در بسیاری از پروژه هایی که با آنها همکاری داشته ام، عدم رضایت از کارکرد صحیح سیستم صوتی و کیفیت نا مطلوب صدا دغدغه ی ذهنی زیادی را برای کارفرمایان ایجاد کرده بود. چرا که با وجود هزینه ی زیاد برای خرید جدید ترین سیستم های صوتی از بهترین سازندگان سیستم های صوتی دنیا، انتظار نتیجه ای قابل قبولی را داشته اند.

در دوران تحصیل همواره چرایی زیادی در مورد رفتار پیچیده ی صوت مطرح بود. یکی از این چرایی ها عدم وجود یک راه حل جامع، برای پیش بینی دقیق رفتار امواج آکوستیکی در محیط های آکوستیکی بود. در مقدمه ی کتاب Absorbers And Diffusers  نوشته ی آقای D’ Antonio به صراحت به عدم دستیابی به راه حلی جامع برای پیش بینی رفتار امواج آکوستیکی ازعان می شود. با وجود ساخت نرم افزار های شبیه سازی آکوستیکی و الکتروآکوستیکی نظیر Ease  و Odeon ، هنوز پاسخ های آنها از دقت لازم برخوردار نیست و به جز در فرکانس های بالا و در پارامتر هایی که بیشتر به انرژی مربوط می شود نمی توان به پاسخ اینگونه ابزار های نرم افزاری اتکا کرد. این در حالی است که برای نور، مدارات الکترونیکی، مدارات الکتریکی و بسیاری از صنایع دیگر، دقت نرم افزار های شبیه سازی به بیش از 90 درصد نیز می رسد. البته علت این مساله کاملا روشن است. معادله موج در تمام پهنای باند فرکانسی محدوده ی شنوایی انسان است، قابل خطی سازی نیست. حل معادله ی پیچیده ی موج، با فرض های بسیار و شرایط مرزی پیچیده ( آنچه که در عمل در یک اتاق واقعی وجود دارد)، مستلزم به کار گیری کامپیوتر هایی بسیار قدرتمند و زمان زیادی است. بنابراین در امور تجاری با توجه به وقت و بودجه ی اندک طراحی، امکان حل معادله ی موج در یک محیط آکوستیکی واقعی ( با شرایط مرزی پیچیده ) و برای چندین منبع صوتی هنوز امری دور از ذهن به نظر می آید.

با این وجود تجربه و آزمون و خطا می تواند مانند بسیاری از علوم به ما کمک کند تا رفتار صوت را تا حد امکان پیش بینی کنیم و آن را با تلاش و تکرار در هر مرحله از طراحی بهتر و بهتر نماییم.

در این مقاله سعی دارم تجربیاتی را درباره ی نقش آکوستیک و معماری آکوستیک در طراحی و کارکرد صحیح سیستم های صوتی با شما به اشتراک بگذارم. چه به عنوان مصرف کننده و چه به عنوان طراح، با در نظر گرفتن موارد ذیل می توانید تا حد زیادی اطمینان حاصل کنید که پس از نصب سیستم صوتی مناسب به نتیجه ی مطلوبی دست خواهید یافت.

ابعاد محیط، شکل محیط آکوستیکی و مصالح و مواد مورد استفاده در ساخت فضاهای آکوستیکی بسیار در کارکرد سیستم صوتی تاثیر گذار است.

سیستم شنوایی انسان قادر است امواج آکوستیکی در بازه 20 هرتز تا 20 هزار هرتز را درک نماید. بنابراین ما به امواج آکوستیکی که فرکانس آنها در بازه ی 20 تا 20 هزار هرتز است، اصطلاحا امواج صوتی می گوییم. یکی از مشخصه های اصلی موج ها در دانش فیزیک طول موج آنهاست. طول موج امواج صوتی، مانند سایر امواج مکانیکی از حاصل تقسیم سرعت موج صوتی به فرکانس آن بدست می آید. سرعت صوت در دمای 20 درجه سانتی گراد و در شرایط استاندارد تقریبا برابر 343 متر و ثانیه است.

