Басовые ловушки — это акустические поглотители энергии, которые предназначены для гашения низкочастотной звуковой энергии с целью достижения более плоского низкочастотного (НЧ) отклика помещения за счет снижения НЧ резонансов в помещениях. Они обычно используются в студиях звукозаписи , мастеринговых комнатах , домашних кинотеатрах и других помещениях, предназначенных для обеспечения критической среды прослушивания. Как и все акустически поглощающие устройства, они функционируют, превращая звуковую энергию в тепло посредством трения.
Обычно существует два типа басовых ловушек: резонансные поглотители и пористые поглотители. Резонансные поглотители далее делятся на панельные поглотители и резонаторы Гельмгольца. [1]
Оба типа эффективны, но в то время как резонансный поглотитель требует механической настройки для резонанса в соответствии с поглощаемыми частотами, пористый поглотитель не резонирует и не требует настройки.
Пористые поглотители, как правило, меньше по размеру и их легче проектировать и изготавливать, а также они в целом менее дороги, чем резонансные поглотители. Однако глубокое затухание басов пористым поглотителем, как правило, хуже, поэтому его полезность для затухания низкочастотных резонансов помещения более ограничена.
Резонирующие поглотители, как правило, поглощают более узкий спектр, а пористые поглотители, как правило, поглощают более широкий спектр. Спектр обоих типов может быть либо сужен, либо расширен за счет конструкции, но общая разница в полосе пропускания и настраиваемости доминирует над их соответствующими характеристиками.
Примерами басовых ловушек резонирующего типа являются жесткий контейнер с одним или несколькими отверстиями или щелями (т. е. резонатор Гельмгольца ) или жесткий контейнер с гибкой диафрагмой (т. е. мембранный поглотитель). Басовая ловушка резонирующего типа обеспечивает поглощение звука путем симпатической вибрации некоторого свободного элемента устройства с объемом воздуха помещения.
Резонирующие поглотители различаются по конструкции: один тип мембранного поглотителя использует упругий лист дерева, который крепится к корпусу только по краям/углам, а другой использует более гибкий лист тонкого материала, натянутый как барабанная мембрана. Резонатор Гельмгольца может иметь один порт, настроенный на одну частоту, или несколько портов, настроенных либо на одну, либо на несколько частот, с круглым портом, щелевым портом или даже перфорированной конструкцией. Резонирующие поглотители часто включают пористое поглощение внутри, чтобы одновременно снизить резонансную частоту и расширить спектр поглощения.
Пористые поглотители чаще всего изготавливаются из стекловолокна , минеральной ваты или пены с открытыми ячейками, которая препятствует прохождению молекул воздуха через межклеточное пространство. [2] Пористые поглотители часто включают фольгу или бумажную облицовку для отражения частот выше 500 Гц. Облицовка также улучшает низкочастотное поглощение, преобразуя физическое сжатие воздуха у облицовки в физическое сжатие волокон, которые контактируют с облицовкой, при этом сохраняя резистивные потери воздуха, поскольку он прогоняется через основную часть волокна облицовкой.
Резонирующие басовые ловушки будут поглощать звук с высокой эффективностью на своей основной частоте резонанса. Таким образом, знание частот резонансов, которые требуют демпфирования, полезно перед проектированием и созданием резонирующей басовой ловушки. Этого можно достичь путем расчета мод помещения или путем прямого измерения самого помещения.
Диапазон частот эффективности резонирующих поглотителей может быть расширен до некоторой степени либо путем введения пористого поглощающего материала внутрь сосуда, либо путем ограничения вибраций панели или мембраны, либо путем установки массива резонирующих устройств, каждое из которых настроено на смежные диапазоны частот, так что в совокупности массив функционирует в расширенном диапазоне звуков. Такие устройства могут быть чрезвычайно эффективны в своем настроенном диапазоне, но могут занимать много места, особенно при установке в массивах, и поэтому иногда не являются практичным решением.
Простой панельный резонатор можно построить для подвешивания на стену, построив деревянную раму, добавив несколько дюймов минеральной ваты внутрь и установив лист фанеры сверху, прикрепленный только по краям. Между панелью и звукоизоляцией следует оставить небольшой зазор, чтобы панель могла свободно резонировать. Резонанс панели можно усилить, уменьшив точку соединения между панелью и рамой с помощью узкого прокладочного материала, такого как петля из проволоки или сварочного прутка, проложенного вдоль края рамы так, чтобы панель располагалась на тонком крае. Приблизительные резонансы панели из фанеры размером 4' × 8' при установке на раму 1"×4" глубиной 3,5" составляют:
Другие распространенные резонирующие басовые ловушки представляют собой разновидности резонатора Гельмгольца, например, ящик с жесткими стенками и отверстием с одной стороны [портом] или ряд планок, установленных по всей поверхности в виде ящика с жесткими стенками, образующего узкие отверстия в щелях между планками.
