Pomiar akustyczny pokoju odsłuchowego

Na czym polega pomiar akustyczny ?

Pomiar akustyczny polega na badaniu natężenia dźwięku w domenie częstotliwości oraz czasu. Do wykonywania komercyjnych pomiarów używa się zaawansowanych systemów pomiarowych, w tym drogich, kalibrowanych mikrofonów, które kosztują kilkanaście tysięcy złotych. Takie wymogi stawia norma, która reguluje wymagania zarówno w stosunku do mikrofonu jak i źródła dźwięku, którym pobudzane jest pomieszczenie.

Na całe szczęście do wykonania pomiaru w warunkach domowych nie potrzeba aż tak zaawansowanych urządzeń. Wystarczy w zasadzie dowolny mikrofon pojemnościowy oraz interfejs dźwięku z odpowiednim wejściem mikrofonowym. 

Co jest potrzebne do wykonania pomiaru ?

Jak wspomniałem powyżej, wszystko czego potrzebujemy to mikrofon pojemnościowy o charakterystyce dookólnej, interfejs audio no i oczywiście komputer z oprogramowaniem. Czy każdy mikrofon pojemnościowy się nada ? I tak i nie. Dobry mikrofon powinien mieć maksymalnie płaską charakterystykę pomiaru, to znaczy powinien mierzyć dokładnie taki poziom ciśnienia akustycznego jakim jest pobudzany. Niestety tanie mikrofony pomiarowe nie mają płaskiej charakterystyki, a ich przekłamania na skrajach pasma mogą sięgać nawet kilku decybeli. Pewnym rozwiązaniem są mikrofony z dołączonym plikiem kalibracyjnym, dzięki któremu program koryguje wyniki pomiarów uwzględniając nieliniową charakterystykę mikrofonu.

Podstawowym i bardzo popularnym mikrofonem pojemnościowym, przy pomocy którego można wykonać amatorski pomiar jest Behringer ECM 8000, który kosztuje poniżej 200 zł. Niestety mikrofon ten ma spore przekłamania na skraju wysokich częstotliwości, a producent nie załącza do niego pliku kalibracyjnego. Kolejna warta uwagi propozycja to Behringer B5. W mikrofonie tym zastosowano znacznie lepszej jakości wkładkę, a w internecie dostępny jest do niego uniwersalny plik kalibracyjny. Jego cena to około 300 zł Jeśli chodzi o mikrofony profesjonalne, to wydaje się, że najlepszy stosunek jakości oceny w tej chwili oferują mikrofony firmy Eathworks. Producent załącza do nich indywidualny plik kalibracyjny. Dzięki temu można z ich pomocą wykonywać pomiary z dokładnością wyniku +/-0.2dB. Wadą tych mikrofonów niestety jest ich cena – najtańszy model to wydatek około 2500 zł.

Karta dźwiękowa i oprogramowanie.

Interfejs audio użyty do pomiaru, powinien mieć wejścia symetryczne XLR/TRS umożliwiające podłączenie mikrofonu. Musi być ona wyposażona w tzw. napięcie phantomowe 48V, bo tego wymaga większość mikrofonów pojemnościowych. Z popularnych interfejsów dostępnych na runku sprawdzą się niemal wszystkie – zasilanie phantomowe to już w zasadzie standard. Ceny takich interfejsów zaczynają się od około 200 zł.

Jeśli chodzi o oprogramowanie to na rynku istnieje wiele pozycji wartych zainteresowania. Opisanie ich wszystkich wymagałoby oddzielnego wątku, dlatego skupię się tylko na jednym. Room Eq Wizard jest chyba najbardziej popularnym programem do pomiarów akustycznych. Dzieje się tak nie bez powodu – jest on całkowicie bezpłatny, ma przyjazny interfejs, do tego jest niezwykle intuicyjny w obsłudze, a jednocześnie daje ogromne możliwości analizy oraz obróbki wyników.

 Przygotowania do pomiaru

Po podłączeniu interfejsu, mikrofonu oraz skonfigurowaniu programu można przejść do właściwego pomiaru. Przy pierwszym pomiarze mikrofon należ postawić dokładnie w miejscu odsłuchu na tej samej wysokości co uszy. Taki pomiar da nam informację o rozkładzie ciśnienia akustycznego dokładnie w tym miejscu, w którym słuchamy muzykę, To właśnie to miejsce interesuje nas najbardziej. Co ważne, mikrofon musi być skierowany pionowo do góry. Dzięki dookólnej charakterystyce będzie zbierał sygnał z całego pomieszczenia. Błędem jest kierowanie mikrofonu w stronę źródła dźwięku.
Pomieszczenie zawsze powinno być pobudzane sygnałem emitowanym tylko z jednego źródła dźwięku. A zatem w warunkach pomiaru domowego, należy rozłączyć jedną kolumnę. 

