Projektering av lyssningsrum för auralisation genom ett flerkanaligt högtalarsystem

Transkript

1 EXAMENSARBETE 2006:277 CIV Projektering av lyssningsrum för auralisation genom ett flerkanaligt högtalarsystem PHILIP ZALYALETDINOV CIVILINGENJÖRSPROGRAMMET Medieteknik Luleå tekniska universitet Institutionen för Arbetsvetenskap Avdelningen för Ljud & vibrationer 2006:277 CIV ISSN: ISRN: LTU - EX / SE

2

3 Förord Detta examensarbete utgör avslutningen i min civilingenjörsutbildning vid Luleå Tekniska Universitet inom Medieteknik med inriktningen mot Tillämpad Akustik. Arbetet har utförts åt Ingemansson Technology AB i Stockholm Jag tackar min handledare Sven Tyrland (Ingemansson Tech.) och min examinator professor Anders Ågren (LTU) för er hjälp. Jag vill också tacka Björn, Calle, Karin, Malin, Matti, Mikael, Peter, Siw och Torgny på Ingemansson Tech i Stockholm för era bidrag till detta arbete. Ett jätte stort tack vill jag rikta till Gunilla och Tobias, ni har ställt upp och hjälpt till på alla möjliga sätt och vis, jag uppskattar det. Ett speciellt tack till Ingvar Öhman och Bengt-Inge Dalenbäck för era värdefulla råd. Jag vill också tacka Ecophon, Egetaepper, Ino Audio och United Audio för era bidrag. Sist, men inte minst vill jag tacka mina föräldrar, Johanna och alla andra, ni vet vilka ni är, för ert stöd och er uppmuntran. I

4 II

5 Abstract Ingemansson Technology AB participated in the project Design Year 2005, company s contribution to the project shall be available for the public in the end of 2005 at Wetterling Gallery in Stockholm. Different types of room acoustics, sound environments and sound art will be demonstrated for the visitors in one of the galleries rooms. The goal of this project is to realise the intended contribution. Several different recording-, playback-techniques and loudspeaker arrangements are described; their advantages and disadvantages are discussed. Basic room-acoustical theories which can be applied during the studies of small-rooms acoustics are presented in this work and several considerations for high quality listening rooms are brought up. A method for playback of CATT-A auralisations encoded in B-Format through multi-channel loudspeaker systems was developed and is presented in this paper. Two different loudspeaker arrangements were evaluated in a listening test and a suitable loudspeaker system was chosen. A DVD navigation interface for the gallery visitors was developed and is presented graphically in this paper. A simulation of an appropriate acoustical treatment for the room at Wetterling Gallery was done in CATT-A software, the results of the simulations are presented. The acoustical treatment was applied to the room at Wetterling Gallery, a loudspeaker system and the rest of the sound equipment was installed and calibrated. The listening room s acoustical properties were evaluated with WinMLS 2004 software, the results of the evaluation are discussed and presented. The exhibition opened for the public 12/ and received positive reactions and critique from the visitors and Swedish media. The listening room showed it self to be a useful tool for illustration of virtual acoustics, different types of sound environments and sound art, at the same time the exhibition had entertainment value for a regular art-gallery visitor. III

6 IV

7 Sammanfattning Ingemansson Technology AB är deltagare i Designåret Företagets bidrag - Happy New Ears skall vara tillgängligt för allmänheten under slutet av 2005 på konstgallerian Wetterling Gallery i Stockholm. Olika typer av rumsakustik, ljudmiljöer och ljudkonst skall demonstreras för galleribesökarna i ett rum. Syftet med examensarbetet är att realisera det påtänkta bidraget. Flera olika inspelningstekniker, uppspelningsmetoder och högtalaruppställningar beskrivs; deras respektive för- och nackdelar diskuteras. Den grundläggande teorin som är tillämpbar vid studier av smårumsakustik gås igenom i arbetet och vissa krav som ställs på högkvalitativa lyssningsrum tas upp. En metod för uppspelning av CATT-A auraliseringar i B-Format genom ett flerkanaligt högtalarsystem togs fram och presenteras i arbetet. Två olika högtalaruppställningar utvärderades i ett lyssningstest och ett lämpligt högtalarsystem valdes ut. Ett DVD gränssnitt för galleribesökarna togs fram och presenteras. Nödvändig akustikdimensionering av rummet på Wetterling Gallery genomfördes i programvaran CATT-A, resultat av datorsimuleringar presenteras. Lyssningsrummet byggdes upp, högtalarsystemet installerades och kalibrerades. Lyssningsrummet utvärderades med hjälp av programvaran WinMLS 2004, resultaten presenteras och diskuteras. Rummet öppnades för allmänheten 12/ och fick positiva reaktioner från besökarna. Lyssningsrummet visade sig vara ett nyttigt och samtidigt underhållande verktyg för illustrering av virtuell rumsakustik samt olika typer av ljudmiljöer och ljudkonst. V

8 VI

9 Innehållsförteckning FÖRORD...I ABSTRACT...III SAMMANFATTNING...V 1 INLEDNING BAKGRUND SYFTE AVGRÄNSNINGAR BAKGRUND OCH ANALYS RUMSAKUSTISK SIMULERING OCH AURALISATION CATT-A UPPSPELNINGSMETODER Hörlurar och den binaurala tekniken Högtalare Uppspelningstekniker med högtalare Ambisonics Signaluppdelning mellan högtalare Begränsningar i CATT-A och hos dagens multikanalsformat Ambisonics pentagon ITU & EBU LYSSNINGSRUMMETS AKUSTIK Teoriavsnitt Vågteoretisk rumsakustik låga frekvenser Rumsmodernas inverkan på ljudåtergivningen Förslag på åtgärder Rummets storlek och proportioner Absorption vid låga frekvenser Väggar - massabsorbenter Helmholtzabsorbenter Spaltpaneler Lyssningsposition och basmodulernas placering Ekvalisering Geometrisk rumsakustik höga frekvenser Reflexernas påverkan på ljudåtergivningen Förslag på åtgärder 20 VII

10 2.3.3 Efterklangstid Efterklangstidens inverkan på ljudåtergivningen Förslag på åtgärder Bakgrundsbuller METOD OCH RESULTAT VAL AV HÖGTALARSYSTEM OCH HÖGTALARUPPSTÄLLNING Förslag på högtalarsystem Utvärdering av högtalaruppställningar Rum och utrustning Högtalarplacering och val av lyssningsposition Installation och kalibrering Testprocedur Testpersonernas åsikter Utvärdering av högtalarsystemet från Ino Audio Övrig ljudutrustning LJUDMATERIAL FÖR UTSTÄLLNINGEN PÅ WETTERLING GALLERY Kort beskrivning av programmet Från CATT-A till DVD DVD - GRÄNSSNITT Menysystem AKUSTISKPROJEKTERING AV RUMMET PÅ WETTERLING GALLERY Bakgrund Modellering av rummet i CATT-A Grundmodell av rummet Val av lyssningsposition Reflexstudier och absorptionsdimensionering Resultat av simuleringar i CATT-A Efterklangstid Tidiga reflexer UPPBYGGNAD AV LYSSNINGSRUMMET Högtalarinstallation och kalibrering av systemet RESULTAT Efterklangstid Tidiga reflexer Frekvenssvar i lyssningsposition Lågfrekvensbeteende SLUTSATSER...45 VIII

11 4.1 VAL AV UPPSPELNINGSMETOD VAL AV HÖGTALARUPPSTÄLLNING LYSSNINGSRUMMETS AKUSTIK UTVÄRDERING AV RUMMET PÅ WETTERLING GALLERY...46 REFERENSER...48 BILAGOR IX

12 X

13 1 Inledning 1.1 Bakgrund Rumsakustik är ett av Ingemansson Tech s stora kompetensområden. Programvaran CATT-A och dess auralisationsverktyg används av företaget vid dimensioneringen av rumsakustiken. Auralisation (hörbar exemplifiering av rumsaksutiken med hjälp av datorsimuleringar) är ett viktigt verktyg under den rumsakustiska projekteringen och är ett utmärkt sätt att illustrera rumsakustiken för Ingemansson Tech s kunder. Ingemansson Technology är deltagare i projektet Designåret 2005, företagets bidrag till projektet skall vara tillgängligt för allmänheten under slutet av året 2005 på konstgallerian Wetterling Gallery i Kungsträdgården, Stockholm. Galleribesökaren skall få en intressant och underhållande ljudupplevelse, ljudkonst samt flera olika typer av rumsakustik och ljudmiljöer skall presenteras. Syftet med projektet är att öka förståelsen för rumsakustik samt höja medvetenheten för ljud hos allmänheten. 1.2 Syfte Syftet med examensarbetet är att realisera det påtänkta bidraget till projektet Designåret En lämplig ljudåtergivningsteknik för presentationen av datorsimulerad rumsakustik, ljudmiljöer och ljudkonst på Wetterling Gallery skall väljas ut. Flera lyssnare skall kunna närvara i lyssningsrummet samtidigt och få en bra ljudupplevelse. En utredning av rumsakustiska förhållanden som råder i mindre lyssningsrum skall göras. Nödvändig ljudutrustning för projektet skall väljas ut och inhandlas. Nödvändiga rumsakustiska åtgärder som behövs för att göra rummet på Wetterling Gallery lämpat för ljudåtergivning skall presenteras, den rumsakustiska projekteringen skall göras i programvaran CATT-A. Rummet skall rustas upp i enlighet med den genomförda rumsakustiska projekteringen och göras klart för användning. 1.3 Avgränsningar Eftersom rummet på Wetterling Gallery skall nyttjas under en relativt kort tidsperiod, bör permanenta eller avancerade rumsakustiska lösningar som ombyggnad av väggar, golv, etc. undvikas. Eventuella problem med bakgrundsbuller och svåråtgärdade lågfrekvensrelaterade problem skall inte behandlas. Kostnaden för projektet skall hållas inom den avsatta budgetens ramar och finansieras av eventuella sponsorer i högsta möjliga mån. 1

14 2 Bakgrund och analys 2.1 Rumsakustisk simulering och auralisation Framgångar inom datateknologin har gjort det möjligt att modellera och simulera avancerade rumsakutiska miljöer. Den datorbaserade modelleringen av rumsakustiken är ett användbart verktyg vid planeringen av olika lokaler som ska vara lämpade för framförande av tal och musik. Dagens rumsakustiker har möjlighet att förhållandevis snabbt kunna simulera olika akustiska lösningar i virtuella, datorsimulerade rum redan under byggplaneringsstadiet, vilket är effektivt inte minst ur en kostnadssynpunkt CATT-A CATT Acoustic är ett PC-Baserat akustiksimuleringsverktyg, som tillåter användaren att göra en så gott som heltäckande analys av rumsakustiken. Programmet arbetar med geometrisk rumsakustik vid beräkningen av rummets impulsrespons, vilket innebär en begränsning om man vill studera lågfrekvensbeteendet i mindre rum. Teorin bakom CATT-A faller utanför rapportens ramar och endast en enkel översikt över programmets funktionalitet presenteras här för läsaren. En rumsmodell kan skapas i ett separat CAD program eller via den textbaserade programmeringsspråket i CATT-A. Frekvensberoende materialegenskaper tilldelas rummets ytor (absorptions och diffusion). Ett valfritt antal av ljudkällor och mottagarpunkter kan placeras ut i det färdigmodellerade rummet. Önskvärda frekvensberoende spridningsegenskaper tilldelas de utplacerade ljudkällor. Utifrån den inmatade informationen kan rummets ekogram simuleras i valda mottagarpunkter, och det modellerade rummets akustiska egenskaper kan nu undersökas, se Figur 2.1. Figur 2.1 Rummets ekogram innehåller information om rummets akustiska egenskaper, mottagarens och ljudkällans positioner samt ljudkällans spridningsegenskaper. 2

15 Rummets impulsrespons kan räknas ut från ekogrammet med hjälp av IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) [12]. Impulsresponsen kan senare anpassas för olika typer av auralisation i CATT-A s post-processing modul. Med hjälp av auralisation kan olika förändringar i rummets akustiska egenskaper avlyssnas. Auralisationen kan avlyssnas på ett flertal olika sätt, signalerna kan anpassas för bland annat stereo, binaural uppspelning via hörlurar eller ambisonics B-Format. 2.2 Uppspelningsmetoder Det finns ett flertal olika uppspelningstekniker som kan tillämpas vid auralisation, bland annat binaural uppspelning via hörlurar, vågfältssyntes-, binaural- och ambisonic kodad uppspelning via högtalare. I denna rapport beskrivs de två metoder som för tillfället är mest utvecklade och kostnadseffektiva, dessa metoder brukar också ge tillfredställande hög ljudåtergivningskvalitet Hörlurar och den binaurala tekniken En binaural ljudinspelning skiljer sig från en vanlig stereoinspelning. Den tidigare inkluderar den naturliga korskorrelationen mellan kanalerna, samt de fluktuationer i frekvensdomänen som uppstår då vårt huvud och ytteröron träffas av det ankommande ljudet. För att få behålla kanalseparationen intakt brukar man i de flesta fall använda hörlurar vid uppspelningen av binauralt inspelat material. Ljudet som når våra trumhinnor genomgår en rad transformationer på vägen dit, förutom alla reflektioner mot rummets väggar och andra föremål som kommer i ljudets väg påverkas ljudet också av vår egen kropp. Människans överkropp, huvud och det yttre örats form har viktiga funktioner som är avgörande för vårt riktningshörande. Överkroppen, huvudet och det yttre örat bildar tillsammans ett komplext filtersystem som varierar i sin karaktär beroende på ljudets ankomstvinkel [1]. Genom att jämföra det på trumhinnan infallande ljudets karaktär med ljudkällans karaktär får man fram en så kallad head related transfer function HRTF, vilken åskådliggör filtrets utseende, se figur 2.3. Figur 2.3 3D-skiss av HRTF i horisontalplanet. Funktionen varierar beroende på ljudets ankomstvinkel [1]. För att få med den för naturtrogenheten viktiga HRTF vid ljudupptagningar, brukar ett konsthuvud eller torso med två tillhörande mikrofoner användas, se Figur

