De meesten van u hebben wel eens gemerkt dat de weergave van bastonen in de ene kamer veel beter klinkt dan in de andere. In de meeste kamers worden bepaalde toonhoogten enorm versterkt en andere juist weer verzwakt. Dit is ook afhankelijk van de luisterpositie in de kamer. In dit artikel ga ik meer in op lage tonen resonanties en hoe je ze kunt beheersen, voor een meer gebalanceerde laag-weergave bij HiFi audio.
Uw kamer als klankkast en spiegelzaal
Voor audioweergave zijn resonanties in vooral het lage-tonen gebied van belang, ongeveer tot 250 Hz. Rond deze frequentie, genaamd transitiefrequentie, gaan de meeste kamers over van effecten van resonanties, die geluid plaatselijk versterken en verzwakken, naar effecten van korte reflecties. Van klankkast naar spiegelzaal, zeg maar. In dit artikel gaan we nader in op de resonanties, dus het geluid onder 250 Hz. Op de meting van de geluidsdruk op de luisterpositie zijn deze twee gebieden duidelijk te onderscheiden. Onder de 250 Hz grote uitslagen in de geluidsdruk; daarboven veel minder sterk en meer geleidelijk.
Resonanties
Geluid bestaat uit luchtbewegingen, meestal in een golfvorm. Bij de golfvorm hoort ook de golflengte; hoe hoger de toon, hoe korter de golflengte, hoe lager de toon, hoe langer de golflengte. Een hoge toon, bijvoorbeeld 10000 Hz, heeft een golflengte van 3,4 cm. Bij een frequentie van 1000 Hz is dat 34 cm en bij 100 Hz inmiddels 3,4 meter.
Bij geluid in afgesloten ruimtes treedt een bijzonder effect op: geluid waarbij de helft van de lengte van de golf gelijk is aan de afstand tussen de uiteinden, zoals de tegenoverliggende wanden, zal daardoor enorm worden versterkt. In de akoestiek wordt dit de resonantiefrequentie genoemd. Bijvoorbeeld een kamer met een lengte van 6 meter heeft een resonantiefrequentie van ca. 29 Hz.
Als we in deze kamer geluid laten horen met deze frequentie zal dit op bepaalde plekken in de kamer zeer sterk worden waargenomen, terwijl geluid met een frequentie van bijv. 20 of 35 Hz niet specifiek harder te horen is.
Patroon van pieken en dalen van de geluidssterkte in de kamer
De verdeling volgt altijd dit patroon. Dit sterk resoneren is een natuurverschijnsel en komt overal voor; als je het water in bad op een bepaalde snelheid heen en weer beweegt, klotst het over de rand. Muziekinstrumenten ontlenen vaak hun eigen, herkenbaar, geluid aan de eigenresonantie van de snaar en/of kast. Het kan ook ernstiger vormen aannemen, zoals in de jaren 40 in America, waarbij een brug instortte nadat deze door de wind in eigenresonantie was gekomen. Gelukkig zal dit in de huiskamer of luisterruimte niet zo dramatisch eindigen, maar er is een aantal zaken om rekening mee te houden.
Harmonischen
Behalve de hierboven beschreven resonantiefrequentie zal het versterkend effect ook optreden bij 2x, 3x, 4x en 5x de resonantiefrequentie. Dit zijn de harmonischen van de resonantiefrequentie. Dus in het voorbeeld van hierboven: resonantiefrequentie is 29 Hz, harmonischen op 58, 87, 116 en 145 Hz. Op zich zijn er veel meer harmonischen dan deze, maar naarmate ze van hogere orde zijn, zijn ze in de praktijk voor ons niet meer van belang.
Hiervoor hebben we gezien dat de resonantiefrequentie de toonhoogte is waarbij de halve golflengte precies “past” tussen de 2 wanden van een kamer. Nu heeft een normale kamer niet alleen een voor- en achterwand, maar ook 2 zijwanden en een plafond en vloer. Er zijn dus 3 resonantiefrequenties: tussen de voor- en achterwand, de zijwanden en het plafond en vloer.
Naast deze 3 resonantiefrequenties komen ook de daarbij optredende harmonischen van 2x, 3x, 4x en 5x de resonantiefrequentie voor. In een normale kamer met 3 dimensies hebben we hierbij dus in de praktijk te maken met 3 x 5 = 15 frequenties die in de gaten gehouden moeten worden, alle onder 250 Hz.
Samenvallende resonanties en harmonischen
Vervelend wordt het als de resonantiefrequentie of de frequentie van de harmonischen dicht bij elkaar liggen. Geluid waarvan deze frequenties minder dan 5 Hz uit elkaar liggen zal op bepaalde plaatsen in de kamer erg sterk en op andere plaatsen erg verzwakt hoorbaar zijn.
