어쿠스틱 사운드 분석과 측정 장비를 통한 홈씨어터 시스템 디자인
A Home Theater System Design Using Current Prediction and Measurement Techniques -- By Pat Brown
건축 전에, 3D 건축 모델링 프로그램은 가정용 홈 디어터의 조화로운 위치와 일반적인 사이즈를 결정하는데 사용되게된다. 먼저 룸의 사이즈와 형태가 설정되어 있고, 개인용 컴퓨터는 중요한 좌석위치에서 예측되는 초기 반사 음장의 기대치에서 룸의 기하학을 평가하는데 사용된다. 바라는 바는 그들을 다루기 위한 다양한 옵션을 평가하고 문제되는 반사를 정의하는 것이다. 소프트웨어는 EASE를 사용하였다.
기초 모델은 직접음의 응답의 이미지 편이와 가청의 음질의 특정 색채를 유발하기에 충분한 시간차를 가지는 강력한 반사를 제거하기 위해서 다루어져야 할 필요가 있는 하드한 표면을 정의하기 위해서 EASE에서 생성되었다. 프로젝트의 건축단계 동안에, 수동의 레이 트레이싱과 정확한 측정은 EASE 모델의 타당성을 평가하는 것을 수행하게 된다.
이것은 룸 모델이 유용하리라는 나의 바람이다:
1. 큰 최적화된 리스닝 영역을 제공하게 되는 이해할 만한 룸의 모델을 결정하라.
2. 음향학적인 처리가 요구되는 룸의 표면을 정의하라.
3. 요구되는 처리의 타입을 평가하라
4. 처리가 가능하지 않은(큰 유리 도어나 창) 현저한 영역의 에네지 레벨을 평가하라.
측정된 데이터는 다음에 사용된다.
1. 문제 반사 도착시간을 증명해라.
2. 문제 반사의 레벨을 증명해라.
3. 컴퓨터 모델의 정확성을 정량하고, 이런 타입의 프로젝트을 위한 그것의 전체적인 유용성을 평가해라.
이 룸은 그것의 불규칙한 구조와 큰 평평한 표면 영역으로 인해서, 컴퓨터 모델을 위한 좋은 테스트와 흥미 있는 연구의 대상이 될 것이다. 그 음향학적 연구는 두 개의 부분으로 나뉘어질 필요가 있는데, 반사 연구는 공간의 하이와 미드 주파수의 성능을 나타내고, 모달 해석은 최적의 서브우퍼 위치와 룸의 저주파성능을 예측하는 것이다. 이와 같은 대부분의 공간처럼, 이것은 이 두 개의 음향 영역 사이의 주파수 분리기가 200-300Hz 영역에서 다소 있다고 추정된다. 레이 트레이싱 연구는 룸의 임계주파수 이하에 상응하지 않음으로, 모달 해석은 Syn-Aud-Con spread sheet과 FEM(Finite element method)을 사용하여 수행하라.
컴퓨터 모델을 입증하기 위해서, 나는 "Pogo"(point-of-geometric origin) 레이저와 어떤 유리를 포함하는 "manual" 레이 트레이싱 프로세스를 사용하였다. 레이져는 제안된 라우드스피커 위치에 위치되고, "Target baloon"은 리스닝 위치에 배치된다. 레이저는 그때 룸에서 반사되는 면을 가르는데 그것은 표시된 컴퓨터 모델 타겟에 앞선 표면이 두드러지게 반사되거나 문제시 되는 곳이다. 이 발롱은 앉은 리스너을 위한 정확한 높이에 트라이포드상에 농구공을 위치시켰다. 사람들이 기대했던 것처럼, 대부분의 좌석 위치를 위한 기초 첫번재 반사면은 리스너 뒤에 일직선으로 뒷벽, 플로어, 천정이다. 첫번째 순차 반사가 간주되어지는 천정부분이나 전체 천정에 음향적 처리를 적용하는 것은 비현실적이다. 그래서 문제시 되는 것을 정확하게 올바르게 처리할 수 있는 천정의 부분을 결정해야 한다. "manual" 레이 트레이싱의 결과는 컴퓨터 모델과 비교되어졌다. 이것은 간단하고, 첫 번째 순차 반사에 대한 연구에서, 룸 모델과의 상관관계가 아주 좋게 나왔다. 6 feet에서 19feet에 달하는 천정영역에 대해서는 흡음이나 확산의 형태 안에서 어떤 반사제어를 할 필요성이 있다. 사용되는 실제의 재질은 이용할 수 있는 예산이나 미적인 품질에 의해서 결정되어질게 될 것이다. (직관적으로도) 양쪽의 연구에서도 또한 후벽은 문제시 되어 보인다. 라우드스피커가 하향각 없이 TV 스크린 위에 위치되어 있기 때문에, 후벽에 방사되는 에너지가 중요하게 된다. 평평한 후벽은 후벽에 반사된 사운드가 TV 스크린으로 다시 돌아오게 된다.
