โหมดห้อง

โหมดเสียงในห้องคือกลุ่มของเสียงสะท้อนที่เกิดขึ้นในห้องเมื่อห้องนั้นถูกกระตุ้นด้วยแหล่งกำเนิดเสียง เช่น ลำโพง ห้องส่วนใหญ่จะมีเสียงสะท้อนพื้นฐานอยู่ในช่วง 20  เฮิรตซ์ถึง 200 เฮิรตซ์ โดยแต่ละความถี่จะสัมพันธ์กับมิติของห้องอย่างน้อยหนึ่งมิติหรือตัวหารของมิตินั้น เสียงสะท้อนเหล่านี้ส่งผลต่อการตอบสนองความถี่ต่ำและความถี่กลางต่ำของระบบเสียงในห้อง และเป็นหนึ่งในอุปสรรคที่ใหญ่ที่สุดต่อการสร้างเสียงที่แม่นยำ

โหมดห้องแบบแยกส่วนจะเด่นเฉพาะที่ความถี่ต่ำเท่านั้น เหนือความถี่เปลี่ยนผ่านที่เรียกว่าความถี่ชโรเดอร์ โหมดต่างๆ จะทับซ้อนกันอย่างหนาแน่นจนการตอบสนองของห้องควรได้รับการจัดการทางสถิติมากกว่าที่จะเป็นชุดของเรโซแนนซ์ที่แยกจากกัน ความถี่นี้โดยทั่วไปจะประมาณโดย โดยที่Tคือเวลาการสะท้อนเสียงในหน่วยวินาที และVคือปริมาตรของห้องในหน่วยลูกบาศก์เมตร สำหรับห้องทั่วไป ความถี่นี้จะอยู่ในช่วงหลายร้อยเฮิรตซ์ต้นๆ^{[ 1 ] [ 2 ]}${\displaystyle f\approx 2000{\sqrt {T/V}}}$

การป้อนพลังงานเสียงเข้าสู่ห้องด้วยความถี่โมดอลและความถี่ทวีคูณของความถี่เหล่านั้น ทำให้เกิดคลื่นนิ่งจุดบัพและจุดสูงสุดของคลื่นนิ่ง เหล่านี้ ส่งผลให้ความดังของความถี่เรโซแนนซ์ เฉพาะ นั้นแตกต่างกันในตำแหน่งต่างๆ ของห้อง คลื่นนิ่งเหล่านี้สามารถพิจารณาได้ว่าเป็นการสะสมพลังงานเสียงชั่วคราว เนื่องจากใช้เวลาจำกัดในการก่อตัวและใช้เวลาจำกัดในการสลายตัวเมื่อ แหล่งกำเนิด พลังงานเสียงถูกกำจัดออกไป

สำหรับห้องสี่เหลี่ยมผืนผ้าที่มีผนังแข็ง ความถี่ธรรมชาติ (โมดอล) จะกำหนดโดย

${\displaystyle f_{l,m,n}={\frac {c}{2}}{\sqrt {\left({\frac {l}{L_{x}}}\right)^{2}+\left({\frac {m}{L_{y}}}\right)^{2}+\left({\frac {n}{L_{z}}}\right)^{2}}}}$

โดยที่cคือความเร็วเสียง , L _x , L _yและL _zคือขนาดของห้อง และl , mและnคือจำนวนเต็มที่ไม่เป็นลบ (ไม่ใช่ศูนย์ทั้งหมด) ที่ระบุโหมด โหมดต่างๆ ถูกจำแนกตามจำนวนเต็มที่ไม่เป็นศูนย์: โหมด แกนเกี่ยวข้องกับพื้นผิวตรงข้ามหนึ่งคู่ (ดัชนีที่ไม่เป็นศูนย์หนึ่งตัว), โหมด สัมผัสเกี่ยวข้องกับสองคู่ (ดัชนีที่ไม่เป็นศูนย์สองตัว) และ โหมด เฉียงเกี่ยวข้องกับทั้งสามคู่ (ดัชนีที่ไม่เป็นศูนย์สามตัว) โดยทั่วไปโหมดแกนจะมีพลังงานมากที่สุดและมีอิทธิพลมากที่สุดต่อการตอบสนองความถี่ต่ำของห้อง^{[ 2 ] [ 3 ]}

