Řešíme akustiku studia… … jak k tomu můžete využít IK Multimedia ARC Studio?

Během své zvukařské studiové praxe jsem se zabýval mnohokrát optimalizací poslechu jak ve zvukových režiích, tak také v běžných obývácích, hudebnách, zkušebnách a domácích kinech. Pokud člověk zná fyzikální zákony a přičte k tomu dávku zkušeností, není vybudování kvalitního poslechu zase tak těžké.

Malý úvod do akustiky

Nejprve je třeba si uvědomit, že místnost, ve které budeme instalovat poslechové monitory, se chová ve své podstatě jako hudební nástroj. Ten vydává a zabarvuje svůj zvuk v závislosti na své velikosti a rezonančních vlastnostech materiálu. Představte si to srovnáním třeba s korpusem kytary. Místnost se bude chovat jako tato kytara, bude záležet na tvaru, velikosti a materiálu stěn. Místnost tedy „hraje“. Bude‑li mít „dobrý“ zvuk, budeme o ní říkat, že má dobrou akustiku, bude‑li mít zvuk horší, bude akustika špatná, zvuk v ní bude nepříjemný, nekonkrétní, zahuhlaný atd…

Pro hlubší pochopení jsem základy akustiky zařadil do svých soukromých kurzů pro začínající zvukaře www.kurzyzvuku.cz a také do studijního oboru EZHZT (Elektronické zpracování hudby a zvuková tvorba) v ZUŠ.

Aby kytara hrála a rezonovala, musíme ji rozeznít nějakým impulsem, rozechvěním struny. Místnost rozehrajeme například reproduktorem, zvuk se začne místností šířit, narážet na stěny, částečně se odrážet, srážet se s dalším odraženým zvukem, až místnost zcela zaplní a vznikne difuzní zvuk. Materiál stěn a rozměry místnosti budou udávat charakter zvuku. Po utlumení struny na kytaře část struny, a zejména korpus kytary ještě chvíli rezonuje, stejně jako po utlumení zvuku z reproduktoru ještě nějakou chvíli trvá, než se membrána zcela zastaví, ale hlavně, než dokmitá rozkmitaný vzduch v místnosti. Zvuková vlna se chtě nechtě ještě nějakou dobu bude odrážet mezi stěnami, podlahou a stropem, budeme mluvit o dozvuku místnosti.

Další věcí, kterou je potřeba si uvědomit, je fakt, že zvuk se šíří jako vlnění. Pro začátek si ho můžeme představit jako vlny na hladině vody; ty jsou sice příčné a dvojrozměrné (kmitají směrem nahoru a dolů), na rozdíl od vlnění ve vzduchu, kde jsou vlny podélné (ve formě stlačení a zředění vzduchu) a trojrozměrné. V každém případě se ale šíří prostorem (tak jako na hladině vody se šíří po kružnici) v kulových vlnoplochách určitou rychlostí. Tato rychlost je přibližně 340 m/s a je stejná pro hluboké i vysoké kmitočty. Rozdíl tedy bude jen v hustotě vln. Při pomalém pohybu reproduktoru budou jednotlivé vlny daleko od sebe, při rychlém pohybu budou zhuštěny blíž k sobě. Říkáme, že vlny mají nějakou vlnovou délku. Vlnová délka je závislá na rychlosti pohybu membrány reproduktorů, tedy na kmitočtu. Čím rychleji kmitá membrána, tím je kratší vlnová délka. Vypočítáme ji podílem rychlosti zvuku a frekvence. 

• Pro frekvenci 100 Hz bude vlnová délka λ = 340/100 = 3,4 m.
• Pro frekvenci 1 kHz bude vlnová délka λ = 340/1000 = 0,34 m.
• Pro frekvenci 10 kHz bude vlnová délka λ = 340/10000 = 3,4 cm.

