Akustyka studia nagrań – box in box

Zagadnienia akustyczne związa­ne z projektowaniem oraz budo­wą studia nagrań są skompliko­wane i wielowarstwowe. Wymagają od projektanta bardzo szerokiego spoj­rzenia na temat, uwzględniając wiele czynników, a od wykonawcy – precyzji w detalach. Niedokładność może skut­kować zaprzepaszczeniem początko­wych założeń projektowych. Artykuł ten przybliży ogólne zagadnienia bu­dowlane, związane z projektowaniem studia nagrań, które są bardzo istot­ne ze względów akustycznych.

Studio nagrań to najczęściej komplek­sy, w których skład wchodzi wiele sal o różnych funkcjach. Podstawowymi pomieszczeniami, które powinny znaj­dować się w profesjonalnym obiekcie tego typu, są reżyserka – pomiesz­czenie, w którym realizator dźwięku odsłuchuje rejestrowany materiał – oraz zasadnicze pomieszczenie stu­dio – miejsce, w którym znajdują się rejestrowani muzycy/instrumenty. Ponadto często można się spotkać z pomieszczeniami jak kabina lektor- ska (pomieszczenie przeznaczone do rejestracji głosu) i amplifikatornia (pomieszczenie przeznaczone na urządzenia studyjne). Każde pomiesz­czenie powinno spełniać niezbędne, określone przez specjalistę, parametry akustyczne, aby uzyskać wysoką jakość realizowanych nagrań. Znajomość podstawowych zagadnień z dziedziny akustyki budowlanej i aku­styki wnętrz pozwoli zrozumieć roz­wiązania przyjmowane w tego typu obiektach.

Od początku fala akustyczna jest lo­kalnym zaburzeniem ciśnienia, które rozchodzi się w ośrodku sprężystym. W przypadku powietrza falą akustycz­ną są drgające cząstki. Jeżeli cząstki te drgają z odpowiednio dużą amplitu­dą oraz z częstotliwością z zakresu 20-20 000 Hz, powinny być słyszalne przez osobę o normalnym, zdrowym słuchu.

Rys. 1 Zjawiska zachodzące przy padaniu fali akustycznej na przeszkodę

Gdy fala akustyczna pada na prze­szkodę, np. przegrodę w postaci ścia­ny, można zaobserwować rozkład jej energii w różne formy. Część energii zostaje odbita, część pochłonięta, a część przenikająca dalej (rys. 1). Odbicie fali określa zależność między jej długością a wymiarami przeszko­dy. Należy pamiętać, że im większa częstotliwość, tym krótsza fala. Ta­bela podaje przykładowe wartości wyznaczone dla propagacji fali w po­wietrzu. Ogólnie można stwierdzić, że gdy długość fali jest znacznie większa od wymiarów elementu, na którym ma się odbić, fala przenika przez niego. W przypadku gdy wymiary są ok. 2-4 razy większe, występuje odbicie. Gdy wymiary przeszkody są porównywalne do długości fali, następuje rozpro­szenie, czyli rozprowadzenie energii w różnych kierunkach. Ponadto czyn­nikami, od którego zależy odbicie, jest struktura i parametry fizyczne prze­szkody.

To, jaka część energii fali akustycz­nej zostanie pochłonięta, zależy od struktury materiału. W obiektach studyjnych standardem jest stoso­wanie tzw. absorberów, czyli ustrojów akustycznych pochłaniających dźwięk. Pozwala to dokładniej zapanować nad warunkami akustycznymi panującymi w pomieszczeniach.

Energia przenikająca objawia się pro­pagacją dźwięku po drugiej stronie danej przeszkody. Fala pobudza do drgań przegrodę, która następnie, drgając, emituje falę np. do kolejnego pomieszczenia. Warto skupić się na tym zagadnieniu.