16 Figur 2.4 Ett konsthuvud från Sennheiser med tillhörande mikrofonpar Vid uppspelning via hörlurar skall ljudtrycket vid trumhinnorna kunna återskapas så att det motsvarar det inspelade ljudtrycket över hela det hörbara frekvensområdet. För att detta skall kunna gälla måste hörlurssignalens överföringsfunktion mätas med samma konsthuvud som användes vid inspelningstillfället. Inversen på den uppmätta överföringsfunktionen appliceras sedan på den binaurala signalen, vilket eliminerar variationen i frekvenssvaret mellan hörlurar och konsthuvudets mikrofoner. För att uppspelningen ska låta så naturtrogen som möjligt måste konsthuvudet som har använts vid ljudupptagningen ha exakt samma HRTF som lyssnarens huvud [2]. De allra bästa resultaten kan erhållas om inspelningen sker med mikrofoner i lyssnarens hörselgångar. Av praktiska skäl är konsthuvudet som används vid ljudupptagningar i de flesta fall en approximering av den genomsnittliga människans huvud. Eftersom HRTF och huvudstorleken varierar mellan olika individer kan påtagliga fel orsakas av denna variation vid avlyssning. Vissa lyssnare får svårigheter att placera ut ljudkällan i det mediala planet, det kan låta som att ljudet anländer bakifrån när den egentliga ljudkällan befinner sig framför lyssnaren och tvärtom, sådana typer av fel brukar kallas för front-back fel. En annan vanligt förekommande typ av fel orsakad av felaktig HRTF är känslan av att ljudkällan befinner sig inne eller väldigt nära lyssnarens huvud [3]. Vid lyssning av inkommande ljudinformation i den riktiga världen har människan en förmåga att undermedvetet göra små huvudrörelser, den insamlade informationen möjliggör mer noggranna lokaliseringar av ljudkällor i den tredimensionella rymden. Om lyssnaren försöker att vrida på huvudet medan en binaural inspelning avlyssnas, kommer det virtuella rummet att följa med huvudrörelsen, man har därför inte möjligheten att utnyttja huvudvridningar för att förbättra källokaliseringsförmågan vilket orsakar ett ökat antal av front-back, och in-head fel som följd [4]. Ett head-tracking system kan dock korrigera fel som är relaterade till huvudrörelser. Det faktum att lyssnaren måste ha ett par hörlurar på sitt huvud är inte helt betydelselöst för upplevelsen, ovana lyssnare har en förmåga att tappa uppmärksamheten och störa sig på hörlurarnas fysiska inverkan, vilket kan leda till att viktig information inte uppfattas av lyssnaren. Människan uppfattar ljud inte enbart med öronen, vid höga ljudvolymer och ljud med omfattande lågfrekvent innehåll uppfattas också ljudet av större delen av kroppen. Därför lämpar sig inte hörlursavlyssnig för alla typer av ljud om en maximal ljudupplevelse vill uppnås. Om kraven på naturtrogenhet är höga, kan hörlurar kompletteras med separata bashögtalare, men det brukar i många fall innebära att omfattande reglering av rumsakustiken i lyssningsrummet blir nödvändig. Trots alla svårigheter med den binaurala tekniken är hörlurslyssning fortfarande den mest utbredda uppspelningsmetoden vid auraliseringar vilket beror på metodens relativt låga kostnad. Inspelningar gjorda med konsthuvudmikrofon kan i många fall erbjuda 4

17 tillfredställande hög ljudåtergivningskvalitet och en realistisk tredimensionell ljudupplevelse om hänsyn tas till lyssnarens individuella HRTF. Hörlurslyssning ställer nästan inga krav på akustiken i lyssningsrummet, förutom att störnivån ska vara tillräckligt låg för att maximal dynamikupplösning skall kunna uppnås [5]. Lyssnaren behöver alltså inte befinna sig i ett påkostat lyssningsrum, vilket är kostnadseffektivt. Hörlurarna är ofta små, lätta och därför enkla att ta med om man vill göra en ljudpresentation hos en kund. Vid ljudpresentationer där flera personer ska lyssna på samma material kan det vara fördelaktigt att lyssna via hörlurar då ljudkaraktären inte ändras beroende på lyssnarens position i lyssningsrummet vilket ofta är ett problem vid avlyssning via högtalare, men då uppstår förstås problematiken med behovet av individuella HRTF modeller för varje lyssnare Högtalare Ljudreproduktion via högtalare skiljer sig avsevärt i sin natur från den binaurala tekniken och hörlurslyssning. Eftersom ljudet som kommer ut från högtalarna också påverkas av det omslutande rummet innan det når lyssnaren ställs det mycket höga krav på lyssningsrummets akustik och utformning till skillnad från hörlurslyssning. I många fall kan det innebära höga kostnader att ha ett akustikbehandlat lyssningsrum dedicerat för högtalarlyssning. Ljudåtergivning i professionella sammanhang, då ljudets naturtrohet är av betydelse, ställer även höga krav på själva högtalarsystemet och den tillhörande kringutrustningen. Det finns dock fall då det kan vara fördelaktigt att välja ett högtalarsystem framför hörlurar. Högtalare utgör ingen direkt fysisk påverkan på kroppen och stör därför inte lyssningsintrycket som ett par hörlurar kan göra, därför lämpar sig högtalarlyssning bra för även ovana lyssnare. Vid högtalarlyssning befinner sig lyssnaren mitt i ljudfältet och ljudtrycket kan därför påverka hela kroppen, eftersom människan uppfattar en del lågfrekventa ljud med överkroppen och huden, är denna egenskap mycket viktig för att man ska känna sig delaktig i ljudupplevelsen. Friheten att kunna röra på huvudet vid högtalarlyssning är en positiv egenskap som stämmer överens med verkligheten och ger en bättre rumsupplevelse Uppspelningstekniker med högtalare Det finns ett antal olika uppspelningsmetoder med högtalare, dessa skiljer sig åt i den bakomliggande teorin, utplaceringen av högtalarna relativt lyssnaren samt säregna inspelnings- och uppspelningstekniker. Endast en inspelningsmetod och två uppspelningsmetoder tas upp i denna rapport eftersom dessa två ansågs som mest lämpade för genomförandet med tanke på projektets tidsram och syfte samt metodernas prestanda och pris Ambisonics Ambisonics är en speciell inspelnings/uppspelnings teknik som till en början utvecklades i England under 1970 talet, tekniken fick aldrig en särskilt bred kommersiell spridning. Tekniken utvecklas fortfarande och används främst vid professionella sammanhang och i universitets och forskningsvärlden. Till skillnad från stereoinspelningar och diskreta multikanals inspelningar sker all ljudupptagning endast i en punkt, ljudnivån från olika riktningar samt ljudets infallsvinklar behålls intakt vid inspelningen. Tekniken bygger på principen att en akustisk händelse kan representeras av fyra stycken ljudtryckssignaler: X,Y,Z och W, se Figur 2.5. Vid inspelning sparas varje signal i en separat kanal, en sådan inspelning brukar också kallas för B-Format. Kanalerna X, Y och Z innehåller informationen från de olika riktningarna och W är det totala ljudtrycket dvs. summan av X, Y och Z i inspelningspunkten [6]. 5

18 Figur 2.5 B-format representation, notera axlarnas riktning i koordinatsystemet B-format upptagningar brukar göras med en så kallad SoundField mikrofon, se Figur 2.6. Man kan beskriva en SoundField mikrofon som tre stycken gentemot varandra vinkelrätt placerade mikrofonkapslar med 8-karaktäristik samt en rundtagande kapsel där alla är knutna i en mittpunkt [7]. Figur 2.6 SoundField mikrofon utan skyddskåpan Signaluppdelning mellan högtalare Teoretiskt sett tillåter ambisonics tekniken att de fyra inspelade kanalerna kan spridas ut till ett valfritt antal högtalare och anpassas till individuellt utformade högtalaruppställningar. Signaluppdelningen mellan ett visst antal högtalare i en sfärisk högtalaruppställning sker efter följande princip: P n 1 = ( 2W + kx cosθ n cosφn + ky sinθ n cosφn + kz sinφn ) (2.1) N Där P n är signalen till den aktuella högtalaren, N är antalet högtalare i högtalaruppställningen, k är en konstant som kan variera från 1 till 2, θ n är vinkeln för den aktuella högtalarens position i det horisontella planet och φ n är vinkeln för den aktuella högtalarens position i vertikala planet. Signaluppdelningen fungerar efter samma princip vid en cirkelformad högtalaruppställning, ingen höjdinformation Z tas då med i beräkningen: 1 Pn = ( 2W + kx cosθ n + ky sinθ n ) (2.2) N 6

19 Antalet högtalare påverkar noggrannheten av återgivningen på den inspelade ljudhändelsen. Stort antal högtalare i en högtalaruppställning resulterar således i en korrektare återgivning [6]. Förutom högtalarantalet ger även fördelningen av högtalarna gentemot varandra och lyssnaren inverkan på ljudåtergivningen. Teoretiskt sett behövs endast sex stycken högtalare för att kunna återskapa ett fullt 360 o ljudfält. För att återskapa ett ljudfält endast i det horisontella planet d.v.s. utan någon höjdinformation behövs endast fyra symmetriskt utplacerade högtalare. I praktiska fall är det dock vanligare att man använder sig av minst åtta högtalare, utplacerade i hörnen av en kub vid uppspelningar, när man vill kunna återge höjdinformation. Vid presentationen av ljudutbredningen endast i det horisontella planet är det vanligast med fem eller sex jämnfördelade högtalare utplacerade längs en cirkel [8] Begränsningar i CATT-A och hos dagens multikanalsformat I programvaran CATT A finns möjlighet för att kunna omvandla rummets impulsrespons till B-Format, impulsresponsen kan senare användas för auralisation med olika högtalaruppställningar. Uppdelningen av X,Y,Z och W kanalerna sker i ett separat insticksprogram; MultiVolver, programmet stödjer dock inte sfäriska eller kubiska högtalaruppställningar där höjdinformationen kan återges. Denna begränsning går att kringgå genom att använda någon annan programvara som klarar av att fördela Z signaler, (det är också möjligt att fördela signalen på egen hand i till exempel programvaran MatLab), men en annan och mycket större begränsning ställs av dagens multikanalsformat. De två dominerande multikanalsformaten är Dolby Digital och DTS. Både DolbyDigital och DTS har stöd för sex stycken diskreta kanaler, ena kanalen är dock reserverad för endast lågfrekventa signaler och kan inte användas för lagring av bredbandiga signaler ( Hz). Högpassfiltreringen av signalen i den sjätte kanalen sker redan vid kodningen till DolbyDigital och DTS och även på själva utgången i multikanalsförstärkaren, denna begränsning i bandbredd kan därför inte kringgås. Det innebär en praktisk begränsning till fem diskreta kanaler vid auralisation om DVD ska utnyttjas som lagringsmedia och en vanlig multikanalsförstärkare skall användas som en dekoder. Fördelen med DVD och vanliga multikanals förstärkare är det låga priset jämfört med en dedikerad, hårdvarubaserad ambisonics dekoder samt möjligheten att kunna spela upp DVD lagrade auraliseringar på ett stort antal befintliga fem-kanals anläggningar. Begränsningen innebär dessutom att det finns två standardiserade högtalaruppställningar att välja mellan, dessa är ambisonics pentagon uppställning och ITU 5.1 uppställning Ambisonics pentagon Pentagon uppställningen är en av de standardiserade ambisonics högtalaruppställningarna. Uppställningen består av fem stycken direktstrålande högtalare som är jämnfördelade längs en cirkel se Figur 2.7. Alla fem högtalare har lika avstånd till lyssnare och till varandra. Ljudkällor kan lokaliseras med högre precision och panorerade ljud återges mer naturtroget jämfört med osymmetriska högtalaruppställningar. De två främre högtalarna täcker upp ett ljudfält på 144 o, de tre återstående högtalarna återskapar det resterande 216 o stora ljudfältet, tillfredställande fantomprojektioner kan återskapas mellan varje högtalarpar vilket resulterar i ett homogent och omslutande ljudfält. 7

20 Figur 2.7 Vinkeln mellan varje högtalare är 72 o, det främre ljudfältet spelas upp via två högtalare och det bakre via tre högtalare. Eftersom centerkanalen är placerad bakom lyssnaren, passar inte pentagon uppställningen för programmaterial som är mixat under ITU 5.1 uppställning, där centerkanalen är placerad mellan framhögtalarna. Den främre vinkeln på ± 36 o (se avsnitt ) är något för stor för vanlig stereolyssning, det gör att pentagon uppställningen passar exklusivt för ambisonics inspelat material ITU & EBU 5.1 Den av International Telecommunication Union samt European Broadcast Union rekommenderade 5.1 uppställningen finns beskriven i standarderna ITU-R BS.775, och EBU Tech E. Det är den mest utspridda uppställningen för multikanalsmixning och lyssning, Uppställningen har sina anor i biovärlden och har därför blivit standard för dagens hemmabiografer. Allt DolbyDigital, DTS, DVD-A och SACD kodat material skall enligt standarden mixas under ITU uppställningen. Till skillnad från ambisonics pentagon är högtalarna ojämnt fördelade i ITU uppställningen, se Figur 2.8. Vinkeln till framhögtalarna är ± 30 o och ± 110 o till varje bakhögtalare, centerhögtalaren placeras i 0 o riktningen. Den ojämna fördelningen av högtalarna har en negativ inverkan på ljudkvaliteten. Vinkeln mellan bakhögtalarna är 140 o, vilket är alldeles för brett för att en tillfredställande fantomprojektion mellan bakhögtalarna skall kunna erhållas, källplaceringen och ljudpanoreringar i det bakre ljudfältet kommer därför vara starkt begränsade till högtalarnas positioner [9]. Även lyssningsområdets area kommer att påverkas negativt av en sådan högtalarplacering, lyssnaren är tvungen att sitta i mitten av uppställningen för att ljudbilden inte ska kana över till den närmaste högtalaren. På grund av sina brister lämpar sig ITU uppställningen mindre bra för högkvalitativ auralisation där det är viktigt att ett omslutande och homogent ljudfält kan erhållas. Fördelen med ITU uppställningen är maximal kompabilitet med dagens ljudformat. 8

21 Figur 2.8 ITU 5.1 uppställning 9

22 2.3 Lyssningsrummets akustik Rummet som ljudåtergivningen sker i har en mycket stor betydelse på hur ljudet som anländer till våra trumhinnor kommer att uppfattas. Rummets inverkan på ljudet är både positiv och negativ, vad som är positivt och negativt avgörs av rummets användningsområde och ljudmaterialet som kommer att spelas upp i rummet. Exempelvis skall stora konsertsalars akustik anpassas för musikåtergivning och en föreläsningssal för framföring av tal. Ett lyssningsrum är ett utrymme som är dedicerat för elektroakustisk ljudåtergivning, i många fall vill man kunna återge många olika sorters ljud med starkt skiftande informationsinnehåll, vilket innebär ett brett dynamik- och frekvensomfång. Därför måste ett lyssningsrum anpassas för många olika typer av ljud som i princip innebär att rummet inom rimliga gränser ska bidra så lite som möjligt med sin egen klang. På ljudupptagningar där inspelningsplatsens rumsinformation är särskilt viktig för lyssnaren, vilket är fallet med auralisation, är det extra viktigt att lyssningsrummet är akustiskt neutralt. Det är svårt att åstadkomma ett helt neutralt rum, sådana projekt brukar innebära mycket höga projekterings-, material- och byggnadskostnader, dessutom upplever många att det är obehagligt att vistas i helt neutrala rum. Man är helt enkelt tvungen att gå med på många kompromisser när man projekterar ett lyssningsrum, välavvägda sådana brukar resultera i rum som lämpar sig bra för mångsidig ljudåtergivning. Det är dock omöjligt att ge ett förslag på åtgärder som kan tillämpas på alla befintliga rum, alla rum är olika och måste undersökas och behandlas var för sig Teoriavsnitt I detta avsnitt tas några grundläggande rumsakustiska begrepp upp, dessa är nödvändiga för förståelsen av den för lyssningsrum relaterade problematiken. Den rumsakustiska teorin kan delas upp i tre grupper: vågteoretisk, geometrisk och statistisk rumsakustik. Den vågteoretiska rumsakustikens principer bygger på vågekvationen och brukar tillämpas när man vill beskriva beteendet i rum vid låga frekvenser. Den geometriska rumsakustiken brukar tillämpas vid högre frekvenser när våglängden är liten i jämförelse med de föremål som träffas av ljudet, ljudets utbredning kan då approximeras till strålar. Statistisk rumsakustik tillämpas när man vill betrakta ljud- och energiutbredningen under en viss tid och då de enskilda händelserna kan approximeras statistiskt Vågteoretisk rumsakustik låga frekvenser Vid låga frekvenser då ljudets våglängd börjar närma sig storleken på rummets dimensioner kan ett slutet parallellepipediskt rum betraktas som en resonanskammare, med den inneslutande luftvolymen som en resonerande massa. Om en ljudkälla med bredbandig ljudkaraktär placeras i rummet, kommer vissa eller alla (beroende på källans och mottagarens placering) av rummets resonansfrekvenser också så kallade egenfrekvenser att exciteras. En resonans kan uppstå mellan två parallella, reflekterande väggar, den lägsta egenfrekvensen uppstår på rummets längsta ledd. Vid egenfrekvensen bildas en vandrande vågfront som rör sig mellan de två parallella väggarna, vid varje väggstuds bildas en motfasreflektion av vågfronten. När den infallande och den fasvända reflektionen interfererar kommer en så kallad stående våg att bildas i enlighet med superpositionsprincipen. Stående vågor bildar speciella ljudtryckmönster i rummet med lokala ljudmaxima (bukar) och ljudminima (noder) se Figur 2.8. Stående vågor uppstår vid grundresonansfrekvensen och dess multiplar och bildar en harmonisk talserie av resonanser. I praktiska fall kommer inte multiplarna exakt harmoniskt, frekvensavståndet minskar med ökande frekvens, vilket beror på viskositetsförluster (absorption) vid väggarna [10]. 10

