η άλλη διάσταση της μπάφλας είναι-όπως συνηθίζεται- μεγαλύτερη συγκρινόμενη προς το πλάτος (είτε το ύψος σε ορισμένα monitor ηχεία),η ζώνη του βήματος θα κατέρχεται ακόμα λίγο στην πράξη.Το κέρδος απόκρισης από το ΄΄baffle step΄΄ θα μειώνεται προοδευτικά σε κατώτερες ζώνες γιά να φτάσει τιμή περίπου +1dB σε συχνότητα περίπου 150 Hz (εν δέκατον μήκους κύματος που αντιστοιχεί στο πλάτος) με ανάλογη απόκλιση ως προς το ύψος μπάφλας.

Μένοντας στο παράδειγμα,γιά περιεχόμενες στο σήμα συχνότητες κάτω των 100 Hz περίπου,η μπάφλα ουσιαστικά δεν θα παρεμποδίζει την πλήρη σφαιρική εκπομπή.Το αντίθετο θα ισχύει γιά συχνότητες άνω των 750 Hz περίπου,με αποτέλεσμα να προκύπτει κέρδος +6dB στην εμπρόσθια απόκριση επί του άξονα (on-axis).Στην ενδιάμεση ζώνη μεταξύ 100-750 Hz θα ισχύει μιά σταδιακή άνοδος του on-axis κέρδους από αμελητέο ποσό στην τιμή +6dB,καθώς θα μειώνεται σταδιακά ο βαθμός περίθλασης των ομολόγων κυμάτων γύρω από τη μπάφλα.

Η κλασσική μελέτη του Harry F. Olson που συγκαταλέγεται στα ορόσημα της Ηλεκτροακουστικής.

Η ανάγκη εξουδετέρωσης αυτής της ανόδου στην απόκριση έχει οδηγήσει τους κατασκευαστές σε διαφορετικές μεθόδους.Αυτές συνίστανται λ.χ. σε διαμόρφωση του σχήματος ή/και ενσωμάτωση αντισταθμιστικών κυκλωμάτων στα δικτυώματα διαχωρισμού,προκειμένου να ομαλοποιηθεί η απόκριση επί του άξονα.

Spoiler

Αναφέρεται εδώ γιά παράδειγμα η μέθοδος αντιμετώπισης από τη γνωστή σε όλους Harbeth

Έτερο παράδειγμα,η ακολουθούμενη μέθοδος στο ενεργό monitor ΑDAM S3A:

"...One woofer acts as a full-range driver with the second woofer joi-ning it only below 150Hz. This unusual approach effectively doubles the area and power of the woofer when it needs to respond to deeper frequencies, resulting in an exceptionally tight and punchy low end without com-promising midrange performance..."

http://sound.westhost.com/bafflestep.htm

 

[Bhutia]

Περίθλαση επί των ακμών μπάφλας
Γιά τις συχνοτικές συνιστώσες που εκπέμπονται πρωτογενώς και των οποίων τα αντίστοιχα μήκη κύματος βρίσκονται είτε πλησίον είτε είναι λίγο μικρότερα των διαστάσεων δεδομένης μπάφλας,οι ακμές της καθίστανται πηγές που ανακατευθύνουν την ενέργεια προς τον ακροατή (ή το μικρόφωνο μέτρησης).Η δευτερογενής εκπομπή εμφανίζει αναπόφευκτα χρονική υστέρηση σε σχέση με την εκπομπή των ιδίων των μονάδων,οπότε αλληλοκαλυπτόμενα μεταξύ τους τα επιμέρους ηχητικά κύματα καταλήγουν σε ενισχύσεις και ακυρώσεις επί διαφορετικών σημείων της συνισταμένης κυματομορφής.Η δε αντίληψη αυτών από το ακουστικό μας σύστημα υπόκειται στις Αρχές Λειτουργίας του Φαινομένου Προτεραιότητας κατά τα γνωστά.

Θεωρούμε ότι η εκπομπή του tweeter ακολουθεί το πρότυπο σημειακής πηγής.Έχοντας επιλέξει ηθελημένα την απόσταση από την άνω οριζόντια ακμή παραπλήσια μ'εκείνες από τις πλευρικές κατακόρυφες ακμές, σημαίνει ότι η επίδραση από τη συγκεκριμένη απόσταση θα είναι πολλαπλάσια σε σχέση με τις υπόλοιπες.Η συχνότητα που αντιστοιχεί σ'εκείνη κείται εντός της ζώνης μεταξύ 2400-3400 Hz. με επίκεντρο στο ύψος των 2900 Hz περίπου.Συχνότητες του σήματος ανήκουσες σε αυτή τη ζώνη θα επιστρέφουν στη θέση ακρόασης εκτός φάσης,αφού θα έχουν διανύσει ολόκληρο μήκος κύματος γιά να φτάσουν στην ακμή.Λόγω απωλειών στη δευτερογενή ενέργεια προς τη θέση ακρόασης,δεν θα συμβαίνει πλήρης καταστρεπτική συμβολή,πλην όμως θα εμφανίζεται βύθιση στην απόκριση επί του άξονα στο δεδομένο συχνοτικο ύψος.

Παράλληλα,ςυχνότητες του σήματος με μήκη κύματος ίσα προς το διπλάσιο της απόστασης από τη θεωρούμενη ακμή,θα φτάσουν σ'εκείνη έχοντας προφανώς διανύσει μισό μήκος κύματος.Είτε λειτουργεί tweeter είτε woofer στη δεδομένη ζώνη,σημαίνει θα εκπέμπονται τουλάχιστον από τις κατακόρυφες ακμές σε φάση με το πρωτογενές σήμα.Οι εν λόγω συνιστώσες του σήματος θα συμβάλουν ενισχυτικά, με αποτέλεσμα να εμφανίζεται σ'εκείνη τη ζώνη περαιτέρω κέρδος στάθμης +3dB στην on-axis απόκριση του ηχείου -υπεράνω των προβλεπομένων 6dB, σε περίπτωση όπου δεν θα είχε ισοσταθμιστεί πρώτα η επίδραση του baffle step.Αυτή η κορύφωση αναμένεται να έχει διπλό εύρος σε σχέση με την προηγούμενη βύθιση και στο συγκεκριμένο παράδειγμα θα κείται σε ύψος περί τα 1500 Hz.

Spoiler

Και όλ'αυτά χωρίς ν'αναλογιζόμαστε-γιά λόγους απλότητας- πιθανές επιπτώσεις κατά τη μετάβαση της εκπομπής από το mid/woofer στο tweeter,σε συνάρτηση με την επιλεγείσα συχνότητα κροσόβερ

Όσον αφορά στην κάτω οριζόντια ακμή, θ'απέχει 30 εκατοστά από το ακουστικό κέντρο του tweeter. Αυτή η απόσταση αντιστοιχεί θεωρητικά σε συχνότητες περί τα 1150 Hz γιά τη βύθιση και 575 Hz γιά την κορυφή στην απόκριση on-axis.Η επίδραση αυτής θα σχετίζεται με το όριο αποκοπής της επιλεγείσας μονάδας υψηλών και τα χαρακτηριστικά του κροσόβερ.Εφόσον στις δεδομένες ζώνες θα εκπέμπει μονάδα μεσαίων/χαμηλών,θα όφειλαν να εξεταστούν οι επιπτώσεις σε συνάρτηση με τη θέση της ομόλογης μονάδας.

