Dozvuk a prostor
Dá se říci, že dozvukové pole a pole stojatých vln jedno jsou. Energie, která se v prostoru akumuluje a která se po přerušení buzení prostoru projevuje jako dozvuk, je uložena ve stojatých vlnách. Frekvence, na kterých stojaté vlny vznikají, je možné celkem snadno vypočíst pro prostor tvaru kvádru. Jejich hustota ve frekvenční oblasti, tj. počet vlastních módů v jednotkovém frekvenčním intervalu, roste s druhou mocninou frekvence a je nepřímo úměrná lineárním rozměrům prostoru (přibližně třetí odmocnině z objemu prostoru). V prostoru tvaru kvádru (pravoúhlého rovnoběžnostěnu) je zvykem rozlišovat tři druhy módů: kolmé, které vznikají mezi dvěma protilehlými stěnami (popř. podlahou a stropem), dále diagonální, vznikající odrazy od dvou dvojic stěn, a konečně kosé, na jejichž vzniku se podílí všech šest stěn. Příklad rozložení vlastních módu ve frekvenční oblasti pro kvádr o rozměrech 2,5 x 3,5 x 6 m (což odpovídá průměrně velké obytné místnosti o podlahové ploše 21 m2 a objemu 52,5 m3) je na obrázku. Barevně jsou odlišeny módy kolmé červeně (z technických důvodů nejsou zobrazeny ty, které se překrývají s módy dalších typů), zeleně diagonální a modře kosé. Houstnutí směrem k vyšším frekvencím je z obrázku dobře patrné a je z něj patrné také to, že přes vzrůstající hustotu se i u vyšších frekvencích ve spektru módů tu a tam vyskytují mezery.
Prostor se díky tvorbě stojatých vln chová jako soustava rezonátorů. Šířka pásma příslušná jednotlivým „jakoby-rezonátorům“ je tím větší, čím jsou tyto rezonátory více tlumeny, a souvisí tedy také s dobou dozvuku – je tím větší, čím je doba dozvuku kratší. To znamená, že „rezonátory“ mohou být vybuzeny i na jiné frekvenci než je jejich vlastní rezonanční frekvence. Dále to znamená, že může být vybuzeno více módů současně. A co je podstatné, jestliže hustota módů je taková, že jejich vzdálenost je menší než jejich šířka pásma, bude pravděpodobnost vybuzení alespoň jednoho módu celkem nezávislá na frekvenci. Z obrázku je patrné, že v oblasti pod 100 Hz je módů poměrně málo a jsou od sebe v kmitočtovém měřítku dosti vzdálené. A v tom tkví jejich nebezpečí. Výskyt vlastního módu (či stojaté vlny) v poslechovém prostoru znamená, že v některých místech je signál příslušného kmitočtu značně zesílen a jinde zase zeslaben. Kvalita poslechu v prostoru, ve kterém se takové jevy výrazněji projevují, je pak velmi silně závislá na poloze posluchače. Jediným lékem je zatlumení těchto módů, a to je většinou dost velký problém. Nedostatečné zatlumení prostoru v některé kmitočtové oblasti (kterékoli, ale prakticky se to týká hlavně nízkých kmitočtů) přináší ještě jednu nepříjemnost - v příslušné kmitočtové oblasti dochází k většímu „nahromadění“ energie difúzního pole, což vede k zdůraznění této oblasti ve výsledném vjemu (známé dunění prázdných místností apod.). Hranice, od které můžeme hustotu módů považovat za „dostatečnou“, tj. takovou, že nad ní již nevznikají významné mezery a z fyzikálního hlediska je možné bez námitek aplikovat statistické metody popisu dozvukového pole (sem patří i popis pomocí doby dozvuku), je dána dobou dozvuku a objemem prostoru podle vzorce
fk = 2000 √ ( td / V )
Fk je tzv. dolní kritická frekvence prostoru. Definiční vzoreček v sobě skrývá jednu záludnost – abychom mohli stanovit hodnotu kritické frekvence, musíme znát dobu dozvuku; ovšem abychom mohli posoudit, zdali je doba dozvuku v prostoru vůbec korektně definovatelná, musíme hodnotu kritické frekvence znát předem. Naštěstí prostorová akustika není věda natolik exaktní, aby uvedený rozpor vedl k jejímu zhroucení – cosi jako doba dozvuku se s trochou praxe dá měřit i pod kritickou frekvencí. Problém je jen v tom, že různé automatizované metody měření dozvuku mohou pod kritickou frekvencí snadno selhat a dávat nesmyslné výsledky. K vyhodnocování dozvuku v této oblasti je nutná přinejmenším ona trocha praxe a někdy i fantazie – zde se i měření může stát uměním patřícím mezi křivkopravecké disciplíny, bez nichž se praktická akustika a elektroakustika neobejde.