بنابراین طول موج آکوستیکی در فرکانس 20 هرتز به حدود 17 متر و در فرکانس 20 هزار هرتز حدود 17 میلیمتر است. همچنین طول موج آکوستیکی در فرکانس 100 هرتز حدود 3.4 متر و در فرکانس 200 هرتز حدود 1.7 متر خواد بود. تصور کنید یک منبع صوتی فرکانس 100 هرتز را در یک اتاق با طول و عرض 3 متر تولید کند. اتاق به قدری کوچک خواهد بود که یک طول موج در فرکانس 100 هرتز به طور کامل در آن قابل شکل گیری نیست و بنابراین به شکل امواج تخت و خیلی ساده در محیط پخش خواهند شد. هرچه ابعاد بزرگتر شود شکل گیری امواج در محیط پیچیده تر می شود. در اتاقی به ابعاد بزرگتر از دو برابر طول موج امواج ایستا شکل می گیرند. یعنی در نقاطی از اتاق گره های آکوستیکی شکل می گیرد و پس از آن در فرکانسی به نام فرکانس شرودر مدان های پخش و پیچیده ایجاد خواهد شد که حاصل پخش صدا و انعکاس های های دیوار ها و سطوح خواهد بود. نهایتا در چیزی حدود چهار برابر فرکانس شرودر انعکاس ها به شکل کروی شکل در می آیند و این تحلیل این رفتار بسیار پیچیده و سخت خواهد بود. در میدان های بسیار پیچیده بررسی کمیت های مرتبط با انرژی به مراتب ساده تر از کمیات برداریست. به عبارتی تشخیص جهت انتشار موج آکوستیکی در محیط های بزرگ بسیار سخت و امری غیر ممکن به نظر می آید.

از صحبت های فوق می توان اینگونه برداشت کرد که انتشار صوت کاملا به ابعاد محیط و نحوه ی انعکاس صوت از دیواره ها مربوط است. یعنی فقط با استفاده از یک سیستم صوتی خیلی خوب نمی توان انتظار داشت که در محیط آکوستیکی، یک صدای خیلی خوب به گوش برسد. مطالعه ی کیفیت صدا، بدون در نظر گرفتن اثرات محیط بر صدای خارج شده از سیستم صوتی امری بی فایده خواهد بود.

برای حل این مشکل در آخرین دهه های قرن 18 میلادی آقای سابین Wallace C. Sabine با معرفی زمان واخنش ( Reverberation Time) گام مهمی را در جهت شناخت رفتار امواج آکوستیکی در محیط برداشت.  سابین در واقع با تعریف زمان واخنش، پارامتری را جهت مطالعه ی میرایی انرژی صوتی در اختیار ما گذاشت. هرچه صوت در محیط زودتر میرا شود، زمان واخنش آن محیط کمتر است و هرچه صوت دیرتر میرا شود زمان واخنش بیشتر خواهد بود. وقتی از کیفیت صدا در محیط صحبت می کنیم، دوست داریم صدا پس از پخش از سیستم صوتی، ویژگی های اصلی صدای منبع اصلی را حفظ کند. برای مثال وقتی از یک سیستم صوتی به شنیدن یک سخنرانی مشغولیم، انتظار داریم صدا را به گونه ای درک کنیم که انگار سخنران دقیقا روبروی ما ایستاده و بدون واسطه در فاصله ی یک متری ما در حال سخن گفتن است. در مورد صدای سازها نیز دوست داریم تمام ویژگی های صدای ارتعاش تار ها، بدنه ی ساز و هر آنچه صدای ساز را شکل می دهد با تمام جزئیات حس کنیم به شکلی که کاملا صدای ساز وجود ما را در بر گیرد. وقتی زمان واخنش بیشتر ازحد باشد، یعنی در حدود 3 ثانیه و بالاتر ( که معمولا در محیط های بزرگ اتفاق می افتد)، مشکلات زیادی برای انتخاب سیستم صوتی خواهیم داشت و ممکن است استفاده از سیستم صوتی در بعضی از این مکان ها کاملا غیر ممکن باشد و یا نیاز باشد از سیستم های صوتی با تکنولوژی خاص استفاده کنیم.

