За якістю звуку домашній музичний театр практично не поступається оперному.

Обертони додають звуку особливого забарвлення і визначають його тембр. Для прикладу показані форми сигналу, що містить першу і другу гармоніки (вгорі) і першу і третю гармоніки (внизу).

Наука і життя // Ілюстрації

Розподіл власних частот приміщень розмірами 5,7x4,2x3 м (вгорі) і 4,2x3,6x3 м (внизу) дозволяє порівняти їх акустичні характеристики (для простоти амплітуди всіх гармонік прийняті однаковими).

Наука і життя // Ілюстрації

Наука і життя // Ілюстрації

Звукові колонки домашнього музичного театру можна встановлювати різними способами.

Наука і життя // Ілюстрації

У малогабаритному приміщенні апаратуру ДМТ доцільно розміщувати в кутку (вгорі), а у великому - уздовж довгої стіни (внизу).

<

>

На шкільних уроках фізики, коли вивчають явище резонансу, часто наводять приклад руйнування в січні 1905 року 47-метрового ланцюгового Єгипетського моста через річку Фонтанку в Санкт-Петербурзі. Тоді по ньому промарширував в ногу загін військових. Зазвичай вони роблять 120 кроків за хвилину, і ця частота (2 Гц) збіглася з частотою власних коливань конструкції. З кожним кроком розмах коливань прольоту збільшувався, і, нарешті, міст не витримав. Це подія справила сильне враження ще й тому, що, за словами очевидців, перед обваленням моста з вікна сусіднього будинку пролунав крик жила там Марії Іллівни Ратнер, якій набрид шум постійно рухалися повз військових частин: "Щоб ви всі провалилися!". Зрозуміло, це було чистим збігом. Проте згодом військовим було заборонено проходити по мостам в ногу; з'явилася навіть спеціальна команда: "Крокуй вроздріб!". Однак природа ще не раз екзаменувала інженерів-будівельників на знання законів фізики. У 1940 році в США під ритмічними поривами вітру увійшов у резонанс і звалився підвісний 854-метровий Такомський міст, а 12 червня 2001-го через два дні після введення в експлуатацію, був закритий на 9,5 місяці 325-метровий лондонський міст Тисячоліття - його довелося переробляти, щоб нейтралізувати коливання, що виникали від кроків випадкових груп пішоходів.

ЩОБ МУЗИКА ЗВУЧАЛА

Звук - це коливання повітря, що поширюються в вигляді областей стиснення і розрідження. І резонанс в акустиці грає не менш важливу роль, ніж в мостобудуванні. Смичкові і струнні інструменти будуть красиво звучати, тільки якщо матеріал, розміри і форма деки створять умови для резонансу. На резонансі заснований принцип звучання духових і язичкових інструментів. До речі, резонанс і в музиці часом стає причиною загибелі предметів. До нас дійшли розповіді очевидців, які спостерігали, як тріскалися і розбивалися кришталеві келихи під час співу Федора Івановича Шаляпіна або італійського тенора Франческо Таманьо.

Акустичні властивості залів також помітно впливають на сприйняття музичних творів. Мистецтвом будувати приміщення з відмінною акустикою славилися ще зодчі давнину і Середньовіччя - чого вартий так звана галерея шепотів в лондонському соборі Святого Павла, в якій голос співрозмовника, в якому б місці галереї він не стояв, чути так, як ніби він говорить тобі у вухо.

Зараз музику слухають не тільки в спеціально побудованих для цього залах. Музичні центри (МЦ) і домашні музичні театри (ДМТ) стоять практично в кожній квартирі, і важливо знати, в якому приміщенні і як розмістити апаратуру, щоб отримати найкращий результат (див. "Наука і життя" №№ 2 , 7 , 2001 р .; № 9, 2005 р ).

ПОВІРКА алгеброю гармонію

За останні десятиліття в США і деяких європейських країнах розроблені досить прості методики визначення акустичних параметрів невеликих залів і ДМТ, які дозволяють достовірно оцінити якість приміщень, призначених для прослуховування музичних творів. Щоб було може навіть людина, що не має спеціальної підготовки.