Abychom byli konkrétní – např. v průměrné obytné místnosti, pro kterou jsme počítali rozložení vlastních módů, by podle všeobecně uznávaných doporučení měla být doba dozvuku přibližně 0,3 s. Kritická frekvence takové místnosti bude přibližně 151 Hz. Pod touto frekvencí již bude frekvenční charakteristika přenosu zvuku od zdroje k posluchači výrazně zvlněná, a to tím více, čím nižší bude frekvence, s výjimkou případů, kdy vzdálenost posluchače od zdroje zvuku bude natolik malá, aby se ve výsledném vjemu uplatnil především přímý zvuk. Co to je malá vzdálenost, to nám říká další „globalizovaný“ parametr prostoru, zvaný poloměr doznívání. Ten udává vzdálenost, při které je hustota energie přímého pole stejná jako hustota energie pole odražených vln. Jeho velikost je dána přibližným vzorečkem
rd = 0,141 . √ (αs.S)
kde αs je střední činitel pohltivosti stěn a S je celková plocha stěn ohraničujících prostor. Opět konkrétně, v prostoru podle našeho příkladu bude pro daný objem a dobu dozvuku 0,3 s celková plocha stěn 89,5 m2 a střední činitel pohltivosti bude 0,27 (podle Eyringova vzorce), takže velikost poloměru doznívání bude 0,69 m. Bude-li poslechová vzdálenost menší, uslyšíme především přímý zvuk. Při poslechové vzdálenosti větší než je poloměr doznívání bude sluchový vjem tvořen především odraženým zvukem a bude tedy rozhodujícím způsobem ovlivněn nerovnoměrností rozložení energie v poli odražených vln, danou vlastními módy prostoru resp. stojatými vlnami.
Kritickou frekvenci i velikost poloměru doznívání je při použití vhodně upravených vzorečků možné odvodit z objemu místnosti a doby dozvuku; to jsou tedy dva hlavní parametry akusticky charakterizující poslechový prostor.
Na vliv vlnových efektů se můžeme dívat ještě z jiné stránky. Jestliže akustický zářič, jakým je např. reproduktor, umístíme v blízkosti odrazivé stěny, pak část vlny zářičem vyslané se od stěny odrazí, nejprve se vrátí k zářiči a pak okolo něj pokračuje dál do prostoru spolu s ostatními signály. To má dva důsledky. Především působením odražené vlny na zářič dochází ke změně jeho vlastností. A dále, všechny vlny, které se tohoto dění zúčastní, spolu interferují. Fyzikálně je to složitý proces, jehož výsledkem je velmi výrazné deformování frekvenční charakteristiky zářiče, které se kombinuje s efekty deformace frekvenční charakteristiky danými vlivem prostoru na poslech. Maximální zvlnění způsobené blízkostí stěn může přesáhnout 15 dB. Tento efekt je obecně nežádoucí a proto se nedoporučuje umísťovat reproduktory v blízkosti stěn, zejména pak ne v blízkosti koutů. Pokud je reproduktor umístěn v těsné blízkosti stěny nebo přímo v ní (tj. zapuštěn), nejsou tyto efekty zdaleka tak zlé. Nejhorší situace je při vzdálenostech v rozmezí 30 cm až 1 m. Je však zajímavé, že za určitých okolností se dá najít optimální umístění reproduktoru vůči stěně nebo stěnám, které ve výsledném efektu jakoby posune dolní mezní frekvenci reproduktoru směrem k nižším hodnotám, v optimálním případě až o jednu oktávu. Bohužel, nalezení takového optimálního umístění je nemožné bez velmi náročné měřící techniky.