이 "flutter"(자료 4)는 직접적으로 TV 앞의 좌석 위치에서의 리스닝 퀄리티를 감소시키게 된다. 많은 심사숙고 끝에, 전체 후벽에 확산 패널로 처리하기로 결정하였다. 유닛은 8"wells을 선택하고, 이것은 룸의 모달 존에서 그들의 효과를 떨어뜨린다(대략 300Hz이하). 확산은 룸에서 에너지가 남는 것을 허용한다. 그러나 레벨이나 밀도에서 사운드의 재생을 강화한다. 고주파 확산의 효과를 극대화하기 위해서, 유닛은 확산체 골들의 밑에 고주파 확산을 이용할 수 있는 것을 선택하였다. 효과적인 면에서, 이것은 확산체 안에 확산체이다. 그런 디바이스는 R.P.G Diffusors Inc에 의해서 "Diffractal"이라는 이름으로 시장에 나와있다. 벽에 큰 유리창은 또한 문제를 안고 있고, 임계적인 리스닝 세션 동안 유리창을 커버하기 위해 배치된 제거할 수 있는 확산패널을 활용하면 오른 방법이 될 것이다. 후벽의 확산의 확장을 위해서, 천정 영역에 흡음처리를 결정해야 한다. 요구되는 처리가 필요한 영역은 그릴로 커버되고, 남아있는 천정 표면과 동일한 평면을 유지하고, 흡음재가 배치되기 위한 위치를 허락하기 위해 4"인치 우묵한 곳이 만들어졌다. 이 시간차의 반사는 사운드의 음질의 퀄리티를 매우 좋지 않게 만들 수 있기 때문에, 소넥스는 표면 영역과 합성 흡음력을 증가시키기 위해서 사용되었다.
어쿠스틱 테스트(Acoustic Tests)
이 프로젝트는 실제의 측정에 대비해서 컴퓨터 모델을 테스트하기 위한 일정한 기회를 제공한다. 저자는 가상으로 어떤 시간에 룸에서 작업 하기 위한 자유를 가지고, 폭넓은 테스팅은 수행될 수 있는데 이것은 다른 프로젝트와 함께 실질적이지 않다. 일단 룸의 "Shell"은 완벽하고 드라이월로 했고, 초기 음향학적 테스트가 수행되었다. 룸은 분해로 명확해지고 센터와 오른쪽 라우드스피커는 위치에 배치되었다. 라우드스피커는 Frazier CAT40's, 그것의 동축의 디자인으로부터의 그들의 뛰어난 폴라 패턴 때문에 선택되었다. 나는 룸의 정확성을 평가하기 위해서 세 개의 다른 것과 거기에 듣는 사람이 확실하게 앉아 있는 다섯개의 테스트 포지션을 평가하기 원한다. 반사분포곡선은 모든 포지션에서 측정되어 컴퓨터 모델과 함께 비교되었다. 룸 처리가 장소에 적용됨으로, 모델은 변화와 함께 업데이트 될 것이고, 반사분포곡선에 대한 연구는 상관관계를 평가하기 위해 다시 수행되었다. 레이 트레이싱 연구는 확산의 모델링에 아직 허용되지 않았다. 우리는 단순히 올바른 반사가 확산인지를 알수 있을 것이다.
모든 음향 테스트는 펜티엄 기반의 개인용 컴퓨터상에 듀얼 채널 FFT로 구동되는 기반의 JBL-Smarrt Pro 소프트웨어와 함께 수행되었다.
측정 모델과 측정된 데이타 간의 상관관계 (Correlation between modeled and measured data)
앞에서 드러난 데이터의 실험은 룸 모델이 관심 있는 예측하는 주 반사나, 각각의 테스트 포지션을 위한 (자료 6, 7) 공간의 전체 감쇠시간을 위한 좋은 일이 된다. 레이 트레이싱에 연구에 의해서 예측될 수 있는 후벽, 플로어와 천정의 효과는 레이져 이미지 연구와 측정 데이터를 이용하여 쉽게 증명되고 명확하게 볼 수 있다. 다시 말해서, 평가하고자 하는 실제의 룸이 없이 프로젝트에 들어가고, 처리를 위한 같은 위치와 같은 표면을 선택할 수 있다. 이것은 시스템 디자인이나 룸의 드로윙 보드 스테이지에 컴퓨터 모델의 사용에서 좋은 증명이 된다.