Vlnová délka má zásadní vliv na vlastnosti šíření zvuku v místnosti. Každá místnost má tzv. vlastní kmity, které odpovídají vlnové délce podle jejích rozměrů. Základní kmit vypočítáme jako podíl rychlosti zvuku a rozměru místnosti v metrech, tedy například pro místnost dlouhou 6 metrů je to 340/6 = 56,7 Hz. Je potřeba ale uvažovat jednu půlvlnu, neboť zvuková vlna se skládá z kladné a záporné půlvlny, takže vypočtený vlastní kmit místnosti bude 28,3 Hz. Lze si to představit jako strunu nataženou mezi protějšími stěnami. Struna se bude pohybovat nahoru a dolů s maximálním rozkmitem uprostřed místnosti. Pomyslná struna ale bude kmitat navíc svými harmonickými kmitočty (stejně jako na kytaře), odpovídajícími její polovině, třetině, čtvrtině atd. Tomu budou odpovídat násobky kmitočtu x2, x3, x4. Pokud bude výška místnosti 3 metry, bude vlastní kmit 170/3 = 56,7 Hz, což v tomto případě odpovídá druhé harmonické z délky místnosti. A tady již nastane první problém, místnost bude zdůrazňovat frekvence kolem 56 Hz, případně 113 Hz jako násobek. Ještě mnohem větší problém by nastal, kdyby místnost měla i šířku 3 metry. Tady už bychom zdůraznění 56 a 113 Hz nemuseli vůbec ukočírovat.

Aby to nebylo tak jednoduché, zkusme si představit, že do místnosti umístíme reproduktor, který bude od zadní i boční stěny vzdálen 1,5 metru. Hluboké frekvence vyzařované všesměrově od reproduktoru se budou odrážet od stěn a vzdálenost 3 m tam a zpět bude odpovídat vlnové délce na kmitočtu 113 Hz. Tuto frekvenci bude reproduktor v důsledku odrazů zdůrazňovat. Sečtením těchto odrazů s vlastními kmity místnosti vznikne prakticky neodstranitelný hukot na 113 Hz.

Ale zatím nepanikařme, existuje přece jenom jedno řešení, jak tento hukot eliminovat bez investice do drahých basových pastí. Stačí reproduktor v místnosti posunout tak, aby vznikla situace, kdy se odraz zvuku od stěny vrátí k reproduktoru s opačnou polaritou a problémová frekvence se bude odečítat, a tak jednoduše eliminovat. Opačnou polaritu problémové frekvence získáme umístěním reproduktoru do vzdálenosti ¼ vlnové délky, tedy 0,75 metru od zadní i boční stěny, ideálně i od podlahy (což asi dodržet nepůjde, ale stačí si pohlídat, aby to nebylo oněch problémových 1,5 metru).

Na uvedeném příkladu vidíme, že místnost, která má rozměry v celých násobcích, případně dokonce rozměry stejné, bude vždy zvukově problémová. Ideální místnost je spíše s vyšším stropem, s nerovnoběžnými stěnami (tedy lichoběžníkového půdorysu) a různými rozměry bez celočíselných násobků. Když tyto možnosti nemáme, hledáme nejprve řešení ve správném umístění reproduktorů (správné umístění je nutné hledat i v ideální místnosti). Teprve pak můžeme instalovat různé další prvky ve formě basových pastí. Účinné mohou být spíše aktivní basové pasti než pasivní, které jsou ovšem drahé a pracují na stejném principu jako přičítání problémových frekvencí s opačnou fází pomocí popsaného vhodného umístění reproduktorů. Při hledání umístění je dobré zohlednit také fakt, že zvukové vlny se odrážejí pouze od předmětů o minimální velikosti jedné jejich půlvlny. Zvuk o kmitočtu třeba 110 Hz se rozhodně neodrazí například od počítačového monitoru.