Z akustycznego punktu widzenia pro­jekt studia możemy podzielić na dwie części: akustykę budowlaną, która opisuje zjawiska zachodzące w bu­dynku związane z ochroną przeciw- dźwiękową i przeciwwibracyjną, oraz akustykę wnętrz, która opisuje za­chowanie fali akustycznej rozchodzą­cej się wewnątrz pomieszczenia. Akustyka budowlana związana jest ze zjawiskami zachodzącymi między po­mieszczeniami oraz ich wpływem na siebie, a także aspektami związanymi z instalacjami. Jednym z najważniej­szych parametrów tego działu jest izolacyjność akustyczna. Parametr ten, związany z transmisją energii akustycznej przez przegrody (podłogi, stropy, ściany), jest miarą skutecz­ności danej przegrody w ogranicza­niu przepływu dźwięku. Izolacyjność akustyczna jest zależna od często­tliwości sygnału padającego i wyższa dla dużych częstotliwości. Im wyższa wartość izolacyjności akustycznej, tym lepiej działa dana przegroda jako bariera dla dźwięku.

Tab. Długość fali rozchodzącej się w po­wietrzu dla przykładowych wartości częstotliwości

W obiektach studyjnych konieczne jest uzyskanie jak największej izola­cyjności akustycznej. Celem tego jest uniknięcie przesłuchu, czyli zjawiska, w którym w jednym pomieszczeniu słyszymy dźwięki pochodzące z są­siednich (lub dalszych). Do popraw­nego realizowania nagrań niezbędne jest, aby osoba pracująca w reżyser­ce słyszała jedynie dźwięk z systemu elektroakustycznego, mimo sąsiedz­twa pomieszczania studia, w którym w tym samym czasie grają muzycy. Biorąc pod uwagę to, że instrumen­ty mogą generować bardzo wysokie poziomy ciśnienia akustycznego (gra na perkusji może wytwarzać dźwięk na poziomie nawet 110 dB SPL, gdzie około 130 dB SPL to próg bólu), izo­lacyjność akustyczna między wspo­mnianymi wcześniej pomieszczeniami musi mieć dużą wartość.

Problemem są nie tylko dźwięki pada­jące drogą powietrzną na przegrody, ale także powstałe w wyniku pobu­dzenia powierzchni do drgań. Przy­kładowo pobudzana do drgań podłoga może przenieść dźwięk do sąsiednich pomieszczeń mimo wysokiej izolacyj­ności przegród pionowych. W związ­ku z tym niezbędne jest zapewnienie odpowiedniej ochrony nie tylko przed dźwiękiem rozchodzącym się w po­wietrzu, ale także przed drganiami. Najlepszym sposobem na rozwiązanie opisanych problemów jest stosowa­nie koncepcji box in box, czyli pudełko w pudełku. Ogólnym założeniem tej metody jest, jak sama nazwa wska­zuje, wybudowanie pomieszczenia w innym pomieszczeniu. Teoretycznie wewnętrzne pudełko (pomieszczenie) powinno być całkowicie odizolowane od pudełka – pomieszczenia zewnętrz­nego. Takie rozwiązanie zapewnia nie tylko odpowiednią izolacyjność aku­styczną, ale także niezbędną ochronę przed wibracjami.

W praktyce niemożliwe jest, aby po­mieszczenie lewitowało w drugim, a należy bezwzględnie unikać sytuacji, w której wszystkie ściany pudełka ze­wnętrznego i wewnętrznego położone są na tej samej powierzchni – dźwięk może przenosić się podłogą. W związ­ku z tym należy projektować podłogi pływające, czyli podłogi postawio­ne na warstwie wibroizolacyjnej, np. w postaci specjalistycznych podkła­dek wibroizolacyjnych lub systemów sprężynowych.