Γιά συχνοτικά ύψη του σήματος ανώτερα από τα οριακά,τα μήκη κύματος γίνονται ολοένα μικρότερα;,οπότε η κατανομή των διαφορών φάσης σε σχέση με την ομόλογη άμεση συνιστώσα θα γίνεται τυχαία,με το πλάτος πιθανών βυθίσεων-κορυφώσεων αρκετά μικρότερο.

Η συμπεριφορά της μπάφλας ηχείου επηρεάζει την απόκριση επί συγκεκριμένου άξονα και συνιστά σύστημα ΄΄ελαχίστης φάσης΄΄,αφού συναρτάται άμεσα με την απόκριση συχνότητας.

(Παράδειγμα του on-axis ηχητικού πεδίου ενός υποθετικού ηχείου,με το άμεσο ηχητικό κύμα-κόκκινος κύβος,την περίθλαση πρώτης τάξης-γραμμές και τη διάδοση της περίθλασης δεύτερης τάξης στη θέση ακρόασης)

 

[Bhutia]

Απάντηση: Ανατομία Ακουστικής Χώρων

Από τη φύση του φαινομένου της περίθλασης συνεπάγεται ότι εφόσον το μήκος κύματος της προσπίπτουσας ακτινοβολίας είναι αρκετά μεγαλύτερο από τις διαστάσεις του εμποδίου που παρεμβάλλεται στη διάδοσή του,η επίδραση του δεύτερου είναι αμελητέα στην αντίληψη του ακροατή,τείνοντας στο μηδέν καθώς απομακρύνεται όλο και περισσότερα μήκη κύματος από αυτό.

Καμπτόμενα τα ηχητικά κύματα γύρω από το εμπόδιο,ανασυνθέτουν το ηχητικό πεδίο. Επακόλουθο αυτού στην Επιστημονική Έρευνα είναι λ.χ. η ανάπτυξη της Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας χάρη στην οποία απεικονίζονται απειροελάχιστες δομές,όπως ιοί και γενετικό υλικό:Εξαιτίας του ότι το μέγεθος αμφοτέρων είναι πολύ μικρότερο από τα μήκη κύματος του ορατού φωτός,οι διατάξεις ηλεκτρονικών μικροσκοπίων εκπέμπουν δέσμες ηλεκτρονίων κι εκμεταλλευόμενες την κυματική φύση τους επιτυγχάνουν ακτινοβολίες πολύ μικροτέρου μήκους κύματος.

Φυσικά,οι υψηλές συχνοτικές συνιστώσες(μικρά μήκη κύματος σε σχέση με συνήθη εμπόδια) του ήχου δεν περιθλώνται ικανοποιητικά.Ο όρος ΄΄Σκιώδης Ζώνη΄΄ της Ακουστικής περιγράφει την περιοχή ακριβώς πίσω από το εμπόδιο στην οποία αυτό ρίχνει μιά ακουστική σκιά-σε παραλληλισμό με τις σκιές των σωμάτων στο φως.Τούτο γίνεται ιδιαίτερα έκδηλο λ.χ. σε μουσικές εκδηλώσεις με χαμηλή σκηνή ή/και πλημμελή εγκατάσταση και όρθιο κοινό.Γιά τους μικρόσωμους ακροατές που στέκονται πίσω από μεγαλόσωμους,εκτός της οπτικής έχουν κι ελλειπή ακουστική αντίληψη του γεγονότος,αφού το πρωτογενώς εκπεμπόμενο ηχητικό κύμα περιθλάται από το κεφάλι και τη σιλουέτα των μπροστινών τους.

Οι σειρές καθισμάτων στις μουσικές αίθουσες,πολλά αμφιθέατρα και τα στάδια έχουν σχεδιαστεί με κεκλιμένη διάταξη προκειμένου να διατηρείται ατόφια η ακουστική αίσθηση γιά το σύνολο των θεατών.Εκμετάλλευση του φαινομένου της ακουστικής σκιάς πραγματοποιείται στην τοποθέτηση διαχωριστικών παραβάν κατά μήκος αυτοκινητοδρόμων μεγάλης και ταχείας κυκλοφορίας(λ.χ. Αττική Οδός) με αποτέλεσμα τη μείωση της έκθεσης των γειτονικών σπιτιών στο θόρυβο,αν και δεν αποφεύγεται η ρύπανση από τις χαμηλές συχνοτικές συνιστώσες (μεγάλα μήκη κύματος) αυτού.

 

[Bhutia]

Απάντηση: Ανατομία Ακουστικής Χώρων

Παράδειγμα ανάκλασης ηχητικών κυμάτων που εκπέμπονται από τη μονάδα χαμηλών και οδεύουν πάνω στη σκληρή κι επίπεδη επιφάνεια ενός χωρικού ορίου (τοίχου).Μέτωπα άμεσων ηχητικών κυμάτων κατευθύνονται στη θέση ακρόασης αλλά και προς τον οπίσθιο τοίχο.Ανακλώμενα ηχητικά κύματα επιστρέφουν από τον τοίχο οδεύοντας με τη σειρά τους στη θέση ακρόασης.Ο συντελεστής ανάκλασης της δεδομένης επιφάνειας αντιπροσωπεύει το λόγο της ανακλώμενης ηχητικής ενέργειας προς την προσπίπτουσα κι εξαρτάται από τη συχνότητα του κύματος και την κατασκευή της (υλικό-μορφολογία).

Όπως και με το οπτικό ανάλογο,τα ανακλώμενα ηχητικά κύματα ενεργούν σα να εκπέμπονταν από ένα εικονικό είδωλο πηγής ΄΄Β΄΄,το οποίο γίνεται αντιληπτό ως ευρισκόμενο όπισθεν της επιφανείας του τοίχου και σε απόσταση ίση με την απόσταση της πραγματικής πηγής ΄΄Α΄΄ έμπροσθεν αυτού.

Όμως σ'ένα ορθογώνιο δωμάτιο ακρόασης υπάρχουν έξι πλευρές και η πηγή έχει από ένα εικονικό είδωλο πρώτης τάξης στην εκάστοτε επιφάνεια ενώ υφίστανται και είδωλα ανώτερης τάξης.