زمان واخنش کمیتی است که ارتباط مستقیمی با ابعاد محیط و مصالح بکار رفته در ساخت محیط آکوستیکی دارد.

شکل محیط نیز بسیار در محیط های آکوستیکی مهم است. انحنای دیواره ها، زاویه دیوار های جانبی و شکل فضایی کلی محیط بسیار در نتیجه تاثیر گذار خواهد بود. برای مثال دوار های دارای انحنای مقعرمی تواند مانند یک آینه ی مقعر در مقابل نور، انرژی صدا را در یک نقطه متمرکز کند. این اتفاق سبب بر هم خوردن یکنواختی صدا در محیط آکوستیکی و حتی ایجاد انعکاس های اولیه ی بسیار پر انرژی در ناحیه ی شنیداری خواهد شد. به عنواان مثالی دیگر، در ساخت آمفی تئاتر ها و سالن هایی که برای گروه های ارکستر استفاده می شود شکل سالن می تواند به گونه ای طراحی شود که انعکاس های دیوار ها، میزان مطلوبی از صدا را بدون استفاده از سیستم صوتی به شنوندگان برساند.

این تفکر که استفاده از مواد جاذب اواج صوتی، محیط آکوستیکی را خوبتر می کند، اشتباه است.

در آکوستیک، یک اشتباه رایج در مورد استفاده از مواد جاذب صدا وجود دارد. متاسفانه اینگونه برداشت شده است که علم آکوستیک به معنی استفاده هرچه بیشتر از مواد جاذب در محیط است. با استفاده از مواد جاذب در محیط های آکوستیکی در تمامی دیواره ها، همان حسی را تجربه خواهید کرد که از حضور در یک اتاق سیاه رنگ در مقابل نور تجربه می کنید. یک محیط با مواد جاذب زیاد، مرده، بی روح و حضور در آن نا خوشایند است. برای حل مشکل در این محیط ها، مجبور خواهیم بود سیستم های صوتی بسیار قدرتمند وگران قیمتی را انتخاب کنیم و تازه با این وجود نیز نتیجه ی مطلوب حاصل نخواهد شد. همانطور که با افزایش نور در یک محیط سیاه رنگ باز هم احساس تاریکی می کنیم، در محیطی که با مواد خیلی جاذب پوشانده شده است نیز، حس کم بودن بلندی صدا را خواهیم داشت. در واقع با استفاده ی بی رویه از جاذب های صوتی، زمان واخنش محیط خیلی کم و به زیر یک ثانیه میل خواهد کرد. این اتفاق مخصوصا در سالن های موسیقی، کمیاتی را که در حوزه ی Spatial Impression (ادراک فضایی) بیان می شوند را به مخاطره می اندازند.

استفاده از مصالح آکوستیکی، جاذب ها، انعکاس دهنده ها و پخش کننده ها در کنار یکدیگر، نیاز به شناخت عمیقی از کاربری هر یک دارد و از این رو مهندسین آکوستیک معماری باید از مراحل اولیه ساخت، معماران سازه را همراهی نمایند.

اگر پس از ساخت با زمان واخنش زیاد و انعکاس های اولیه پر انرژی روبرو هستید، در طراحی سیستم صوتی نیاز به دقت بیشتری دارید.

اگر به هر دلیل در مراحل اولیه ساخت ساختمان، به مسائل آکوستیکی توجه نشده است، شما نیاز دارید سیستم صوتی را به گونه ای انتخاب نمایید که درمانی برای مشکلات آکوستیکی فراهم کند.

برای مثال اگر در یک مسجد بزرگ، میزان زمان واخنش بیش از 4 یا 5 ثانیه است، حتما باید سراغ بلندگو هایی رفت که جبهه موج به صورت استوانه ای و کنترل شده از آنها منتشر می شود. تنظیم درست پردازنده های سیستم صوتی نیز در این محیط ها بسیار اهمیت دارد. چرا که با کشف فرکانس های بحرانی می توان بسیاری از اتفاقات مانند فیدبک های صوتی را کنترل نمود.

 نویسنده: امین علایی