Można spotkać kilka sposobów roz­wiązywania odizolowywania ścian w koncepcji box in box. Bardzo waż­ne jest, aby zachować odpowiednią dylatację akustyczną między ścia­nami wewnętrznego i zewnętrznego pudełka. Im większa ta odległość, tym w efekcie większa izolacyjność akustyczna takiej przegrody. Dodat­kowo dylatacja może zostać wypeł­niona wełną mineralną, co jeszcze dodatkowo podniesie skuteczność tłumienia dźwięków przez przegrodę. Ponadto ściany muszą zostać odizo­lowane od posadzki pomieszczenia zewnętrznego, gdyż dźwięki docie­rające np. przez podłogę z pozosta­łej części obiektu mogą pobudzić do drgań ścianę i wyemitować dźwięk do studia, co może ostatecznie zakłócić nagrania. W tym celu również sto­suje się odpowiednią wibroizolację. Podejścia w tym zagadnieniu są dwa: ściany można postawić na osobnych, niezależnych od podłogi pływającej systemach wibroizolacyjnych lub postawić je na istniejącej podłodze pływającej. W pierwszym przypadku należy pamiętać, aby zachować dylatację akustyczną między podłogą pły­wającą a ścianą. Najczęściej wykonu­je się to w formie wełny mineralnej lub paska odpowiednio dobranej maty wibroizolacyjnej. W drugim przypad­ku niezbędne jest dobranie odpowied­niego systemu wibroizolacyjnego, który będzie skutecznie działał oraz wytrzyma obciążenie związane z po­stawieniem przegrody. Oba rozwią­zania są bardzo skuteczne i równie często stosuje się je w wielu obiek­tach nie tylko studyjnych, ale także innych, w których funkcje dźwiękowe są bardzo ważne (sale koncertowe, teatralne itp.).

Ostatnią częścią takiego akustycz­nego pudełka jest sufit. Odpowied­nia konstrukcja sufitu, najczęściej złożona z kilku warstw materia­łów (np. płyt gipsowo-kartonowych z wełną mineralną), musi również być zainstalowana tak, aby zacho­wać możliwie największą dylatację między stropem pudełka zewnętrz­nego. Najprostszym rozwiązaniem jest taki montaż sufitu, podczas którego opiera się jego konstrukcję na ścianach, już odizolowanych, pu­dełka wewnętrznego. W ten sposób zamkniemy wewnętrzne pomiesz­czenia, nie łącząc sufitu z pomiesz­czeniem zewnętrznym. W przypadku gdy z np. z powodu konstrukcyjnego nie możemy już bardziej obciążyć ścian, musimy sufit podwiesić do konstrukcji pudełka zewnętrznego. Rozwiązanie to wymaga zastosowa­nia odpowiednich, dopasowanych do danego obciążenia, zawiesi wibroizolacyjnych. Taki podwieszony sufit powinien „zanurzyć się” w pudełku wewnętrznym, tak aby jego poziom był poniżej szczytu ścian. Niezbęd­ne jest także uszczelnienie łączenia sufitu ze ścianami materiałem pla­stycznym o dużej gęstości, na przy­kład akrylem. Błędem jest używanie standardowych pianek montażowych jako wypełniaczy takich przerw, gdyż ich właściwości izolacyjne są nie­wielkie.

Rys. 2 Schemat konstrukcji box in box (źródło: http://www.mason-uk.co.uk)

Przy tym wszystkim należy pamię­tać, że niewielkie otwory i niedokład­ności wykonawcze mogą doprowadzić do spadku izolacyjności akustycznej całej przegrody o kilka decybeli, co w obiektach studyjnych jest niedo­puszczalne.

