Een "monopool" is een geluidsbron die geluidsgolven gelijkmatig uitstraalt naar alle richtingen. Het eenvoudigste voorbeeld van een monopolaire bron is een bol, waarvan de omtrek beurtelings uitzet en inkrimpt.
Zo'n bron creëert een geluidsgolf door afwisselend lucht in te brengen en te verwijderen in het onmiddellijke omliggende gebied rond de bolvorm.
Een luidspreker, geplaatst in een klankkast, gedraagt zich bij lage frequenties als een puntbron.

de animatie hieronder laat zien dat het afstraalgedrag
van een dynamische luidspreker frequentie-afhankelijk is



de animaties op deze pagina werden geplaatst
met toestemming van Dr. Dan Russell, Kettering University

Puntbronnen

Een dynamische luidspreker is een conusluidspreker in een behuizing,
ongeacht het werkingsprincipe van die behuizing.
Zo'n luidspreker gedraagt zich bij lage frequenties als een puntbron,
van waaruit het geluid gelijkmatig in alle richtingen uitstraalt.

Deze omnidirectionele afstraling is statisch zichtbaar gemaakt in de afbeelding onmiddellijk links.
Omnidirectionele afstraling is dynamisch zichtbaar gemaakt in de animatie uiterst links.



Bij toenemende frequentie verandert het omnidirectionele afstraalgedrag geleidelijk
in een steeds meer richtinggevoelige afstraling van geluidsgolven.
Rechtsboven is die richtinggevoeligheid statisch zichtbaar voor middenfrequenties.
Daaronder zie je het richtinggevoelige afstraalgedrag van hogere middentonen.

Het frequentie-afhankelijke afstraalgedrag is dynamisch zichtbaar gemaakt in de animatie linksonder.



Een luidspreker die van het laagste laag tot het hoogste hoog als een puntbron uitstraalt bestaat helaas (nog) niet.
Dit is nog altijd een theoretisch ideaal, dat luidsprekerontwerpers op allerlei manieren trachten te benaderen.


De animatie linksboven laat goed zien hoe drukmaxima en drukminima elkaar afwisselen.
Zo zou de akoestische pompwerking van een conusluidspreker er uitzien, als die met het oog zichtbaar zou zijn.





Wat is nu een goede luisterruimte?

• Een goede luisterruimte is, in de eerste plaats, elke ruimte die in staat is om de daarin opgewekte akoestische energie
  in voldoende mate te 'neutraliseren' (laten uitsterven) binnen een zeker tijdsvenster.

Dit betreft één kant van de akoestische medaille, namelijk de beheersing van het nagalmkarakter.
Nagalmbeheersing richt zich op het tijdig omzetten van akoestische energie, die anders te lang manifest zou blijven in de ruimte.
Simpel gesteld is het namelijk niet de bedoeling dat teveel akoestische energie van vorige muziekmaten doorklinkt in de huidige maten...
De praktijk van nagalmbeheersing wordt in een uitgebreid artikel op deze site uiteengezet. Klik HIER voor dit artikel.

• Een goede luisterruimte is, in de tweede plaats, elke ruimte die in staat is om de akoestische energie die niet wordt geneutraliseerd,
  voldoende diffuus te maken, opdat de fysieke begrenzingen van die ruimte zo min mogelijk kleuring en versmering introduceren.

Dit betreft de andere kant van dezelfde akoestische medaille, namelijk die welke zich richt op dat wat gedaan moet worden
met akoestische energie die mag blijven. Die niet hoeft te worden omgezet en geabsorbeerd.
De praktijk van reflectiebeheersing of diffusie komt eveneens elders uitgebreid aan de orde. Klik HIER.

De hoeveelheid akoestische energie die door een dynamisch luidsprekersysteem (letterlijk) de ruimte in wordt gepompt is aanzienlijk.
Geluidsgolven planten zich voort door naastgelegen luchtmoleculen aan te stoten.
Wanneer ze op begrenzingen (wanden) stoten, keren ze simpelweg om en mengen zich met de 'tegenliggers'.
De animatie linksboven laat dit ook mooi zien.
Op een gegeven moment is dan "de fut eruit". Het geluid is uitgestorven.
Maar als dat uitsterven al te lang duurt, is er sprake van een rommelige weergave.
Geluid dat dan feitelijk niet meer relevant is voor de muziek speelt dan nog steeds een hoorbare rol. Dit fenomeen heet "een te lange nagalmtijd".