ห้องที่มีพื้นผิวแข็งโดยทั่วไปจะแสดง ค่า Q สูง และมีการสั่นสะเทือนที่คมชัด สามารถเพิ่มวัสดุดูดซับเสียงเข้าไปในห้องเพื่อลดการสั่นสะเทือนดังกล่าว ซึ่งทำงานโดยการกระจายพลังงานเสียงที่สะสมไว้ให้เร็วขึ้น

เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่มีประสิทธิภาพ ชั้นของวัสดุที่มีรูพรุนและดูดซับเสียงได้ดีจะต้องมีความหนาประมาณหนึ่งในสี่ของความยาวคลื่น หากวางไว้บนผนัง ซึ่งที่ความถี่ต่ำซึ่งมีความยาวคลื่นยาว จะต้องใช้วัสดุดูดซับที่หนามาก การดูดซับเกิดขึ้นจากการเสียดสีของการเคลื่อนที่ของอากาศกับเส้นใยแต่ละเส้น โดยพลังงานจลน์จะถูกแปลงเป็นความร้อน ดังนั้นวัสดุจะต้องมีความหนาแน่นที่เหมาะสมในแง่ของการจัดเรียงเส้นใย หากหลวมเกินไป เสียงจะผ่านไปได้ แต่หากแน่นเกินไป เสียงจะสะท้อนกลับ ในทางเทคนิคแล้ว มันเป็นเรื่องของการจับคู่ความต้านทานระหว่างการเคลื่อนที่ของอากาศกับเส้นใยแต่ละเส้น ใยแก้วที่ใช้สำหรับฉนวนกันความร้อนนั้นมีประสิทธิภาพมาก แต่จำเป็นต้องมีความหนามาก (อาจจะ 4–6 นิ้ว; 100–150 มม.) หากไม่ต้องการให้ห้องฟังดู "เงียบ" อย่างผิดธรรมชาติที่ความถี่สูง แต่ยังคง "ก้องกังวาน" ที่ความถี่ต่ำ เพื่อให้สามารถดูดซับเสียงได้ในช่วงความถี่ที่กว้าง ม่านและพรมจะมีประสิทธิภาพเฉพาะที่ความถี่สูง (เช่น 5 กิโลเฮิร์ตซ์ขึ้นไป) เท่านั้น

โดยทั่วไปแล้ว เสียงเดินทางด้วยความเร็ว 1 ฟุตต่อมิลลิวินาที (344 เมตรต่อวินาที) ดังนั้นความยาวคลื่นของเสียงที่ความถี่ 1 กิโลเฮิร์ตซ์จึงอยู่ที่ประมาณ 1 ฟุต (344 มิลลิเมตร) และที่ความถี่ 10 กิโลเฮิร์ตซ์อยู่ที่ประมาณ 1 นิ้ว (34 มิลลิเมตร) แม้แต่ใยแก้วขนาด 6 นิ้ว (150 มิลลิเมตร) ก็แทบไม่มีผลที่ความถี่ 100 เฮิรตซ์ ซึ่งความยาวคลื่นหนึ่งในสี่จะมากกว่า 2 ฟุต (860 มิลลิเมตร) ดังนั้นการเพิ่มวัสดุดูดซับเสียงจึงแทบไม่มีผลในย่านเสียงเบสต่ำในช่วง 20-50 เฮิรตซ์ แม้ว่าจะสามารถปรับปรุงคุณภาพเสียงในย่านเสียงเบสสูงกว่า 100 เฮิรตซ์ได้อย่างมากก็ตาม

