Наши статьи

[Head Down Outface]

Народ, по просьбе Лени LeForte (очень разумной и правильной) я, в порядке личной трудовой инициативы, решила перенести сюда дискуссию про измерение RT60, которая имела место на хифи (http://dom.hi-fi.ru/forum/5/46374 ).

В той дискуссии очень хорошо и полезно высказывался товарищ под ником Arkie G., и я постаралась скомпилировать наши вопросы и его ответы, максимально придерживаясь "первоисточника", и только совсем слегка литературно отредактировав. Если я что переврала по нечайности - это было без умысла, и я прошу меня поправить.

Также предлагаю продолжить обсуждение здесь, если остались какие-то вопросы.

O сабже. РТ60 as it is

RТ60 - характеристика помещения, которая по очевидным причинам важна при построении студий звукозаписи, поэтому большинство материалов по этому вопросу имеют отношение к студиям, а не частным комнатам прослушивания. Требования для частных комнат, в какой-то степени, можно вывести из требований для МАЛЫХ студий. Хотя и здесь есть свои тонкости. Точное максимально допустимое значение времени ревербераций зависит от типа студии и ее предназначения. И от размера - абсолютно точно. В документе AES http://www.aes.org/technical/documents/AESTD1001.pdf

по акустике студий многоканального сведения даётся такая формула: RT60=0.25(V/100)^1/3, где V- объём помещения в кубометрах. Там же есть поле допуска. Для комнаты размером 4*4.5*2.5, например, по этой формуле получается 0,19с (на средних частотах). Это число "бьётся" с рекомендованным для залов THX: 0,12-0,24с.

Кроме того, частотная характеристика времени реверберации должна быть строго горизонтальной, т.е. мало попасть в коридор - надо еще выровнять все "столбики" (RT60=const во всём диапазоне частот). Такое помещение называется нейтральным. (Имеется еще такая, например, ссылочка по сабжу : http://dom.hi-fi.ru/doc/read.php?id=1864 )

Когда РТ называют одной цифрой, имеется в виду диапазон 500-2000Гц или даже 1000-2000Гц. По жизни все кривые обязаны иметь (и имеют) спад в области ВЧ. О характере возможного изменения можно судить по полям допуска, изображённым на графиках в ссылке (AES). Это - нейтраль и подъём в области ниже 500Гц и нейтраль-спад в области выше 2кГц.

Существует и такое мнение, что помещение с нейтральной РТ (особенно большое помещение) "звучит" слишком звонко, должен быть спад на ВЧ, который обьясняется тем, что реальные материалы, применяемые в обычных помещениях, обеспечивают увеличение поглощения на ВЧ. Чтобы получить нейтральную кривую поглощения, нужно очень постараться с выбором (поиском) материалов. Но, даже если поглощение поверхностей в комнате по частотам будет равномерное, завал РТ на ВЧ все равно будет выше из-за закона поглощения звука в воздухе (энергия на ВЧ затухает быстрее). И чем больше по размеру помещение, тем круче получается спад. В малом помещении этим можно пренебречь, в силу малости абс. величины РТ (типа 0,2с) и ничтожности влияния реверберации.

В помещениях (залах), которые, по общему мнению, имеют хорошую акустику, есть естественный завал измеренного времени реверберации на ВЧ. Но это касается больших помещений. В малых помещениях - нет статистики. Однако, по рекомендациям для малых студий, спад на ВЧ допускается и здесь. Если говорить об абсолютных цифрах, то (не для студий) крайние (НЧ и ВЧ) значения полей допуска на РТ достигают десятков процентов от номинала .

На НЧ характер может быть разным - бывает и спад. Однако подъём- завал на НЧ большой роли не играет, вообще в малых помещениях о НЧ говорить сложно из-за низкой диффузности поля, по этой же причине и измерить РТ здесь сложно.

Как можно добиться желаемого значения времени ревербераций при моделировании будущего помещения для прослушивания? Если речь идёт о моделировании, то в абстрактной модели - с одной-двух итераций. В конкретной - сильно зависит от того, какие материалы допускается использовать, ограничений на места установки и т.п.. В построенном помещении измеренное время отличается от расчётного в пределах 10% (0,5-1кГц).