Akoestische Energie in Beeld

Aan de hand van een aantal animaties kan snel duidelijk worden hoe akoestische energie zich in een besloten ruimte gedraagt.
Onder een besloten ruimte verstaan we een ruimte die door harde, reflecterende wanden wordt begrensd.

Een algemene definitie:

Een geluidsgolf is beroering of variatie, die van het ene punt naar het andere punt energie doorgeeft in een medium.
Dit kan de vorm aannemen van elastische deformatie, drukvariatie, electrische of magnetische intensiteit, electrisch potentieel of temperatuur.

Voor akoestiek is het belang van de definitie vooral gelegen in het gegeven dat een golf een beroering of variatie is, die door een medium reist.
Het medium waar doorheen de golf zich verplaatst zal enige "lokale oscillatie" ondervinden terwijl de golf passeert,
maar de deeltjes in het medium reizen zelf niet mee met de golf!

Heb je ooit weleens "de wave" gedaan, als onderdeel van een grote menigte in een stadion of zaal, zoals hierboven?
Een groep mensen springt op en gaat weer zitten. Andere mensen in de buurt zien dit en springen ook op.
Mensen die nog weer verder weg zitten zullen ook volgen, en al snel is er sprake van een golf die door een medium (het stadion) reist.

De wave is de beroering of variatie uit de definitie (de mensen die opspringen en weer gaan, zitten). Deze reist heel het stadion door.
Echter, geen van de mensen wordt zelf door de golf rondgedragen door het stadion.
Ze blijven allemaal uiteindelijk bij hun eigen stoeltjes staan of zitten.

Geluidsgolven in het medium lucht gedragen zich grotendeels op dezelfde wijze als "de wave".
Terwijl de geluidsgolf passeert trillen de luchtdeeltjes lokaal heen en weer, rond hun rustpunt, maar het is de beroering zelf die reist.
De afzonderlijke luchtdeeltjes reizen niet. De animatie hierboven geeft dit weer.

Transversale golven op een een snaar (hierboven) zijn een ander voorbeeld uit de definitie.
De snaar wordt naar boven en naar beneden verplaatst, terwijl de golf zich van links naar rechts verplaatst.
De snaar zelf ondergaat netto geen beweging.



De twee animaties rechts borduren voort op het gedrag van individuele golven in een begrensde ruimte.
Het fenomeen van de staande golf gooit in menige luisteromgeving roet in het eten. De hoorbare gevolgen van een staande golf
verstoren daadwerkelijk een correcte, doortekende en goed volgbare basweergave, of maken deze zelfs onmogelijk.

Tegen staande golven is op zichzelf weinig te doen, omdat ze hun bestaan danken aan de specifieke afmetingen van de ruimte.
Wel is het mogelijk om, door een andere opstelling en/of luisterplaats te kiezen, een fysieke locatie in de ruimte te vinden
van waaruit zo min mogelijk staande golven storend hoorbaar worden op die locatie. Dat is ook duidelijk te zien in de animatie.

Wanneer één enkele staande golf voor een probleem zorgt, is bovenstaande methode in staat om het probleem geheel of deels te omzeilen.
Wanneer het niet om één enkele frequentie gaat, maar om een heel gebied dat door dicht bij elkaar liggende staande golven wordt verziekt,
is een herziening van de opstelling, hoewel absoluut zinvol, meestal niet in staat om volledig af te rekenen met het laagprobleem.