Vlastní kmity místnosti a odrazy zvuku od stěn mají vliv hlavně na nejnižší kmitočtové spektrum asi do 200 Hz. Ve středních pásmech, řekněme od 200 Hz do 2 kHz, se uplatní spíše různé difuzory, které pracují na principu rozbíjení zvukových odrazů do různých směrů a zavedení různého malého zpoždění jednotlivých odrazů. Toto středové pásmo nebývá příliš problematické a stačí, když do místnosti umístíme náležité vybavení, nábytek, křesla, velmi vhodná je například otevřená zaplněná knihovna, regál s CD atd. Nejvyšší pásmo nad 2 kHz se dá velmi dobře tlumit kobercem a molitanovými jehlany.

Velmi častou chybou je přetlumení místnosti na vyšších středech a výškách. Molitanové jehlany používejte velmi střídmě, stačí je nalepit na zeď pouze v místech tzv. prvních odrazů, tj. tam, kde byste viděli ze svého poslechového místa reproduktor, pokud by na stěně místo molitanu bylo zrcadlo.

Na konec tohoto malého úvodu do akustiky ještě připomenu pravidlo, že poslechové monitory by měly s posluchačem tvořit ideálně rovnostranný trojúhelník (tzn., že čím blíže sedíme k monitorům, tím blíže musejí být u sebe navzájem). Monitory mají směřovat výškovým reproduktorem k posluchači, nebo někdy mírně za posluchače, nejlépe ve výšce uší (pokud je máme mírně výše kvůli odrazům, musejí se naklonit).

Kontrola měřením

Výsledek našeho úsilí si lze zkontrolovat měřením. Vhodný free software k tomuto účelu je například Room EQ Wizard, který umí změřit snad vše, co se dá. Pro naše účely stačí změřit pomocí měřicího mikrofonu frekvenční průběh, což je vlastně kombinace frekvenční charakteristiky monitorů a akustiky místnosti.

Ještě více nám řekne Waterfall (vodopád), na němž je vidět i doznívání určitých kmitočtů v čase, které je způsobeno konstrukcí monitorů, ale i vlastními kmity místnosti. Tyto dvě položky lze měřit i odděleně nezávisle na sobě, software umí při sweepu rozpoznat začátek zvuku do prvního odrazu, takže měření nemusí být zatíženo frekvenční odezvou místnosti. Naopak umí změřit chování zvuku v místnosti nezávisle na zdroji.

Pro nás je důležitá hodnota tzv. dozvuku místnosti. Je to hodnota v sekundách, za kterou poklesne zvuk po jeho vypnutí o 60 decibelů. Pro hudební režie by hodnota RT60 neměla být vyšší než 300 ms, pro nahrávací místnosti je lepší vyšší hodnota klidně i 1 sekunda a více, naopak pro mluvené slovo je vhodnější nižší doba dozvuku, do 150 ms. Hodnota dozvuku je samozřejmě kmitočtově závislá a software nám ji dokáže ukázat v grafu. Postup vlastního měření není předmětem tohoto článku, pro naše účely stačí zatím vědět, že to lze provést na amatérské úrovni a není třeba volat drahou speciální firmu.

ARC Studio

Možná jste v posledních měsících zaznamenali novinku pro korekci poslechu od firmy IK Multimedia ARC Studio. Jde o velmi jednoduchý měřicí a korekční systém. Kolem tohoto systému koluje na internetu mnoho zavádějících informací a názorů. Lidé jej hodnotí, aniž by si systém pořádně prostudovali nebo přímo vyzkoušeli (jako dnes ostatně skoro všechno). Pokud jste pochopili problematiku vlnové délky, vlastních kmitů místnosti a odrazů zvuku od stěn, pak jistě chápete, že nic z toho nelze nijak obejít, fyzika prostě platí za všech okolností.

Kvůli tomu ale není třeba hned zatracovat korekční systémy. ARC Studio pracuje zjednodušeně řečeno na principu ekvalizéru, který dokáže samozřejmě potlačit problematickou oblast vlastního kmitu místnosti či oblast zdůraznění při odrazu zvuku od zdi a tím i kompenzovat různé rezonance v místnosti.