23 Figur 2.8 Figuren visar ljudtryckmönster (stående vågor) som uppstår mellan två parallella reflekterande väggar vid rummets resonansfrekvens f 0 och dess multiplar. Ett parallellepipediskt rums egenfrekvenser beräknas enligt (3), uttrycket gäller för fullständigt reflekterande väggytor. 2 2 (, c n n x y, ) 2 nz f n = + + x n y nz (3) l x l y lz 2 Där c är ljudets hastighet, n x, n y, n z är ordningstalen på grundresonansens multiplar i rummets olika led, l x, l y, l z är längden på rummets dimensioner. Egenfrekvenser kan delas upp i tre olika grupper: axiella, tangentiella och oblika. De axiella moderna uppstår mellan två ytor, reflektionen sker i en dimension då är två av n x, n y, n z lika med noll. Tangentiella moder kan uppstå mellan fyra ytor och är tvådimensionella, endast en av n x, n y, n z är då lika med noll. Oblika moder innebär reflektioner mellan alla sex rumsytor, dvs golv, tak och väggar, n x, n y, n z är då skiljda från noll se Figur 2.9. I praktiska fall innebär varje reflektion en energiförlust, därför är de axiella moderna de kraftigaste och de tangentiella och oblika moderna ligger cirka -3dB respektive -6dB i nivån under de axiella, [13]. 11

24 Figur 2.9 Grafisk visualisering av axiella, tangentiella och oblika rumsmoder, moderna är avbildade som strålar i figuren. Axiella moder kan uppstå mellan två parallella väggar i varje led, den andra bilden visar de tre första tangentiella moderna, tredje bilden visar endast en oblik rumsmod, reflektionspunkter är avbildade som kors för att förtydliga deras positioner Rumsmodernas inverkan på ljudåtergivningen Graden av rumsmodernas inverkan på det återgivna ljudet är starkt beroende av rummets storlek, dimensioner, form, absorption, lyssnarens och ljudkällans position. I de flesta mindre rum utgör rumsmoder ett stort problem, särskilt drabbat är området Hz då modtätheten är låg. Ljudtrycksskillnader i storleksordningen ± 20dB eller mer är inte ovanliga se Figur 2.10a. Smalbandiga nivåskillnader av sådan magnitud kommer att uppfattas som starka färgningar av originalljudet vilket sänker intrycket av naturtrohet. Figur 2.10a Figuren visar rumsmodernas inverkan (röd kurva) på en bashögtalarens tonkurva (blå kurva), i frekvensområdet 20-80Hz, notera de stora nivåskillnaderna. De två framträdande topparna vid 35 och 60Hz är rummets grundresonans på bredden respektive första multipeln av rummets grundresonans på längden. Figur 2.10b Vattenfallsdiagram av samma tonkurva som redovisas i figur 2.10a. Rummets efterklangstid vid dess resonansfrekvenser är avsevärt längre än vid de övriga. Y-axeln går från 0 till -45dB, Z-axeln går från 0 till 1500ms. Rumsresonanser ger negativ inverkan på ljudet även i tidsdomänen, avklingningen vid rummets resonansfrekvenser brukar vara avsevärt längre än vid övriga frekvenser se Figur 2.10b, det innebär att svagare ljud längre upp i frekvens kommer att maskeras av rumsresonansernas långsamma avklingning Förslag på åtgärder De största problemen med ljudåtergivning i mindre rum är ofta orsakade av rumsresonanser. Ljudets våglängd vid låga frekvenser är så pass stor att det blir väldigt ineffektivt att använda sig av porösa absorbenter för dämpning av så låga frekvenser, andra lösningar måste tas i 12

25 bruk. I detta avsnitt beskrivs några lösningar och förslag på åtgärder som kan tillämpas vid dämpningen av låga frekvenser och vid planeringen av lyssningsrum Rummets storlek och proportioner Rummets storlek har betydelse för lågfrekvensåtergivningen, eftersom avståndet mellan två parallella väggar bestämmer den lägsta möjliga resonansfrekvensen för rummet, enligt (4) som är en förenkling av uttrycket (3). c f = 0 l 2 (4) Där f 0 är frekvensen för grundresonansen mellan två parallella väggar, c ljudets hastighet [m/s] och l [m] är avståndet mellan väggarna. Mindre rum ger således låg modtäthet vilket innebär att varje rumsmod kommer att framträda mer som en enskild resonans, vilket i sin tur kan leda till ett ojämnt rumssvar, därför är det viktigt att välja ett tillräckligt stort rum. European Broadcast Union och Audio Engineering Society rekommenderar rumsstorlekar på minst 40m 2 för multikanalslyssning [11], [5]. Gränsen där luften i rummet slutar att bete sig som ett resonanssystem med lokala ljudtrycksvariationer och övergår till ett diffust ljudfält kan bestämmas med uttrycken (5) och (6), [12]. T60 F (5) V F2 4F 1 (6) Där F 1 är undre gränsen på övergångsområdet och F2 är den övre gränsen, vid frekvenser över F 2 kan ljudet börja betraktas som strålar. T 60 är rummets efterklangstid [s] och V är rummets volym [m 3 ]. Sambandet (5) antyder att rummets volym påverkar hur långt det problematiska frekvensområdet där rumsmoder dominerar sträcker sig, större volym (större rum) tillåter lägre gränsfrekvens. Låt oss betrakta två olika stora rum se Figurer 2.11a,b. Första rummet har dimensionerna [m], det andra rummets dimensioner är [m], förhållandena mellan bredd, längd och höjd är lika i de båda rummen eftersom endast rumstorlekens inverkan på modtätheten vill undersökas. 13

26 Figur 2.11a Den lila kurvan visar rumssvaret vid olika frekvenser i ett rum med dimensionerna [m], y-axeln sträcker sig från 0 till 25dB, frekvensområdet som undersöks är Hz. Exciteringen sker i rummets nedre vänstra hörn, mikrofonen är placerad i rummets motstående hörn på diagonalen, på det viset kan alla rumsmoder (axiella, tangentiella och oblika) exciteras och undersökas. Väggabsorptionen är satt till minimum vilket motsvarar massiva betongväggar. Simuleringen är gjord i programmet RPG RoomSizer Det syns tydligt att rummets storlek har inflytande på modtätheten, avståndet mellan rumsmoderna är mindre i det större rummet vilket resulterar i ett jämnare rumssvar. Enligt Gilford [12] bör inte avståndet mellan de axiella moderna överstiga 20Hz för att inte moderna ska uppfattas som akustiskt avskilda. Efterklangsfältet är jämnare i ett rum med högre moddensitet, det betyder att ljudtrycksvariationer mellan olika punkter i rummet är mindre dvs högre energitäthet. Övergången till ett diffust fält sker tidigare i det större rummet, eftersom gränsen då modtätheten blir tillräckligt hög för att de enskilda modernas bidrag ska ta ut varandra ligger lägre i frekvens. Figur 2.11b Rumssvaret i det [m] stora rummet, modtätheten är högre än i det mindre rummet (Figur2.11a). Varje rumsmod bidrar med mindre energi och är mindre framträdande, vilket är bra för ljudåtergivningen. Många av dipparna på frekvensgången är väldigt smalbandiga, sådana dippar har ganska liten effekt på ljudåtergivningen och är svåra för örat att identifiera då en bredbandig ljudsignal som tal eller musik spelas upp. Det finns dock gränser för hur tätt rumsresonanserna får ligga, om moderna ligger för nära varandra i frekvens, kommer de att excitera närliggande moder eftersom varje rumsmod har en viss bandbredd. Enligt Bonello bör avståndet mellan rumsmoder som ligger inom samma kritiska band skilja åtminstonde med 5% av deras frekvens [12]. 14

27 Därför måste hänsyn tas till rummets proportioner, det är viktigt att undvika rumsmåtten där flera sidor är lika eller multiplar av varandra då flera av rumsmoderna kommer att hamna på samma frekvens eller väldigt nära varandra och på det viset förstärka varandra. EBU och ITU-R ger några riktlinjer för lämpliga rumsproportioner [5], se (7), dessa bör följas för att de mest ogynnsamma proportionerna skall undvikas. Golvarean föreslås vara 30-70m 2, rumsvolymen bör inte överstiga 300m 3. w l w h h h (7) l < 3h w < 3h Där l = rummets längd, w = rummets bredd och h = rummets höjd. Förhållandena mellan l, w och h som är inom ± 5% av ett heltal bör undvikas. Exemplet nedan visar hur rummets proportioner påverkar fördelningen av rumsmoder se Figur 2.12a,b. På grund av rumsmåtten hamnar nästan alla av de axiella rumsmoderna i rum a vid precis samma frekvenser och förstärker varandra, det förklarar nivåökningen på ungefär 9dB jämfört med rum b s kurva där de axiella moderna är bättre fördelade. Figur 2.12a Rummets mått är 3 6 6[m], golvarean = 36m 2, rumsvolym = 108m 3. Rumsmåtten är ogynnsamma för högkvalitativ ljudåtergivning och möter inte EBU s kriterer för professionella lyssningsrum. Rumsproportionerna är (höjd, bredd, längd) längden och bredden är lika och är multiplar av taket. Observera klusterbildningen av rumsmoder se de punkterade linjerna bakom kurvan. Y-axeln sträcker sig från 0 till 25dB, frekvensområdet som undersöks är Hz. Insättningen av a s rumsmått i (7) ger ett förhållande som inte stämmer vilket innebär att rum a inte möter EBU s rekommendationer. Rum b ger förhållandet: vilket stämmer, rummets golvyta är dock något för litet (37.4 m 2 ) för att möta EBU s norm fullt ut. 15

28 Figur 2.12b Rummets mått är 2.4*5.5*6.8[m], golvarean = 37.4m 2, rumsvolym = 89.8m. Rumsmåtten möter EBU s kriterier för professionella lyssningsrum. Rumsproportionerna är (höjd, bredd, längd) och ger en bättre spridning av rumsmoder, (men visar att det ändå blir stora nivåvariationer i ett mindre, obehandlat rum), se de punkterade linjerna bakom grafen och jämför med figur 2.12a. Y-axeln sträcker sig från 0 till 15dB (notera skillnaden jämfört med figur 2.12a), frekvensområdet som undersöks är Hz. Noga utvalda rumsmått och proportioner är ingen garanti för en bra lyssningsrumsakustik, men är en bra förutsättning och utgångspunkt för att flera lyssnare skall kunna få en bra ljudupplevelse i lyssningsrummet Absorption vid låga frekvenser Även i rum där dimensionerna har valts med omsorg och har god moddensitet, kommer rumsmodernas inverkan på tonkurvan och efterklangstiden vara påtagliga, därför är det nödvändigt med lågfrekvensabsorption i lyssningsrummet. På grund av de låga frekvensernas λ stora våglängd ( 85 4 = 0, [m] vid 100Hz) är det opraktiskt att använda porösa absorbenter vid dämpningen av låga frekvenser, istället måste andra typer av absorbenter användas Väggar - massabsorbenter Rummets väggkonstruktion har en stor betydelse för rummets basabsorption. I professionella lyssningsrum och studios är väggarna ofta uppbyggda av flera lager gips- eller plywoodskivor uppsatta på reglar mot en hårdare vägg, luftspalten som bildas mellan skikten fylls med någon typ av porösabsorbent. Väggkonstruktionen bildar en så kallad membranabsorbent (en typ av resonansabsorbent), förlusterna i resonanssystemet åstadkommes genom en kombination av mekaniska förluster i membranet (gips-, plywoodskivan) och porösa absorbenter i luftspalten [13]. Lyssningsrummets väggar kan stå för den största delen av absorptionen vid frekvenser under 100Hz om rätt konstruktionstyp och material väljs [12]. 16

29 Helmholtzabsorbenter En helmholtzresonator är ett akustiskt massa-fjädersystem, som består av en innesluten luftvolym och en ansluten hals, som förbinder systemet med omgivningen se Figur Den slutna luftvolymen agerar som en fjäder och luften i halsen är en reaktivmassa, systemets resonansfrekvens bestäms av luftvolymen samt halsens längd och diameter. Ljudabsorptionen sker vid helmholtzabsorbentens resonansfrekvens, dess Q-värde beror på systemets friktionsförluster, volymen kan fyllas med olika mängder av en porösabsorbent för att rätt dämpvärde skall kunna erhållas. Figur 2.13 Helmholtzresonator, en luftvolym och en kopplad hals, analogt med fysikens massa-fjäder system. Helmholtzresonatorn kan användas mycket effektivt vid låga frekvenser för att dämpa vissa problematiska rumsmoder, eftersom en smalbandig absorption kan uppnås. En noggrann avstämning och placering av helmholtzresonatorn krävs för att en önskat resultat skall kunna uppnås. Resonatorn skall placeras i ett tryckmaximum på den frekvensen som man vill dämpa, det innebär att helmholtzresonatorer oftast blir placerade i rummets hörn eller längs och i väggar där många av rumsmoderna har sina tryckmaxima Spaltpaneler En spaltpanel är en typ av helmholtzabsorbent, absorbenten är vanligtvist uppbyggd av brädor som ligger på ett visst avstånd ifrån varandra över en kavitet. Luftmassan i spalterna mellan brädorna reagerar med den fjädrande luftvolymen i kaviteten och bildar ett resonanssystem se Figur Figur 2.14 Spaltpanelens principiella uppbyggnad Resonansfrekvensen styrs av luftvolymen bakom panelen samt brädornas tjocklek och bredd se (8), systemets Q-värde kan justeras genom att tillsätta olika mängder av porös absorbent i luftkaviteten bakom panelen. f 0 c r = (8) 2 π 1.2dD( r + w) Där c är ljudets utbredningshastighet [m/s], r är spaltbredden [m], d är brädans tjocklek [m], 1.2 är längdkorrektionen på öppningen, D är luftspaltens djup [m] och w är bredden på brädan [m] [12]. 17