Omdat deze frequenties in relatie staan met de maten van de kamer, zal ook de mate waarin de resonantiefrequentie en de harmonischen al dan niet samenvallen afhankelijk zijn van de verhouding tussen lengte, breedte en hoogte van de kamer.
Het meest ongunstig hierbij is een kamer met gelijke dimensies of waarbij de breedte bijvoorbeeld de helft is van de lengte. In deze situaties zullen er enorme uitslagen zijn in sterkte van het waargenomen geluid.
Wat horen we dan?
De pieken en dalen in sterkte in de weergave van lage tonen bevinden zich in de praktijk het bereik tussen 20 en 250 Hz. De nadelige effecten van resonanties kunnen bijvoorbeeld een sterke weergave bij 30 Hz en een dip in de sterkte bij 60 Hz zijn. Effect is dat er voor je gevoel geen echt laag uit de speakers komt, behalve bij de allerlaagste tonen in de muziek rond 30Hz.
Minstens zo storend is een effect dat de weergave in het bereik 100-200 Hz te sterk is. Het gehoor is gevoelig voor deze frequenties en deze toonhoogten komen relatief vaak in de muziek voor (veel vaker dan de allerlaagste tonen). Als muziek in dit gebied te sterk wordt weergegeven, dan wordt vaak het afspeelvolume hierop afgestemd en worden muziekdetails die rondom dit bereik liggen gemaskeerd en te zwak weergegeven en zijn daardoor niet goed hoorbaar. Ze zitten wel in de CD, plaat of stream, maar zijn niet goed hoorbaar.
Als je het slecht treft dan is er zowel een “te dikke” weergave in het bereik tussen 100 en 200 Hz en tegelijk een dip rond 50-60 Hz, waarbij voor je gevoel het ene effect het andere nog sterker hoorbaar maakt. Een dik hoger-laag en geen echt diep en rustig laag.
Deze effecten treden op, ook en juist bij grote speakers en bij topkwaliteit audiocomponenten, omdat hiermee de kamer-resonanties goed worden aangestuurd en opgewekt.
Wat zijn de oplossingen
De luisterpositie is van grote invloed. Iedereen zal wel eens gemerkt hebben dat de lage tonen in de muziek op de ene plek in de kamer sterker klinken dan op de andere plek. In het lage-tonen bereik zijn de pieken en dalen in de sterkte van het geluid, veroorzaakt door resonanties, sterk plaats-afhankelijk.
De verdeling met zones waarbij het geluid erg sterk of erg zwak klinkt, volgen een van te voren vaststaand patroon. Omdat we meestal op gelijke afstand van de linker en rechter speakers luisteren en vaak in een huiskamer, luisterruimte of thuisbioscoop in het midden van de breedte van de kamer, kunnen we daar niet zoveel aan veranderen. Dat geldt ook voor de hoogte.
De enige richting waarin we kunnen variëren is in de lengte van de kamer. Het naar voren of naar achteren schuiven van de luisterpositie heeft veel invloed op de pieken en dalen in de sterkte van de resonantiefrequenties.
Oplossing 1: 38%
Een goede methode om te beginnen is om zoveel mogelijk op 38% van lengte van de kamer te luisteren. Dus als de totale lengte van de kamer bijvoorbeeld 6 meter is, dan is de positie 2,28 meter. Het beste is 2,28 meter vanaf de voorwand (daar waar de speakers staan). Vaak levert dit een luisterpositie op waarbij je relatief ver vooraan in de kamer zit.
Een goed alternatief is 38% vanaf de achterwand; in het voorbeeld bij 6 meter lengte, 2,28 meter vanaf de achterwand. Op deze 38% zijn de pieken en dalen bij de lage tonen, veroorzaakt door de resonanties, zo gelijkmatig mogelijk verdeeld. Dt is een vuistregel die geen rekening houdt met de werkelijke kamer en kamerinrichting, maar wel een bruikbaar startpunt biedt.
Vanaf deze luisterpositie van 38% van de lengte, kan daarna nog een halve meter naar voren of naar achteren geschoven worden, hierbij letten op een zo gelijkmatige weergave van lage tonen. Als daarna de beste luisterpositie gevonden is, dan (in de ideale situatie) de luidsprekers zo opstellen dat er een driehoek ontstaat met gelijke afstanden tussen de linker- en rechter luidspreker en tussen elke luidspreker en de luisterpositie.
Het kan zijn dat er daarna een opstelling ontstaat waarbij men relatief ver in de kamer zit en op een op het eerste gezicht ongewenst grote afstand van de achterwand. Dit is echter behalve voor de meest gelijkmatige laag-weergave ook erg gunstig voor het waarnemen van de reflecties van de achterwand, zowel wat betreft de sterkte als het tijdsverschil tussen het directe en gereflecteerde geluid (hierover later meer).