Již jsme si naznačili, že dozvuk v poslechovém prostoru, např. obývacím pokoji, by neměl být příliš velký, poněvadž by pak docházelo k zkreslení reprodukovaného zvuku v barvě i v jeho prostorovém charakteru. Dozvuk ovšem nesmí být ani příliš malý, poněvadž pobyt v silně tlumeném prostoru je dost nepříjemný (v tzv. bezodrazových čili „mrtvých“ komorách, používaných pro měřicí účely, dostávají citlivější osoby závratě). Dále by se zde neměly vyskytovat výrazně „vyčnívající“ stojaté vlny (jinak řečeno vlastní módy). A poslech zvuku z reproduktorů by neměl být ovlivňován odrazy s velkou intenzitou a zpožděním větším než 30 ms. Všeobecně tudíž platí, že prostor by měl být zatlumen, a to tak, aby střední doba dozvuku co nejméně závisela na kmitočtu a nevybočila z jistých mezí. Takže se dostáváme k otázce, jak to zařídit, aby dozvuk v poslechovém prostoru splňoval příslušné požadavky.
V obytných místnostech s nábytkem a jiným běžným bytovým zařízením to dosti často vychází tak nějak samo. Hlavně uzavřené skříňky a čalouněný nábytek pohlcují zvuk poměrně dobře, takže na středních a vyšších frekvencích s dozvukem nebývají potíže a ani na nízkých frekvencích (nikoli nejnižších, ale řekněme od 80 Hz nahoru) nemusí být situace nijak katastrofální. Nepříjemně se může uplatňovat odraz od stropu, který interferuje s přímým zvukem a způsobuje při reprodukci zvuku zvlnění frekvenční charakteristiky u frekvencí pod 200 Hz. Horší je, pokud začínáme s prázdnou místností. Zde je vlastně nutné patřičnými úpravami nahradit funkci nábytku a nastupuje prostorová akustika jako umělecké řemeslo.
Jak si poradit s dozvukem
Poradit si s dozvukem znamená udržet dobu dozvuku pod kontrolou, to znamená nastavit rovnovážný stav mezi přívodem energie do prostoru a ztrátami tak, aby výsledná doba dozvuku odpovídala požadavkům. Ztráty energie ve zvukovém poli jsou dány přeměnou zvukové energie v tepelnou a jednou z mála prakticky použitelných metod, jak této přeměny dosáhnout, je využití viskozity vzduchu a ztrát vznikajících v důsledku viskozity při proudění vzduchu. Tak se dostáváme k pojmu akustického materiálu. Tenhle pojem je vlastně dost vágní, ale v praxi je jeho význam celkem jasný - rozumí se jím materiál, který má jisté specifické vlastnosti, pokud se týká odrážení zvuku. Zajímavé jsou většinou materiály, které zvuk odrážejí málo, potažmo co nejméně. Někdy ale může být i opak pravdou, neboť kupříkladu při výstavbě koncertních sálů jsou zapotřebí i akustické reflektory, takže pak se pídíme po materiálech, které zvuk odrážejí co nejdokonaleji. V mnoha případech je navíc nutné, aby materiál zvuk pokud možno nepohlcoval, ale ani zrcadlově neodrážel, což lze splnit, pokud se při odrazu zvuk rozptyluje. To si však necháme na později.
Existují dva základní způsoby, jak přimět vzduch, ve kterém se šíří zvuková vlna, k takovému způsoby pohybu, při kterém by vznikaly potřebné viskózní ztráty. První spočívá v tom, že zvukové vlně postavíme do cesty pórovitý materiál. Molekuly vzduchu se pohybují kanálky, které tvoří póry, narážejí na jejich stěny a předávají jim svoji energii. Přeměna energie je tím účinnější, čím menší jsou kanálky a čím větší je rychlost pohybu částic. Žádoucí přitom je, aby se hustota materiálu co nejméně lišila od hustoty vzduchu ve volném prostoru, jinak řečeno, aby poměrný objem, který póry zaujímají z celkového objemu materiálu, byl co největší.
