ARTIKEL

Achtergrond: Akoestiek Deel I


Jamie Biesemans | 18 november 2017 | Fotografie Fabrikant

Hoe goed je muzieksysteem en luidsprekers zijn, met een slechte akoestiek kan het toch slecht klinken. Dat akoestiek een belangrijk iets is, snapt bijna iedereen. Wat wél onderschat wordt, is hoe belangrijk het is.

Akoestische problemen kunnen luidsprekers van duizenden euro’s slecht doen klinken. En neen, upgraden naar een set van 100.000 euro of peperdure kabels aanschaffen gaat dat probleem niet verhelpen. Het is zo fundamenteel. Je moet dus als liefhebber van muziek en cinema er aandacht aan besteden.

Toch gebeurt het heel vaak dat de akoestiek genegeerd wordt. Misschien omdat het ongelooflijk complex lijkt (wat niet geheel onwaar is). Of dat je er niets aan kunt doen tenzij een ruimte ingrijpend wordt aangepakt (wat niet populair is als je luistert in een woonkamer). En kosten akoestische ingrepen ook niet bomvol geld? (kan, maar hoeft niet) Met dit artikel willen we vooral inspelen op het eerste bezwaar en akoestiek toch toegankelijk en pragmatisch uit te leggen.

Dit artikel is daarom iets meer theoretisch, deel 2 kijkt naar hoe geluid en muziek zich beweegt in de kamer, en deel 3 maakt het helemaal praktisch door te kijken hoe je de luisterervaring kunt verbeteren bij je thuis.

Even vooraf

De wetenschap van akoestiek is best taaie leerstof. Wie zich er echt in wil verdiepen, komt terecht bij lijvige standaardwerken zoals ‘Master Handbook of Acoustics’ (Everest en Pohlman bij McGraw Hill Education) en ‘Sound Reproduction’ (Toole bij Focal Press). Het zijn interessante boeken, maar je bent er wel even mee bezig. Ze bezitten allebei ook net de juiste dikte en stevigheid om een kast te ondersteunen, mocht dat nodig zijn.

Akoestiek draait rond geluid: wat is het en hoe gedraagt het zich? Daarnaast heb je psychoakoestiek: hoe ervaren en horen we geluid? Dat moet er bij, want wij luisteren niet naar muziek als wetenschappers met instrumenten, maar als liefhebbers met oren. Dat betekent bijvoorbeeld dat we meer gefocust zijn op stemfrequenties en daar sneller zaken opmerken. Maar het betekent ook dat muziek beluisteren een subjectief iets is. Je hebt je smaak en daar is helemaal niets mee mis. Daarom dat de ene persoon in een perfecte luisterkamer misschien toch liever naar een Focal – Naim-set luistert, terwijl een ander de voorkeur geeft aan de klank uit een paar Bowers & Wilkins 802 D3’s met een Audio Research-versterker.

Wat is geluid?

De stem van je partner, een blaffende hond in de tuin, een muziekstuk dat uit speakers komt, filmeffecten die ontsnappen via een soundbar… het is allemaal geluid. En geluid is niets meer dan lucht die beweegt. Maar eigenlijk zouden we beter spreken van vibreren of trillen. Hoe dat werkt, zie je in onderstaande filmpje. Het toont een heel rudimentaire luidspreker die luchtmoleculen doet bewegen.

Het verschil tussen een lage of hoge toon zit hem in het aantal keer per seconde dat de lucht trilt. Een lage toon trilt weinig per seconden, een hoge veel. Een 50 Hz-bastoon bijvoorbeeld, vibreert 50 keer per seconde. Een toon van 2 kHz trilt 2.000 keer per seconde. In de grafiek hieronder zie je bijvoorbeeld een toon van 10 Hz (blauw) en een toon van 100 Hz (groen).

De twee tonen die je hier ziet zijn even luid. Beiden golven zijn namelijk even hoog (ook: de amplitude is gelijk). Een geluid dat luider klinkt, brengt meer lucht in beweging. Hieronder zie je opnieuw twee tonen, beiden zijn 10 Hz. Maar de blauwe is stiller dan de groene toon.

Hoe luid dat een toon klinkt wordt uitgedrukt in decibel of dB. Omdat lucht een zekere dempende werking heeft en een geluidsgolf uitdeint, neemt volume af naargelang de afstand van de geluidsbron tot luisteraar. Dat is goed om weten, al zal deze regel bij een thuissituatie minder belangrijk zijn dan pakweg op een muziekfestival of in een concertzaal.

Het is ook vanwege dit gegeven dat metingen op gestandaardiseerde afstanden gebeuren. De gevoeligheid van een luidspreker - die je vertelt hoe krachtig je versterker moet zijn om een bepaald volume te halen - wordt bijvoorbeeld doorgaans gemeten op één meter van de luidspreker. Daarbij is ook belangrijk om weten dat decibel een logaritmische schaal heeft. Elke 3 dB die er bij komt, komt neer op een verdubbeling. Dat betekent dat het verschil tussen een luidspreker van 87 dB en eentje van 90 dB gevoeligheid best wel groot is als het gaat om het vereiste vermogen. Je versterker moet bij een 87 dB speaker veel harder werken.

De grafieken die je hierboven ziet zijn uiteraard heel abstract en vereenvoudigd. Enkel in heel uitzonderlijke omstandigheden zul je een pure sinustoon zoals deze tegenkomen. Geluid en muziek is veel complexer, zelfs als er maar één instrument aan te pas komt. Maar daar hebben we het een beetje verder over. 