Een oplossing moet dan, behalve in een zo gunstig mogelijke opstelling, ook worden gezocht in aanvullende absorptie
van de overtollige akoestische energie in dat frequentiegebied.
Dat kan bijvoorbeeld gebeuren door de inzet van (een combinatie van) voldoende basstraps, paneelabsorbers of tube traps.



naar boven

Bovenstaande animatie laat zien hoe een staande golf ontstaat uit twee verschillende golven, die zich door de ruimte heen verplaatsen.
Als twee sinusvormige golven van gelijke frequentie (en dus gelijke golflengte) in tegengestelde richting reizen in hetzelfde medium, dan zal door hun superpositionering de netto beroering in het medium de som zijn van de twee golven.
Te zien is dat, indien beide golven 180° met elkaar uit fase zijn, zij elkaar uitdoven.
Wanneer ze in fase zijn versterken ze elkaar.
Terwijl beide golven 'door elkaar heen reizen' in tegengestelde richtingen, fluctueert het netto resultaat tussen nul en een of andere maximale uitslag (amplitude). Echter, dit patroon fluctueert of oscilleert slechts; het reist NIET van links naar rechts maar blijft op zijn plek STAAN.
Die plek wordt gedefinieerd door zowel de golflengte als de afmetingsverhoudingen van het begrensde medium, namelijk de muziekruimte.
Er zijn twee punten geplaatst op de "snaar", eentje op een knoop en eentje op een buik.
Wie is wie.....?

---

opbouwende en afbrekende interferentie

Bovenstaande animatie laat ditmaal twee sinusgolven zien die in dezelfde richting reizen.
Het faseverschil tussen de twee golven varieert in de tijd, waardoor afwisselend opbouwende en afbrekende interferentie ontstaat.
Merk op dat de resultante van de twee golven (geel) een zich verplaatstende golf is, die van links naar rechts reist.
Wanneer de twee grijze golven IN fase zijn, is het resultaat een hoge amplitude (opbouwende interferentie).
Wanneer de twee golven UIT fase zijn, is de resultante nul (afbrekende interferentie.

Wat te doen met geluid dat WEL mag blijven?

Onder "geluid dat wel mag blijven" moet worden verstaan:

alle akoestische energie die tijdens muziekweergave in de ruimte resteert,
omdat deze niet wordt, of hoeft te worden geabsorbeerd...

Het is in een ruimte, bedoeld voor muziekweergave thuis, nodig om zowel in het laag en het middengebied, maar zeker ook in het hoog, de nodige levendigheid te behouden. Het is dus zeker niet de bedoeling om te streven naar het elimineren (absorberen) van alle akoestische energie. Het moet niet een dode en ook geen reflectie-arme ruimte worden. Het moet een levendige ruimte blijven, met voldoende beheerste reflecties en een beheerst nagalmkarakter!

Overmatige stoffering, zoals tapijt, in combinatie met een akoestisch plafond, zware stoffen meubels en de nodige veloursgordijnen, zal er onherroepelijk toe leiden dat frequenties boven 500Hz veel te snel uitsterven in die ruimte.
Ze worden namelijk veel te krachtig geabsorbeerd.
Het omgekeerde, overmatige levendigheid dankzij betonnen reflecterende wanden, plafond en vloer,
is evenmin en zelfs nog minder aantrekkelijk!

In een moderne, betonnen woonkamer met strakke, moderne inrichting komt niet of nauwelijks enige vorm van natuurlijke laag- midden-, en hoogabsorptie voor. Het gevolg is dat geluid, van laag tot hoog, veel te lang blijft "hangen" in zo'n ruimte, met name bij een realistisch geluidsvolume.




Wat speelt zich hier precies af?

Het geluid dat je op je luisterplaats hoort is altijd een samengesteld geluidsveld:
een zekere verhouding tussen direct en indirect geluid.
Akoestische optimalisatie is in feite niets anders dan het creëren van een, voor muziekweergave,
correcte balans tussen dit directe en indirecte geluidsveld.

Direct geluid is het geluidsveld dat door de luidsprekers wordt afgestraald en je oren bereikt zonder eerst ergens mee in aanraking te zijn geweest. Als je je luidsprekers achter een of ander meubelstuk zou verstoppen, zal het directe geluidsaandeel daardoor per definitie zo goed als nul worden.

Indirect geluid is het geluidsveld dat eveneens door de luidsprekers werd afgestraald,
maar pas je oren bereikt nadat het één of meer keren werd gereflecteerd door een oppervlak.
Indirect geluid is zodoende synoniem aan reflecties.