Kompaktní materiály, jakými jsou třebas kámen, dřevo nebo kov, mají hustotu nejméně několiksetkrát větší než je hustota vzduchu. Pokud jsou překážky z nich vytvořené dostatečně tuhé (prakticky tedy dostatečně tlusté), pak se zvuk od nich odráží téměř dokonale. I takové materiály je však možné použít jako součást akustické úpravy. Pokud mají tvar dostatečně tenké desky (plechy, dýhy, membrány), mohou se působením dopadající zvukové vlny samy rozkmitat. V takovém případě mohou zvuk zase vyzařovat, jejich chování je však značně složité a zpravidla se vyzáří jen část zvukové energie, která na ně dopadla, poněvadž ztráty vedoucí k přeměně energie vibrací na teplo mohou vznikat i při ohybových kmitech samotného materiálu. Pro akustické úpravy přímo využívající viskózních ztrát se však častěji používají materiály, jejichž hustota není příliš odlišná od hustoty vzduchu. To jsou materiály pěnového (molitan) nebo vláknitého (skelná vata) charakteru. Do těchto materiálů zvukové vlnění proniká poměrně snadno. Pokud jsou póry v těchto materiálech dostatečně malé (struktura materiálu je dostatečně jemná), pak při pohybu vzduchových částic, doprovázejícím postup zvukové vlny, dochází v důsledku viskozity vzduchu k tření a ztrátám energie. Ta se mění v teplo a zvuková vlna v pórovitém materiálu postupně zaniká. Trochu podobná situace nastane v případě, že jinak kompaktní materiál je opatřen otvory, kanálky a podobně (známé perforované plechy, překližky a jiné materiály). I zde dochází k průniku vlny do materiálu, případný útlum však většinou nenastane v důsledku tření o stěny kanálků či otvorů; na to jsou příliš velké. Pokud je však za překážkou tohoto druhu umístěna pórovitá hmota, zvuková vlna se utlumí v ní. Účinnost přeměny přitom může být zvýšena tím, že rychlost proudění v kanálcích je vyšší než ve volném prostoru. Tak může dojít k tak trochu paradoxnímu jevu – máme-li porézní materiál, který sám o sobě zvuk příliš dobře nepohlcuje (typickým případem je např. kobercovina JEKOR), pak když takový materiál překryjeme perforovaným plechem, jeho pohltivost se zvýší. Chování soustavy překážek, obsahující mimo jiné také perforované desky, přitom může být velmi podstatně ovlivněno tím, že vzduch v otvorech tvoří se „vzduchovým polštářem“ za perforovanou stěnou rezonanční systém. Absorbéry tohoto typu se budeme zabývat později.
Materiály pracující na principu viskozity se samostatně používají hlavně na středních a vyšších frekvencích. Jejich účinnost totiž silně závisí na způsobu, jakým jsou montovány na stěny, a jak si ukážeme, patřičný způsob umístění se s nimi realizuje tím snáze, čím vyšší je frekvence. Energetické ztráty v materiálu vznikající jsou tím větší, čím větší je rychlost pohybu vzduchových částic v pórech materiálu. Maximální účinnosti je tedy dosaženo, když je materiál umístěn v kmitně akustické rychlosti. Přímo na povrchu ohraničující stěny je akustická rychlost nulová (a je tam kmitna akustického tlaku, jak již bylo řečeno dříve). První kmitna akustické rychlosti stojaté vlny leží ve vzdálenosti jedné čtvrtiny vlnové délky od stěny. Následující obrázek ukazuje rozložení akustické rychlosti a tlaku v blízkosti stěny a umístění absorbéru v kmitně rychlosti. Činitel pohltivosti při takovém umístění bude vykazovat maximum pro frekvenci, jíž odpovídá čtvrtvlnná vzdálenost od stěny. Další maxima bude mít frekvenční závislost pohltivosti pro frekvence, jimž bude odpovídat lichý násobek vlnové délky. Například při vzdálenosti absorbéru 10 cm od stěny bude první maximum na 858 Hz, další na 2573 Hz atd. Pod prvním maximem bude pohltivost klesat směrem k nižším frekvencím až na nulu. Chování absorbéru na vyšších frekvencích bude záviset na vlastnostech příslušného pohltivého materiálu, hlavně pak na vlastnostech jeho povrchu.
Průběh frekvenční závislosti pohltivosti závisí i na tloušťce materiálu. Čím je tloušťka menší, tím ostřejší a hlubší jsou minima mezi jednotlivými maximy. Bude-li tloušťka pohltivého materiálu odpovídat čtvrtině šířky vzduchové mezery nebo bude větší, bude frekvenční závislost činitele pohltivosti počínaje prvním maximem téměř plochá a při volbě vhodného materiálu může být pohltivost prakticky stoprocentní – činitel pohltivosti bude rovný jedné.
Frekvenční závislost pohltivosti konkrétního materiálu vykazujícího uvedené chování ukazuje obrázek:
Z předchozího výkladu vyplývá jednoduchá směrnice pro používání pohltivých materiálů porézního typu:
Chceme-li s porézním materiálem dosáhnout vysoké pohltivosti u nižších frekvencí, musíme použít co nejtlustší materiál anebo materiál montovat se vzduchovou mezerou. Pohltivosti 0,5 materiál dosahuje na frekvenci, na které je vlnová délka rovna přibližně jedné desetině celkové tloušťky obkladu (tj. tloušťka materiálu plus šířka vzduchové mezery).