EASE는 좌석의 위치에서 기초 초기 반사로 천정과 플로어가 정확하게 정의하는 반사분포곡선을 제공한다. 도착시간이 직접음 음장의 2-3ms 이내이면, 음향처리가 되어졌음을 알수 있다. 천정 바운스는 공동의 흡음 패널로 올바르게 할 수 있다. 플로어는 카펫이나 패드가 설치될 때 재 평가될 것이다. 다음의 두개의 반사는 글라스 도어나 창문으로 부터 이기 때문에 발생하는 문제를 나타내고, 각각 처리될 수 없는 영역이다. 다음의 클러스터된 약간의 반사는 후벽의 처리로 확산된 에너지가 도착한 것이다. 모든 남아 있는 반사는 리스팅 위치에서 문제가 되지 않을 정도로 아주 충분히 작은 레벨이다.
앞서의 좌석의 위치에서처럼, EASE는 올바르게 정의될 수 있는 기초 초기 반사로서 천정과 플로어의 반사분포곡선을 제공한다. 천정의 처리는 이런 이유 때문에 룸의 폭을 확장하여야 할 것이다. 플로어 바운스는 계획된 커피 테이블의 추가로 변하게 되었고, 동시에 재평가될 것이다. 후벽은 이 좌석을 위해 강한 반사를 나타내는데 이것은 확산으로 바로 잡을 수 있을 것이다. 또한, 후벽/플로어 그리고 후벽/천정으로부터 강한 2차 반사가 정확하게 예측되었고 측정 데이터와 함께 증명되었다. 전자는 후벽에 의해서 확산되어질 것이고 후자는 소파의 추가에 의해서 차단될 것이다. 모든 남아 있는 반사는 리스팅 위치에서 문제가 되지 않을 정도로 아주 충분히 작은 레벨이다.
이 좌석은 기초 리스닝 위치가 아닐 것이다. 그러나 룸 모델과 측정 데이터 사이의 상관관계를 평가하는 것을 포함하고 있다. 플로어와 천정 반사는 레벨에 있어 좀더 낮게 나타나고 그 이상에서도 마찬가지로 정확하게 예측될 수 있다. 또한, 후면 창의 반사는 양쪽 데이터 셋에서 분명하다. 후면 창문 반사 후에 반사의 조그만 클러스터는 글라스 도어/후벽으로부터 2차 반사이다. EASE는 이것을 정확히 정의하고, 비록 실제로 측정한 것보다 높은 레벨이더라도. 이것은 아마 실제 흡음율과 1/2 석고보드를 위한 프로그램의 흡음률에서의 차이 때문일 것이다. 프로그램이 그것을 과소평가 하기보다 오히려 그들의 레벨을 과대평가하는 것이 훨씬 났다.
L3 리스닝 위치에서 오른쪽 스피커의 평가는 L3에 대한 센터 스피커에 대한 평가처럼 비슷한 반사를 나타냈다. 기대했던 것처럼, 도착들은 두 개의 포지션 사이에 거리 오프셋에 따라서 시간-치환이 있다. 또한 사이드 벽면의 반사, L1에서는 중요하지만, L3에서는 문제가 되지 않는다. 직접음장은 스피커의 약간의 재 에이밍으로도 위치에서 증가될 수 있고, 이것은 근처의 감추어진 라우드 스피커에서 부터 초기반사음의 유발 없이도 제공할 수 있다. 앞으로의 테스트는 스피커의 재-에이밍의 장단점을 검토하기 위하여 후에 수행하여야 할 것이다.
다음의 비교는 반사분포그래프 연구와 실제의 측정 데이터 사이의 상관관계를 증명하기 위하여 만들어졌다. 나는 의미있는 비교를 만들기 위해 (비슷한 다이나믹 레인지, 시간 스판, 기타) 그래프를 일발화하기 위해 노력하였다. EASE 디폴트가 이런 타입의 측정과 함께 얻어지는 것보다 높은 다이나믹 레인지를 갖는 사실, 결과로서의 수직 스케일이 적절히 않다는 몇가지 문제를 가지고 있다. 이런 이유에서 EASE 데이터의 다이나믹 레인지 측정 데이터에서 처럼 같게 감소시켰다. 또한 가장 높은 레벨의 반사( 직접음의 20dB 이내)는 중요한 부분이고(처리가 요구되고) 저음 레벨의 반사는 그리 중요하지 않게 증가했다. 데이터 셋 사이의 비교는 이런 바이어스 사이에서 고려되어야만 한다.