30 Spaltpanel används främst vid dämpningen av frekvenser i området Hz, men kan avstämmas för absorption längre ner i frekvens. Absorptionsarean vid spaltpanelens resonansfrekvens blir oftast i samma storleksordning som dess yta [13]. Flera spaltpaneler med olika avstämningsfrekvenser kan kombineras, på det viset erhålls absorption över ett bredare frekvensområde. Spaltpaneler liksom andra resonansabsorbenter skall placeras längst väggar eller i tak där många rumsmoder har sitt ljudmaximum Lyssningsposition och basmodulernas placering Eftersom de nivåförändringar som skapas av stående vågor i ett rum är lokala för de allra lägsta frekvenser, kan de mest ogynnsamma positionerna sett ur en ljudkvalitetssynpunkt undvikas om en genomtänkt placering av lyssnaren tillämpas. Generellt bör lyssningspositioner nära väggar undvikas där rumsmoder har sitt tryckmaximum. En snedställning av lyssningspositionen från rummets mitt på längden och bredden är önskvärd i rum där alla väggar är uppbyggda av material med liknande densitet och tjocklek, eftersom de axiella rumsmoderna har sina noder för alla sina ojämna multiplar och tryckmaximum för alla sina jämna multiplar längst rummets mittlinjer. * I många fall kommer dock rummets storlek, högtalaruppställningen och andra omständigheter att vara de styrande faktorerna vid valet av lyssningspositionen. Ett annat sätt att minska problematiken som är förknippad med låga frekvenser i små rum kan vara genom att välja rätt typ av högtalarsystem. Att välja ett system som är uppdelat i separata bashögtalare som tar hand om ljudsignalen under 80Hz och topp-högtalare som spelar upp ljudsignalen över 80Hz har några fördelar jämfört med de flesta fullregisterhögtalare. Uppdelningen ger en högre grad av placeringsfrihet, bashögtalarna kan placeras nära rummets väggar eller i hörn och topphögtalarna placeras på stativ i lämpliga positioner. Att placera bashögtalare nära en eller flera väggar har flera fördelar. När en ljudkälla befinner sig akustiskt nära en vägg kommer källan och dess spegelkälla att bli koherenta om våglängden är stor i förhållande till avståndet till angränsningsytor. Det innebär att när en bashögtalare placeras i ett hörn, kommer dess verkningsgrad (akustisk effekt ut/elektrisk effekt in) och dess maximala ljudtrycksförmåga att öka utan ökande distorsion. Flera studier har gjorts om hur många bashögtalare som bör användas och hur de skall placeras i rummet, [14], [15] de olika artikelförfattarna är överens om att flera bashögtalare utplacerade på vissa bestämda positioner i rummet är bättre än en, eftersom en jämnare excitering av rumsmoder kan åstadkommas. Om två bashögtalare placeras i varsitt hörn på rummets främre vägg på lika långt avstånd från lyssnaren kommer den första axiella grundresonansen i den rumsledden att undertryckas på grund av destruktiv interferens då exciteringen kommer att ske i båda hörnen samtidigt, det förutsätter att bashögtalarna spelar i mono. På samma sätt kan grundresonansens övertoner undertryckas om fler bashögtalare placeras mellan de första två. Enligt samma logik kan rumsmoder undertryckas i rummets alla led. Metoderna är kompromisser och akustikbehandling i basområdet är alltid att föredra, metoden bör dock tillämpas för att nå ännu bättre resultat i ett redan akustikbehandlat rum, eller i rum där akustikbehandlingen ligger utanför projektets budget och de värsta problemen kan då undertryckas något med denna, relativt billiga metod. Vissa rum vilkas väggar är av varierande tjocklek och densitet (till exempel rum där den ena kort- och långväggen är byggda av massiv betong och de andra två väggarna är konstruktioner av lättare typ som lättbetong eller gips), kommer akustiskt sett att uppfattas som större av de allra lägsta rumsmoderna och då kan positionerna längst mittlinjerna vara gynnsamma, eftersom en förskjutning av rumsmodernas noder och bukar kommer att ske mot den mjukare väggen. 18

31 Ekvalisering En parametrisk equalizer kan användas för att undertrycka vissa problematiska resonansfrekvenser, det bör ske endast efter att rummet har blivit akustikbehandlat och den optimala lyssningspositionen har valts ut. En grafisk equalizer bör inte användas, då den har alldeles för låg precision och inte ger möjligheten att justera filtrets Q-värde. För optimala resultat bör rumssvaret mätas på alla lyssningspositioner och dess medelvärde undersökas, ekvaliseringen bör helst tillämpas på de rumsresonanser som ligger under 80Hz och är framträdande på alla lyssningsplatser Geometrisk rumsakustik höga frekvenser Vid högre frekvenser när våglängden är liten i jämförelse med de föremål som träffas av ljudet, kan ljudutbredningen approximeras till strålar, approximationen anses gälla för frekvenser över Hz [12]. När en ljudstråle träffar en yta kommer en del av ljudets energi att absorberas på grund av viskositets och värmeförluster som uppstår vid friktion mellan luftpartiklar och det träffade materialets inre struktur. Den återstående energimängden kommer att reflekteras eller fortsätta genom materialet. Mängden av den absorberade energin beror på materialets egenskaper samt ljudets infallsvinkel Reflexernas påverkan på ljudåtergivningen Direktljudet från högtalaren är det första ljudet som når lyssnaren i ett lyssningsrum, strax efter kommer lyssnaren att nås av en drös reflexer som ankommer från högtalarens spegelkällor på rummets ytor, se Figur De reflexer som kommer inom loppet av 20ms efter direktljudet, brukar kallas för tidiga reflexer; på grund av örats integrationstid har vi svårt att skilja på direktljud och tidiga reflexer, utan uppfattar de som en helhet. Figur 2.15 Några millisekunder efter direktljudet nås lyssnaren av de första reflexerna, endast ett fåtal reflexer är utritade i figuren. Inverkan av tidiga reflexer är fördärvande för högkvalitativ ljudåtergivning då de ger upphov till flera klangliga och spatiella distorsionsfenomen. Interferenser mellan direktljudet och de senare ankommande reflexerna kan ge upphov till så kallade kamfiltereffekter. Kamfiltereffekter orsakas av fasskillnaden mellan direktljudet och dess spegelkällor vilket ger upphov till ljudtrycksvariationer. Ljudet kommer att förstärkas när avståndsskillnaden mellan direktljudet och spegelkällan är n λ, där n = 1, 2, 3 och släckas ut när vägskillnaden är där n = 1, 3, 5 se Figur På grund av begränsningar orsakade av örats kritiska bandbredd är människan mer känslig för ljudtrycksvariationer som orsakas av korta n λ, 2 19

32 tidsfördröjningar mellan direktljudet och dess spegelkällor [13], vi skulle således inte kunna uppfatta alla ljudtrycksvariationer som ligger högre upp på frekvensaxeln i Figur Figur 2.16 Inverkan av golvreflexen på högtalarens tonkurva. Den översta kurvan är en schematisk skiss över kamfiltereffektens inverkan, som orsakas av golvreflexen. Den nedre kurvan visar den uppmätta högtalarens tonkurva. Högtalaren är placerad på ett 0,55 meter högt stativ, mikrofonen är placerad en meter ifrån högtalaren i höjd med högtalarens akustiska centrum. Golvreflexen ger upphov till utsläckningar vid 220, 660, 1100 och 1540 Hz med förstärkningar däremellan. Nivåökningen mellan utsläckningarna beräknades till 3.87dB, vilket stämmer bra med den uppmätta tonkurvan. Den uppmätta högtalaren är Ino Audio i14, nivåavrullningen över 12kHz orsakas av mätmikrofonen. De tidiga reflexerna inverkar också negativt på ljudets spatiella egenskaper. De virtuella ljudkällornas position förskjuts och projiceringen av fantomkällor mellan högtalarna försämras, fantomkällorna kan uppfattas som diffusa och oexakta. Reflexernas ankomsttid, styrka, ankomstvinkel och typen av ljudsignal är de parametrar som avgör hur störande reflexen kommer att uppfattas. Det är vedertaget att alla reflexer i frekvensområdet 1-8kHz som kommer inom loppet av 10-15ms bör dämpas med 10-20dB i förhållande till direktljudet, för att inte uppfattas som störande [5], [12], se Figur Figur 2.17 Exemplen visar ljudförloppet i ett visst rum. Det vänstra ekogrammet föreställer ett obehandlat rum, strax efter direktljudet kommer flera starka tidiga reflexer, mest troligt skulle ljudet uppfattas som färgat och oexakt i ett sådant rum. Det högra ekogrammet föreställer ett mer önskvärt förlopp, de tidiga reflexerna har dämpats med cirka 20dB Förslag på åtgärder Eftersom våglängden är relativt kort vid högre frekvenser, kan porösa absorbenter tillämpas vid dämpningen av tidiga reflexer. Hela den främre delen av lyssningsrummet runt högtalarna och fram till lyssnaren, eller åtminstone de mest kritiska reflexionspunkterna däremellan, bör dämpas hårt i frekvensområdet 1-8kHz. Ett annat sätt att undvika tidiga reflexer kan vara att 20

33 ändra på rummets geometri, rummets ytor bör då snedställas på sådant vis att de tidiga reflexerna avstyrs från lyssnarens öron. Av praktiska skäl är golvet ofta en hård och slät yta, i de flesta rum kommer golvreflexen att upplevas som särskilt problematisk, det rekommenderas att området runt högtalarna och fram till lyssnaren täcks över med en heltäckningsmatta eller andra absorberande material. Parallella, reflekterande ytor längst lyssningsrummets väggar bör undvikas, väggarna kan antingen göras absorberande, diffuserande eller snedställas, på det viset kan fladder-eko (klapp-eko) elimineras. För att undvika problem med stereobalansen bör absorptionen placeras ut symmetriskt runtom lyssnaren. Väggen bakom lyssnaren, samt taket i bakre delen av rummet kan med fördel göras diffuserande i vissa fall, lyssningspositionen bör då placeras på ett lämpligt avstånd från bakväggen, eftersom diffusorer har en viss verkningsradie [12]. Det är omöjligt att ge en universal lösning på lyssningsrummets akustiska utformning som kan tillämpas på alla rum och vid alla användningsområden. Lyssningsrum som skall främst användas för lyssning av auralisationer eller ambisonics inspelat material genom symmetriska högtalaruppställningar, utgör ett fall då det är extra viktigt med exakt ljudåtergivning. I sådana fall bör i princip alla rummets ytor vara hårt dämpade, eftersom all nödvändig rumsinformation finns på inspelningen och bör då behållas intakt för att en trovärdig projektion av ljudhändelsen skall kunna uppnås. Högtalarnas placering är viktig eftersom högtalaren samverkar med rummet, man bör alltid följa tillverkarens rekommendationer för högtalarplaceringen, om sådana finns tillgängliga. Generellt bör man undvika att placera ut högtalarna på lika avstånd från närliggande väggar och golv, på det viset undviker man att eventuella kamfiltereffekter orsakade av interferenser mellan högtalarna och dess spegelkällor hamnar vid samma frekvenser Efterklangstid Efterklangstiden är den tid det tar för energitätheten i ett rum att avta till en milliondel (dvs. nivåminskning med 60dB) av sitt ursprungsvärde efter att man har stängt av ljudkällan. Avklingningstiden påverkas av egenskaperna hos rummets angränsningsytor samt rummets volym. Eftersom absorptionen hos rummets ytor och alla föremål i rummet varierar med frekvensen, är efterklangstiden också frekvensberoende Efterklangstidens inverkan på ljudåtergivningen För lång efterklangstid har en negativ inverkan på ljudåtergivningen eftersom de kvardröjande ljuden i rummet maskerar de inspelade, särskilt drabbade blir de transientrika och starkt dynamiskt växlande ljudsignalerna. Den naturliga efterklangstiden som finns med på inspelningen kommer också att maskeras eller förvrängas om lyssningsrummets efterklangstid är för lång eller ojämn vid olika frekvenser. Själva avklingningen vid olika frekvenser bör hållas jämn och brutna avklingninskurvor bör undvikas. Det är extra viktigt med kort och jämn efterklangstid vid uppspelningen av auraliseringar, eftersom det auraliserade rummets efterklangstid är ett viktigt bedömningskriterium. För de flesta lyssningsrum rekommenderas att efterklangstiden hålls runt 0,2 sekunder [12]. Den av EBU rekommenderade efterklangstiden kan beräknas för rum med olika volym med hjälp av uttrycket (9). 1 3 V T m = 0,25 (9) V0 3 Där V 0 är en referens volym på 100m och V är lyssningsrummets volym [m 3 ]. Värdet T m [s] bör inte variera över frekvensområdet mer än vad som visas i figuren

34 Figur 2.18 Figuren visar EBU standardens rekommendation på max variation som efterklangstiden T m får anta, vilken är ± 0,05s i frekvensområdet Hz Förslag på åtgärder Det rumsresonansdrabbade lågfrekvensområdet kräver ofta stora och rumsanpassade lösningar (se avsnitt ), det är däremot relativt enkelt att sänka efterklangstiden vid högre frekvenser med hjälp av porös absorption. I många fall kan absorptionen som är tillsatt för att dämpa de tidiga reflexerna vara fullt tillräcklig; om så inte är fallet, kan mer porös absorption tillsättas i rummet. Mest effekt ges om absorbenterna placeras där flera rumsytor möts dvs. där den högre ordningens reflexer har sina reflexionspunkter. Till exempel är det alltid bättre att placera ut mattor längst väggar än i mitten av rummet, om sänkningen av efterklangstiden är det primära. Draperier kan vara ett enkelt och billigt sätt att sänka efterklangstiden, men är mindre effektiva för dämpning av tidiga reflexer. Draperier bör hängas upp på ett avstånd från väggen för att bredbandig absorption skall kunna åstadkommas. Avståndet bör vara 4 λ av den lägsta frekvensen som vill dämpas Bakgrundsbuller Nivån på bakgrundsbullret i lyssningsrummet bör vara låg för att inte störa ljudåtergivningen. Nivån skall inte överstiga NR15 och bör helst ligga under NR 10 kurvan, [5], se Figur Figur 2.19 Rekommenderade NR kurvor. 22