Je nutné podotknout, že charakter povrchu materiálu ovlivňuje vlastnosti výsledného akustického obkladu především u vyšších frekvencí. Tvarování povrchu, např. dobře známé pyramidky, může mít spíše negativní vliv – zmenšuje totiž efektivní tloušťku materiálu a případné zvýšení pohltivosti u vyšších frekvencí se nemůže uplatnit, poněvadž tam je činitel pohltivosti hladkého materiálu již prakticky rovný jedné. Vlastnosti obkladu lze zlepšit ucpáním části pórů při povrchu např. hrubozrnným nesouvislým nástřikem hustou barvou. Touto úpravou se oblast účinnosti materiálu posune směrem k nižším frekvencím. Příkladem materiálu s takovou úpravou je ILLSONIC WAFFEL. Materiál je možné upravit i improvizovaně – použijeme-li např. jako výchozí materiál polyuretanovou nebo melaminovou pěnu (MOLITAN, BASOTECT) o tloušťce 10 cm a nastříkáme ji hustou disperzní barvou tak, aby byla jen povrchově „pokropena“ či „poprskána“, dostaneme akustický obklad, který pohlcuje zvuk téměř dokonale již od 500 Hz výše. Avšak pozor, při nadměrném nebo úplném ucpání pórů pohltivost prudce klesne u vyšších kmitočtů (což ovšem v některých případech může být žádoucí). K obdobnému efektu dochází, když se materiál překryje fólií tloušťky několik setin až několik desetin milimetru.
V materiálech pórovitého charakteru se tedy uplatňuje mechanismus pohlcování prvního typu, spočívající ve vytvoření viskózních ztrát v proudícím vzduchu, a tento mechanismus se v jednoduché podobě uplatňuje především na středních a vyšších frekvencích.
V prostorové akustice je ovšem zapotřebí nějak ošetřit i nízké frekvence (oblast pod 200 Hz, přičemž nejnepříjemnější jsou vlastní módy v oblasti 50 až 100 Hz) a na to již pórovité materiály samy o sobě nestačí. Zde je možné zatlumení pouze technikou druhého typu, tedy rezonančními tlumiči, které je možné realizovat dvěma hlavními způsoby. Prvním z nich je provedení tlumičů (absorbérů) v podobě dutinových rezonátorů, o nichž jsme se již zmínili. Jak takový rezonátor vypadá je naznačeno na dalším obrázku.
Baňatá část nádoby uzavírá jistý objem vzduchu, v hrdle je víceméně volně pohyblivé jisté další množství vzduchu, které se chová jako hmotnost. Vzduch v objemu nádoby se chová jako pružné prostředí nebo přímo pružina, která spolu s hmotností v hrdle tvoří kmitavý systém, rezonující na jistém kmitočtu. Konkrétní kmitočet se dá nastavit volbou vhodného objemu nebo hmotnosti (tedy např. délky hrdla). Rezonance tohoto systému je vlastně přesně efekt hučení pivní láhve, přes jejíž hrdlo se ve vhodném úhlu fouká. Pokud do vnitřního objemu umístíme tlumící materiál, bude se rezonátor chovat jako selektivní absorbér zvuku - dopadne-li na jeho vstup (otvor hrdla) zvuková vlna o kmitočtu blízkém nebo rovném jeho rezonančnímu kmitočtu, bude rezonátor jakoby nasávat její energii a ta se pak v tlumícím materiálu bude měnit v teplo. Konkrétní provedení rezonátorů pro akustické úpravy vypadají poněkud jinak, většinou jsou to skříně nebo kazety mající v některé stěně jeden nebo více otvorů, popřípadě štěrbin. Tyto otvory mohou být případně ještě opatřeny nátrubkem. A samozřejmě vnitřek je zčásti vyplněn tlumícím materiálem, zpravidla vláknitého charakteru. Do této skupiny patří také akustické panely s jednou stěnou z více či méně hustě perforovaného materiálu (např. známý Akulit). Samotný perforovaný materiál nemá žádné zvlášť výhodné vlastnosti, pokud je ale použit jako součást rezonančního systému, může vzniknout velmi účinný absorbér. Rezonující hmotnost je v tomto případě tvořena vzduchem v prostoru otvorů a jejich bezprostřední blízkosti. Velikostí rezonující hmoty a objemu resp. velikostí plochy otvoru, výšky vzduchového sloupce (nátrubku) a objemu je možné rezonátory v dosti širokém rozsahu ladit. Typický rozsah je 50 až 200 Hz.