Je begrijpt waarschijnlijk waarom er sprake moet zijn van een goede balans tussen direct en indirect geluid.
Het directe geluidsveld bevat alle informatie die het mogelijk maakt dat er tussen en rondom de luidsprekers een duidelijk te onderscheiden afbeelding wordt neergezet, waarin de drie dimensies breedte, hoogte en diepte een belangrijke rol spelen. We spreken dan over "het stereobeeld" -- de podiumafbeelding.

Muziek die uitsluitend uit direct geluid zou bestaan, neemt scherp omlijnde ruimte in.
Instrumenten en stemmen worden zeer duidelijk en in drie dimensies geplaatst op een virtueel podium.
We zouden zoiets "een gordroge weergave" noemen.
Wat hier zal ontbreken is ambiënte informatie over de opnameruimte zelf, waarin die muziek wordt gespeeld.
Die informatie is afwezig, omdat ze voor het grootste deel wordt overgedragen op de luisteraar via het indirecte geluidsveld van de muziekruimte, ofwel middels gereflecteerd geluid.

Laat over dit aspect geen misverstand bestaan:
Geluid dat je oren bereikt na eerst 2, 6 of 10 keer een oppervlak te hebben geraakt
omvat het belangrijkste geluidsaandeel van wat je normaal gesproken altijd hoort: de ambiance.

Onder alle omstandigheden (ook buitenshuis), behalve in een akoestisch dode ruimte,
is muziek- of geluidsweergave voor het overgrote deel een kwestie van gereflecteerd geluid.

Anderzijds is het ook zo dat wanneer je muziek zou beluisteren die (vrijwel) uitsluitend zou bestaan uit indirect geluid, de mogelijkheid om instrumenten scherp afgetekend te localiseren afwezig is.
Hooguit kan de globale richting van geluidsbronnen worden afgeleid.
Muziek is dan vooral een diffuse aangelegenheid. De ruimtelijkheid mag misschien groot zijn, maar een scherp afgetekend stereobeeld en het "inkijkbare" driedimensionale podium waarop een muzikale gebeurtenis zich normaal gesproken afspeelt ontbreken geheel en al.

Beide geluidsvelden -- direct en indirect -- zijn in een goede onderlinge verhouding
volkomen essentieel voor een complete muzikale ervaring.
Klik HIER voor een artikel dat dit dualisme in geluidsweergave verder uiteenzet.

In het begin van dit artikel werd al gesteld dat een gegeven ruimte in staat altijd is om een bepaalde hoeveelheid akoestische energie per tijdseenheid te verwerken -- dat is dan de factor nagalmtijd. Alle energie die dat absorptievermogen van een ruimte overstijgt gaat een eigen leven leiden in die ruimte. Ze blijft dat in feite zo lang doen, dat ook de muziek uit de volgende maten er hinder van gaat ondervinden. Naarmate je het volume hoger zet neemt ook het probleem van energie die niet door de ruimte kan worden geneutraliseerd snel toe.

Een ruimte heeft altijd een zeker vermogen om akoestische energie om te kunnen zetten.
We kunnen dit "het absorptievermogen van een ruimte" noemen.
Wanneer meer energie in de ruimte ingebracht wordt dan deze kan omzetten,
ontstaat een fenomeen dat je "akoestische verzadiging" kunt noemen.
Het uit zich als "een te lange nagalmtijd"; het indirecte geluidsaandeel is veel te groot.

Het is weliswaar mogelijk om dit fenomeen middels de volumeregelaar op je versterker enigszins te sturen, maar dan is er per definitie sprake van een compromis. Immers, in een ruimte waarin de balans tussen direct en indirect geluid correct is, zal het akoestische verzadigingspunt pas worden bereikt als de gekozen geluidssterkte beduidend hoger is dan realistisch gezien gewenst zou zijn.
Ofwel: het volume zal dan al veel harder zijn dan voor een muzikale realiteit nodig is.

In een ruimte met een ontoereikend absorptievermogen wordt het verzadigingspunt bereikt,
lang voordat er van een realistische geluidssterkte sprake is.
Ofwel: er kan niet zo luid worden gespeeld als wenselijk zou zijn om een muzikale realiteit na te bootsen.