35 3.1 Metod och resultat 3.2 Val av högtalarsystem och högtalaruppställning På grund av de orsaker som gås igenom i avsnitten och valdes ett flerkanaligt högtalarsystem framför hörlurar som uppspelningsmetod. Det bedömdes även att besökarna på Wetterling Gallery skulle få en häftigare och mer intressant ljudupplevelse genom en högtalaranläggning. Ljudprogrammet för utställningen på Wetterling Gallery var inte helt klarlagd vid tidpunkten då högtalarsystemet skulle väljas, möjliga användningsområden var: auralisation, demonstration av olika typer av samhällsbuller, ljudmiljöer samt ljudkonst. Efter utställningen på Wetterling Gallery skulle systemet eventuellt flyttas till Konstfacks lokaler där det skulle användas som ett hjälpmedel i undervisningen, systemet skulle kunna användas för olika typer av ljuddemonstrationer, auralisation och studenternas egna ljudproduktioner. Utifrån analysen av de tänkta användningsområden och med hänsynstagande till projektets budget och de begränsningar som beskrivs i avsnittet kunde följande krav ställas på högtalarsystemet: 1. Bra ljudupplevelse över en relativt stor lyssningsarea 2. Högtalarsystemet skall vara flexibelt och kunna integreras med olika typer av rum 3. Tillräckligt hög dynamisk kapacitet 4. Rimligt låg klangförvrängning 5. Rimligt hög känslighet 6. Bra prestanda/prisförhållande Förslag på högtalarsystem Ett högtalarsystem från Ino Audio och ett från Genelec valdes ut och förslagen presenterades, se Bilaga 1. Båda högtalarsystemen erbjuder möjligheter för bra rumsanpassning, systemet från Ino Audio är dock bättre lämpat för flera lyssnare och är billigare än det föreslagna systemet från Genelec Utvärdering av högtalaruppställningar En jämförelse mellan ITU 5.1 och Pentagon uppställningar genomfördes. Syftet med testet var att undersöka vilken av högtalaruppställningarna som lämpade sig bäst för uppspelning av auraliseringar och också att testköra samt utvärdera de auraliseringar som gjordes med hjälp av den föreslagna uppspelningsmetoden, se avsnitt Rum och utrustning Testet genomfördes i ett konferensrum på Ingemansson Tech AB s kontor i Stockholm. Rummets mått: Väggmaterial: Golv: Tak: 5,8 5,0 2,7 [m] gips på reglar, fasadvägg av tegel med fönsteröppningar. linoleummatta på betonggolv. ecophon akustiktak med 0,25 m luftspalt, betong under. Inga större åtgärder vidtogs för att reglera akustiken i rummet, då endast skillnader mellan högtalaruppställningar och uppspelningsmetodens funktionalitet skulle undersökas. Företaget United Audio AB ställde upp med ljudutrustningen för testet. 23

36 Använd utrustning: Topphögtalare Bashögtalare Försteg Parametrisk EQ CD-Spelare Genelec 1029A 5st med tillhörande stativ Genelec 1092A 1st Lexicon A1 Yamaha SP2060 Denon DCD-F Högtalarplacering och val av lyssningsposition Hänsyn togs till rummets axiella moder vid valet av lyssningsposition och bashögtalarens placering. Högtalarna placerades ut längst en cirkel med radien 1.8[m] runt lyssnaren Installation och kalibrering Signalöverföringen mellan CD-spelaren och surroundprocessorn Lexicon A-1 skedde via TOSLINK gränssnittet. Alla topphögtalare ställdes in i läget small, delningsfrekvensen mellan topphögtalarna och bashögtalaren valdes till 80Hz. Uppspelningen skedde i DTS läget. Ljudnivån mellan topphögtalarna och bashögtalaren justerades och kontrollerades med hjälp av mätsystemet WinMLS 2000Pro Testprocedur Ljudmaterialet hade förberetts enligt proceduren som beskrivs i avsnitt 3.3.3, de DTS kodade *.wav filerna hade lagts över på en CD-ROM skiva. Några anställda från Ingemansson medverkade i testet, testpersonerna fick lyssna på auraliseringar av den stora utställningshallen på Moderna museet. Testpersonen fick först lyssna på auraliseringen via hörlurar och sedan via högtalarsystemet. Pentagon uppställningen utvärderades först, testproceduren upprepades sedan med ITU 5.1 uppställningen Testpersonernas åsikter Samtliga lyssnare tyckte att auralisation via högtalare oavsett högtalaruppställning fungerade bättre än via hörlurar, framförallt var rumsupplevelsen bättre och möjligheten att kunna vrida på huvudet upplevdes som positivt och verklighetstroget. Pentagon uppställningen ansågs vara överlägsen ITU 5.1 ur en teknisk synpunkt. Testpersonerna tyckte att det var svårt att hitta balansen mellan det bakre och främre ljudfältet med ITU 5.1 uppställningen, ljudbilden var känslig för huvudrörelser fram och bak och kanade lätt över. Testpersonerna ansåg vidare att ITU 5.1 uppställningen inte kunde generera lika omslutande rumskänsla som den symmetriska Pentagon uppställningen Utvärdering av högtalarsystemet från Ino Audio Det föreslagna systemet från Ino Audio, (se Bilagor 1&2) utvärderades i Ino Audios lyssningsrum. Flera auralisationer, musikstycken och olika typer av trafikbuller avlyssnades via högtalarsystemet. Samtliga lyssnare som var närvarande vid utvärderingen tyckte att systemet presterade mycket bra. Noggrannheten ansågs vara tillfredställande hög för de flesta typer av auralisationer. Problematiken förknippad med för få bakhögtalare i ITU 5.1 standarden (se avsnitt ) har åtgärdats i Ino Audios högtalarsystem, se Bilaga 2 för vidare information. 24

37 Systemet fån Ino Audio ansågs passa bra till projektets ändamål och det föreslagna högtalarsystemet inhandlades Övrig ljudutrustning Följande kringutrustning införskaffades: Surroundförstärkare Denon 2106 Slutsteg för drivning av basmoduler NAD 319 Parametrisk Equalizer DVD-spelare Behringer DSP1124P Clas Ohlsson 25

38 3.3 Ljudmaterial för utställningen på Wetterling Gallery Det ansågs att DVD-ROM skulle vara det mest lämpade lagringsmediet för programmaterialet. Uppspelningen sker via en DVD-spelare som är kopplad till en separat DTS-dekoder. Med hjälp av en fjärrkontroll kan galleribesökarna navigera i ett menysystem och själv välja vilket ljudmaterial de vill lyssna på Kort beskrivning av programmet Ljudmaterialet är uppdelat i tre delar: auraliseringar, ljudmiljöer samt ljudkonst. Auralisationsdelen består av ett flertal exempel på olika rumsmiljöer, lyssnaren kan uppleva hur ljudet förändras i olika positioner av rummet samt hur akustiska åtgärder påverkar rumsupplevelsen och taluppfattbarheten; i samtliga exempel används en kvinnoröst som ljudkälla. Delen med ljudmiljöer består av fyra korta ljudhändelser från olika platser i Stockholm. Besökaren erbjuds att lyssna på ett passerande X2000 tåg på 20 meters avstånd, en höstpromenad i skogen, vardagslivet i Kungsträdgården och folkvimlet i Gallerian på Hamngatan. Tanken med ljudmiljöer är att rikta lyssnarens uppmärksamhet på de skiftande dynamiska och klangliga ljudegenskaperna hos olika platser, samt teleportera hörselsinnet i tid och rum. Ljudinspelningarna gjordes med en SoundField mikrofon, ljudnivån vid uppspelning motsvarar den på inspelningsplatsen. Urban Sound Institute står för ljudkonsten som är ett ljudäventyr i tre dimensioner Från CATT-A till DVD En metod togs fram för att göra uppspelningen av CATT-A auralisationer möjlig via högtalare. Metoden kan delas upp i fem steg, se Figur 3.1: 1 Omräkning av rummets impulssvar till B-format 2 Faltning av impulssvaret i B-format med en ekofri ljudfil 3 Signaluppdelning mellan högtalarna för vald högtalaruppställning 4 Kodning till DTS 5 Överföring till DVD-ROM/CD-ROM Se Bilaga 3 för en utförlig beskrivning av metoden. Figur 3.1 Översiktsdiagram av processen. 26

39 3.4 DVD - gränssnitt Det bestämdes att utställningsbesökarna skall kunna bestämma själv vilken del av programmet de vill lyssna på, ett DVD - gränssnitt togs därför fram. Gränssnittet skulle vara så enkelt och logiskt som möjligt och samtidigt vara estetiskt tilltalande i sitt utseende. Alla menybakgrunder gjordes i programvaran Adobe Photoshop CS, dessa importerades sedan in i DVD-mastering mjukvaran DVD-lab PRO, där menysystemet länkades ihop och allt ljudmaterial kopplades till gränssnittet. Alla menyer gjordes pixlar stora för att passa DVD formatet, själva bildytan minskades med 20 % för att undvika problem med beskärningen på vissa tv-apparater. Navigationen sker via en fjärrkontroll kopplad till en DVD spelare, bildinformationen visas på en LCD skärm framför användaren Menysystem I huvudmenyn kan användaren välja vilken del av programmet som skall spelas, man kan välja bland auralisation, ljudkonst och ljudmiljöer, se Figur Vit bakgrundsfärg valdes till huvudmenyn för att dra besökarens uppmärksamhet till bildskärmen, i det annars ganska mörka lyssningsrummet. Alla menyer är uppdelade i tre ytor, den stora huvudytan omges av två mindre subytor. Subytorna används för information, den vänstra, vertikala subytan innehåller en liten navigationsguide, pil- och knappsymbolerna skannades in från fjärrkontrollen till DVD-spelaren som användes vid utställningen. Den övre, horisontella subytan innehåller namnet på menyn som användaren befinner sig i för tillfället. Figur 3.12 Huvudmeny. Markörer lades till i alla menyer i programmet DVD-lab PRO (visas ej i Figur 3.12), markörens uppgift är att visa var i huvudytan användaren befinner sig, markören styrs med fjärrkontrollens pilknappar. Markörer gjordes i en kontrastrik färg mot bakgrunden, för att synas utan problem. För att ge visuell återkoppling ändras markörens färg mot en mörkare färgton när användaren väljer att gå in i någon undermeny, se Bilaga 4, för ett heltäckande flödesdiagram över hela menysystemet. Användaren kommer till auralisationsmenyn, om alternativet Auralisation väljs i huvudmenyn se, Figur Auralisationsmenyns huvudyta är uppdelad i sex stycken bildobjekt: Information, Minerva Skolans Aula (ej med i den färdiga versionen av DVD n), Moderna Museet, Citybanan, Hallunda Kyrka och Uppsala Bangård. Användaren har också möjlighet att gå tillbaka till huvumenyn. En linje ritades ut mellan den horisontella subytan och länken till huvudmenyn för att uppmärksamma användaren på menyns namn samt möjligheten att gå tillbaka till huvudmenyn. 27

40 Figur 3.13 Auralisations menyn. Om användaren väljer att gå vidare till något objekt ur auralisationsmenyn kommer hon att skickas vidare till det specifika objektets meny. Som exempel valdes objektet Citybanan, huvudytan är uppdelad i två delar som skiljs åt med en vertikal linje, se Figur Figur 3.14 Menyn för objektet Citybanan. Till vänster om linjen finns en kort text som innehåller bakgrundsinformation om objektet, till höger om linjen finns en bild som representerar objektet, i det här fallet på en modell av passagen gjord i CATT-A. Under bilden finns länkar till ljudinspelningar, auralisationen startar när användaren väljer någon av länkarna och bekräftar valet med en knapptryckning på fjärrkontrollen. När auralisationen spelas upp visas ingen bild på skärmen, från början var det tänkt att en 3D-animation av modellen med markerade lyssnings och källpositioner skulle visas upp på skärmen under tiden som ljuduppspelningen pågår, men den iden slopades då det ansågs att 3-D animationen kunde stjäla användarens uppmärksamhet från ljudupplevelsen. När auralisationen är färdig, skickas användaren tillbaka till objektmenyn, som grundinställning hamnar markören alltid på en länk till en auralisation för att användaren inte skall hamna tillbaka i auralisationsmenyn på grund av en dubbeltryckning eller ouppmärksamhet. När användaren har lyssnat igenom alla auralisationer eller känner sig nöjd med objektet och vill gå vidare, kan hon trycka på länken Till Auralisationsmenyn. Det finns också möjlighet för att gå tillbaka, direkt till Huvudmenyn om knappen Menu trycks på 28

41 fjärrkontrollen. Alla objektmenyer har samma gränssnitt som det beskrivna objektet ovan, se Bilaga 5 för att se de resterande objektmenyerna. Om alternativet Ljudkonst väljs ur huvudmenyn kommer ljuduppspelningen att gå igång, när ljudspåret är slut kommer användaren att hamna i Huvudmenyn. Menyn Ljudmiljöer består av fyra bilder som representerar länkar till de inspelade ljudmiljöerna: ett passerande X2000 tåg, promenad i skogen, Kungsträdgården och Gallerian, se Figur Figur 3.15 Ljudmiljöer. När en vald inspelning har spelats upp kommer användaren tillbaka till Ljudmiljöer menyn, användaren kan också välja att gå tillbaka till Huvudmenyn. 29

42 3.5 Akustiskprojektering av rummet på Wetterling Gallery Bakgrund Rummet på Wetterlig Gallery skulle användas för lyssning under en relativt kort tidsperiod, tidskrävande och kostsamma åtgärder som ombyggnad av väggkonstruktioner och dylikt skulle undvikas. Rummet skulle behandlas med så få och enkla medel som möjligt, eventuella problem med bakgrundsbuller och lågfrekvensrelaterade problem betingade med rummets axiella moder skulle lämnas obehandlade. Rummet är relativt litet och möter inte de krav som ställs på lyssningsrummets storlek och proportioner i EBU Tech. 3276, se (9). Rummets väggar är av varierande material och konstruktion, se Figur Rummets dimensioner: 5,1 3,6 3,4 [m] (l b h) (9) Area: 18,4 m 2 Volym: 62.4 m 3 Figur 3.16 Vy uppifrån. Rummets vänstra vägg pryds av en 0,5 meter djup dekorativ fris som hålls uppe av fyra stycken träpelare, samma vägg har en 2,2 1,3 [m] stor öppning med svängdörrar som leder till gallerians stora utställningshall, se Figur

43 Figur 3.17 Svängdörrar och en del av frispartiet. Ett 2,4 1,75 [m] stort glasfönster täcker en del av rummets främre vägg, ljud kan läcka in i rummet via fönstret då fönsterkonstruktionen är ganska svag och otät, se Figur Figur 3.18 Fönstret 31

44 3.5.2 Modellering av rummet i CATT-A Programvaran CATT-A version 8.0c användes för reflexstudier, absorptionsdimensionering och simulering vid projekteringen av lyssningsrummet på Wetterling Gallery Grundmodell av rummet En modell av rummet byggdes upp i programvaran CATT-A, absorptionskoefficienten angavs för samtliga ytor i rummet, se Tabell 3.1, edge scattering tillämpades på samtliga hörn ytor, absorptionsvärden är tagna ur Ingemansson Tech. s databas. Material Absorption (ljudabsorptionsfaktor α) 125Hz 250Hz 500Hz 1kHz 2kHz 4kHz Marmor Målad puts på tegel Fönster Målad betong Gips 13mm på reglar 100mm Målat trä plywood 8mm Tabell 3.1 Absorptionskoefficienter för olika material Val av lyssningsposition Lyssningspositionen valdes till punkt ( ) [x, y], se Figur Figur 3.19 Lyssningsposition. Endast det främsta ambienshögtalarparet och de tre framhögtalarna är utritade i figuren. Valet av lyssningspositionen begränsades starkt av rummets geometri och utseende. Lyssnaren placerades i bakre delen av rummet för att i högsta möjliga mån undvika eventuella störande ljud från fönstret, det ansågs även gynnsamt ur ljudåtergivningssynpunkt att placera bashögtalare mot den hårdare fasadväggen av tegel. En av rummets träpelare ansågs som en 32