Басовая ловушка обычно состоит из сердцевины, поглощающей влагу, каркаса и покрытия, обеспечивающего эстетический вид.
Поскольку низкочастотные резонансы в комнате имеют свои точки максимального или минимального давления в углах комнаты, резонансные басовые ловушки, установленные в этих положениях, будут наиболее эффективными, [3] в то время как пористые ловушки наиболее эффективны в точках высокой скорости частиц, таких как 1/4 желаемой длины волны от стены. [4] Басовые ловушки обычно используются для ослабления модальных резонансов, и поэтому точное размещение зависит от того, на какую моду комнаты вы пытаетесь нацелиться. Басовые ловушки обычно объединяют структурные механизмы, которые могут работать как в положениях высокой скорости частиц/низкого давления (толстое стекловолокно), так и высокого давления/низкой скорости частиц (мембраны).
Пористые поглотители басовых ловушек должны быть очень толстыми, чтобы быть эффективными на низких частотах, поэтому их, как правило, размещают либо в виде диагональных клиньев в углах, либо в виде толстой прямоугольной массы за фальшивыми стенами, где они не мешают и с меньшей вероятностью будут мешать высоким частотам или функционированию помещения. Воздушный зазор за пористой панелью-поглотителем, например, охватывающий угол, также помогает гарантировать, что он больше выступает в комнату, где больше скорость воздуха, улучшая его поглощение на основе скорости и расширяя его полосу пропускания, одновременно вызывая некоторую пульсацию в спектре поглощения. Резонансные поглотители басовых ловушек должны находиться на максимальном давлении и, как правило, тоньше, поэтому их удобнее и эффективнее размещать вплотную к стене в углу, где давление максимально, а не охватывать угол, где больше скорость.
Стандартная практика заключается в исследовании применимости пористых басовых ловушек-поглотителей перед исследованием резонансных или гибридных басовых ловушек-поглотителей. Дополнительные методы для использования в сочетании с пористым поглощением включают гипсокартон/стоечные конструкции стен/потолка и заполнение изоляцией в качестве формы сильно затухающего резонансного басового улавливания с использованием самого гипсокартона в качестве мембраны. Сочетание изначально резонансных границ комнаты с потерями и бумажного или фольгированного пористого басового улавливания глубоко в треугольниках (где встречаются три границы комнаты) часто бывает достаточным для достижения приемлемого басового отклика даже в комнатах для прослушивания с несколько проблемными резонансами.
Регулировка положения слушателя в пределах границ комнаты и приподнятие сидений с помощью подставки, заполненной пористым поглощающим материалом, — еще один метод, позволяющий улучшить басовую характеристику, не прибегая к резонансному улавливанию басов, и одновременно улучшающий видимость экрана домашнего кинотеатра.
Небольшие комнаты для прослушивания страдают от недостатка низкочастотных резонансов с зазорами между ними, поэтому еще одним дополнительным методом является добавление сабвуфера для управления резонансами комнаты из оптимального физического местоположения, которое минимизирует пульсацию в частотной характеристике в месте прослушивания. Еще одним дополнительным методом является разделение существующего распределения сабвуферов на несколько меньших сабвуферов в пространственно разнесенных местах, что увеличивает степени свободы, доступные для настройки отклика. Несколько сабвуферов также имеют тенденцию сглаживать басовый отклик в большей зоне прослушивания и часто их легче разместить для хорошего басового отклика, чем один большой сабвуфер (или без сабвуфера).
Если при использовании этих методов отклик во всех положениях прослушивания более-менее равномерен, можно использовать эквалайзер для формирования басового отклика в соответствии с желаемой целью и дальнейшего сглаживания оставшихся неровностей.
Некоторая комбинация пористого поглощения с этими дополнительными методами обычно предпочтительна из-за их простоты, доступности и удобства, но резонансные басовые ловушки более эффективны для поглощения сильных резонансов помещения, когда вышеупомянутые дополнительные методы недостаточны или непрактичны, особенно когда геометрия помещения вызывает проблемные узкополосные резонансы, которые влияют на низкие басы, а структура границ помещения обладает высокой отражательной способностью, а не акустическими потерями.