В акустиці відомий принцип, згідно з яким нижня межа частот (f), чітко чутних в тому чи іншому приміщенні, залежить від його обсягу (V): чим він більший, тим нижче гранична частота. Багато фахівців до цих пір користуються для оцінок цієї частоти давно відомою формулою

f = v / 3Ц V,

де v = 340 м / с - швидкість звуку.

Наприклад, кімната довжиною 5,7 м, шириною 4,2 м і висотою 3 м має об'єм 72 м3, і тоді частота f = 82 Гц. Зазначена формула справедлива не тільки для прямокутних приміщень, але і для круглих, овальних і ін.

Але крім нижньої граничної частоти на сприйняття звукового сигналу впливають власні частоти приміщення, а їх простіше порахувати для прямокутної кімнати, тим більше що, як правило, домашню радіоапаратуру і звукові колонки встановлюють якраз в таких кімнатах. Резонанс спотворює звучання, адже на резонансній частоті звук здається голосніше, і на амплітудно-частотній характеристиці в цій області з'являється пік. Для виникнення резонансу достатньо, щоб відстань L між протилежними площинами кімнати було кратно половині довжини звукової хвилі l / 2. Чим далі відстоїть одна стіна від іншої і підлогу від стелі, тим відповідно нижче резонансна частота F min. Інакше кажучи, найнижча резонансна частота в приміщенні прямокутної форми f min = 340 / (2 L max), де L max - найбільший вимір приміщення (зазвичай його довжина).

У нашому прикладі L max = 5,7 м і нижня резонансна частота f min = 340 / (2x5,7) = 29,8 Гц. Інших вимірах (ширині і висоті) відповідають резонансні частоти 40,5 і 56,7 Гц.

Однак музичний сигнал характеризується не тільки частотою основного тону. Адже не сплутаєш між собою навіть звучать на одній ноті, скажімо, скрипку і гобой або гітару і фортепіано. У будь-якого інструменту, в тому числі у людського голосу, є властивий тільки йому тембр. Справа в тому, що музичний звук - складний, в ньому є частоти, кратні частоті основного тону. Ці додаткові складові називаються обертонами або вищими гармоніками. Число і амплітуда обертонів і визначають тембр, тобто додають звуку його індивідуальну забарвлення. Чим більше обертонів, тим багатшим звук. Вищі гармоніки в кімнаті також будуть резонувати. Значення частот деяких з перших десяти гармонік наведені в таблиці (див. Іл. 1).

При частоті понад 300 Гц резонансні частоти розташовані так близько одна до одної, що вухо вже не в змозі вловити резонансні піки. В ідеалі резонансні частоти для кожної гармоніки повинні бути зміщені одна відносно іншої на однакові значення. Тоді, накладаючись, вони не будуть створювати гострих піків і спотворювати амплітудно-частотну характеристику. Правда, домогтися цього на практиці вкрай важко.

З цієї точки зору найбільш несприятливою виявляється квадратна кімната (ще гірше кімната, у якій все вимірювання однакові, тобто кубічна). Тут резонансів менше, але вони яскравіше виражені. Те ж стосується кімнат, вимірювання яких виявляються кратними, наприклад, її висота (2,5 м) в два рази менше ширини (5 м) або в три рази менше довжини (7,5 м).

Якщо є приміщення з такими співвідношеннями розмірів, які не дозволяють досягти хорошого звучання, то здоровий глузд підказує, що можливий і зворотний варіант, тобто кімнати з оптимальними пропорціями, що забезпечують рівномірний розподіл резонансних частот.

Приблизно 40 років тому американець М. Лауден (M. Lowden) з'ясував, в яких випадках в приміщенні можна домогтися якісного відтворення музичних творів. Отримані результати він звів в таблицю. У ній ширина і довжина приміщення вказані щодо висоти, прийнятої за одиницю. Нерівномірність амплітудно-частотної характеристики приміщення збільшується з ростом номера рядка таблиці (див. Іл. 2).