45 lämplig fästyta för den vänstra, främsta ambienshögtalaren, se Figur 3.19, lyssnaren placerades 18 o bakom högtalarparet i enlighet med Ino Audios högtalarplaceringsanvisningar. Framhögtalarna placerades på 2,7 meters avstånd från lyssnaren, vilket gav en lyssningsvinkel på 26 o, avvikelsen på 4 o från EBU-standardens rekommenderade 30 o ansågs inte i sammanhanget kunna inverka negativt på ljudåtergivningen Reflexstudier och absorptionsdimensionering Den akustiska behandlingen av rummet skulle ske med relativt få och enkla ingrepp som inte orsakade allt för stora skador på rummets ytor. Därför bestämdes det att endast de mest kritiska reflektionsytorna skulle behandlas med porösa absorbenter och nivån på högtalarnas spegelkällor skulle dämpas med 10dB i frekvensområdet 1-8kHz. Övriga ytor skulle behandlas så att den önskvärda efterklangstiden skulle uppnås och störande klappekon undertryckas. Högtalarnas spegelkällor på rummets ytor kunde identifieras med hjälp av reflexstudier i CATT-A, reflektionspunkter täcktes över med absorberande ytor, se Figur Direktivitetsdata för Ino Audios högtalarmodeller fanns inte tillgänglig under bearbetningen av rumsmodellen, framhögtalarna hade därför spridningsegenskaper från Genelec-8050A vid simuleringen. Skillnaderna i direktivitet mellan framhögtalarnas modeller ansågs ha relativt liten inverkan på resultatet. Figur 3.20 Reflexstudie. Reflexer från rummets ytor kan identifieras med hjälp av CATT-A, i figuren kan man se gångvägen för första ordningens takreflex. Reflexen dämpades med hjälp av takabsorbent. Totalt gjordes tre olika förslag på akustikbehandling. I de två första förslagen användes absorbenter och diffusorer från RPG Inc. Utgångspunkten vid valet av produkter ur RPG Inc. s sortiment var hanteringsvänligheten och möjligheten för att lätt kunna sätta upp akustikbehandlingen i olika framtida lyssningsrum med relativt lite handpåläggning. De två förstnämnda förslagen ansågs dock vara för dyra och ett nytt förslag togs fram. Till det tredje förslaget användes produkter från företagen Ecophon och Ege Carpets, se Tabell 3.2. Endast det sistnämnda förslaget presenteras i denna rapport, se Figur

46 Figur 3.21 Absorbenter utplacerade i rummet, vy uppifrån. Material Absorption (ljudabsorptionsfaktor α) 125Hz 250Hz 500Hz 1kHz 2kHz 4kHz 1 - Heltäckningsmatta Ecophon master A+EB 0,2 m tkh Draperier Ecophon master A Spaltpanel Tabell 3.2 Absorptionsvärden på använda absorbenter Absorbenter Ecophon Master A alpha + Master Extra Bass användes för att dämpa tidiga reflexer. Heltäckningsmattan Symphony från Ege Carpet lades ut på hela golvytan för att försvaga golvreflexer över 1kHz och sänka rummets efterklangstid. Rummets framvägg och främre delar av sidoväggarna täcktes med draperityg. Genom att hänga upp tyget på 0,5 meters avstånd från väggen kan en bredbandig absorption uppnås med påtaglig absorptionsverkan ner till ungefär 85Hz. Spaltpaneler användes för dämpning av frekvenser i området Hz. En 2,0 3,5 [m] stor spaltpanel placerades ut på rummets bakvägg och en 1,0 3,5 [m] stor panel placerades längst den högra väggens nedre del (se Bilaga 6 för närmare presentation av spaltpanelen). Rummets bakre del är förhållandevis lätt dämpad, delar väggytor täcktes med Ecophon Master A akustikpanel för att hindra uppbyggnaden av klappekon. 34

47 Resultat av simuleringar i CATT-A Efterklangstiden och nivån på tidiga reflexer har undersökts, resultaten har jämförts med EBU-T3276 s riktlinjer Efterklangstid Simulering av RT-60 gjordes i det modellerade rummet, en rundstrålande ljudkälla användes vid simuleringar, se Figur Simuleringen utfördes i två positioner där mottagaren och den rundstrålande källan bytte plats. Vid simuleringen användes inställningarna: strålar per oktavband med trunkeringstiden på 500ms. Koordinater för position 1: källa - ( ) - mottagare ( ) [x,y,z] Koordinater för position 2: källa - ( ) - mottagare ( ) [x,y,z] Figur 3.22 I figuren kan man se medelvärdet av den simulerade efterklangstiden. Den övre och undre gränsen är max avvikelsen som efterklangstiden får anta i förhållande till frekvens enligt EBU-T3276. Efterklangstiden håller sig väl inom de beskrivna gränserna Tidiga reflexer Alla tidiga reflexer som kommer inom loppet av 10-15ms efter direktljudet, skulle dämpas med åtminstone 10dB i området 1-8kHz för alla fronthögtalare, se Figurer 3.23a-c. I figurerna visas bidrag från reflexer i frekvensområdet Hz, alla reflexer förutom den första golvreflexen, samt reflexen från väggen bakom lyssnaren, är dämpade med åtminstone 10dB. Bidragen från golvet och bakväggen ligger ungefär 7dB under direktljudet, det skall dock tilläggas att de presenterade energikurvorna är något missvisande. Golvreflexen är dämpad med 10dB över 2kHz, nivån på golvreflexen som visas i grafen dras upp av bidraget i frekvensområdet Hz, där heltäckningsmattans absorptionsförmåga är avtagande. 35

48 Figur 3.23a Vänster högtalare Figur 3.23b Center högtalare Figur 3.23c Höger högtalare 36

49 3.6 Uppbyggnad av lyssningsrummet Uppbyggnaden av lyssningsrummet på Wetterling Gallery pågick från mitten av september till slutet av oktober Installationen av absorbenter och övrigt material gjordes med så enkla medel som möjligt och med minsta möjliga ingrepp på det befintliga rummet. Spaltpanelerna monterades upp enligt beskrivningarna i avsnitt Spaltpanelen på väggen bakom lyssnaren flyttades ut med ca 0.1m från bakväggen på grund av rummets geometri, vilket resulterade i ett paneldjup på 0,17m och sänkning av resonansfrekvensen, ändringen i absorptionens karaktär undersöktes inte närmare. I nästa steg installerades akustiktaket i främre delen av rummet och alla porösa absorbenter sattes upp. Absorbenterna hängdes upp på trådar på ett 0,2-0,3 meters avstånd från bakomliggande vägg för att erhålla högre absorption vid låga frekvenser. Heltäckningsmattan lades ut över hela golvytan och fixerades med dubbelhäftande tejp vid rummets ingång. Draperier hängdes upp i gardinstänger som hade fästs med ståltråd i akustiktaket, se Bilaga 7 för foton från lyssningsrummet Högtalarinstallation och kalibrering av systemet Högtalarna placerades ut i rummet i enlighet med Figur Ambienshögtalarna placerades ut enligt Ino Audios anvisningar. Det främsta ambienshögtalarparets akustiska centrum placerades 1,65m ovanför golvet, mittenparet och det bakre högtalarparet placerades1,83m respektive 2,01m över golvet. Figur 3.24 Högtalarplacering Fronthögtalarna kopplades till Denon-2106 s högtalarterminaler Left, Center, Right. Bakhögtalrna parallellkopplades till förstärkarens Surround-Left och Surround-Right. Det inbyggda delningsfiltret i Denon-2106 användes, fronthögtalarna och bakhögtalarna ställdes in i läget Small, delningsfrekvensen valdes till 80Hz. Den lågpassfiltrerade signalen togs ut via surroundförstärkarens Sub-Out och kopplades med en Y-kabel till NAD 319 s slutstegsdel via Main-In ingången. Nivån mellan fram-, bak- och bashögtalarna justerades med hjälp av programvaran WinMLS Högtalarna tidskompenserades för olika avstånd till lyssnaren med surroundförstärkarens inbyggda funktion. 37

50 3.7 Resultat Rummets akustiska egenskaper undersöktes med hjälp av programvaran WinMLS Efterklangstid mättes upp före och efter ombyggnaden av rummet och jämfördes med simuleringar från CATT-A. Avklingningen av tidiga reflexer undersöktes med hjälp av Energi-tidkurvor. Frekvensresponsen för samtliga högtalare mättes upp i lyssningspositionen. Lågfrekvensbeteendet i rummet undersöktes med hjälp av vattenfallsdiagram Efterklangstid Efterklangstiden mättes upp i sex olika positioner i rummet, enligt ISO 3382:1997. Mätutrustning: Rundstrålande högtalare Effektförstärkare (FK038) Mikrofon B&K 4188 Mikrofonförstärkare PC med ljudkortet Digigram VX Pocket II Mätsystemet WinMLS 2004 All utrustning uppfyller de krav som ställs i standarden ISO 3382:1997. Mätningarna gjordes i modulen Room Acoustics Reverberation Time i WinMLS 2004, mätsystemet var inställt efter grundinställningar vid mätningen. Mätningarna gjordes först i det obehandlade rummet, se Figur Mätproceduren upprepades sedan i det färdiga lyssningsrummet, se Figur RT-60 Reverberation time (T30) - Wetterlings gallerian WinMLS Pro 2,2 2 1,8 1,6 1,4 T30[s] 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, Frequency [Hz] Figur 3.25 Efterklangstiden i rummet på Wetterling Gallery, figuren visar medelvärdet av de mätningar som gjordes i sex olika positioner i rummet. Kurvan är extrapolerad från de första -30dB och visas med tersbands noggrannhet, från Hz, de punkterade linjerna visar maximum- respektive minimumvärden. 38

51 RT-60 Reverberation time (T30) WinMLS Pro 2,2 2 1,8 1,6 1,4 T30[s] 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, Frequency [Hz] Figur 3.26 Efterklangstiden i det färdiga lyssningsrummet, figuren visar medelvärdet av de mätningar som gjordes i sex olika positioner i rummet. Kurvan är extrapolerad från de första -30dB och visas med tersbands noggrannhet, från Hz, de punkterade linjerna visar maximum- respektive minimumvärden Efterklangstiden har sänkts avsevärt, medelvärde i frekvensområdet Hz är cirka 0,14 sekunder. Variationen i efterklangstid över frekvensområdet Hz faller inom EBU- T3276 s föreskrivna ramar [5]. Efterklangskurvan stiger mot lägre frekvenser vilket är normalt i ett lyssningsrum i denna storlek och då inga lågfrekvensabsorbenter har använts vid bygget. EBU-T3276 föreskriver att mätningarna av efterklangstid skall göras på lyssningsposition med samtliga högtalare, se Bilaga 8 för samtliga mätningar. En jämförelse mellan uppmätta och CATT-A simulerade efterklangsvärden gjordes, det visade sig att de uppmätta värdena låg i snitt 0,06 sekunder under de simulerade i frekvensområdet Hz (0,13s mot 0,19s). Skillnaden i efterklangstid kan bero på att några av absorptionskoefficienterna var felaktigt uppskattade, det kan också tänkas att efterklangstiden som räknas ut enligt Sabines formel blir missvisande i mindre rum, där ljudfältet inte är diffust, samt absorptionen är ojämnt fördelad. Tillämpning av Eyrings formel vid simuleringen ger bättre resultat, med endast 0,004s skillnad mot den uppmätta efterklangstiden (0,138s mot 0,134s) Tidiga reflexer Nivån på tidiga reflexer undersöktes för samtliga framhögtalare i lyssningsposition, se Figurer 3.27a-c. Testsignalen var ett sinussvep med bandbredden Hz, mätningen utfördes med samplingsfrekvensen 48kHz. Kurvorna visar de första 29ms efter direktljudets ankomst vid cirka 9ms. Enligt kurvorna är alla reflexer dämpade med minst -18dB jämfört med direktljudet för samtliga framhögtalare. Enligt diagrammen är golvreflexen som kommer 1,5ms efter direktljudet dämpad med cirka 20dB och reflexen från väggen bakom lyssnaren som kommer cirka 5ms efter direktljudet är dämpad med ungefär 18dB. ETC-kurvorna är dock missvisande, eftersom energiavvägningen sker linjärt för hela frekvensområdet och reflexernas spektrala innehåll skiljer sig från direktljudets (på grund av rummets absorption och högtalarnas ökande riktverkan vid högre frekvenser). Bidraget från reflexer med högre energiinnehåll vid låga frekvenser kan underskattas när bredbandiga ETC-kurvor studeras, vilket också bekräftades av frekvensrespons mätningarna, se Figurer 3.28a-c. 39

52 [Volts] / [Volts], [db] Energy-time Curve WinMLS Pro Time [ms] Measured - 15:07:55, 11Oct2005 Plotted - 21:18:25, 05Apr 2006 Name: vänster fram Figur 3.27a Vänster högtalare [Volts] / [Volts], [db] Energy-time Curve WinMLS Pro Time [ms] Measured - 15:16:29, 11Oct2005 Plotted - 21:18:56, 05Apr 2006 Name: center Figur 3.27b Center högtalare [Volts] / [Volts], [db] Energy-time Curve WinMLS Pro Time [ms] Measured - 14:54:03, 11Oct2005 Plotted - 21:19:21, 05Apr 2006 Name: höger fram Figur 3.27c Höger högtalare Frekvenssvar i lyssningsposition Frekvenssvaret på lyssningsplats undersöktes, impulssvaret från tidigare mätningar användes vid plottningen av graferna, se Figurer 3.28a-e. Grafer är uppritade med frekvensseparation på 0.73 Hz, ett rektangulärt 700ms långt fönster användes, snittnivån ställdes in på 0 db för enklare avläsning. Samtliga kurvor presenteras med 3 1 oktavs filtrering, då den 40

53 överensstämmer bäst med det mänskliga hörandets känslighet [16], se Bilaga 9 för grafer utan utjämning. Mikrofonen var vänd mot centerhögtalaren vid mätningen av samtliga framhögtalare, observera och bortse från nivåhöjningen mellan 7-10kHz, (3-5dB vid 10kHz) och sänkningen med 3-5dB vid 2,5kHz som orsakas av sådan mikrofonplacering, se Figur Ojämnheterna i frekvensområdet Hz i framhögtalarnas tonkurvor är orsakade av golvreflexen, där heltäckningsmattans absorptionsförmåga är avtagande. En motfasreflektion från väggen bakom lyssnaren orsakar energisänkan vid 1kHz och oroligheterna upp till cirka 2khz. Området Hz domineras främst av stående vågor, den kraftiga nivåhöjningen vid 32 hertz orsakas av den axiella grundmoden på rummets längd, nivån på resonansfrekvensen justerades senare med hjälp av en parametrisk EQ Smoothed Frequency Response Magnitude WinMLS Pro [dbv / dbv] Frequency [Hz] Measured - 15:07:55, 11Oct2005 Plotted - 14:08:39, 06Apr 2006 Name: vänster fram Figur 3.28a Vänsterhögtalare Smoothed Frequency Response Magnitude WinMLS Pro [dbv / dbv] Frequency [Hz] Measured - 15:16:29, 11Oct2005 Plotted - 14:09:44, 06Apr 2006 Name: center Figur 3.28b Centerhögtalare Smoothed Frequency Response Magnitude WinMLS Pro [dbv / dbv] Frequency [Hz] Measured - 14:54:03, 11Oct2005 Plotted - 14:09:27, 06Apr 2006 Name: höger fram Figur 3.28c Högerhögtalare, sänkan vid 290Hz orsakas av en interferens mellan högtalaren och dess spegelkälla från en närliggande vägg. 41