Об алгоритмах измерения времени ревербераций и погрешностях

Для РТ в качестве тест сигнала проще всего использовть спад установившегося розового шума. Спад записывается, фильтруется, и по этим данным строится ETC - кривая спада энергии. Т.е. каждый отсчёт возводится в квадрат и логарифмируется. Дальше меряется крутизна спада огибающей этой функции, выбрав прямолинейный участок этой огибающей. Длина участка редко превышает 35дБ из-за ограниченного дин. диапазона измерения. Время спада пересчитывается на 60дБ, потому и RT60. Некоторые приборы по такому алгоритму и работают - выдают на дисплей ETC и нужно задать вручную длину участка. Поскольку ETC представляет собой шум, то однозначно провести огибающую трудно. Поэтому пользуются аппроксимацией Шрёдера - реверсивно интегрируют ETC, в результате чего получается гладкая кривая. Вручную это сделать трудно. Обычно, нормальный софт (напр., SMAART) показывает кривую Шрёдера и даёт возможность подправить границы участка вручную.

Качество полностью машинного алгоритма зависит от того, какой тип аппроксимации он использует, а также от критерия выбора границ участка. Однозначно можно сказать, что очень короткие времена реверберации, да ещё при ограниченном ДД, автоматически определить сложно. Здесь ещё важно знать, как алгоритм реагирует, если не может определить RT: выдаст ли он Error, какое-то нереальное значение, или просто сдублирует предыдущую октаву.

Конкретный прибор и наш общий интерес - AL1 - меряет реверберации по Т20, т.е. считает по 20дБ спаду от максимального значения. В свою очередь, это максимальное значение выбирается (автоматически) таким образом, чтобы превышать на 35 Дб минимальный начальный уровень (минимальное пороговое значение, которое определяется предварительной "калибровкой" - измерением уровня шума в комнате).

Прибор сам считает погрешность по заданным измерениям одной серии. Значения фактора неопределенности колеблются (в проведенных нами сериях измерений) в среднем от 0.19 на 125 Гц до 0.03 на 4 кГц. Как сказано в мануале, приемлемые значения по стандарту ISO 3382 в диапазоне от 0-0.15. Из этого диапазона стабильно выпадает точка для 125 Гц, все остальные “в рамочках”.

Варианты ошибок, которые выдает AL1 при измерении РТ, можно посмотреть здесь:

http://www.nt-instruments.com/uploads/AL1_...al_1.12_web.pdf

p.39

Прибор выдает Error и причину ошибки, дале In this case repeat the ranging and start the measurement again. Таким образом, конкретный дивайс реагирует на ошибки вполне "адекватно".

Ошибка возникает, если заданный начальный уровень меньше, чем фоновый шум плюс 35дБ. Если уровень достаточный, то он просто отсчитывает 20дБ вниз от начала, а соотв. время умножает на 3. Почему 35, да просто ниже 20 прямая закругляется и выходит на уровень фонового шума, на это они отвели 15дБ. Прибор даже честно выдаёт отклонение от прямолинейности этого куска в 20дБ (Uncertainty Factor in %). При этом говорится, что типовое значение параметра 0-15%. На самом деле, хорошая аппроксимация - это когда не больше нескольких %. Те цифры, которые были приведены по сабжу, 25%, это очень много. Если бы приборчик выдавал график Шрёдера, такие замеры были бы забракованы.

Однако для карманного прибора всё выглядит вполне прилично.

Интересно также посмотреть, как меняется Uncertainty Factor от частоты хотя бы для одного замера. У нас есть результаты измерения с помощью AL1 в комнате размером 3.8*4.5*2.5, например, для двух заходов:

125 - 0,167

250 - 0,11

500 - 0,079

1000 - 0,05

2000 - 0,034

4000 - 0,033

другой сет

125 - 0,192

250 - 0,119

500 - 0,075

1000 - 0,053

2000 - 0,041

4000 - 0,025

И эти цифры говорят о том, что достоверный диапазон - от 250Гц. Для маленьких комнат это нормально, независимо от способа измерения. На 125 никакой прямой может не быть, а будет нечто типа змейки. Как такую кривую не аппроксимируй, отклонения будут большими.

