ARTIKEL

Achtergrond: Akoestiek deel II


Jamie Biesemans | 02 december 2017 | Fotografie Fabrikant

Wil je het beste geluid bij je thuis? Dan is meer weten over akoestisch echt wel onontbeerlijk. In dit tweede artikel gaan we daarom dieper in op hoe muziek zich in een ruimte beweegt en bij jouw oren komt. Het eerste deel lees je hier.

We blijven er op hameren: akoestiek is bijzonder belangrijk. Heel veel van wat je hoort als je luistert naar je hifi-set wordt gekleurd of beïnvloed door de kamer. Hoe groot is de impact? Het is moeilijk in een cijfer te gieten, al wordt er wel eens ’vijftig procent’ geroepen. In elk geval is de invloed sterk. De luidsprekers die in de winkel perfectie benaderden kunnen bij je thuis opeens helemaal doods klinken. Of al hun verfijning en detail verliezen. Al die investeringen, en toch ben je niet helemaal tevreden. Sneu, toch?

Akoestiekserie

Daarom willen we met een reeks over akoestiek de basics rond geluid opfrissen en je uiteindelijk voldoende kennis geven om zelf eventuele akoestische problemen aan te pakken. Uiteraard zal een professioneel bedrijf verder kunnen gaan, maar voor een doorsnee consument is dit vaak te duur. Een mooie bonus als je meer weet over akoestiek is dat je dan tijdens een zoektocht naar nieuwe luidsprekers beter kunt oordelen over wat bij jou past.

In het eerste deel legden we uit wat geluid juist is. Dat leek misschien heel theoretisch, maar die basiskennis maakt het veel eenvoudiger om te snappen wat er allemaal kan fout gaan. In dit tweede deel gaan we een stap verder. We onderzoeken hoe geluid bij jou in de zetel arriveert en wat er onderweg allemaal kan gebeuren. Tussendoor vermelden we al mogelijke problemen, maar in deel drie zullen we sowieso dat nog eens doen. Met een praktisch oog op hoe je het kunt oplossen, uiteraard.

Geluid is…

Zoals we in het eerste deel zagen, is geluid niets meer dan lucht die in beweging wordt gebracht. Het zijn letterlijk luchtmoleculen die vanuit de speaker naar je toe bewegen, gevolgd door een beweging in de omgekeerde richting. Dat is logisch: door het wegduwen van lucht ontstaat er een lagere druk achter deze beweging, waardoor de moleculen terugkeren. Actie-reactie. Met die terugkerende beweging is het echter niet afgelopen. Het kan zijn dat er weer een onderdruk ontstaat, waardoor er weer luchtmoleculen weg van de speaker bewegen, gevolgd door weeral een terugslag. Hoe vaak dit gebeurt hangt van veel zaken af, zoals volume, frequentie en de omgeving. Onderstaande video toont hoe dit in zijn werk gaat.

Nadenken over luchtmoleculen die bewegen en microdrukveranderingen in een ruimte, daar kun je serieuze hoofdpijn aan overhouden. Maar probeer het toch even te visualiseren, het helpt echt als we het hebben over hoe geluid door een kamer reist.

Absorptie en reflectie

Als je naar muziek luistert, dan luister je eigenlijk naar iets heel ingewikkeld. Een typisch lied heeft meerdere instrumenten en één of meer vocalisten, wat zich vertaalt naar heel veel frequenties die de kamer worden ingestuurd. Zelfs aan de bron is het ingewikkeld: bastonen komen misschien uit een basreflex achteraan de speaker, de lagere midrange uit één woofer vooraan, het hogere midden en een deel van het hoog uit een driver en de hoogste tonen uit de tweeter. En toch ervaar je het – hopelijk – als één geheel. De uitdaging voor een luidsprekerfabrikant is dan ook zorgen dat alle frequenties op het juiste moment bij jouw oren arriveren. Hoe beter dit lukt, hoe strakker en sneller een luidspreker zal lijken te zijn.