Oplossing 2: Demping met bass tubes
We hebben het hier over lage tonen. Deze hebben een lange golflengte en om deze met enig effect te kunnen dempen is er materiaal met voldoende dikte en met een hoge dempingsfactor nodig. Een vloerkleed of gordijnen helpt niet en kan een en ander juist slechter maken, omdat hiermee de hoge tonen wel- en de lage tonen niet gedempt worden.
Als we het niet over de allerlaagste frequenties hebben, maar vanaf 50-60 Hz, dan kan een basstube helpen. Het moet dan wel een echt werkende zijn, gevuld met dempingsmateriaal met verschillende dichtheid.
Voor Rivasono heb ik de CleanBassTube ontwikkeld die vooral de laagste tonen absorbeert en hiervoor voorzien is van een buitenkant die de hoge tonen niet dempt, maar verstrooit in de kamer. Omdat lage tonen, zoals eerder beschreven, lange golflengtes hebben dient de bass tube ook voldoende dikte te hebben, wil het effectief zijn. In de praktijk minimaal 40 cm diameter. Een veelvoorkomend misverstand is om schuimblokken of diehoekige bass-traps in de hoeken van de kamer te plaatsten. Nu is het zo dat geluidsabsorptie vrijwel altijd berust op het afremmen van luchtbewegingen. En waar is de luchtbeweging het laagst, in de hoeken van de kamer! Op deze plek is dus weinig luchtbeweging om af te remmen. Ondanks alle beloften werken bass-traps geplaatst in de hoeken, dus vrijwel niet. Er is een verschil tussen deze luchtbeweging en geluidsdruk (hoe hard het klinkt). Ondanks dat lage tonen vaak in de hoeken van de kamer het hardst klinken, hebben ze daar wel veel druk maar weinig beweging en zijn absorbers daar erg weinig effectief voor de laagste frequenties. De best mogelijke oplossing om voor frequenties tussen ongeveer 60 en 250 Hz iets te doen is een bass-tube geplaatst op een positie met een zekere afstand van de hoek en zijwand. Een absorber is in dit verband het meest effectief op een afstand van de hoek/wand van ¼ van de golflengte van de te dempen frequentie. Bij 250 Hz is dat 34 cm uit de hoek, bij 100 Hz is dat al 85 cm uit de hoek. Gelukkig is het niet zwart/wit, dus een goede, echt werkende bass tube van voldoende diameter op 40 cm uit de hoek, een goede oplossing.
Oplossing 3: Voorwand
Als er een thuisbioscoop of luisterruimte ingericht gaat worden, dan is een goede maatregel om een extra voorwand te plaatsen, bijvoorbeeld op 40 of 60 cm afstand van de bestaande wand. De ruimte achter de nieuwe wand kan dan voorzien worden van absorberend materiaal (wel het juiste type nemen; niet gewoon spouwisolatie).
Door het grote oppervlak en de goede diepte worden lage tonen effectief gedempt. Pieken worden lager en dalen in de hoogte sterker; resultaat is een slankere laagweergave met meer details.
Samen met een meubelmaker heb ik een houten HiFi meubel en een thuisbioscoop-meubel ontwikkeld die optisch dicht zijn maar akoestisch open voor het dempen van lage tonen. Apparatuur en kabels kunnen hiermee ook onzichtbaar worden weggewerkt.
Oplossing 4: Voorzetwand rondom
Behalve een extra diepe voorwand kan ook voor een voorzetwand gekozen worden, die rondom loopt en bijvoorbeeld 10 cm diep is. Door deze wand ook te combineren met afwisselend een absorberend vlak en daarnaast een vlakke wand, onstaat een wand die ook de korte reflecties goed kan beheersen (over korte reflecties in een ander artikel in deze reeks meer).
Oplossing 5: Bij verbouw of nieuwbouw op verhouding van afmetingen letten
Bij het plannen van een luisterruimte, thuisbioscoop of studio is het zeer verstandig hiermee rekening te houden. Er is een aantal ideale verhoudingen tussen lengte, breedte en hoogte waarbij samenvallende resonanties/harmonischen worden voorkomen. Hierdoor hoeven er later geen akoestische aanpassingen voor dit probleem worden toegepast en is er in de kamer op alle plekken een meer gelijkmatige waarneming van de sterkte van lage tonen.
Het gaat hier te ver om deze bouwkundige zaken te behandelen. Indien u nieuwbouw of verbouw overweegt, is het zeer raadzaam om vooraf even met ons contact op te nemen. Soms voorkomt enkele centimers grotere of kleinere wandafstand later veel problemen!