Vlastní mechanismus pohlcování je opět viskózní, zvuková energie se na tepelnou přeměňuje třením vzduchu o stěny pórů v tlumícím materiálu a někdy i o stěny vstupních otvorů, pokud jsou dostatečně malé. Funkce rezonátoru vlastně spočívá v tom, že zlepšuje podmínky pro pohlcování v jistém pásmu frekvencí určeném vlastnostmi rezonátoru, přičemž nejlepší podmínky – na rozdíl od volně umístěného pórovitého materiálu – nastávají, je-li vstup rezonátoru v kmitně akustického tlaku.
Druhou možností realizace rezonančního tlumiče je tzv. kmitající panel. Schématicky ukazuje uspořádání kmitajícího panelu obrázek.
Kmitající panel je tvořen dutinou uzavřenou z jedné strany pružně připevněnou deskou. Klasická teorie předpokládá, že při dopadu zvukové vlny se krycí deska rozkmitá jako píst. Deska tvoří kmitající hmotnost, objem vzduchu v dutině tvoří pružinu (přesněji poddajnost). Kmitání desky se tlumí nejčastěji polštářem z minerální vaty upevněným v dotyku s desku. Ve skutečnosti se uplatňuje ještě také průhyb krycí desky. Ladění určuje výška vzduchové mezery pod krycí deskou a její plošná hmotnost. Rezonanční frekvence bývá typicky v pásmu 80 až 150 Hz.
Rezonanční akustické prvky jsou buzeny tím lépe, čím vyšší akustický tlak je u jejich vstupního otvoru (popř. otvorů) nebo – u kmitajících panelů – na jejich krycí desce (membráně). Je proto výhodné umísťovat je přímo na stěnách tam, kde je kmitna akustického tlaku toho vlastního módu, na který je rezonátor naladěn. Univerzální umístění je v koutech, což však neznamená, že stačí umístit akustickou úpravu pouze v koutech. Pokud je zapotřebí do prostoru umístit rezonátorů více, případně pro více kmitočtů, je vhodné měřením nebo počítačovou simulací zjistit, kde se takové kmitny nacházejí. Pokud by totiž byl rezonátor umístěn v uzlu, byl by velmi málo účinný. Absorpční účinnost rezonátorů s malým počtem otvorů není v jednoznačné souvislosti s jejich plochou, takže pro ně není možné definovat činitel pohltivosti v obvyklém smyslu a kromě uvedených všeobecných zásad je jejich instalace věcí experimentu, případně zkušenosti.
Akustické úpravy využívající dutinových rezonátorů se vyskytují i na velmi starých stavbách. Existuje například mešita, strop jejíž kupole je sestaven z velikého množství hliněných džbánků obrácených hrdlem dovnitř prostoru (tyto džbánky byly původně patrně vycpány senem). Také v některých sakrálních stavbách - hlavně barokních - byly objeveny skryté dutiny, ústící na povrch nenápadnými štěrbinami.
Boj s odrazy
Střední doba dozvuku podává kvantitativní popis, který charakterizuje prostor jako celek a byl by dostačujícím vystižením, pokud by sluchový orgán nebyl citlivý na směr přicházejícího zvuku. On ovšem směrově citlivý je, a tak pro subjektivní vnímání akustických vlastností prostoru hraje roli také prostorové rozložení zvukových vln (paprsků). Navíc ne nepodstatnou roli hraje i rozložení časové, což fyziologicky s prostorovým rozlišováním úzce souvisí.
Při poslechu reprodukovaného zvuku do našich uší přichází nejdříve zvuk, vyzářený reproduktory a šířící se nejkratší cestou k uchu, aniž by přitom prodělal nějaké odrazy. Pak následují zvuky, které se odrazily od některé ze stěn, zvuky, které se odrazily z jedné stěny na druhou a teprve pak si to namířily k nám, a tak dále. Zjednodušeně je to znázorněno na obrázku. Zde jsou ukázány prostorové trajektorie vybraných zvukových vln, odpovídajících nejvýše dvojnásobnému odrazu. Červené linie ukazují paprsky přicházející od pravého reproduktoru, modře pak paprsky z levého. I z tohoto zjednodušeného vyobrazení je možné nahlédnout, jaký vliv mohou mít odražené vlny na prostorový dojem. Vlivem odrazů dochází k směšování signálů levého a pravého kanálu.