Пример другого замера в комнате, близкой по размерам: 4*4*2,5м (делалось НЕ AL1, Arkie G. не уточнял, что это был за прибор, но явно "классом повыше" - прим. мое). В столбце Range(dB) - фактический счётный диапазон спада. Столбец St.Dv(%) - стандартное отклонение от прямой, отнесённое к величине диапазона. Тут тоже видна "пляска" ниже 250Гц. Характерен провальчик на 400Гц. Он реально виден и на АЧХ, если её мерять как в описаном здесь опыте. В целом, величина времени почти совпадает с сабжем. Никакой акустической обработки в комнате не было. Тестовый сигнал здесь был - хлопок в ладоши. Записывалось на диск и обрабатывалсь оригинальным софтом.

Hz RT60(s) Range(dB) St.Dv(%)

63 .71 7.8 20.8

80 .52 3.8 6.3

100 1.00 9.5 14.5

125 .49 7.0 3.1

160 .81 10.2 14.6

200 .69 15.3 9.7

250 .55 17.1 5.5

315 .40 15.6 6.3

400 .23 19.6 6.2

500 .38 29.8 4.3

630 .45 15.7 8.0

800 .38 29.6 4.3

1000 .52 17.4 4.3

1250 .44 16.9 7.4

1600 .42 15.8 4.1

2000 .39 22.4 3.9

2500 .37 20.2 3.2

3150 .35 29.7 1.9

4000 .34 29.9 2.6

5000 .33 29.9 3.9

6300 .30 30.0 3.1

8000 .26 26.5 4.1

10000 .23 25.8 4.0

12500 .22 23.2 3.1

Касательно методики измерения ревербераций и УСРЕДНЕНИЯ результатов, полученных в разных сериях замеров, можно сказать следущее: усреднённые значения для комнаты не очень полезны, т.к. РТ в малой комнате сильно зависит от таких малозначительных вещей как: опустить-поднять занавеску на окне, открыть-закрыть балкон и т.п. Если, конечно, это действительно комната, а не заглушённая камера. Т.е. имеет смысл задать конкретные референсные условия прослушивания и для них-то постараться поточнее замерить РТ, с целью расчёта акустической обработки.

Тут имеется ряд вопросов, например, такого плана:

не получиться ли так, что, выбрав определенные референсные условия и измерив именно для них РТ, а потом сделав "заглушку" комнаты под эти условия, я потом получу нежелательный эффект (переглушеный, например, саунд) при других условиях? или этим рекомендуется пренебречь и стремится всегда слушать в определенных условиях? и как быть если у меня рефренсные условия сильно зависят от времени суток? под какое время "затачивать" комнату? под время наиболее вероятного прослушивания? или все-таки под некоторые усредненные условия?

И ответ на эти вопросы звучит так:

"затачивать" нужно под наиболее вероятные и легко воспроизводимые условия.

Про "комнатную АЧХ", точнее про полный SPL, включая реверберации

Что касаемо измерения "комнатной АЧХ" (почему в кавычках - станет ясно из дальнейшего), она снималась по стабилизации показаний (банально на глаз по монитору). Т.е. включаешь трек с розовым шумом, запускаешь измерение, но ставишь НА ПАУЗУ, прибор вначале немного поколбасит, потом показание стабилизируется, и тут можно паузу отжать и записывать. Именно такая схема, как оказалось, дает минимальные погрешности. Тут надо сделать один комментарий. К сожалению, без штатива с этим прибором (как, видимо, и с любым другим) весьма неудобно обращаться, поскольку даже малые перемещения и сотрясания приводят к большим погрешностям измерений.

Хотя мы очень старались обеспечить максимальную неподвижность прибора, тем не менее, вид полученных кривых (и особенно спад по ВЧ для них и большие погрешности в этой области) поверг многих в изумление, и заставил говорить массу нелицеприятных вещей о "хреновых твиттерах" и "глухих АС".