Er kunnen onderweg echter allerlei dingen gebeuren waardoor bepaalde frequenties later of niet aankomen. Twee belangrijke fenomenen zijn absorptie en reflectie. Het eerste is vrij eenvoudig te snappen: een geluidsgolf raakt een oppervlakte en valt daar stil. Een klassieke voorbeeld is een dik fluwelen gordijn. Dit absorbeert of dempt heel breed. Nagenoeg elke frequentie wordt opgeslorpt. Maar het kan perfect dat bepaalde materialen heel wat gerichter zijn, en bepaalde frequenties beter dempen dan andere. Niet helemaal hetzelfde als absorptie is diffusie of verstrooiing, maar het effect kan gelijkaardig overkomen. Een diffusor is een stukje gereedschap dat akoestische specialisten in hun figuurlijke gereedschapskist hebben steken. Een typisch voorbeeld is een paneel opgebouwd uit houten blokken van variëren hoogte. Een diffusor breekt als het ware de geluidsgolf in stukken, waardoor hij zijn kracht verliest.

Reflectie is ook voor de meeste mensen bekend. Een geluidsgolf botst tegen een oppervlakte en kaatst er vanaf. Als je denkt hoe een lichtstraal een spiegel raakt of een snookerbal een zijkant van de tafel, dan zit je niet ver van de waarheid. Het weerkaatsen gebeurt onder dezelfde hoek als de oppervlakte wordt geraakt. Komt een geluidgolf onder een hoek van 45° aan, dan vertrekt de reflectie onder 45°. Dat is een handige eigenschap, zoals we nog zullen zien.

Een ‘ideale’ reflectie heb je met zeer gladde oppervlaktes, zoals glas of gepolijste tegels. We gebruiken hier aanhalingstekens omdat ‘ideaal’ hier niet staat voor ‘wenselijk’. Bij sterk reflecterende oppervlaktes worden snel (vooral hoge) tonen versterkt, waardoor een ruimte een scherpe, bijna artificiële klank krijgt. De meeste oppervlaktes (zoals een muur met behangpapier of houten vloer) zijn echter niet heel glad. Deze zullen geluid deels reflecteren, deel het geluid diffuus (dus naar andere richtingen) uitsturen.

Maar dat is toch niet relevant!

“Ik zit op enkele meters van mijn luidsprekers en het geluid gaat recht van de drivers naar mijn oren. Reflectie of absorptie is dus toch geen probleem?” Of misschien denk je: “Ik maak alles ongelooflijk absorberend, dan heb ik helemaal geen last van reflecties.”

We kunnen je al meteen zeggen dat dit laatste geen goed idee is. Een ultieme absorberende ruimte is een zeer doodse ruimte. Dat is leuk voor een anechoïsche ruimte waarin er bijvoorbeeld de breedte van de uitstraling van een driver wordt gemeten. Leuk luisteren is het echter niet. En dat komt omdat een deel van de muziekinformatie die we graag horen verdwenen is.

Lees ook: akoestiektips van de experts

Als we luisteren naar muziek die uit een speaker komt, horen we eerst direct geluid. Daarna volgen de reflecties. Eerst arriveren bij je oren de eerste reflecties. Dat is geluid dat uit de speaker komt, op een iets botst (bijvoorbeeld muur, plafond of vloer) en dan meteen naar je oren gereflecteerd wordt. Het neemt een langere pad dan de muziek die rechtstreeks bij je arriveert.

Daarna volgen er nog de indirecte reflecties: reflecties die nogmaals reflecteren van andere oppervlaktes (en misschien wel meerdere keren), vooraleer jij ze hoort. Deze indirecte reflecties komen het laatste bij je aan.

Hoe meer reflecties - en dan vooral van deze indirecte soort - hoe holler en groter een ruimte klinkt. Ons brein is bijzonder goed in het interpreteren van deze soort informatie. Daarom dat je met de ogen dicht een ruimte kunt betreden en meteen zal aanvoelen of het gaat om een kathedraal, betegelde keuken of kleine woonkamer. 

Muziek is natuurlijk niet één toon, maar een opeenvolging van complexe klanken. Zijn er veel reflecties in de kamer, dan krijg je direct al een volgende toon aangeleverd terwijl er ook nog reflecties van de eerste klank bij je aankomen. Dat is natuurlijk niet wenselijk, want zo verliest een muziekstuk zijn coherentie en strakheid. Zoveel mogelijk indirecte reflecties elimineren is daarom de boodschap. En de eerste reflectie? Als je die helemaal wegwerkt (bijvoorbeeld door op het reflectiepunt iets enorm absorberend te plaatsen), dan bestaat het gevaar dat je met een heel doodse kamer eindigt. 

