Диффузор Шрёдера

Не для кого не секрет, что акустика помещения оказывает существенное влияние на качество звучания акустических систем. И не важно о чем идет речь. Будь-то студия, концертный зал или домашний кинотеатр, правильная акустика является неотъемлемой частъю дизайна помещения.

Акустика помещения, в зависимости от целей его использования, должна обеспечивать оптимальные условия для восприятия звука слушателем.
Так, например, для оптимального наслаждения от прослушивания живой камерной музыки, акустика помещения должна иметь весьма высокое значение времени реверберации. Тогда как акустика телевизионной студии, к примеру, должна обеспечивать максимально сухой звук, с очень низкими показателями времени реверберации

Для разработки акустического дизайна специальных помещений инженеры-акустики имеют в своем распоряжении всего 3 инструмента: поглощение, отражение и рассеивание (диффузия) звуковой энергии. Звукопоглощающие панели и звукоотражающие поверхности (плоские или криволинейные) получили на сегодняшний день довольно широкое распространение. Но применение одних только методов поглощения и отражения звука не в состоянии решить некоторые акустические проблемы, возникающие в студийных помещениях малого объема или в непропорционально широких концертных залах.

Рассеивание применяют, чтобы рассеять акустическую энергию по большей площади в помещении и тем самым понизить концентрацию и негативное влияние прямых отражений. Для этого используют диффузоры, чьей задачей является разбить звуковую волну на десятки или даже сотни частей. Проблема при этом заключается в том, что их эффективность прямым образом зависит от длины рассеиваемой волны. Чем больше длина волны, то есть ниже частота, тем хуже диффузоры справляются с поставленной задачей.

В отличие от звукоотражающих и поглощающих материалов, которые только перенаправляют звуковые волны или снижают интенсивность отражений, акустические диффузоры создают пространственную и временную дисперсию звуковой энергии. Сдвигая в пространстве и задерживая во времени ранние отражения от ограждающих поверхностей, диффузоры могут заставить маленькую звукозаписывающую студию звучать, как большое полноценное помещение, а слушатель, находящийся в музыкальной комнате небольшого объема, может пережить ощущения, аналогичные посещению старинного концертного зала или классического театра.

Катализатором процесса широкого применения акустических диффузоров послужили идеи и разработки профессора физики Гёттингенского университета (Германия) Манфреда Шрёдера (Manfred Schroeder), опубликовавшего в 1975 году свою фундаментальную работу на тему рассеянных отражений от поверхностей, построенных на принципе математической последовательности максимальной длины

В 1970-х гг. Манфред Шрёдер со своими коллегами изучил более 20 известных европейских концертных залов. Выяснилось, что слушатели воспринимают звук в вытянутых в длину залах лучше, чем в широких. Шрёдер связал это с другим своим наблюдением, что зрителю приятнее слушать слегка отличающиеся друг от друга сигналы, поступающие в левое и правое ухо, чем абсолютно идентичные.

В широких залах ранние отражения поступают к слушателю от потолка. Эти отражения формируют очень похожие для левого и правого уха сигналы. В более узких и длинных залах первые отраженные сигналы поступают к слушателю от боковых стен и достаточно сильно отличаются друг от друга.

Возможно поэтому, многие современные концертные залы имеют неудовлетворительные акустические характеристики. Залы предпочитают делать более широкими, чтобы разместить больше посадочных мест, а для современных систем кондиционирования предпочтительнее низкие потолки. Для улучшения акустики таких залов, отражения от потолка должны были быть перенаправлены к стенам.

После проведения целого ряда исследований Манфред Шрёдер предложил для решения данной проблемы оригинальную звукорассеивающую конструкцию, названную впоследствии диффузором Шредера.

В широких залах ранние отражения поступают к слушателю от потолка. Эти отражения формируют очень похожие для левого и правого уха сигналы. В более узких и длинных залах первые отраженные сигналы поступают к слушателю от боковых стен и достаточно сильно отличаются друг от друга.

Возможно поэтому, многие современные концертные залы имеют неудовлетворительные акустические характеристики. Залы предпочитают делать более широкими, чтобы разместить больше посадочных мест, а для современных систем кондиционирования предпочтительнее низкие потолки. Для улучшения акустики таких залов, отражения от потолка должны были быть перенаправлены к стенам.

После проведения целого ряда исследований Манфред Шрёдер предложил для решения данной проблемы оригинальную звукорассеивающую конструкцию, названную впоследствии диффузором Шредера.

Фактически, диффузор Шрёдера представляет собой фазовую дифракционную решетку, которая рассеивает падающую на нее звуковую энергию в широком диапазоне частот, даже при большой величине угла падения.

Диффузор Шрёдера состоит из серии ячеек различной глубины, но одинаковой ширины, выполненных в корпусе из дерева или других листовых материалов. Перегородки, разделяющие соседние ячейки, выполняются из жесткого материала и имеют толщину значительно меньшую по сравнению с шириной ячеек.

Фундаментальные теоретические работы Манфреда Шрёдера дают возможность инженерам-акустикам проектировать и применять на практике эффективные звукорассеивающие конструкции с заданными акустическими характеристиками.

Развитие архитектурной акустики в течение последних десятилетий значительно изменило практику применения акустических диффузоров. Существует множество примеров их успешного применения для улучшения акустики помещений различного назначения. Акустиками-исследователями было потрачено много усилий на то, как их правильно проектировать, рассчитывать и оценивать. Тем не менее, требуются дополнительные исследования.

Классический диффузор Шрёдера (анфас — слева, и профиль — зёленая иллюстрация справа) и его ультратонкий аналог (фиолетовая иллюстрация справа)