Kolejnym bardzo ważnym aspektem pomieszczeń kompleksu studyjnego są okna komunikacyjne oraz drzwi. Okna komunikacyjne mają na celu ułatwienie kontaktu wzrokowego mię­dzy realizatorem dźwięku pracującym w reżyserce a muzykami lub lektorem w studiu. Również w tym przypadku musimy zachować odpowiednią dylatację akustyczną między sąsiadu­jącymi pomieszczeniami. Nie można dopuścić do sytuacji, w której okno działa jak mostek akustyczny, czy­li droga, którą może przenosić się dźwięk drogą materiałową lub po­wietrzną bezpośrednio z jednego do drugiego pomieszczenia. W związku z tym najlepszym rozwiązaniem jest zainstalowanie dwóch niezależnych okien w ścianach każdego pomiesz­czenia (reżyserki i studia). Najlepsze parametry izolacyjności akustycznej uzyskuje się przy zastosowaniu okien składających się z szyb laminowanych o różnej grubości, gdzie laminatem jest specjalna warstwa akustyczna. Ponadto powinno się dążyć do tego, aby grubości różniły się nie tylko w ramach jednego laminatu, ale także w ramach całego, czyli dwóch nieza­leżnych okien. Najgrubsza warstwa powinna się znajdować od strony najgłośniejszych źródeł, czyli najczę­ściej od strony pomieszczenia studia nagraniowego. Ujednolicenie grubości może spowodować spadki izolacyjno­ści akustycznej w pewnym pasmach częstotliwości, co jest skutkiem efek­tu koincydencji. Ponadto izolacyjność całej przegrody zależy od stosunku powierzchni okna do powierzchni ścia­ny, co wiąże się z mniejszą izolacyjno­ścią akustyczną okien w porównaniu z przegrodami masywnymi. Im więk­sze okno, tym mniejsza skuteczność w tłumieniu dźwięków całej przegrody. W związku z tym należy unikać pro­jektowania wielkich okien, których celem jest jedynie ogólny pogląd na sytuację w drugim pomieszczeniu. Projektuje się kompleksy studyjne, które nie mają okien komunikacyjnych w ogóle. W zamian zastosowane są systemy wizyjne oparte na kamerach i ekranach. Mimo wszystko możliwość kontroli „na żywo” jest subiektywnie lepsza niż „przez telewizor”. Pustkę przy krawędziach między poszczegól­nymi oknami można zamaskować na przykład tkaniną. Warto zaznaczyć, że maskownica powinna mieć czarny kolor, dzięki czemu uniknie się nie­korzystnego odbicia światła, które może utrudnić komunikację i ograni­czyć widoczność.

Kolejnym zagadnieniem związanym z komunikacją, bez którego pomiesz­czenia nie mogłyby funkcjonować, są drzwi. Ten element także wymaga dokładnego zaprojektowania i wyko­nania, ponieważ podobnie jak w przy­padku okien drobne zaniedbania mogą mieć duże konsekwencje w całkowitym efekcie. W związku z tym, że przyjęto do rozważań rozwiązanie box in box, niezbędne jest wstawienie dwóch par drzwi, po jednej w każdą ścianę pudeł­ka. Obie pary powinny się cechować bardzo wysokimi parametrami aku­stycznymi. Nie można założyć, że sko­ro są dwie, to jedne mogą być bardzo dobre, a drugie zwyczajne, bo w ten sposób całkowicie zaprzepaścimy sedno koncepcji pudełka w pudełku. Drzwi takie, mimo gwarancji produ­centa o wysokim parametrze izolacyj­ności akustycznej, powinny być bar­dzo masywne. dodatkowo muszą być wyposażone w podwójną uszczelkę na obwodzie. Niezbędne jest również zastosowanie uszczelki opadającej, która domyka przestrzeń pod drzwia­mi. Należy pamiętać, że aby uzyskać bardzo dobrą izolacyjność akustycz­ną, wskazane wymagania powinny być spełnione dla obu par drzwi. Przestrzeń między drzwiami powinna być, tak jak w przypadku okien, od­powiednio zamaskowana materiałem elastycznym. Również w tym przy­padku bardzo dobrym rozwiązaniem jest wykorzystanie napiętej tkaniny.