Horší situace nastává, pokusíme‑li se zdůraznit pásmo, které je potlačeno odrazem od zdí a vrací se k reproduktoru v obrácené fázi (polaritě). Zde zase platí fyzikální zákony a daná frekvence se bude odečítat nezávisle na zdůraznění pomocí ekvalizéru. Při jejím zesílení se totiž zesílí i projev odečítání a frekvenční díra zůstává. Toto je nejlepší cesta ke zničení reproduktoru při vysoké hlasitosti. I tento jev ale umí ARC Studio řešit, a to fázovým posunutím a zamaskováním problému. Vždy jde ale tato situace lépe řešit posunutím reproduktorů.

ARC Studio jsem si před časem pořídil hlavně z důvodu experimentování v mých soukromých kurzech pro zvukaře. Systém totiž umí nastavit zcela rovnou charakteristiku Flat, charakteristiku s mírným zdůrazněním spodního pásma Standard Control Room, živější místnost Lively Room a další, celkem je zde 9 presetů. Umí napodobovat i zvuk různých monitorů, těch je v systému 26.

Nechci zde zdržovat popisem systému, to udělalo už přede mnou několik kolegů a existuje mnoho video tutoriálů. Snad jen uvedu, že systém existuje ve třech variantách, a to ve formě samostatného softwaru ARC 4, který můžete používat jako plug‑in, dále ve formě hardwarové krabičky, jež se zapojí před reproduktory, nebo ve formě kompletního balíku krabička + software + měřící mikrofon. Někteří zvukaři vidí velkou nevýhodu v absenci digitálního rozhraní, já používám ale všechny monitory s analogovým vstupem, takže bych digitál ani nevyužil. Signál do monitorů prochází přes další AD/DA převodníky, ale převod je natolik kvalitní, že žádnou změnu nezaregistrujete. Je použit samplovací kmitočet 96 kHz při 24 bitech. Interní rozlišení 32 bit float, dynamický rozsah 120 dB(A), frekvenční rozsah 2 Hz–45,0 kHz (-2,0 dB), zkreslení THD (20 Hz–20 kHz): 0,00035 %, latence v Natural Phase mode: 1,4 ms. Takže je vidět, že krabička není žádné ořezávátko, ale profi systém.

Pokud byste měli o tento systém zájem, můžete si u mě požádat o slevový kód. Stačí navštívit moje stránky www.kurzyzvuku.cz.

Po několika pokusech a pohrávání si se systémem skončila krabička natrvalo zapojená před mými monitory Dynaudio BM6A. Dá se jednoduše zapínat a vypínat tlačítkem na předním panelu bez jakéhokoli lupnutí (slyšet je jen slabé cvaknutí relátka uvnitř, takže se dá předpokládat true bypass), po vypnutí a opětovném zapnutí napájení zůstává v posledním módu (já ji mám teď už trvale zapnutou). K počítači je zapojena pouze při měření, pak už USB připojení není nutné.

Ano, je to ekvalizér s fázovou korekcí, ale je velice užitečný. Pokud máte akustiku studia dopředu vyřešenou alespoň dle výše uvedených informací a máte alespoň trochu kvalitní monitory, můžete očekávat pouze mírné zlepšení, což je dobře.

Velké zásahy v podobě korekcí zvuku nejsou nikdy dobré, vždy se snažte řešit akustiku jinou cestou, stavebními úpravami, posunutím monitorů, lepšími monitory. V tom případě bude ARC Studio velmi dobrým pomocníkem k dosažení kvalitního poslechu.

Rozhodně chci vyvrátit domněnku, že ARC Studio je vhodné jen do nízkorozpočtových studií. Jsem přesvědčen, že může pomoct i při zařazení před velmi drahé monitory. Tím netvrdím, že poslech musí být vždy perfektně vyrovnaný, zvyknout se dá na ledacos a někdy může vyhovovat právě přirozený poslech bez vyrovnání.

Koupit ARC Studio na shop.disk.cz