Konfiguracja i użycie REW (Room EQ Wizard)

Konfiguracja programu Room Eq Wizard jest bardzo łatwa i sprowadza się do wyboru wyjścia sygnału (Output Device) oraz wejścia mikrofonowego (Input Device). Należy również odpowiednio wyregulować poziom wyjścia oraz czułość wejścia, tak aby zachować odpowiedni zapas dynamiki, który wg. zaleceń twórcy programu powinien wynosić -18dBFS. Program pozwala również na załączenie pliku kalibracyjnego, dzięki czemu na bieżąco koryguje wyniki pomiarów. Poziomy wejścia i wyjścia najlepiej regulować fizycznie, tj. pokrętłami na interfejsie. Po ustawieniu poziomów można przejść do wykonywania właściwych pomiarów. 

Po kliknięciu z zakładkę Measure, pojawi nam się okno, w którym będzie można ustawić takie parametry jak częstotliwość próbkowania i długość sygnału pobudzającego. Najlepiej pozostawić tu wartości domyślne. Program pobudza pomieszczenie przestrajaną sinusoidą o wybranej wcześniej długości. Długość sygnału można ustawić w zakresie od 128k do 4M czyli od 3-95 sekund. Czym dłuższy sygnał tym wyższa rozdzielczość pomiaru, ale też dłuższy czas oczekiwania na wynik oraz dłuższa ekspozycja mikrofonu na hałasy z zewnątrz. Optymalną wg. mnie długością sygnału jest 256k-512k. Pomiar rozpoczyna się wraz z kliknięciem w przycisk START.

Obróbka i interpretacja wyników

Program mierzy rozkład ciśnienia akustycznego w funkcji częstotliwość (All SPL), czas pogłosu w funkcji częstotliwości (RT60), odpowiedź impulsową oraz zniekształcenia. Nas interesują tylko te dwa pierwsze parametry, które dadzą nam pełną informację na temat wpływu akustyki pokoju na to jak słyszymy w miejscu odsłuchowym. Wykresy pomiaru mogą wydawać się nieczytelne, dlatego należy je wygładzić i odpowiednio rozciągnąć. Odpowiednie wygładzenie oraz ustawienie punktów początkowych i końcowych osi pozwoli nam otrzymać przyjazne dla oka i łatwe w interpretacji wykresy. Na podstawie danych o przebiegu SPL oraz czasu pogłosu możemy wygenerować wykres wodospadowy, który w bardzo zrozumiałej formie przedstawia nam te dane na jednym obrazku.

Osoby, które wcześniej nie miały styczności z pomiarami mogą być nieco zaskoczone widząc poszarpane wykresy z licznymi dołkami i podbiciami w charakterystyce. W materiałach reklamowych producenci kolumn chwalą się przecież niemal płaskimi charakterystykami a tutaj takie coś ? Podbicia czy dołki na wykresie, sięgające kilku a czasem nawet kilkunastu decybeli to właśnie wpływ akustyki pomieszczenia. Interferencje fal dźwiękowych odbijających się od ścian powodują liczne zafalowania w charakterystyce częstotliwościowej i mają przeogromny, powiedziałbym, że wręcz kluczowy wpływ na to co i jak słyszymy. Ślepa pogoń za nowymi kablami i elektroniką nic nie da, dopóki nie uporamy się z tym co najważniejsze czyli akustyką pomieszczenia odsłuchowego.

No dobrze, co w takim razie w sensie praktycznym daje nam pomiar akustyczny ? Otóż przede wszystko dowiemy się dzięki niemu jak długi w pokoju jest pogłos oraz jak wygląda rozkład ciśnienia akustycznego w miejscu odsłuchu. Tym samym dowiemy się czy nasza pozycja odsłuchowa jest optymalna i czy braki w dźwięku, których doświadczamy wynikają z nieodpowiednio dobranej elektroniki czy może właśnie z akustyki pokoju. Poznamy też częstotliwości rezonansowe pokoju, dzięki czemu będziemy mogli dobrać odpowiednie pułapki basowe, aby te rezonanse pochłaniać. Na podstawie pomiaru doświadczony akustyk będzie w stanie odpowiednio zaprojektować adaptację akustyczną oraz dobrać właściwe ustroje. No i na sam koniec, co jest bezcenne, taki pomiar da nam nową świadomość, że prace związane z poprawą jakości dźwięku należy rozpoczynać nie od sprzętu, lecz od odpowiedniej adaptacji pokoju.