De kamer speelt mee

Een term die vaak valt als het gaat om muziek en akoestiek zijn room modes. Een room mode is bijna altijd een probleem van lage frequenties (20 tot 200 Hz) en is vaak zonder meetapparatuur al te merken. Als je luistert naar een liedje met veel basinformatie en je telkens een bepaalde toon luider en wolliger hoort, dan is de kans groot dat die toon net een room mode activeert. Die toon heeft namelijk een frequentie (bijvoorbeeld 50 Hz) met een golfvorm die perfect tussen twee oppervlaktes past en daardoor resoneert. Het kan ook om een meervoud gaat - bijvoorbeeld een 25-Hz golf die perfect twee keer tussen de muren past.  (De theoretische verklaring hiervoor zit in het omslagpunt van de drukverschillen die ontstaan door de luchtbeweging die geluid is en de drukopbouw die ontstaat.)

De resonantie uit zich als een versterking van de golf. Dat heeft niet elke gevolgen voor die ene frequentie, maar kan ook harmonische tonen (meervouden van de grondtoon) veroorzaken. Zo heb je niet enkel een resonantie op 50 Hz, maar misschien ook op 100, 200, enzovoort Hz.

Typisch gaat het bij room modes om twee muren die tegenover elkaar staan, maar je kunt ook roommodes krijgen tussen plafond en muur, of zelfs andere oppervlaktes in de kamer. Een snelle oplossing voor room modes is werken met software, maar de resultaten zullen nooit zo goed zijn als effectief op akoestisch vlak ingrijpen.

Wie even stilstaat bij room modes zal realiseren dat ze direct gekoppeld zijn aan de grootte van de kamer. Hoe groter de ruimte, hoe lager de grondtoon die een room mode activeert. Want: hoe lager een frequentie, hoe groter de golfvorm. Een enorme concertzaal zal er (in theorie) minder last van hebben dan een huiskamer.

Een akoestische expert kan je zo meteen vertellen wat de room modes van een bepaalde kamer zijn. Het valt immers te berekenen. Met de tool op deze pagina is deze berekening in een wip gebeurt. Gewoon de kamerdimensies ingeven (niet vergeten cm te selecteren) en je krijgt een visueel overzicht van potentieel lastige frequenties.

Omdat het gaat om lage tonen zijn room modes vaak merkbaar in heel de ruimte. Dat is bijvoorbeeld niet het geval met reflecties. Die kunnen in één punt meer problemen veroorzaken dan ergens anders. 

Andere typische problemen vallen onder de noemen boundary effecten. Het zijn problemen die ontstaan door een reflectie die een invloed heeft op de volgende golfvorm. Een mooi voorbeeld is wat je kunt ervaren als de sofa te dicht bij een muur is geplaatst. Tijdens het kijken naar een film zal een deel van de geluidsinformatie voorbij je hoofd bewegen en op de muur achter je terugkaatsen. Het terugkerende geluid (=luchtbeweging) 'duwt' dan net tegen de luchtbeweging die op je af komt, waardoor ze elkaar tegenwerken.

Dit tegenwerken gebeurt op een bepaalde frequentie, waardoor je een dip (of een minder luide weergave) van die frequentie krijgt op je luisterpositie. (De theoretische basis hiervoor is dat de terugkerende golfvorm net op jouw zitplaats 180° uit fase is met de golfvorm die op je afkomt. Het is dus als het ware anti-geluid.). Het is echter mogelijk dat je op een andere frequentie (=andere golfvorm) net een verhoging of volumetoename van een frequentie ervaart.

Boundary-effecten kunnen ook ontstaan door de plaatsing van speakers, meer bepaald door geluid dat langs de achterkant van de luidspreker op de muur botst en weerkaatst richting de luisterpositie. Daarom is demping achter een losstaande luidspreker aanbrengen vaak een goed idee, in het bijzonder op de hoogte van de basreflexuitgang. Dit is trouwens ook een sterk argument voor speakers die op of in een muur zijn ingebouwd, want die hebben nooit last van deze boundary-problemen. 

Met die praktische bedenking zijn we klaar voor het laatste deel van onze reeks akoestiek: hoe los je akoestische problemen op? 

 

EDITORS' CHOICE