Οι προκαλούμενες ακυρώσεις κατά την πρόσκρουση του εκπεμπόμενου κύματος από τη μπάφλα του ηχείου πρώτα προς το οπίσθιο όμορο τοίχωμα με την επιστροφή του κύματος στη θέση ακρόασης και ακολούθως προς τα υπόλοιπα όρια του δωματίου έχουν καταχωρηθεί ως Φαινόμενο Allison (Allison Effect) προς τιμήν του ηλεκτρομηχανικού που τις κατέδειξε.

Η πρωτεύουσα ακύρωση απόκρισης αφορά στο οπίσθιο όμορο τοίχωμα και η συχνότητα στην οποία συμβαίνει αντιστοιχεί σε μήκος κύματος του οποίου το εν τέταρτον ισούται με την απόσταση της μπάφλας (φέρουσας το διάφραγμα) από το πρώτο.

Δίδεται από τον τύπο Fc = C /4d ,όπου ΄΄Fc΄΄ είναι η κεντρική συχνότητα στη ζώνη αποκοπής,΄΄C΄΄ συμβολίζει την ταχύτητα του ήχου και ΄΄d΄΄ την απόσταση του εκπέμποντος διαφράγματος από την οπίσθια προς το ηχείο τοιχοποιία.
Ισχύει σε μονόπολα και δίπολα ηχεία και είναι συνυφασμένη με την παντοκατευθυντική ακτινοβολία των χαμηλών και κατώτερων μεσαίων οκτάβων.

Μια πολύ χρήσιμη κινούμενη αναπαράσταση του φαινομένου ως προς το τοίχωμα όπισθεν των ηχείων :
https://giphy.com/gifs/simulation-acoustics-smaart-l1J9Ltg6y1WTDSZxK/fullscreen

Στο παρόν pdf παρέχεται πίνακας με ενδεικτικές αποστάσεις και συχνότητες ακύρωσης.

Οι συχνότητες ακύρωσης για τα υπόλοιπα όρια του δωματίου προκύπτουν από τον γενικό τύπο:
Fcc = C / 2 * [d(ανάκλασης) - d(αμεση)] ,όπου ο συντελεστής του παρονομαστή προκύπτει αφαιρώντας την απόσταση που θα διανύει το άμεσο κύμα από εκείνη που θα έχει διανύσει η εκάστοτε ανακλώμενη συνιστώσα.Εννοείται πως όσο η διανυθείσα από την ανακλώμενη συνιστώσα απόσταση μεγαλώνει,θα εξασθενεί και η ισχύς της αντίστοιχης προς αυτήν ακύρωσης.

Για λόγους απλούστευσης,ο παρακάτω υπερσύνδεσμος περιέχει υπολογιστή των συχνοτήτων ακύρωσης σε συνάρτηση με τις διαστάσεις δωματίου και τις αντίστοιχες αποστάσεις για τις μονάδες χαμηλών-μεσαίων από εκείνα:
http://tripp.com.au/sbir.htm

 

[Bhutia]

Απάντηση: Ανατομία Ακουστικής Χώρων

Συχνοτικές συνιστώσες κάτω από τη ζώνη 300-400 Hz θεωρούνται ότι διαδίδονται σαν κύμα,ενώ οι ανώτερες σαν ακτίνα-ή ορθότερα σα διατάραξη του αέρα από παλλόμενη κυλινδρική επιφάνεια με σφαιρικό μέτωπο κύματος.Προσκρούοντας λοιπόν σε μεγάλη επίπεδη επιφάνεια,η γωνία ανάκλασης γιά τις μεσαίες και υψηλές συχνότητες ισούται με τη γωνία πρόσπτωσης.

Απαραίτητη συνθήκη γιά την ανάκλαση ηχητικού κύματος θεωρείται η μικρότερη από τις φυσικές διαστάσεις της επιφάνειας πρόσπτωσης να είναι τουλάχιστον δεκαπλάσια σε μέγεθος από το μήκος κύματος του προσπίπτοντος ήχου.Γιά παράδειγμα,ένα εμπόδιο διαστάσεων 50cm επί 100cm θα εμφάνιζε εξαιρετική ανακλαστική δράση γιά συχνότητες στην περιοχή των 6900Hz (μήκος κύματος~5cm).Στον αντίποδα αυτού,ήχος στα κατώτερα όρια του ακουστού φάσματος(με μήκη κύματος πολλών μέτρων) θα διερχόταν ανενόχλητος το εμπόδιο δίχως να προκύπτουν αξιοπρόσεκτες ακουστικές σκιές.

 

[Bhutia]

Απάντηση: Ανατομία Ακουστικής Χώρων

Δεχόμενοι κατά προσέγγιση ότι η κρούση των μορίων του αέρα σε μια ανένδοτη επιφάνεια είναι ελαστική (χωρίς απώλεια ενέργειας),τότε η φορά της οριζόντιας προβολής του διανύσματος της ταχύτητάς τους θ'αντιστρέφεται κατά την κρούση.Εξετάζοντας το σύνολο των μορίων ως ρευστό μέσο,η πίεση εντός αυτού είναι ο λόγος της ενέργειας προς τον όγκο.Εντός του αερίου όγκου που βρίσκεται πολύ κοντά στην επιφάνεια του τοίχου,η ενέργεια των ανακλώμενων μορίων αθροίζεται με την ενέργεια όσων μορίων πλησιάζουν και πρόκειται με τη σειρά τους να συγκρουστούν.

Κατά συνέπεια στη συγκεκριμένη περιοχή πλησίον μιας ολοκληρωτικά ανακλαστικής επιφάνειας,η πίεση θα διπλασιάζεται κατά προσέγγιση-σε σύγκριση με μιαν άλλη επιφάνεια η οποία θα τ'απορροφούσε ολοκληρωτικά.Όταν λοιπόν τα ηχητικά κύματα που διαδίδονται εντός του αέρα συναντούν μια σκληρή αμετακίνητη επιφάνεια και ανακλώνται,δεν αναστρέφεται η φάση αυτών.Η περιοχή αυξημένης πίεσης του κύματος (πύκνωση αέριου μέσου με πίεση ανώτερη της ατμοσφαιρικής) ανακλάται παρέχοντας με τη σειρά του νέα περιοχή αυξημένης πίεσης αντί χαμηλότερης πίεσης (αραίωση αερίου μέσου με πίεση κατώτερη της ατμοσφαιρικής) η οποία θα ισοδυναμούσε με αντεστραμμένη φάση.

Ο τοίχος περιγράφεται ως μέσο που έχει μεγαλύτερη ακουστική εμπέδηση από τον αέρα και όποτε ένα κύμα συναντά τέτοιας κατηγορίας μέσα δεν υφίσταται αναστροφή φάσης κατά την ανάκλασή του. Αντιστρόφως,όποτε το ηχητικό κύμα που διαδίδεται εντός στερεού μέσου συναντήσει αέρινο ΄΄όριο΄΄,τότε ανακλώμενο από τον αέρα πίσω στο στερεό θα υποστεί αναστροφή φάσης(το κομμάτι υψηλής πίεσης ανακλάται ως περιοχή χαμηλής πίεσης).Γενικώς,η φύση των ανακλάσεων συμβάλλει στη δημιουργία στάσιμων κυμάτων σε δωμάτια ακρόασης αλλά επίσης και στους αέριους όγκους που περικλείονται εντός ηχείων και αντηχείων/αυλών σε μουσικά όργανα.