Sluchový orgán si dokáže odražené signály „přebrat“ díky tomu, že vyhodnocuje také jejich zpoždění vůči přímému signálu. Zpožděné signály jsou ve vjemu potlačeny, takže směr lokalizace je určen směrem, ze kterého přichází přímý zvuk. Tak je tomu při poslechu reálných zdrojů zvuku. Při stereofonní reprodukci se však vytváří zdánlivý zdroj zvuku skládáním reprodukce a poslechu levého kanálu a mechanizmus jeho lokalizace je jiný než při lokalizaci reálného zdroje. Odrazy z nesprávných směrů mohou lokalizaci značně ovlivnit, což má v praxi za následek zhoršení ostrosti lokalizace ve stereofonním obraze, případně její úplnou ztrátu. Pokud by tento efekt měl být potlačen, bylo by nutné na bočních stěnách v těch místech, ve kterých se zvukové paprsky odrážejí, umístit silně pohltivý materiál. Takovéto úpravy se skutečně provádějí, samozřejmě především v prostorech, kde se vytváří zvukový záznam, tedy např. ve zvukových režiích. Další intenzívní odrazy přicházejí od stropu a od podlahy, ty však již na lokalizaci nemají tak nepříznivý vliv. Mohou ale mít nepříznivý vliv na barvu zvuku a vnímání prostoru zvukové scény. Proto se stropy v místnostech s vyššími nároky téměř vždy opatřují pohltivou úpravou (zvuk pohlcující podhled). S podlahou se toho moc dělat nedá, ale dává se na ni aspoň koberec.
Pokud jde o umísťování pohltivých prvků v koutech, je výhodné nejen u rezonátorů. Obecně je účinnost akustického pohltivého prvku při umístění v koutě vyšší než při umístění např. uprostřed jinak volné stěny. Střední části stěn by však z důvodu potlačení bočních odrazů neměly zůstat neošetřeny. Zde se obvykle umísťují absorbéry pro střední a vyšší kmitočty. Někdy se dává přednost rozptylně odrážejícím prvkům - v menších prostorech se totiž snadno může stát, že po umístění všech prvků, omezujících zrcadlové odrazy pohlcováním zvuku, se ukáže, že prostor bude v konečném výsledku přetlumen. To se stává nejběžněji na středních a vyšších kmitočtech, tlumení na nízkých kmitočtech bývá spíše nedostatečné. Nejčastěji se vyskytující chyby při provádění akustických úprav spočívají v tom, že stěny prostoru jsou pokryty různými zázračnými materiály většinou na bázi pěnového polyuretanu, strop zůstane holý a na nízkých kmitočtech je tlumení veškeré žádné. Takový prostor je zpravidla přetlumený v oblasti středních a vyšších frekvencí a na první poslech může působit dojmem slušné akustické pohody, poněvadž v řečovém pásmu, které si po vstupu do takového prostoru uvědomíme nejdříve, je zatlumen celkem přiměřeně a také šoupání nohou se v něm příliš nerozléhá. Při reprodukci hudby se však pravidelně objevuje dunění a výšky ztrácejí jiskru.
Zkušenost ukazuje, že klíčovou záležitostí je akustická úprava stropu a nemá velký význam podnikat nějaké radikální kroky k zlepšení akustiky, pokud do úprav nemá nebo nemůže být zahrnut strop. Pro úpravy stropů se v současné době používají různé typy zavěšených podhledů a dlužno říci, že touto cestou lze dosáhnout velmi příznivých výsledků při vcelku přijatelných cenách. (Např. Rockfon Polar bez montáže cca 500 Kč za čtvereční metr, s montáží dle náročnosti 700 až 1200 Kč za čtvereční metr.) Používané materiály jsou většinou různé desky ze zpevněných minerálních vláken s povrchovou úpravou spíše vzhledového efektu a cena akustických úprav z těchto desek realizovaných je asi nejnižší cenou, za jakou je možné fungující akustickou úpravu pořídit. Levnější jsou snad jen staré matrace, případně papírová plata na vajíčka, která však na rozdíl od starých matrací příliš nefungují (oba citované typy materiálů mají samozřejmě jisté specifické nevýhody zcela neakustického charakteru). Zde bych si dovolil podotknout, že nejsem principiálním nepřítelem plat na vajíčka. Místnost upravená s jejich použitím má akustické vlastnosti rozhodně lepší než místnost s úplně holými stěnami. Pokud by však někdo chtěl mermomocí tento materiál použít, doporučuji, aby jej nepřibíjel nebo nelepil přímo na stěnu, ale instaloval jej alespoň na minimální vzduchové mezeře řekněme 3 až 5 cm.