Zodoende is de steeds terugkerende neiging om het volume naar beneden toe bij te stellen wel een belangrijke indicator van een onnatuurlijke eigenschap in de muzikale presentatie. In de praktijk is deze neiging meestal terug te voeren op het absorptievermogen van de ruimte, alsmede op diens vermogen om reflecties te beheersen.
Het zijn die reflecties die snel heel sterk gaan opspelen wanneer het volume omhoog gedraaid wordt.
Soms kan dit ook het gevolg zijn van gebrekkige hardware, maar dit komt in principe minder vaak voor bij muziekliefhebbers die hun hobby al geruime tijd beoefenen.
Overigens is de neiging om het volume hoger te zetten ook een indicator, doorgaans een positieve!

Verzadiging die via de volumeregelaar van de versterker kan worden gestuurd kan aanvankelijk, bij lage volumes, geheel afwezig zijn. Muziek kan op lage sterkte dan nog uitstekend klinken!
Samen met het toenemen van het geluidsvolume komen echter ook de akoestische onhebbelijkheden van een ruimte tot uiting. Het gaat hier dan om eigenschappen die niet tot de oorspronkelijke muziekopname behoren, maar die door de akoestiek zelf worden ingebracht. Bij toenemend volume nemen dan typische fenomenen toe, zoals onrust en versmering in het geluidsbeeld, kleuring van het timbre (door "schreeuwerigheid" in het middengebied), en met name ook een gebrek aan controle in het laagfundament, dat weliswaar veel energie bevat, maar dit vooral concentreert in een klein stukje frequentieband.
Daardoor zal dit deel van het spectrum sterk overheersend zijn tov de rest van het basgebied.

reflectiebeheersing (boven):

in deze repetitieruimte zijn veel geluidsverstrooiende oppervlakken (diffusers) aanwezig,
maar ook zijn de nodige basstraps verwerkt in het plafond;
deze ruimte zou daarom ook als stereo luisterruimte zeer geschikt zijn!

gebrek aan juiste verhoudingen (boven):

Tussen de gebruikte luidspreker en de ruimte bestaat in zekere zin een verhouding:
de ruimte moet in een juiste verhouding staan tot de luidsprekers die er worden gebruikt.
Je ziet hier een werkelijk compromisloze geluidsinstallatie,
opgesteld in een ruimte die hiermee op meerdere manieren geheel uit verhouding is.
Voor deze audioset werd uiteindelijk een compromisloze dedicated ruimte gebouwd.
Klik HIER voor een compleet fotoverslag van die bouw...

Wat doe je eraan.....

Aan de basis van elke akoestische optimalisatie van een muziekruimte staat nagalmbeheersing.

De middels een meting vast te stellen frequentie-afhankelijke nagalmtijd van een ruimte is een directe afspiegeling van de hoeveelheid akoestische energie, die de ruimte in staat is om te neutraliseren. Van diens absorptievermogen dus.

De nagalmtijd bepaalt zodoende hoeveel akoestische energie gedurende hoeveel tijd prominent aanwezig blijft,
terwijl de toevoer van nieuwe akoestische energie voortdurend doorgaat zolang de muziek speelt.

Bij diezelfde akoestische optimalisatie is van minstens even groot belang WAT je besluit te doen met het geluid
dat niet wordt geabsorbeerd, maar dat in de vorm van indirect geluid en als reflecties rondreist in de ruimte.

Reflectiebeheersing is, samen met nagalmbeheersing,
het gereedschap van de akoesticus.
Hij vertaalt deze balans naar een plan van absorptie en diffusie.

In een ruimte die over goede afmetingsverhoudingen beschikt is nagalmbeheersing beduidend eenvoudiger,
en ook goedkoper dan in een ruimte met ongunstige ratios.
Als je hierover meer wilt weten kun je het artikel, "over Optimale Afmetingsverhoudingen" eens lezen.

Wanneer je je kennis over het ABC van akoestiek-thuis zou willen uitbreiden, kun je beginnen met een grotendeels theorieloze uiteenzetting in het artikel, "Relevante aspecten van Akoestiek-Thuis?"

Voor een dieper gravend begrip van deze zelfde akoestische basiskennis is het artikel, "De Praktijk van Nagalmbeheersing" niet te missen!



Toine Dingemans, 10 januari 2018.



naar boven