Kατά την πρόσκρουση ηχητικού κύματος σε τοίχωμα καλυμμένο από απορροφητικό υλικό,ένα ποσοστό αυτού ανακλάται από την επιφάνεια του υλικού (δίχως ν'αντιστρέφεται η φάση του) ενώ ένα μικρό κομμάτι (σημαντικότερο για τις υψηλότερες συχνοτικές συνιστώσες) απορροφάται από τον αέρα μετατρεπόμενο σε θερμική ενέργεια.Ο συντελεστής απορρόφησης ορίζεται ως ένα κλάσμα με αριθμητή τη διαφορά προσπίπτουσας μείον την ανακλώμενη ενέργειας και παρονομαστή την προσπίπτουσα.Ο συντελεστής μεταβάλλεται σε συνάρτηση με τη συχνότητα (οι υψηλότερες οκτάβες απορροφώνται περισσότερο) και τη γωνία πρόσπτωσης.Ο βαθμός απορρόφησης για ένα δεδομένο υλικό εξαρτάται από:

-Το πάχος,το πορώδες,την πυκνότητα (πολύ πυκνή κατανομή ινών παρεμποδίζει την εισχώρηση του αέρα και την μετατροπή της ηχητικής σε θερμική ενέργεια,ενώ πολύ αραιή δεν παρουσιάζει αρκετή αντίσταση και τριβή στην κίνηση των μορίων του αέρα εντός των πόρων).

-Το κενό διάστημα που μεσολαβεί στην περίπτωση που το υλικό τοποθετείται σε κάποια απόσταση έμπροσθεν του τοιχώματος.Το διάκενο μεταξύ απορροφητικού υλικού και τοιχώματος βελτιώνει την απορρόφηση χαμηλών συχνοτήτων αφού ενεργεί σα διαχωριστικό σύστημα που ταλαντώνεται μετατρέποντας μέρος της ηχητικής ενέργειας.Παρουσιάζει μέγιστο απορρόφησης για τις συχνοτικές συνιστώσες του κύματος που συμπίπτουν με την συχνότητα συντονισμού του συστήματος,η οποία είναι αντιστρόφως ανάλογη του διαστήματος μεταξύ διαχωριστικού-τοίχου και της μάζας αυτής (μικρότερα σημαίνουν άνοδο της συχνότητας μέγιστης απορρόφησης).

Το ποσοστό του κύματος που διαδίδεται εντός του υλικού διαθλάται κάμπτοντας τη διεύθυνσή του προς τα κάτω αφού το υλικό είναι πυκνότερο του αέρα.Σημειώνεται νέα απώλεια ενέργειας υπό μορφή θερμότητας κατά τον περιορισμό της κίνησης των μορίων του αέρα μέσα στους πόρους του υλικού.

Φτάνοντας στη συνέχεια το μεταδιδόμενο μέρος του ήχου στην επιφάνεια των τούβλων του τοιχώματος,υφίσταται εκ νέου ανάκλαση κατά ένα ποσοστό,ενώ αυτό που διαδίδεται εντός του τοίχου κάμπτεται σε πιο απότομη κατωφερή φορά λόγω μεγαλύτερης πυκνότητας των τούβλων από το προηγούμενο υλικό.

Εντός του τοίχου έχουμε ξανά απώλεια ενέργειας υπό μορφή θερμότητας.Το εξασθενημένο κύμα που έχει απομείνει συναντά το όριο τοιχώματος και αέρα όπισθεν αυτού οπότε ανακλάται εν μέρει πίσω στα τούβλα (αντιστρέφοντας τη φάση του ανακλώμενου κύματος) και το ποσοστό που θα έχει απομείνει να διαδίδεται από το όριο στον αέρα υφιστάμενο διάθλαση και απώλεια υπό μορφή θερμότητας.

 

[Bhutia]

Απάντηση: Ανατομία Ακουστικής Χώρων

Κινούμενη απεικόνιση του φαινομένου της διάθλασης:

 

[Bhutia]

Απάντηση: Απόλυτο Κατώφλι Ακουστότητας Ανακλάσεων

Στην καθημερινή ζωή το ακουστικό μας σύστημα συνηθίζει να δέχεται ερεθίσματα αποτελούμενα από συνδυασμούς άμεσων και ανακλώμενων ήχων και ο εγκέφαλος τους ερμηνεύει προκειμένου να παράσχει μιά ολοκληρωμένη και συναφή αντίληψη.Τα κατώφλια ακουστότητας γιά τις διαφορετικές συνθήκες ανάκλασης έχουν αναπαρασταθεί με τη συνδρομή επιστημονικής έρευνας.Προκύπτουν έτσι γραφήματα όπου συναρτάται η ένταση της πρώιμης ανακλώμενης ενέργειας με το χρόνο που θα εμφανιστεί αυτή ύστερα από τον άμεσο ήχο.

Η καμπύλη ΄΄1΄΄ συμβολίζει το Απόλυτο Κατώφλι Ακουστότητας Ανακλάσεων σύμφωνα με τη μελέτη των Olive & Toole: όταν η στάθμη της ανάκλασης βρίσκεται κάτωθεν της καμπύλης ΄΄1΄΄,τότε η ανάκλαση δεν γίνεται αντιληπτή.Το κατώφλι παραμένει ουσιαστικά σταθερό ως προς την καθυστέρηση γιά τα πρώτα 20 χιλιοστά δευτερολέπτου.Οι ανακλώμενες συνιστώσες που ανήκουν σε αυτό το διάστημα παίζουν κρίσιμο ρόλο στην ακρόαση εντός μικρών χώρων.

Προχωρώντας στον άξονα του χρόνου,παρατηρούμε πως όταν η ανακλώμενη ενέργεια φτάνει στη θέση ακρόασης αργότερα σε σχέση με την άμεση,χρειάζεται ολοένα μικρότερες στάθμες γιά να επηρεάσει την αντίληψη του ακροατή.

Η καμπύλη ΄΄2΄΄ συμβολίζει το κατώφλι όπου η αντίληψη θα μεταβαίνει σε διεύρυνση του ηχητικού ειδώλου (Olive & Toole).

Η καμπύλη ΄΄3΄΄ συμβολίζει το Κατώφλι Αντίληψης της Ηχούς (Meyer & Schodder/Lochner & Burger) πάνω από την οποία η ανακλώμενη ενέργεια γίνεται αντιληπτή ως Ηχώ και τέλος η υπαριθμόν ΄΄4΄΄ είναι η κλασική καμπύλη Haas (Φαινόμενο Προτεραιότητας).