Якщо задати конкретні значення для вимірювань кімнати, скажімо, прийняти висоту дорівнює 3 м, то для варіанту в 1-му рядку отримаємо розміри кімнати 3x4,2x5,7 м, які ми вже використовували в якості прикладу. За Лаудену, в такому приміщенні якість відтворення буде найвищим. Для порівняння розглянемо варіант приміщення з 10-го рядка таблиці Лаудена (див. Іл. 3).

Для наочності скористаємося графічними зображеннями спектрів частот. Приміщення розмірами 3x3,2x4,6 м з розподілу резонансних частот на перший погляд здається кращим: частоти виглядають більш впорядкованими. Однак помітно, що в нашому першому прикладі більше гармонік в області до 300 Гц, а нижня частота 19,8 Гц знаходиться ближче до порога чутності (18-20 Гц).

ВІДЛУННЯ БУВАЄ НЕ ТІЛЬКИ У ГОРАХ

На суб'єктивне сприйняття музичного твору впливає і таке явище, як реверберація. Однак наша фізіологія така, що запізнювання відбитих від стін звукових хвиль в порівнянні з прямою хвилею приблизно на 30 мс вухом не сприймається. Це означає, що ефект луни виникає, тільки якщо відбита хвиля пройде на 10 м більше, ніж пряма. У житлових приміщеннях це можливо тільки при багаторазовому відбитті сигналу від стін - все ми відзначали гучний звук, характерний для порожньої кімнати, з якої винесена меблі. При відтворенні нижніх частот через реверберації баси або "бубонять", або, навпаки, пропадають в залежності від виникаючої різниці фаз. В даному випадку слід збільшити звукопоглинання стін: покласти на підлогу і повісити на стіни килими, закрити штори на вікнах, поставити додаткову меблі (дивани, крісла), квіти в горщиках. До слова, фанати високоякісного звуку, готові пожертвувати комфортом заради високої якості звучання, перш оббивали стіни "музичної" кімнати картонними упаковками для яєць.

МАЛЕНЬКІ ХИТРОЩІ для меломанів

Певну роль у збільшенні числа власних частот і кращого їх розподілу по спектру грають непаралельних стіни і скошені стелі. Треба також враховувати, що голі стіни підсилюють не лише реверберацію, а й резонанс. Тому заходи по збільшенню звукопоглинання дають подвійний ефект. Бажано, щоб кімната для аудіовізуального дозвілля мала такий обсяг, щоб її нижня частота була нижчою, ніж зазначена в технічних даних на підсилювач і колонки.

При розміщенні звукових колонок в кімнаті для домашнього музичного театру слід керуватися нескладними правилами, які враховують підвищену "вразливість" басів. Звукові колонки сферичної форми або з вузькою передньою панеллю мають широку діаграму спрямованості (див. "Наука і життя" № 3, 2005 р ). Тому геометрія приміщення і відстань їх від стін практично не впливають на звучання. Підлогові або укріплені на стійках акустичні випромінювачі, які не мають заднього фазоінвестора, можна встановлювати на відстані 30-40 см від стіни. Для колонок з фазоінвестором ця відстань повинна бути побільше, до 50-70 см.

При прослуховуванні популярної або класичної музики любителі звертають особливу увагу на локалізацію окремих голосів. У цьому випадку потрібні колонки з широкою передньою панеллю. Для отримання стереофонічного ефекту гучномовці слід рознести на 1,2-2 м, а відстань від них до слухача повинно бути на 20-30% більше.

Звукові колонки ДМТ доцільно висунути на 0,1-0,3 м до слухача щодо площини телевізійного екрану, а перед початком прослуховування слід закрити двері і вікна, забезпечивши умови "закритого ящика".

Тим, хто цікавиться звуковідтворенням і планує влаштувати приміщення під ДМТ, напевно, було б цікаво проаналізувати його за методикою Лаудена. За допомогою комп'ютера можна знайти в таблиці вигідні рішення і рекомендувати їх потім читачам журналу "Наука і життя", надіславши до редакції до 1 травня 2006 року опису своїх ДМТ.