54 25 20 Smoothed Frequency Response Magnitude WinMLS Pro Pres. [Pa] / uncal. [Volts], [db] Frequency [Hz] Measured - 15:18:04, 06Oct2005 Plotted - 14:39:27, 06Apr 2006 Name: sr rght Figur 3.28d Höger bakkanal, kurvan visar frekvenssvaret från de tre högra ambiens-högtalarna. Signalen togs in via surround-förstärkarens external-in vid mätningen, därför sker ingen delning mellan ambienshögtalrna och bashögtalarna. Frekvenssvaret som visas är endast ambienshögtalarna i full-range, utan bashögtalarnas stöd under 80Hz, därav nivåbortfallet under 30Hz. Mikrofonen var placerad vinkelrätt mot högtalarna vid mätningen av ambiens-högtalarna Smoothed Frequency Response Magnitude WinMLS Pro Pres. [Pa] / uncal. [Volts], [db] Frequency [Hz] Measured - 15:13:49, 06Oct2005 Plotted - 14:35:47, 06Apr 2006 Name: sr lft Figur 3.28e Vänster bakkanal Figur 3.29 Figuren visar hur mikrofonplaceringen påverkar den uppmätta tonkurvan, den röda kurvan motsvarar när mikrofonkapseln är riktad rakt mot högtalaren och den blå kurvan svarar mot en vinkelrätplacering. Nivåavrullningen ovan 10kHz beror också på mikrofonen, högtalaren sträcker sig en bit över 20kHz utan någon nivåavrullning. Bortse därför från nivåförändringen i frekvensområdet 2-20kHz i figurer 3.28a-c Lågfrekvensbeteende Ljudåtergivningen var drabbad av en väldig kraftig axiell rumsmod på rummets längd vid 32Hz, se Figur Nivån och avklingningstiden är avsevärt högre vid resonansfrekvensen än i det övriga registret. Den stora utställningshallen som är förbunden med lyssningsrummet tros komma med bidragande efterklangstid i frekvensområdet under 100Hz, bidraget kommer 42

55 ungefär 200ms efter direktljudets ankomst. Rumsmoden uppfattades som mycket störande med ljudmaterial som innehöll mycket energi i det låga registret. På grund av tidsbrist, samt andra praktiska skäl togs inga absorptionslösningar fram för att dämpa rumsmoden. Problemet hade kunnat avhjälpas genom en annan placering av bashögtalarna, men ansågs också som opraktiskt med tanke på vissa avseenden, istället användes en Parametrisk Equalizer. En Behringer DSP1124P kopplades in mellan surroundförstärkarens Sub-Out och slutsteget, ett lämpligt Q-värde ställdes in och nivån sänktes med cirka 6dB vid resonansfrekvensen, se Figurer 3.31 och ETF (Energy Time Frequency) WinMLS Pro Time [ms] [db] Frequency [Hz] Figur 3.30 Vattenfallsdiagram över avklingningsförloppet, linjär frekvensskala ETF (Energy Time Frequency) WinMLS Pro Time [ms] [db] Frequency [Hz] Figur 3.31 Vattenfallsdiagram över avklingningsförloppet med EQ n inkopplad. Nivån vid resonansfrekvensen har sänkts, vilket också resulterar i ett snabbare avklingningsförlopp. 43

56 Frequency Response Magnitude 20 WinMLS Pro Pres. [Pa] / uncal. [Volts], [db] Frequency [Hz] Measured - 11:12:31, 28Oct2005 Plotted - 12:33:43, 07Apr 2006 Name: v med EQ Figur 3.32 Frekvenssvar före och efter inkopplingen av EQ n, linjär frekvensskala., Röd kurva utan EQ, blå kurva med EQ En hörbar förbättring upplevdes vid avlyssningen av ljudmaterial efter utjämningen, men det upplevdes fortfarande att rummet saknade en del lågfrekvensabsorption, en bättre avskiljning mellan lyssningsrummet och utställningshallen hade också varit önskvärd. 44

57 4 Slutsatser 4.1 Val av uppspelningsmetod Flera olika uppspelningsmetoder har beskrivits i detta arbete, nackdelarna och fördelarna med respektive metod har tagits upp. Den binaurala tekniken kan erbjuda mycket hög återgivningskvalitet om individuella HRTF används för alla lyssnare och om tekniken kompletteras med ett head-tracking system. Tekniken passar dock inte för alla typer av ljud och kraven på individuella HRTF gör den opraktisk för det påtänkta projektet. Ett flerkanaligt högtalarsystem ansågs vara bättre lämpat för projektets ändamål, det bestämdes att allt ljudmaterial skulle kodas till B-Format och kunna spelas upp via en DVD spelare. I dagsläget är tekniken begränsad till tvådimensionella högtalaruppställningar, med maximalt fem diskreta kanaler. 4.2 Val av högtalaruppställning Högtalaruppställningarna Ambisonics Pentagon och ITU 5.1 beskrivs i rapporten, för- och nackdelarna med varje uppställning diskuteras, ett lyssningstest genomfördes där båda uppställningarna utvärderades. Vid testtillfället på Ingemansson Tech. s kontor ansågs Pentagon uppställningen vara tekniskt sett överlägsen ITU 5.1 uppställningen. Eftersom lyssningsrummets akustiska egenskaper, avståndet till högtalarna, högtalarkonstruktionens eventuella brister etc. kan ha haft inverkan på testets resultat kan man inte med säkerhet fastställa att ITU 5.1 uppställningen skulle vara sämre lämpat för uppspelning av auralisation än Pentagon uppställningen. Det anses dock att testet påvisar att det finns tendenser till att symmetriska högtalaruppställningar som Pentagon är bättre lämpade för auralisation än ITU 5.1 uppställningen. ITU 5.1 har dock några fördelar över Pentagon uppställningen: ITU 5.1 är en utbredd och standardiserad uppställning, härmed har ljudkonsulter möjlighet att skicka auraliseringar till många av sina kunder. Uppställningen är kompatibel med de flesta stereo, DolbyDigital, DTS film- och musikmixar och kan användas vid olika typer av ljudproduktion och ljudkonstinstallationer. Det föreslogs att ITU 5.1 skulle användas, då det ansågs att flexibiliteten hos uppställningen övervägde dess tekniska nackdelar. Det gavs förslag på ett separat högtalarsystem som skulle endast kunna används för auralisation när kraven på återgivningskvalitet var extra höga, systemet består av sex identiska högtalare som skall placeras ut i en hexagon uppställning runt lyssnaren, se Bilaga 1. Testet visade även att den föreslagna uppspelningsmetoden för auralisation via högtalarsystem fungerade. 4.3 Lyssningsrummets akustik Den grundläggande teorin som är tillämpbar vid studier av smårumsakustik gås igenom i rapporten och vissa krav som ställs på högkvalitativa lyssningsrum tas upp. Teorin och de utförda simuleringarna visar att lyssningsrummets storlek och proportioner är viktiga kriterier som bör undersökas noggrant vid valet av rum som ska lämpa sig för högkvalitativ ljudåtergivning. Flera allmänna förslag ges på olika akustiska åtgärder och lösningar som kan tillämpas vid uppbygganden av ett lyssningsrum, ingen lösning bör dock tillämpas innan det aktuella rummet har studerats och utvärderats noggrant. 45

58 4.4 Utvärdering av rummet på Wetterling Gallery Den rumsakustiska dimensioneringen av rummet gjordes i programvaran CATT-A, den simulerade efterklangstiden skiljde sig något från de uppmätta värdena. Skillnaden tros ligga i uppskattningen av vissa absorptionskoefficienter, men kan även bero på att Eyrings formel passar bättre för bedömning av efterklangstid i mindre lyssningsrum, detta har inte undersökts närmare och ingen entydig slutsats kan därför dras. Nivån på tidiga reflexer och deras inverkan på frekvensgången undersöktes med hjälp av EDT-kurvor och frekvenssvarsmätningar. Bidragen från golvreflexen och spaltpanelen bakom lyssnaren orsakar påtagliga nivåvariationer i frekvensområdet Hz, hur stor negativ inverkan det har på lyssningsupplevelsen har inte undersökts i detta arbete. Bidraget från golvreflexen hade kunnat dämpas mer med hjälp av porösa absorbenter, men det ansågs som opraktiskt i sammanhanget. Både taket och väggytorna i rummets bakre del hade med fördel kunnat göras mer diffuserande med några enkla lösningar, tyvärr så saknades tid för närmare undersökningar och mer arbete. Placeringen av ambiens-högtalarna hade kunnat optimeras ytterligare, en något jämnare fördelning runt lyssnaren hade varit önskvärd. Frekvenssvarsmätningar och vattenfallsdiagram visade att rumsresonansen vid 32Hz var väldigt dominant, bidraget från rumsresonansen var lätt att identifiera vid lyssning och upplevdes som störande. Nivån på den axiella grundmoden vid 32Hz dämpades något med hjälp av en parametrisk EQ, men en passiv absorbentlösning hade varit att föredra. Det fanns planer på att dimensionera flera kvartsvågs absorbenter som skulle placeras i rummets bakre del, arbetet uteblev på grund av tidsbristen. Utställningen Happy New Ears pågick från den 12e november till 23e december 2005, projektet blev väldigt lyckat och fick positiva reaktioner från besökarna. En känsla av den virtuella miljön kunde uppnås, skillnaderna mellan olika akustiska åtgärder var lätta att uppfatta och upplevdes som påtagliga. Lyssningsrummet visade sig vara ett nyttigt och underhållande verktyg för illustrering av rumsakustik samt olika typer av ljudmiljöer och ljudkonst. 46

59 47

60 Referenser [1] Brian C.J. Moore, (2004), Psycholgy of Hearing, Fifth Edition, Elsevier Academic Press, ISBN [2] Andrea Azzali, Paolo Bilzi, Eraldo Carpanoni, and Angelo Farina, (2005) Comparison of different listening systems for speech intelligibility tests, Audio Engineering Society Convention Paper [3] William G. Gardner, (2004), Spatial Audio Reproduction: Toward Individualized Binaural Sound, Volume 34, Number 4 Winter [4] Adam McKeag, David S. McGrath, (1997), Using Auralisation Techniques to Render 5.1 Surround To Binaural and Transaural Playback, AES preprint [5] European Broadcast Union, (1998), Listening conditions for the assessment of sound programme material: monophonic and two-channel stereophonic, EBU Tech nd edition, Geneva. European Broadcast Union, (1999) Listening conditions for the assessment of sound programme material, Supplement 1, multichannel sound, EBU Tech E, Geneva. [6] D.G Malham, (1988), Spatial hearing mechanisms and sound reproduction. University of York, England [7] Jeffery Stephen Bamford, (1995), An Analysis of Ambisonic Sound Systems of First and Second Order, Ph D Thesis, University of Waterloo, Ontario, Canada. [8] Bengt Inge Dalenbäck, personlig kommunikation. [9] Ingvar Öhman (2004), 5.1-lyssning i sutdiosammanhang, vilka standarder finns?, Musik och Ljudteknik Nr [10] Johan Sundberg, (1989), Musikens Ljudlära, Proprius förlag, Stockholm, ISBN [11] Audio Engineering Society, (2001), Multichannel surround sound systems and Operations, AESTD [12] F. Alton Everest, (2001), Master Handbook of Acoustics, Fourth Edition, McGraw-Hill, ISBN [13] Mendel Kleiner, (2000), Audioteknik och Akustik, sjunde upplagan, Institutionen för teknisk akustik, Chalmers Tekniska Högskola, Göteborg. [14] Floyd E. Toole, (2002) Loudspeakers and rooms för multichannel audio reproduction, The Science of Audio - a series of lectures. [15] Welti, T, (2002) How Many Subwoofers are Enough, 112th Convention, Audio Eng. Soc. 48

61 Preprint [16] WinMLS 2004, manual. 49

62 Bilaga 1 Föreslagna högtalarsystem / prislista Ino Audio Benämning Modell Antal Pris/Styck Framhögtalare i :- Bashögtalare Profundus X :- Bakhögtalare a :- Stativ Atacama 3 500:- Σ 40748:- inkl moms * Genelec Benämning Modell Antal Pris/Styck Tophögtalare 8050a :- Bashögtalare 7060a :- Stativ Genelec :- Σ :- inkl moms Ino Audio högtalarsystem för auralisation i Pentagon uppställning Benämning Modell Antal Pris/Styck Tophögtalare pr :- Bashögtalare Profundus X :- Stativ Atacama 5 500:- Σ 42300:- inkl moms * Priset avser högtalarbyggsatser i standard industrilack. Priserna för Ino Audios produkter är hämtade ur Ino Audios produkt katalog Våren 2005 v.3. Priserna för Genelecs produkter är hämtade från Sennheiser, som är Genelecs distributör i Sverige. 50

63 Bilaga 2 Information om Ino Audios högtalare Utdrag ur Ino Audios produktkatalog Våren 2005 v.3. Ambiens-högtalare (=Ino Audios speciella bakkanalshögtalare) Med konventionellt uppbyggda 5.1- / Pro Logic- / surround- / ambiofoni-anläggningar har man nästan alltid ett påtagligt kantringsproblemen i bakljudbilden: Då en lyssnare antingen rör sig i rummet eller sitter snett placerad tenderar endast den närmaste högtalaren höras. Orsaken ligger i att intensitetsutbytet mellan de vanligen två bakhögtalarna samverkar med effekterna av ankomsttiderna för ljudet närmar man sig ena bakhögtalaren blir ljudet från den både starkare och tidigare anländande. Redan små förskjutningar från centerposition gör att man bara hör den ena högtalaren. Ett annat problem med bakhögtalare är att de av möbleringstekniska orsaker nästan alltid måste placeras mot en vägg. Väggplacerar man en konventionell högtalare får den en kraftigt förvrängd klang tjock i övre basregistret och urholkad i mellanregistret. Båda dessa problem har jag försökt eliminera i de små väggoptimerade ambiens-modulerna. Högtalarna skapar då de används i antal ett sällsynt homogent ljudfält, utan problem med punktformig riktverkan. Och självklart är de konstruerade för att arbeta i samverkan med den vägg de monteras på. Ambiens Multimoduler: a1 a2 a3 Bas/Diskantelement: 6,9 cm 10,3 / 2 st 1,9 12,9 cm / 2 st 2,6 cm Impedans: 12 ohm 18 ohm 18 ohm Placering: 164 cm från golv 155 cm från golv 147 cm från golv (undersidan) (Gäller främsta paret i ett 4,5 meter brett rum. De som sitter längre bak i rummet skall placeras högre upp.) Kontinuerlig effekt: 40 W 80 W 160 W Känslighet (@ 2,83 V) 1/3st: 86/90 db 87/91 db 88/92 db Rek.först.eff: 5-80W W W Energikurva -3dB/typ.linj: khz khz khz / ±1,5 db Deln.fre./Branthet: Inget deln. filt. 4,4 khz faslinjärt 3,8 khz faslinjärt. Kontakta oss för mer info Dimension(b*h*d)/Vikt: 13*15*8,4 20*25*12,5 25*36*16 Standardfinish (=snabb lev.): Vit eller svart primer Vit eller svart primer Obehandlade Tillvalsfinish: Valfri lack Valfritt (102 fanér & lacker) Dedicerade bakkanalshögtalare till musik-/hemmabio-/surround-system med höga till mycket höga anspråk. Helt utformade för att fungera väggplacerade och skall användas i antal (2-6 per bakkanal). Systemen kan användas, och göra underverk, med vilka fronthögtalare som helst, men modellerna a2 och a3 är speciellt lämpliga att användas tillsammans med pi60-familjens högtalare (pi60, pi60s, i14, i14s, i28s, i56s, i34es, i68es, d2 och d3) som huvudhögtalare. De är nämligen, liksom pi60-familjens högtalare, faslinjära och därmed vågformsåterskapande. Vårt unika koncept med multipla, extremt bredstrålande och loboptimerade bakkanalshögtalare ger ett enastående jämnt ljudfält man slipper höra bakhögtalarna som två lätt lokaliserbara ljudkällor i lyssningsrummet. Konceptet bygger på fem egenskaper som skiljer det från marknadens alla övriga bakkanalssystem för hemmabruk: 1. Multipla bakhögtalare (4 12 högtalare, typiskt 6 eller 8 st, ger oöverträffad täckning av hela det bakre ljudfältet.) 2. Direkt anpassbara för att drivas av 1 4 bakkanaler (genom sin höga impedans och deras symmetriska fördelning i rummet kan man fritt välja hur många moduler som kopplas till respektive bakkanal, parallellkoppling kan ske i nästan valfritt antal). 3. En utpräglat perifer placering (minimerar problemet med för tidigt anländande ljud från bakkanalshögtalarna). 4. Högtalare som är utsökt små trots extrema prestanda, och som verkligen är konstruerade för att placeras mot vägg (eliminerar klangförvrängning). 51