Οι καμπύλες προέκυψαν μέσω προσομοίωσης σε ανηχοϊκές συνθήκες ακρόασης,παρέχοντας με μεταβλητή χρονική υστέρηση το σήμα της πρωτογενούς πηγής σε δεύτερο ηχείο.

Όπως εχει ήδη εκτεθεί στην ανάλυση του Φαινομένου Προτεραιότητας,τα πειράματα του Haas τεκμηρίωσαν ότι μιά δευτερογενής πηγή ήχου (είτε ανάκλαση είτε πηγή με χρονική υστέρηση) δεν γίνεται αντιληπτή ως ξεχωριστή πηγή στο χώρο εντός των πρώτων 35-40 χιλιοστών δευτερολέπτου από την εκπομπή της πρωτογενούς πηγής εκτός κι αν η στάθμη του δευτερογενούς ήχου είναι μεγαλύτερη τουλάχιστον κατά 10dB από τον πρωτογενή.

Τούτο το συμπέρασμα δεν αποκλείει φυσικά να υφίσταται κάποιου βαθμού σύγχυση σε μικρότερες διαφορές στάθμης.Στις μελέτες των Lochner & Burger(1958) και Toole & Olive(1989) ζητήθηκε από τους ακροατές της ομάδας ελέγχου ν'αναγνωρίσουν επακριβώς το πότε και κατά ποίον τρόπο γινόταν ξεκάθαρο ένα σήμα παρεχόμενο με χρονική υστέρηση στο εγκάρσιο επίπεδο καθώς η στάθμη και η χρονική υστέρηση μεταβάλλονταν σε δεύτερο ηχείο ευρισκόμενο πλευρικά ως προς το κύριο.

Γιά τιμές εντός της πράσινης ζώνης δεν εμφανιζόταν καμιά ακουστή επίπτωση στο περιβάλλον ακρόασης. Γιά τιμές εντός της κίτρινης περιοχής,κάτωθεν της καμπύλης ΄΄2΄΄ αυξανόταν η αντίληψη ευρυχωρίας,ενώ άνωθεν της καμπύλης οι ακροατές αντιλαμβάνονταν σαφή επέκταση στα νοητά όρια του ηχητικού ειδώλου.

Η καμπύλη ΄΄3΄΄ συμβολίζει το Απόλυτο Κατώφλι Ακουστότητας της Ηχούς και είναι πολύ σημαντική γιά τις εφαργογές Πύργων Ηχητικής Ενίσχυσης σε ζωντανές μουσικές εκδηλώσεις,σε συνδυασμό με την καμπύλη ΄΄4΄΄ που συμβολίζει το φαινόμενο Προτεραιότητας κατά το οποίο το ακουστικό μας σύστημα αντιλαμβάνεται την τοποθεσία του ηχητικού κύματος που φτάνει πρώτο ως τοποθεσία της πηγής,αγνοώντας τις πρώιμες ανακλάσεις εντός χρονικού διαστήματος περί τα 35 χιλιοστά δευτερολέπτου.

Γιά την ακρίβεια,οποιοδήποτε ερέθισμα φτάνει εντός αυτού του χρονικού ορίου,συνδυάζεται στην επεξεργασία του εγκεφάλου με το αρχικό ώστε να προκύψει αντίληψη ενός ενιαίου ήχου.Εφόσον ο μηχανικός ήχου διατηρεί τις τιμές καθυστέρησης προς στάθμη γιά την δευτερογενή ενέργεια εντός της κίτρινης ζώνης,εξασφαλίζει την καταληπτότητα και τον ορθό προσδιορισμό της πηγής στο χώρο στην πλειοψηφία των περιπτώσεων.Όσο πλησιέστερα βρίσκονται οι τιμές στην πράσινη ζώνη,τόσο οξύτερη θα είναι η εστίαση και περισσότερο συμπαγές το ηχητικό πεδίο,ενώ το αντίστροφο θα συμβαίνει όσο πλησιάζουν την κόκκινη ζώνη.

 

[Bhutia]

Απάντηση: Ανατομία Ακουστικής Χώρων

Στην πλειοψηφία των περιπτώσεων,εκτός της μέγιστης δυνατής καταληπτότητας ενδιαφερόμαστε και γιά την αντίληψη καθορισμένων ηχητικών ειδώλων στο χώρο.Εφαρμόζοντας χρονική υστέρηση ώστε να συμπέσει ο ήχος της δευτερογενούς πηγής (ηχείου) με αυτόν της πρωτογενούς (ομιλητή,καλλιτέχνη ή προηγούμενου ηχείου σε πολυκαναλικά συστήματα) επιδιώκουμε να διαμορφώσουμε την επεξεργασία του ερεθίσματος στον εγκέφαλο του ακροατή κατά τρόπον ώστε ν'αντιλαμβάνεται έναν ενιαίο ήχο προερχόμενο από την πρωτογενή πηγή.

Ας μην παραβλέπουμε όμως το γεγονός ότι κάθε δευτερογενής πηγή ήχου δημιουργεί τις δικές της απανωτές ανακλάσεις στο χώρο οι οποίες προστιθέμενες σ'εκείνες της πρωτογενούς πηγής δύνανται να μειώσουν την καταληπτότητα και να μετατοπίσουν την αντιλαμβανόμενη θέση της πηγής.Γι αυτό και η συνθήκη το δευτερογενές ηχητικό κύμα να εκπέμπεται απλά εντός χρονικού περιθωρίου 35 msec από το πρωτογενές δεν είναι αρκετή.Στην πράξη έχει αποδειχθεί ότι χρονική υστέρηση της τάξης των 5 msec ασκεί επίδραση στην χωρική αντίληψη του ακροατή.

Ας θεωρήσουμε γιά παράδειγμα έναν ομιλητή κι έναν ακροατή εντός χαμηλοτάβανου μεσαίου χώρου. Ο άμεσος ήχος(συνεχής γραμμή) από τον ομιλητή φτάνει πρώτος στον ακροατή,ακολουθούμενος λίγα χιλιοστά δευτερολέπτου αργότερα από την πρώτη ανάκλαση εκ της οροφής,του δαπέδου και των τοίχων (διακεκομμένες γραμμές) και προκύπτει το πεδίο αντήχησης κατά τα γνωστά.Το σύνολο των ανακλώμενων συνιστωσών ενσωματώνεται στην αντίληψη ενός ενιαίου λεκτικού σχήματος-υπό την προϋπόθεση ότι οι τιμές υστέρησης και στάθμης των ανακλάσεων συνδυάζονται επί της πράσινης ή κίτρινης ζώνης του προηγουμένου γραφήματος.