Pro úpravy stěn je nutné používat materiály, které jsou dostatečně pevné a tudíž odolné proti prokopnutí nebo prošťouchnutí. Většinou se jedná o panely na bázi dřevin nebo dřevovláknitých desek, které jsou poměrně drahé (konkrétní cena závisí velmi silně na požadované kvalitě povrchové úpravy a chamtivosti truhláře; výjimkou nejsou ceny na úrovni tisíců Kč za čtvereční metr). Nepříjemné je, že používané materiály navíc bývají i hořlavé. Jednou z mála přijatelných alternativ je materiál Sonit, vyráběný v České republice firmou Soning a.s. Jedná se o pórovité desky ze zpevněného písku, které mají velmi příznivé akustické, mechanické a klimatické vlastnosti (cena se pohybuje zhruba v rozmezí 1000 až 1500 Kč za čtvereční metr, což je srovnatelné s materiály na bázi pěnových plastů typu Molitan, Plamafon, Gumotex-Polyson nebo Ilsonic). Je možné využít i minerální popř. skelné vaty a jejích modifikací, pokud bude zformována do vyztužených panelů opatřených případně ještě průzvučnou povrchovou ochranou v podobě mříže, roštu apod.
Pokud potřebujeme akustické prvky, které zvuk nepohlcují, nýbrž rozptylují, budeme muset sáhnout do kapsy nejhlouběji. Pro tento účel se vyrábějí panely s různě složitě zborceným nebo členěným povrchem (například tzv. RPG difuzory), jejichž cena v přepočtu na čtvereční metr může činit i několik tisíc korun. Naštěstí v bytových podmínkách může tuto funkci plnit třeba knihovnička nebo jiný regál, samozřejmě nikoli se zasklenými dvířky. Také obrazy na stěnách působí příznivě, čalouněný nábytek funguje jako pórovitý tlumič a uzavřené skříňky mohou být perfektní dutinové rezonátory.
Řez RPG difuzorem:
Jestliže zamýšlíme provést akustickou úpravu v běžné obytné místnosti, je zpravidla vhodné uvážit některou ze tří následujících variant. Za prvé, tlumení na nízkých kmitočtech může být přece jen nedostatečné, takže může být žádoucí umístění rezonátorů v koutech a jejich blízkosti. Nejvhodnější je to za reproduktorovými soustavami, respektive v koutech soustavám nejbližších (přímo v koutě by soustavy stát neměly). Za druhé, pokud je v místnosti mnoho volné plochy stěn, budou se v ní vyskytovat izolované jednoduché odrazy a může vzniknout i tzv. třepetavá ozvěna. Ta se objevuje mezi rovnoběžnými tvrdými stěnami a způsobuje prodloužení dozvuku zpravidla v oblasti 1000 až 4000 Hz, doprovázené případně zdrsněním zvuku a zhoršením lokalizace. Příslušné plochy je vhodné obložit porézními materiály nebo opatřit zvuk rozptylujícími panely (zakřivené, šikmo umístěné nebo zalomené desky). A za třetí, výrazného zlepšení akustiky je možné dosáhnout instalací zavěšeného podhledu, který může být pohltivý, částečně odrazivý nebo rozptylně pohltivý. To už je ale značně radikální zásah do interiéru a v běžných obytných místnostech se dost těžko prosazuje, zvláště jde-li o místnosti panelákových dimenzí. Ještě kritičtější situace pak nastává, chceme-li vytvořit poslechovou místnost z prostoru speciálně pro tento účel vyčleněného. Neměli bychom se bránit umístění byť i malého množství nábytku, prázdná místnost je to nejhorší, co může hifistu potkat.
V každém případě by řešení akustické úpravy měla být věnována patřičná odborná péče, což se neobejde bez měření, počítání a nějaké té počítačové simulace. Potřebná zařízení jsou velice nákladná, takže je nejlépe svěřit se kvalifikované specializované firmě. Nákladná jsou i potřebná akustická opatření a jejich kvalifikované provedení nebo alespoň návrh je opět vhodné svěřit odborníkům anebo – v případě svépomocné realizace – pokud možno pracovat pod dohledem odborníka nebo přinejmenším po konzultaci s ním.