64 5. Medvetet utformade spridningsegenskaper i både horisontal- och vertikalledd (säkerställer att de alltid kan samarbeta, oavsett antal högtalare och rummets akustiska egenskaper). Man bör här minnas att den främre ljudbilden har en liten rymdvinkel jämfört med det bakre ljudfältet. Om man har tre meter till respektive framhögtalare är avståndet mellan dem 2,34 meter och deras ljudyta kan approximeras till ungefär (B*H) 3 * 2 = 6 m². Resten av lyssningssfärens totala ljudyta (113 m² (= 4*π*r²) på tre meters avstånd från lyssnaren) är bakhögtalarnas ansvarsområde. Om vi räknar bort knappt hälften (47 m² ) för den undre halvan av sfären (golvet vill vi ju inte ha några reflexioner från) återstår ändå cirka 60 m² som bakkanalshögtalarna skall täcka in, alltså tio gånger mer än ljudytan från själva ljudbilden! a2 och a3: Horisontella spridningen är helt oinskränkt (180 grader) hela vägen upp till 20 khz, medan den vertikala spridningen skräddarsytts för att motverka att ljudbilden kantrar mot den närmaste högtalaren om man sitter snett. Ambiens-modulerna kan matas med allt ifrån en (Pro Logic) till fem (7.1-ex) surroundljudkanaler, beroende på hur utvecklingen kommer att se ut vad avser framtida ljudlagringsstandarder. Högtalarna är direktstrålande så man slipper det diffusa och odistinkta bakre ljudfält som dipol- och bipolhögtalare ger. Trots en tydlighet och auktoritet jag inte trodde var möjlig från det bakre ljudfältet innan jag själv hade hört de första prototyperna på det som skulle bli ambiens-modulerna, genererar de ett ljudfält med en enastående tredimensionell frisläppthet. Allting förstås förutsatt att inspelningen bär dessa kvaliteter, systemet genererar ju ingenting självmant, det dechiffrerar bara de inspelade ljuden från inspelningen. Ambiens-modulerna är sålunda ytterst lämpliga till att mixa och master-lyssna biofilmsoundtrack eller andra flerkanalsmaterial med. Trots att målet var att med breda marginaler överträffa den återgivning de bästa biograferna åstadkommer, har ambienshögtalarna verkligen överträffat mina förväntningar. Jag är väldigt stolt över ambiens-modulerna. Det kanske märks? Huvudhögtalare Modell i14 Baselement: 1 st 17,3 cm Diskantelement: 1 st 2,3 cm Impedans: 8 ohm Placering: På ca 54 cm högt stativ Kontinuerlig effekt: 100 W Max effekt: >5 kw (över 400 Hz) Känslighet: 88 db-2,83 V Rek.först.eff: W Tonkurva 6/3 (HP/LP)/ typ.linj: Hz / ±1,5 db Deln.fre./Branthet: 3,2 khz faslinjärt och fashomogent Högsta ljudtryck: >115 db/par, 100 Hz (125 W) Dimension(b*h*d)/Vikt: 27,5*39,5*25 Bashögtalare Modell Profundus X-2 Baselement: 2 st 20,7 cm Impedans: 9 ohm (eller 4,5/18 ohm i mono) Placering: Hörn med omnejd (¼ rumsmått) Kontinuerlig effekt: 300 W (2*150 W) Känslighet (ensam X): 95 db-2,83 V (¼ sfär) Rek.först.eff: 2 * 200 W Frekvensomfång-1dB*: Hz (-3 17 Hz) Deln.fre./Branthet: Elektroniskt delning >30 db/oktav. Kontakta oss för närmare information Högsta ljudtryck (X-2) >18Hz: >120 db i rum, kontinuerligt (80+80 W) Dimension(b*h*d, cm): 2 st 49^3 (90) 52

65 Tonkurvemätning av Ino Audios högtalare, pi60s. Tonkurvan är identisk med den föreslagna högtalarens i14 över 60Hz. Mätningen är gjord inomhus, frekvensområdet över 400Hz är uppmätt med gatingteknik. Registret under 400Hz är uppmätt med närfältsteknik för att undvika rummets påverkan i frekvensregistret, (mätningen är korrigerad för baffeleffekten, port och bas är summerade matematiskt). 53

66 Bilaga 3 - Från CATT-A till DVD en guide Detta avsnitt är en utförlig beskrivning av alla nödvändiga steg som behöver göras för att förbereda impulssvarsfiler från CATT-A för auralisation via högtalare, avsnittet kan även användas som en guide. Steg 1 - Omräkning av rummets impulssvar till B-Format I CATT-A sker beräkningen av rummets impulssvar i en utvald punktposition, olika impulssvarsformat kan senare väljas i modulen Postprocessing. Om auralisationen skall spelas upp via ett flerkanaligt högtalarsystem bör B-Format väljas som mottagarmodell under General settings i Postprocessing menyn, se Figur 3.2. Impulsresponsen delas upp i fyra separata kanaler W, X, Y och Z, och sparas i fyra *.SIM filer, en för varje kanal om inställningen B-Format har valts. Steg 2 - Faltning Figur 3.2 B-Format väljs som mottagramodell. Faltningen mellan rummets impulsrespons och de ekofritt inspelade *.wav filer kan ske i insticksprogrammet MultiVolver, se Figur 3.3. Lämplig konfiguration väljs under Presets menyn. Mono B-Format (1 4) skall väljas för mono *.wav filer och Stereo B-Format (2 4) för stereo filer. Samplingsfrekvensen på ljudfilerna bör helst vara 48kHz om uppspelningen skall ske via en DVD-ROM. Ange genvägen till dina *.SIM filer genom att trycka på knappen Browse under Filter-files base-name. Namnge och ange var du vill spara dina ljudfiler under Base name. Figur 3.3 W,X,Y och Z kanalerna faltas med den ekofria ljudfilen i modulen MultiVolver. 54

67 Steg 3 - Signaluppdelning mellan högtalarna Efter omvandlingen till B-Format är rummets impulsrespons uppdelad i kanalerna W, X, Y, Z, varje kanal innehåller en viss mängd av riktningsinformation från upptagningspunkten i rummet (se teoriavsnitt Ambisonics). För att kunna spela upp signalen genom flera högtalare måste informationen som finns i W, X, Y, Z kanalerna delas upp mellan högtalarna (se teoriavsnitt Signaluppdelning mellan högtalare). Viss informationsmängd från varje B-Format kanal måste hamna i rätt högtalarkanal för att en trovärdig projektion av ljudhändelsen skall kunna åstadkommas vid uppspelningen. Som tidigare nämnt i avsnitten och , kan auraliseringen spelas upp via olika högtalaruppställningar, t.ex. ITU 5.1, för att signaluppdelningen skall bli rätt måste ett speciellt kanaluppdelningsfilter skapas för den önskade högtalaruppställningen. Filtret kan skapas i programmet MultiVolver, välj Ambisonic Decode Filters under menyn Utilities eller använd kortkommandot Ctrl+A. Tillvägagångssättet skiljer sig något mellan Ambisonics Pentagon uppställningen och ITU 5.1. Pentagon uppställning: Tryck på knappen Speaker rig layout i menyn, se Figur 3.4. Figur 3.4 Ambisonic Decode Filters, tryck på knappen speaker rig layout. Tryck nu på knappen Load, och välj Pentagon uppställningen i Speaker rig layout presets menyn se Figur 3.5, (programmet MultiVolver har inte stöd för tredimensionella högtalaruppställningar, filtret kan istället programmeras i programvaran MatLAB). 55

68 Figur 3.5 Pentagon uppställningen väljs ur presets menyn. Det är väldigt viktigt att hålla reda på högtalarkanalernas numrering se Figur 3.6, den informationen kommer att vara användbar senare när ljudfilerna skall kodas om till DTS formatet. Figur 3.6 Pentagon uppställning, varje högtalarkanal namnges med en siffra i MultiVolver. När du är tillbaka i Ambisonic Decode Filters menyn, ange var du vill spara dina filter-filer under Filter-files base-name, se Figur 3.4, filtren behöver endast skapas en gång, var rädd om de så slipper du gå igenom hela proceduren flera gånger. ITU 5.1 uppställning: MultiVolver har inga osymmetriska högtalaruppställningar som färdiga presets, därför är proceduren lite annorlunda om auraliseringen ska ske via en ITU5.1 högtalaruppställning. Tryck på knappen Load i Ambisonic Decode Filters menyn, se Figur 3.4, gå in i mappen \CATT\mv_spkrs\ och välj filen itu_ok_110.ads. Du kan nu titta på hur uppställningen ser ut om du trycker på knappen Speaker rig layout, se Figur 3.7, precis som med pentagon uppställningen gäller det att hålla reda på högtalarnumreringen även här. Figur 3.7 ITU- uppställning. När du är tillbaka i Ambisonic Decode Filters menyn, ange var du vill spara dina filter-filer under Filter-files base-name, se Figur 3.4 När filter-filerna är sparade på datorn kan signaluppdelningen göras, välj Ambisoic Decode, 5 speakers under Presets, en ny meny kommer upp, se Figur

69 Figur 3.8 Signalen delas upp mellan högtalarna. Tryck på knappen All under Input channel WAV and FIR files, se Figur 3.9. Tryck på knappen WAV för kanal A och välj den *.wav filen, som innehåller information från W kanalen (det är en av de fyra filerna som du fick ut efter steg 2 Faltning), filnamnet slutar på _W.wav. Tryck på WAV för kanal B, här ska du välja *.wav filen som innehåller information från X kanalen, *_X.wav. Upprepa proceduren för C kanalen, men välj Y wav filen, *_Y.wav. Informationen från Z kanalen kommer inte att användas då MultiVolver saknar stöd för tredimensionella högtalaruppställningar. Figur 3.9 Välj rätt *.wav fil till varje kanal. Tryck på knappen Browse under Filter-files base-name när du är tillbaka i menyn som visas i Figur 3.8 och bläddra fram till den mappen där du har sparat dina filter filer. Tryck på knappen Browse under Base-name, namnge och välj var du vill spara dina filer, du kommer att få ut fem filer, en för varje högtalarkanal. Steg 4 Kodning till DTS De fem filerna med den ljudinformationen som ska mata varje högtalarkanal måste kodas om till DTS, om uppspelning med en DTS dekoder skall vara möjlig. DTS valdes framför Dolby Digital på grund av flera skäl, främst eftersom DTS algoritmen erbjuder högre ljudkvalitet (DTS s maximala bandbredd är 1.536Mbit/s mot Dolby Digital s 0.448Mbit/s). 57

70 Det är även möjligt att spela upp DTS kodade ljudfiler om de har lagrats på CD-ROM skivor, (cd spelaren kopplas då till en DTS dekoder via en digital anslutning). Dolby Digital är endast kompatibelt med DVD-ROM mediet då samplingsfrekvensen är begränsad till 48kHz. Kodningen till DTS gjordes i programvaran SurCode DTS Encoder - dvd PRO och sker på följande vis: Välj var du vill spara den DTS kodade filen som du får ut från programmet genom att trycka på knappen Destination i huvudmenyn på DTS kodaren, se Figur 3.10, spara filen i wav format för högsta kompabilitet. Figur 3.10 Huvudmenyn i SurCode dvdpro, siffrorna markerar ordningen på delmomenten som behöver utföras. Välj rätt samplingsfrekvens, den måste stämma överens med samplingsfrekvensen på *.wav filerna som du har fått ut från MultiVolver. Om dina filer är samplade med 44.1kHz välj då 44.1 i Sample Rate. Om samma filer skall lagras på en DVD-ROM, kan dessa samplas upp till 48kHz i en valfri mjukvaruppsampler (till exempel DVD-Lab Pro). Tryck på knappen Left Front och välj den *.wav filen som skall mata den vänstra framhögtalaren, det är väldigt viktigt att rätt fil väljs till rätt kanal, se Figur Figur 3.11 Figuren visar skillnaderna i högtalarnumreringen mellan uppställningarna. Högtalarnumreringen i MultiVolver är olika för pentagon och ITU uppställningar, observera att centerkanalen motsvar högtalare 3 i pentagon uppställningen, se Figur

71 Fortsätt med proceduren enligt samma princip för de återstående kanalerna, kanalen SubBass LFE skall lämnas tom. Tryck på knappen Encode när du är klar med signalfördelningen, du kommer att få ut en *.wav fil från DTS kodaren. Steg 5 Överföring till DVD-ROM/CD-ROM Den filen som du har fått ut från Surcode - dvd PRO, kan nu läggas över till en CD-ROM eller DVD-ROM. Filöverföringen kan göras med en valfri programvara. Menysystemet till DVD-ROM kan skapas i DVD - mastringsmjukvaran DVD-Lab Pro, eller något annat program som stödjer DTS ljudformat. 59

72 Bilaga 4 Flödesdiagram av menysystemet 60

73 Bilaga 5 Objekt-menyer 61

74 62

75 63

76 Bilaga 6 spaltpanelens konstruktion och egenskaper Spaltpanelen konstruerades och mättes upp av Matti Saarne på Ingemansson Tech. AB. Principskiss över spaltpanelens konstruktion, spaltbredden och avståndet till väggen kan justeras efter behov. Spaltbredden 4mm valdes vid modelleringen av rummet i CATT-A 64

77 Bilaga 7 foton från uppbyggnaden av lyssningsrummet Absorbenter hängdes upp i trådar, vilket var kostnadseffektivt och enkelt. Fönstret på rummets fasadvägg täcktes med porösa absorbenter 65

78 Akustiktaket och draperier på plats Spaltpanelen bakom lyssnaren 66

79 Rummet är färdigt Bakersta Ambiens-högtalarparet 67