Κυρίαρχο ρόλο στον εντοπισμό του ήχου παίζει το ηχητικό ερέθισμα που καταφτάνει πρώτο στον ακροατή,μιά και αυτός θ'αντιληφθεί ως πηγή του ήχου την τοποθεσία απ'όπου θα προέλθει τούτο.Η ανακλώμενη ενέργεια (πρώιμη και μη) εντός πολύ μικρών χώρων θα φτάνει στη θέση ακρόασης με μικρή καθυστερηση.Εντός χώρων που εμφανίζουν έντονα απορροφητική συμπεριφορά, θα ισχύει γρήγορη απόσβεση αυτής άρα και μείωση στη στάθμη.Η ανακλώμενη ενέργεια εντός χώρων με μεγαλύτερο χρόνο αντήχησης από τους προηγούμενους θα κείτεται στις ανώτερες πράσινες ή κίτρινες ζώνες του γραφήματος,δίνοντας μιά ευρύχωρη αντίληψη γιά το ακουστικό περιβάλλον,αν και θα γίνεται δυνητικά δυσκολότερο γιά τον ακροατή να εντοπίσει την ακριβή τοποθεσία της πηγής δίχως την ταυτόχρονη χρήση οπτικών ερεθισμάτων.

Eνισχύοντας στην επόμενη περίπτωση τον φυσικό ήχο με ηλεκτρονικό από ηχεία,περιπλέκεται το σχέδιο των ανακλάσεων και χρονικών υστερήσεων εντός του χώρου.Εφόσον η θέση του ηχείου δεν ταυτίζεται μ'εκείνη του στόματος του ομιλητή,τότε υφίστανται δύο πηγές ήχου.Όσο μεγαλύτερη η απόσταση αναμεταξύ τους,τόσο μεγαλύτερη η δεδομένη από την ταχύτητα του ήχου καθυστέρηση.Πρώτη επίπτωση είναι η μείωση της καταληπτότητας(εξαιρούνται οι περιπτώσεις όπου δεν είναι δυνατόν ν'ακούσουμε άμεσα τη φυσική πηγή ήχου εξαιτίας απόστασης ή φυσικού εμποδίου που παρεμβάλλεται).Δεύτερη επίπτωση είναι η απόκλιση του εντοπισμού της πρωτογενούς πηγής,αφού συνήθως η ένταση του ενισχυμένου ήχου είναι αρκετά μεγαλύτερη όπως και των ανακλάσεων που θα δημιουργούνταν από εκείνον.

 

[Bhutia]

Απάντηση: Ζωντανές εκδηλώσεις-Εφαρμογή Χρονικής Υστέρησης

Η εφαρμογή χρονικής υστέρησης στο ηλεκτρονικό σήμα συμβάλλει επίσης στην προοδευτική σύντηξη των ανακλάσεων αυτού μ'εκείνες από τον φυσικό ήχο και την ομογενοποίηση του πεδίου αντήχησης.Επεκτείνοντας στις εφαρμογές εκδηλώσεων σε μεγάλες αίθουσες με σκηνή,δεχόμαστε ότι τα ηχεία έχουν καταρχάς συνδεθεί στην εγκατάσταση ώστε να είναι φασικά ευθυγραμμισμένα (δηλ.οι μονάδες τους θα κινούνται εναρμονισμένα μέσα-έξω με την ίδια φορά.Σημείο αναφοράς είναι οι μονάδες μεσαίων συχνοτήτων στην περίπτωση που σε διαφορετικούς διαθέσιμους τύπους ηχείων κάποιοι αντιστρέφουν ενδεχόμενα τη φάση μεταξύ των μονάδων στο κροσόβερ.

Με την ταχύτητα του ήχου περί τα 343 μέτρα ανά δευτερόλεπτο σε θερμοκρασία 20 βαθμών Κελσίου (οπότε διανύονται 34 περίπου εκατοστά σε κάθε msec),μπορούν να εξεταστούν μερικά απλουστευμένα παραδείγματα,γιά τα οποία εξυπακούεται ότι ο ομιλητής / καλλιτέχνης φέρει προσαρμοσμένο μικρόφωνο πέτου ή κάποια άλλη ασύρματη μονάδα ώστε να εξασφαλίζεται άμεση παροχή ηλεκτρονικού σήματος δίχως ουσιαστική καθυστέρηση...

Θεωρούμε μιά σκηνή μικρομεσαίων διαστάσεων στο κέντρο της οποίας στέκεται ο ερμηνευτής σε απόσταση περίπου 3,5 μέτρα από το κεντρικό κάθισμα της πρώτης σειράς και περί τα 6 μέτρα από καθεμία εκ των ακραίων στη σειρά καθισμάτων.Υποθέτοντας την ύπαρξη ΡΑ ηχείων στις εκατέρωθεν άκρες της σκηνής,τούτα θ'απέχουν περίπου 5,5 μέτρα από το κεντρικό κάθισμα και περίπου 1 μέτρο από το ακρινό που βρίσκεται ακριβώς μπροστά τους.

Δίχως εφαρμογή χρονικής υστέρησης,στην κεντρική θέση ο φυσικός ήχος καταφτάνει με διαφορά 6 msec πριν από την εκπομπή του ΡΑ.Αυτό είναι θεωρητικά αποδεκτό γιά τον καθήμενο στη θέση 9 ακροατή του οποίου το ακουστικό σύστημα θα καταχωρήσει την εκπομπή των ηχείων ως ΄΄ανάκλαση΄΄,έστω κι αν είναι αρκετά ισχυρότερη του πρωτογενούς ήχου.

Σε καθεμία από τις ακραίες θέσεις,το ακουστικό σήμα από τη σκηνή φτάνει 14 msec αργότερα από αυτό του ΡΑ.Κάτι τέτοιο δεν είναι αποδεκτό γιά τον ακροατή της ακραίας θέσης,όπου η εκπομπή του ηχείου θα διαταράσσει τον χωρικό εντοπισμό και την καταληπτότητα του καλλιτέχνη.

Εφαρμόζοντας κατόπιν χρονική υστέρηση 16 msec(δηλαδή ελάχιστα μεγαλύτερη της προηγούμενης χρονικής διαφοράς αυτού με το ακουστικό σήμα) στο σύστημα ΡΑ,έχουμε το εξής αποτέλεσμα:

Στην κεντρική θέση(9) το φυσικό ακουστικό σήμα τώρα θα προηγείται κατά 6+16=22msec του εκπεμπομένου από τα ηχεία.Αυτό θεωρητικά εξακολουθεί να λειτουργεί καλά αφού ενισχύεται η αίσθηση της ανάκλασης όσον αφορά το δευτερογενή ήχο κι επικεντρώνει το φυσικό είδωλο στην αντίληψη του ακροατή.

Σε καθεμία από τις ακραίες θέσεις,η εκπομπή του αντίστοιχου ηχείου θα φτάνει τώρα 16-14=2msec αργότερα από αυτόν της φυσικής πηγής.Κατά συνέπεια,η αντίληψη της τοποθεσίας της φυσικής πηγής απομακρύνεται από τη ζώνη του ηχείου και μετατοπίζεται προς τη σκηνή,ενώ ωφελείται και η καταληπτότητα...