Оставляя эту тему в стороне, приведу комментарий Arkie G. насчет измерений как таковых, и их трактовки:

На самом деле здесь мерялся полный уровень звукового давления, т.е. прямого и реверберационного звука. Реверберационный звук, его АЧХ определяется однозначно функцией РТ от частоты. Т.е. для приведённой РТ ЧХ реверберационного звука должна быть такой же плоской. Если измеренная РТ верна, то вся неравномерность АЧХ определяется только неравномерностью SPL прямого звука колонок. Здесь результат зависит от того,как колонки направлены на точку измерения. Если колонки смотрят точно на микрофон, то результат (по прямому звуку) будет соответствовать осевой АЧХ колонки по паспорту. Если угол направления от спикера на микрофон отличается от нуля, то АЧХ будет соответствовать некоей боковой АЧХ колонки, которая может иметь спад на ВЧ и чем больше угол, тем больше спад. Чтобы этот спад оценить, нужно иметь полярную диаграмму излучателя и точную геометрию взаимного расположения.

Поскольку здесь две колонки, то на результате ещё скажется суммирование (комплексное) амплитуд от двух источников. Результат проявляется в виде модуляции АЧХ ещё известной как гребёнчатая фильтрация. Глубина модуляции зависит от ширины полосы измерительной системы или шума, если мерялось в полосах шума. Будете мерять на синусе - получите максимальную модуляцию, будете мерять в октавных полосах - минимальную. Расстояние между максимумами зависит от угла, под которым встречаются волны от источников. Чем меньше угол, тем "реже гребёнка", чем больше, тем чаще.

Последний вопрос - про понятие "комнатная АЧХ" и выделение по ней части от отраженного сигнала.

Было такое мнение, что замеры времени ревербераций и полного SPL - некие взаимопересекающиеся вещи (содержащие одинаковую информацию), в том смысле, что, например, наложение графика RT60 на график SPL демонстрировало бы некие общие закономерности, так-то - совпадение горбов на обоих графиках и пр. Однако оказалось, что идея была (в приложении к МАЛЫМ помещениям) не вполне правилная.

В данном случае нужно было бы сравнить графики АЧХ реверберационного звука и времени ревеберации. Первую же можно было бы снять, бесконечно удаляясь от источника, оставаясь в чисто диффузном поле. Однако ввиду малых размеров комнаты мы, на самом деле, всегда находимся слишком близко к источнику, и уровень прямого звука здесь преобладает. Поэтому вытащить информацию о диффузном SPL из таких графиков невозможно. Также бессмысленно говорить об измерении некоей "АЧХ комнаты". В качестве таковой обычно выступает частотная характеристика РТ как чистая характеристика комнаты, а не комнаты+звуковой системы.

Вот такая получилась дискуссия. Я надеюсь, что этот "отчет" о ней будем кому-нить полезен, хотя бы для лучшего понимания того, что все-таки делает наш AL1.

[Александр Карелин]

Леонид, среди вот этого списка ссылок что-то найдете.. http://soundex.ru/wiki/%D0%9A%D0%B4%D0%9F

но считать РТ60 дело=0

[Александр Карелин]

я как гугль - подобной софтины не видел...

[SilenceLab]

Александр, я имел в виду софт, который вычисляет RT60 по WAV файлу. Я хочу построить некий измерительный комплекс на базе ноутбука и измерительного микрофона. RightMark этого не делает, зато делает много другого. Так где взять такую софтину? Гугль чота мнется с ответом.

Софту не верю.

Для точности обсчитываю вручную с графика Spectralab

Только глаз способен провести линию аппроксимации, особенно на кривых переменного наклона.

Для быстрых измерений ETF, но когда уже знаешь результат.

[arkie]

Так где взять такую софтину? Гугль чота мнется с ответом.

В личку посмотрите, пожалуйста.

[Сергeй]

В личку посмотрите, пожалуйста.

А всем можно, пожалуйста? нам тоже интересно :cry:

[arkie]

Да можно, конечно. Это небольшая утилита, которая лежит здесь. Слово демо смущать не должно, т.к. демо работает только в октавных полосах, а полная версия ещё и в 1/3 и 2/3-окт. Для комнатной акустики октавного разрешения достаточно. Если возникнут вопросы - спрашивайте.

[Сергeй]

Большое спасибо! Позапускаю - потом спрошу, что неясно.