ช่องเปิดโล่ง กระบอกกระจายเสียง (เส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่และมักมีความสูงเท่าผนัง) แผ่นดูดซับเสียงที่มีขนาดและการจัดวางอย่างระมัดระวัง และรูปทรงห้องที่ไม่สม่ำเสมอ เป็นอีกวิธีหนึ่งในการดูดซับพลังงานหรือทำลายโหมดเสียงสะท้อน สำหรับการดูดซับเสียง เช่นเดียวกับลิ่มโฟมขนาดใหญ่ที่พบในห้องเก็บเสียงการสูญเสียพลังงานเกิดขึ้นในที่สุดผ่านความปั่นป่วน เนื่องจากโมเลกุลอากาศที่ชนกันจะเปลี่ยนพลังงานจลน์บางส่วนให้เป็นความร้อน แผ่นดูดซับเสียง ซึ่งโดยทั่วไปประกอบด้วยแผ่นไม้อัดแข็งระหว่างแผ่นใยแก้ว ได้ถูกนำมาใช้เพื่อดูดซับเสียงเบส โดยอนุญาตให้แผ่นพื้นผิวเคลื่อนที่ได้ และดูดซับพลังงานโดยแรงเสียดทานกับแผ่นใยแก้ว

หากมีการสร้างห้อง สามารถเลือกขนาดห้องที่ทำให้เสียงสะท้อนได้ยินน้อยลงได้^{[ 4 ]}ทำได้โดยการตรวจสอบให้แน่ใจว่าเสียงสะท้อนหลายเสียงในห้องไม่ได้อยู่ที่ความถี่ใกล้เคียงกัน ตัวอย่างเช่น ห้องทรงลูกบาศก์จะมีเสียงสะท้อนสามเสียงที่ความถี่เดียวกัน

การปรับสมดุลเสียงเพื่อชดเชยการตอบสนองความถี่ ที่ไม่สม่ำเสมอ ซึ่งเกิดจากเสียงสะท้อนในห้องนั้นมีประโยชน์จำกัดมาก เนื่องจากวิธีการปรับสมดุลเสียงจะใช้ได้ผลเฉพาะกับตำแหน่งการฟังเฉพาะจุดหนึ่งเท่านั้น และจะทำให้การตอบสนองแย่ลงในตำแหน่งการฟังอื่นๆ นอกจากนี้ การเพิ่มเสียงเบสมากเกินไปโดยการปรับสมดุลเสียงอาจลด headroom ของระบบเสียงลงอย่างมาก ปัจจุบันผู้จำหน่ายบางรายได้จัดหาอุปกรณ์ปรับแต่งเสียงในห้องที่ซับซ้อน ซึ่งต้องใช้ไมโครโฟนที่มีความแม่นยำสูง การเก็บรวบรวมข้อมูลอย่างละเอียด และใช้การกรองทางอิเล็กทรอนิกส์ด้วยคอมพิวเตอร์เพื่อทำการชดเชยที่จำเป็นสำหรับโหมดของห้อง อย่างไรก็ตาม ยังมีข้อถกเถียงเกี่ยวกับคุณค่าของการปรับปรุงในห้องทั่วไป เนื่องจากระบบเหล่านี้มีราคาสูงมาก

ห้องขนาดใหญ่มาก เช่น ห้องคอนเสิร์ตหรือสตูดิโอโทรทัศน์ขนาดใหญ่ มีความถี่เรโซแนนซ์พื้นฐานต่ำกว่าห้องขนาดเล็กมาก ซึ่งหมายความว่าเรโซแนนซ์ฮาร์มอนิกที่อยู่ใกล้กันมีแนวโน้มที่จะอยู่ในช่วงความถี่ต่ำ และดังนั้นการตอบสนองจึงมีแนวโน้มที่จะสม่ำเสมอกว่า

• การวัดลำโพง

• การจำลองการก่อตัวของโหมดห้องตามแนวแกน (ต้องใช้ WebGL)ที่Wayback Machine (เก็บถาวรเมื่อ 27 มีนาคม 2023)
• เครื่องคำนวณโหมด HTML5 (มุมมอง 3 มิติของแต่ละโหมด การเล่นเสียง แผนภาพ Bonello พื้นที่ Bolt ความถี่ Schröder ...)
• เครื่องคิดเลขโหมดกราฟิก
• คลื่นนิ่ง - โหมดห้อง
• การคำนวณและตารางโหมดห้องในWayback Machine (เก็บถาวรเมื่อ 2018-05-29)
• สามารถฟังเสียงทดสอบออนไลน์ได้: ช่วยในการระบุความถี่เสียงสะท้อนในห้องของคุณ
• คลื่นนิ่ง (โหมดห้อง) ระหว่างผนังขนานที่แข็งทางเสียง