Εφόσον η αίθουσα που περιέχει τη σκηνή είναι συμμετρική,τότε ανάλογη θεώρηση ισχύει και γιά τις υπόλοιπες σειρές,με τη διαφορά χρόνου να τείνει προς το μηδέν όσο περισσότερο οδεύουμε προς τα πίσω.Εξυπακούεται ότι η εκάστοτε προσέγγιση οφείλει να επαληθεύεται πάνω απ'όλα με αντίστοιχη ακρόαση από το μηχανικό ήχου.

 

[Bhutia]

Απάντηση: Ανατομία Ακουστικής Χώρων-Παραδείγματα Εφαρμογής Χρονικής Υστέρησης

Σε περιπτώσεις λ.χ. ακουστικών σημάτων μικρής στάθμης,επιδίωξης υψηλών ηχητικών εντάσεων γιά την εκδήλωση,ευρείας σκηνής ή/και μεγάλης απόστασης των φυσικών πηγών ήχου από το κοινό,είναι πρόσφορη η χρήση συμπληρωματικών ηχείων στο χείλος της σκηνής.Εξετάζοντας την εφαρμογή αυτών στο προηγούμενο παράδειγμα ξέχωρα από τα πλαϊνά ΡΑ,έχουμε την παρακάτω σχηματική απεικόνιση:

Ακολουθούμε τις ίδιες αρχές-φροντίζοντας πάντα ώστε το άμεσο ακουστικό κύμα από τη σκηνή να φτάνει πρώτο στην εκάστοτε θέση- κι εφαρμόζουμε χρονική υστέρηση 12 msec στο ηλεκτρονικό σήμα που τροφοδοτεί τα συμπληρωματικά ηχεία στο χείλος της σκηνής με το εξής αποτέλεσμα:

Εστιάζοντας ενδεικτικά στη θέση υπαριθμόν 6 στην μπροστινή σειρά καθισμάτων,οι πολλαπλές αφίξεις των ηλεκτρονικά προερχόμενων σημάτων θα εκλαμβάνονται ως ανακλάσεις από τον ακροατή αφού οι συντεταγμένες τους θα κείτονται-ανάλογα με τις επιμέρους στάθμες- είτε στην πράσινη είτε στην κίτρινη ζώνη του αρχικού γραφήματος ΑΚΑΑ.Ο επιτελούμενος συμβιβασμός θα βελτιωνόταν περισσότερο με την εφαρμογή επιπλέον χρονικής υστέρησης 3 msec γιά το μεσαίο συμπληρωματικό ηχείο ως προς τα ευρισκόμενα εκατέρωθεν αυτού,έτσι ώστε να εξομαλυνθούν περαιτέρω οι χρονικές διαφορές κατά μήκος της σειράς καθισμάτων.

 

[Bhutia]

Απάντηση: Παράδειγμα κεντρικά αναρτημένης συστοιχίας
Παρεμφερής διαδκασία ακολουθείται ανάγοντας τα προηγούμενα στην περίπτωση της αίθουσας που διαθέτει εξώστη.Στο γράφημα δύο διαστάσεων προβάλλονται ο κεντρικά ευρισκόμενος στη σκηνή καλλιτέχνης και τ'αντίστοιχα ακρινά καθίσματα των διαφορετικών επιπέδων.Λαμβάνοντας ως δεδομένες τις ευρεθείσες τιμές γιά το κατώτερο επίπεδο,καταλήγουμε στον παρακάτω απεικονιζόμενο συμβιβασμό γιά τον εξώστη.

Στις αίθουσες μεγάλου ύψους,το ακουστικό είδωλο της φυσικής πηγής εντοπίζεται ολοένα δυσκολότερα καθώς οδεύουμε προς τις πίσω σειρές καθισμάτων του εξώστη.Η επιτελούμενη ρύθμιση εξαρτάται από το σχήμα της αίθουσας και τους εφικτούς τόπους εγκατάστασης των επιμέρους ηχείων γιά την κάλυψη,με κριτήριο η άφιξη του φυσικού ακουστικού σήματος από τη σκηνή να προηγείται και του εκάστοτε μπροστινού ηχείου από το κατώτερο επίπεδο να έπεται σε σχέση με το πλησιέστερο ΡΑ του εξώστη.Κατ'αυτόν τον τρόπο,το παραγόμενο ηχητικό πεδίο θα έχει συντεταγμένες στην κίτρινη ζώνη του γραφήματος ΑΚΑΑ.

Σε αρκετές περιπτώσεις υπάρχει η δυνατότητα χρήσης ενός κεντρικού ΡΑ στην οροφή αντί πλευρικών (δεξιά-αριστερά),με σκοπό την κάλυψη ευρείας ζώνης ακροατών από μία μόνο δευτερογενή πηγή,κάτι που θα μείωνε το πλήθος των αφίξεων ηλεκτρονικά προερχόμενων σημάτων.Στην πράξη,θα παρέμεναν τα μπροστινά ηχεία στο χείλος της σκηνής ως χρήσιμα γιά την ακουστική απεικόνιση από μέρους των μπροστινών θεατών.Θα υπάρχει δυνητικά ένα μικρό σύστημα εγκατεστημένο στα πλαϊνά της αίθουσας,γιά να παρέχει στερεοφωνικά εφφέ,υποστήριξη της μουσικής υπόκρουσης(ζωντανής ή playback) όπως και να συμπληρώνει πιθανά κενά στην κάλυψη από το κεντρικό ΡΑ.

Η παρακάτω απεικόνιση δύο διαστάσεων λαμβάνεται στο μέσο οβελιαίο επίπεδο της αίθουσας,οπότε παρουσιάζεται η κεντρική θέση(9) στη σειρά καθισμάτων.Η τοποθέτηση του κεντρικού ΡΑ ήδη λειτουργεί ικανοποιητικά γιά τους κάτω ακροατές χωρίς απαραίτητη εφαρμογή υστέρησης στο σήμα.

Στην ίδια περίπτωση εφαρμόζονται χρονικές υστερήσεις στα σήματα που τροφοδοτούν το κεντρικό ΡΑ και τα συμπληρωματικά ηχεία μπροστά στη σκηνή.Η χρονική διαφορά 13 msec γιά τους ακροατές των μπροστινών καθισμάτων ανάμεσα στο ακουστικό σήμα της σκηνής και το ηλεκτρονικά παρεχόμενο από το κεντρικό ΡΑ αν και φαίνεται μεγάλη,στην πράξη είναι αποδεκτή.