Iets dat je moet oppikken uit bovenstaande grafieken is dat een frequentie een golf is. En die golf heeft een lengte. Dat is heel belangrijk naar akoestiek toe. Een lage toon (zoals de 10 Hz in de eerste grafiek) is langer, een hoge toon (zoals de 100 Hz) is korter. Als we spreken over hoe geluid zich gedraagt in een kamer, zal je zien dat de golflengte een grote rol kan spelen als het gaat om room modes en resonantie.

Laag-midden-hoog

In de hifi-wereld wordt er heel vaak gesproken in termen als bas, midden, hoog, en nog andere termen. Wat is het verband met frequenties?

  • tot 60 Hz: Sub-bass. Heel lage sub-bass voel je meer dan je hoort. Het vereist echter veel vermogen om in dit bereik iets te betekenen. (Meer hierover in ons achtergrondstuk over subwoofers op homecinemamagazine.)
  • 60 tot 250 Hz: Bass. Het fundament van heel wat instrumenten en ook mannenstemmen vind je in dit gebied.
  • 250 tot 500 Hz:  Lagere midrange. Ook wel ‘bas-presence’, omdat het een detailgevoel aan een baslijn geeft. In dit bereik zit ook het fundament van de meeste instrumenten.
  • 500 Hz tot 2 kHz: Midrange of het midden. Een zeer belangrijk bereik, dat ook de menselijke stem deels omvat en waar we heel gevoelig voor zijn.
  • 2 tot 4 kHz: Hogere midrange. Ook dit is een belangrijke stukje frequentiebereik, waar de kleinste verandering meteen merkbaar is. Het heeft een grote impact of hoe een luidspreker of hoofdtelefoon voor ons overkomt.
  • 4 kHz en hoger: Het hoog. Het wordt onderverdeeld in presence (tot 6 kHz), wat het gevoel van helderheid en detail omvat, en het zeer hoog (ook brilliance genoemd) vanaf 6 kHz. Het brengt een gevoel van ‘lucht’ naar muziek en is iets waar audiofielen zich vaak naar richten.   

En die oren van ons?

Om helemaal correct te zijn, zou je ook biologie moeten betrekken bij deze discussie. Ons gehoor is nu eenmaal een zintuig en heeft ook zijn eigenschappen, die bovendien doorheen de tijd veranderen en afhangen van de persoon. Maar dat aspect laten we grotendeels links liggen om het niet té ingewikkeld te maken.

Twee zaken willen we wel vermelden omdat ze belangrijk zijn om te snappen wat een akoestische ingreep kan doen. Om te beginnen kunnen we niet van alle frequenties juist bepalen waar ze vandaan komen, voor andere zijn we dan weer heel gevoelig. Ten tweede is ons gehoor niet altijd exact. Een belangrijk gevolg hiervan is dat zelfs een kleine verandering (een boost of een onderdrukking) van een bepaalde frequentie heel de klankervaring kan veranderen. Dit laatste kun je makkelijk zelf ervaren als je bijvoorbeeld met een hoofdtelefoon via de pc een vertrouwd lied beluistert en dan in een equalizer wat experimenteert met lichte veranderingen (bijvoorbeeld 2-3 dB).

Ten slotte, we horen theoretisch van ongeveer 20 Hz tot 20 kHz - maar vanaf je tienerjaren neemt je gehoor af, vooral aan de hoge frequentiekant. Een vijftiger zal daarom meestal boven 16-17 kHz niet veel meer waarnemen. En dit is zonder echte gehoorschade, bijvoorbeeld opgelopen op luide concerten of bouwwerven. De afname is wel persoonlijk en ook geleidelijk. Het is niet een schakelaar die opeens op 'uit' staat.

Harmonische tonen

We zeiden al hierboven: een pure sinustoon kom je niet vaak tegen. Wat er uit een piano, viool of je keel komt is een veel complexer geluid. Het komt er op neer dat als een instrument een bepaalde toon speelt (=de grondtoon), er ook bijkomende klanken worden geproduceerd. Belangrijke bijkomende klanken zijn harmonische klanken, die een meervoud zijn van een grondtoon. Bijvoorbeeld, als je een grondtoon van 100 Hz hebt, dan heb je harmonische klanken op 200, 300, 400, enzovoort Hz.

Klinkt dat vreselijk ingewikkeld? Misschien dat een analogie helpt. Het is niet helemaal hetzelfde, maar beeld je in dat een witte lichtstraal via een prisma wordt opgedeeld in de verschillende kleuren die wit opmaken, net zoals een regenboog. Op dezelfde wijze is de totaalklank van een bepaalde toets op een piano veel meer dan die ene toon. Al die verschillende frequenties combineren tot een geheel dat je kunt omschrijven als het timbre van een instrument. Bij akoestische ingrepen moet je daar rekening mee houden. Bijvoorbeeld, zo kan teveel demping  instrumenten net heel dood en mager doen klinken omdat harmonische klanken onderdrukt worden.

In het volgende artikel kijken we naar hoe geluid zich beweegt in een kamer. Wat is reflectie en absorptie? Wat zijn room modes en boundary effecten? Wat is resonantie? Is het altijd slecht? Dat komen we te weten in deel 2, binnenkort op HiFi.nl.

EDITORS' CHOICE