W kompleksach studyjnych niezbęd­ne jest połączenie sygnałowe mię­dzy poszczególnymi pomieszcze­niami. dzięki zastosowaniu techniki cyfrowej coraz częściej są to niewiel­kie wiązki przewodów, jednak duża część użytkowników wciąż chce mieć możliwość połączeń analogowych, co wiąże się z większymi wiązkami przewodów. Ponadto pomieszczenia potrzebują przyłączy elektrycznych oraz oświetlenia, co również wią­że się z prowadzeniem okablowania. Wiązki przewodów powinny być pro­wadzone między ścianami pudełek i jedynie „wchodzić” do poszczegól­nych pomieszczeń. Przy tworzeniu takiej sieci z wykorzystaniem korytek kablowych należy pamiętać, że nie wolno ich opierać na obu ścianach dylatacji między pomieszczeniami. Ta­kie połączenie skutkuje powstaniem mostka akustycznego, co w efekcie umożliwia przenoszenie dźwięku bez­pośrednio z jednego pomieszczenia do drugiego, czyli dochodzi do spad­ku izolacyjności akustycznej. Bez­względnie należy unikać przebić mię­dzy pomieszczeniami w prostej linii. Przepusty takie powinny wychodzić z jednego pomieszczenia, załamać się w dylatacji, idąc wzdłuż ścian mi­nimum 1 m, i dopiero wejść do kolej­nego pomieszczenia.

Jeżeli chodzi o samo otworowanie ścian na potrzeby wstawiania przy­łączy, wyprowadzania kabli i tym po­dobnych, zabezpieczenie akustyczne zależy od ich wielkości. W przypadku niewielkich otworów ? ≤ 50 mm) wystarczy wypełnienie otworu pla­stycznym materiałem o dużej gęsto­ści, czyli np. masą akrylową. Należy przy tym pamiętać, aby przed wy­pełnieniem zabezpieczyć tylną część otworu, tak aby masa nie wylewała się w przestrzeń między ścianami. Jeżeli otworowanie jest znacznie większe, stosuje się bardziej rozbu­dowane rozwiązania z wykorzysta­niem płyt gipsowo-kartonowych lub drewnopochodnych, które powinny być określone przez specjalistów. Podobne rozwiązania przyjmuje się również w przypadku przepustów związanych z systemem instalacji wentylacyjnej oraz klimatyzacyjnej.

I w tym przypadku należy podkreślić kolejny raz, że zaniedbanie nawet niewielkiej „dziury” w ścianie może skutkować odczuwalnym, w warun­kach studyjnych, spadkiem izolacyj­ności akustycznej.

Przedstawione zostały ogólne zasady związane z projektowaniem pomiesz­czeń studyjnych w koncepcji box in box. Najważniejsze jest, aby dużo uwagi przykładać do projektu oraz wykonawstwa wszystkich elementów – nawet tych najmniejszych. Niewiel­kie zaniedbania w postaci złego dopa­sowania materiałów, pozostawiania otworów czy niedokładnego ich wypeł­nienia mogą zniwelować początkowe założenia związane z koncepcją pudeł­ka w pudełku i w efekcie odczuwalnie zmniejszyć izolacyjność akustyczną. Wszystkie powyższe rozwiązania mają na celu zapewnienie odpowiednio niskiego poziomu tła akustycznego w pomieszczeniu, a także uniemożli­wienie powstawania przesłuchów. Są to podstawowe cechy, jakimi powinny charakteryzować się pomieszczenia obiektów studyjnych z punktu widze­nia akustyki budowlanej. Chcąc wyko­nać studio na najwyższym poziomie, niezbędne są konsultacje ze specjali­stą z zakresu akustyki, który dobierze odpowiednie technologie i materiały. Wykończenie wnętrz tego typu po­mieszczeń jest tematem również cie­kawym i rozbudowanym. Wiele zależy od typu i wykorzystania pomieszcze­nia. Inaczej projektuje się studio prze­znaczone do nagrywania muzyki, a ina­czej do rejestracji lektorów. To samo dotyczy pomieszczeń reżyserskich, których wnętrza się różnią, w za­leżności od tego czy pomieszczenie będzie wykorzystywane do zgrywania muzyki czy na przykład wielokanałowej ścieżki dźwiękowej filmu.

Ze względu na obszerność zagadnień akustyka wnętrz studiów nagranio­wych to temat na kolejne artykuły.

mgr Rafał Zaremba

Sound & Space