Η διαφορά της στάθμης ανάμεσα στα μπροστινά συμπληρωματικά ηχεία και το κεντρικό ΡΑ θα ωθήσει τις συντεταγμένες της χρονικής διαφοράς ακόμα πιό κάτω προς την πράσινη ζώνη του γραφήματος ΑΚΑΑ,υποβοηθούμενο παράλληλα από το γεγονός ότι το ανθρώπινο ακουστικό σύστημα (όπως έχει εξηγηθεί στη "Λειτουργία της ακοής") δυσκολεύεται στον ακριβή χωρικό εντοπισμό επί του καθέτου επιπέδου.Η εφαρμογή διαφορετικών χρόνων υστέρησης στις επιμέρους μονάδες του ΡΑ(σε απόπειρα ν'αντισταθμιστεί η προηγούμενη ΄΄ανισορροπία΄΄) οδηγεί σε πολλαπλά φαινόμενα κτενωτού φίλτρου που νοθεύουν τελικά περισσότερο την ακουστική αίσθηση αντί να τη βελτιώνουν.

 

[Bhutia]

Απάντηση:Παράδειγμα υπερκρεμάμενου εξώστη-Γενικές Αρχές εφαρμογής

Στις περιπτώσεις εκδηλώσεων σε μεγάλους ανοικτούς χώρους όπου η εκπομπή της κύριας συστοιχίας εξασθενίζει αυξανομένης της απόστασης από τη σκηνή,ή σε αίθουσες με υπερκρεμάμενο εξώστη που δημιουργεί Ζώνη Ακουστικής Σκίασης ως προς το κεντρικό ΡΑ,εφαρμόζονται οι λύσεις των Πύργων Ενίσχυσης και των συμπληρωματικών ηχείων υπό την καμπή του εξώστη αντοίστοιχα.

Σέ τέτοιες εφαρμογές,είναι πρακτική η θεώρηση του ηχητικού κύματος που εκπέμπεται από το κύριο σύστημα ΡΑ ως έχοντος επίπεδο μέτωπο.Μετρώντας λοιπόν την απόσταση μεταξύ κύριου ΡΑ και πύργου ενίσχυσης ή συμπληρωματικού ηχείου,προκύπτει κατά προσέγγιση η επιπρόσθετη χρονική υστέρηση που απαιτείται γιά τα δεύτερα αφού θα έχει εφαρμοστεί η πρωταρχική υστέρηση στο κύριο σύστημα.

Ας λάβουμε όμως γιά παράδειγμα την κατάσταση που απεικονίζεται στο επόμενο σχήμα.Η γκρίζα ζώνη συμβολίζει την περιοχή ακουστικής σκίασης γιά την κύρια συστοιχία ηχείων,με αποτέλεσμα να έχουν αναρτηθεί συμπληρωματικά ηχεία γιά την αποκατάσταση της ακουστικής αίσθησης. Ξεκινώντας με τις ήδη ρυθμισμένες γιά το κύριο σύστημα χρονικές υστερήσεις,προκύπτουν οι αναγραφόμενοι χώροι άφιξης.Παρατηρούμε ότι στα ηχεία που βρίσκονται κάτω από τον εξώστη έχουμε πρώιμη άφιξη του ηλεκτρονικού σήματος κατά 15 msec ως προς το φυσικό ακουστικό.

Εφαρμόζοντας επιπλέον χρονική υστέρηση κατά 17 msec στο σήμα με το οποίο τροφοδοτούνται τα συγκεκριμένα βοηθητικά ηχεία,το ακουστικό σήμα από τη σκηνή θα προηγείται κατά 2 msec του ηλεκτρονικού προερχόμενου από αυτά,οπότε η χωρική αντίληψη της πηγής θα μετατοπίζεται προς τη σκηνή.Όμως το ηλεκτρονικό ακουστικό σήμα των συμπληρωματικών ηχείων στο μπροστινό άκρο της σκηνής δεν παύει να καταφτάνει 2 msec αργότερα ως προς τα ηχεία του εξώστη.

Η υψηλότερη στάθμη του τελευταίου ηλεκτρονικού σήματος από το φυσικό ακουστικό ή το ακόμα πιό καθυστερημένο σήμα του κεντρικού ΡΑ,ενέχει την πιθανότητα αποκλίνουσας αντίληψης του ακροατή υπέρ των βοηθητικών ηχείων κάτω από τον εξώστη κι εναντίον του φυσικού σήματος από τη σκηνή.Εδώ υπεισέρχεται ξανά η εκτίμηση της ακρόασης και η επιδεξιότητα του ακουστικού μηχανικού,ώστε μ'ενδεχόμενη διορθωτική ρύθμιση χρονικής υστέρησης σε διάφορες μονάδες του συστήματος(λ.χ. αύξηση αυτής στα ηχεία κάτω από τον εξώστη) να επιτύχει τον καλύτερο δυνατό συμβιβασμό.Αποτελεί μιά αναπόφευκτη πραγματικότητα που απέχει φυσικά από την εξιδανικευμένη θεώρηση των live ακροάσεων .

Γιά την ιδανική ρύθμιση των χρόνων υστέρησης υπάρχουν άφθονα DSP βοηθήματα αλλά είναι χρήσιμο επίσης να μη μένει αμέτοχη η ακουστική αντίληψη του μηχανικού ήχου.Και στις δύο περιπτώσεις πάντως,είναι απαραίτητος ο καθορισμός του χρονικού ΄΄σημείου μηδέν΄΄,ως αναφορά βάσει της οποίας θα ρυθμίσουμε την χρονική υστέρηση στα ηχεία της εγκατάστασης.

Η απλούστερη μέθοδος είναι να χρησιμοποιηθεί γι αυτό ένα ηχείο τροφοδοτούμενο από ανεξάρτητη έξοδο.Εάν μάλιστα θέλουμε να ορίσουμε ως σημείο μηδέν έναν ερμηνευτή στο κέντρο της σκηνής,τοποθετούμε το ηχείο εκεί σε κατάλληλο ύψος.Ως ηχητικό ερέθισμα στην ακουστική μέθοδο είναι σκόπιμο να χρησιμοποιηθεί πρόγραμμα με βραχείες ξεκάθαρες μεταβατικές (πιατίνια hi-hat,επαναλαμβανόμενος παλμός υψηλής συχνότητας ή ΄΄κλικ΄΄ και όλα μ'ενδιάμεσο διάστημα περί τα 500msec.Η σειρά ρύθμισης ορίζεται κατά κανόνα από τα πλησιέστερα στα πιό απομακρυσμένα από το σημείο μηδέν ηχεία.

Αντικειμενικός σκοπός είναι ακολουθώντας τη σειρά,να εξετάζουμε πρώτα την εναρμόνιση με το σημείο μηδέν του εκάστοτε ΡΑ/ηχείου ξεχωριστά(ρυθμίζοντας την αντίστοιχη χρονική υστέρηση ώστε η αντίληψη του ηχητικού ειδώλου κάθε φορά να ταυτίζεται με τη θέση του ηχείου αναφοράς συνεχίζοντας με ρυθμίσεις στάθμης) και κατόπιν να ελέγχουμε το συνολικό αποτέλεσμα σε κάθε βήμα προσθέτοντας και τον ήχο απ'όλα τα ηχεία που έχουμε ήδη ρυθμίσει.