PRIMACOUSTIC RAZORBLADE QUADRATIC RESIDUE DIFFUSER

TỔNG QUÁT

Razorblade là một bộ khuếch tán dư lượng bậc hai hiệu suất cao (QRD *) dựa trên một chuỗi gốc nguyên thủy sử dụng một mảng lưới gồm 17 giếng được tính toán chính xác để phá vỡ và phân tán năng lượng âm thanh để tạo ra trường âm thanh khuếch tán.

Được phát triển ban đầu bởi Schroeder, QRDs từ lâu đã được coi là một trong những hình thức khuếch tán hiệu quả nhất. Một loạt giếng được bố trí toán học theo kiểu sao cho sóng âm đi vào thiết bị phản xạ trở lại phòng vào những thời điểm khác nhau, do đó làm dịch chuyển pha tương đối của chúng. Điều này tạo ra cả phân tán không gian (trái và phải) và phân tán theo thời gian (dịch chuyển thời gian) giúp loại bỏ hiệu quả tiếng vọng rung, phá vỡ phản xạ bậc một mạnh và giảm sóng đứng mà không làm không gian quá chói.

Không giống như các loại nhựa nhẹ không thể điều khiển các tần số thấp mạnh mẽ, Razorblade kết hợp các thanh MDF nặng với lớp gỗ bao quanh bằng gỗ nguyên khối để tăng thêm khối lượng và độ cứng. Mảng 24 ″ x 48 ″ được tạo thành với một loạt 17 giếng sâu, hẹp sẽ khuếch tán hiệu quả năng lượng âm thanh từ 425Hz đến hơn 5.5kHz với khả năng tán xạ tuyệt vời xuống đến 200Hz. Điều này làm cho Razorblade đặc biệt hiệu quả trong các biến thể của thiết kế phòng điều khiển phòng thu LEDE (đầu cuối, cuối) nơi một số đơn vị thường được tập trung trên bức tường phía sau, kéo dài theo chiều rộng của bề mặt làm việc.

Khi vào vị trí, Razorblade tạo ra cảm giác thông thoáng và không gian, tạo cảm giác như đang ở trong một căn phòng lớn hơn nhiều. Điều này tạo ra một môi trường làm việc tự nhiên và thoải mái hơn. Razorblade lý tưởng cho việc lắp đặt tại studio, rạp hát có ghế ngồi êm ái, rạp hát gia đình cao cấp và các địa điểm biểu diễn.

Các ứng dụng

Thông số kỹ thuật

Razorblade ™ là bộ khuếch tán cặn bậc hai 24 ”x 48” x 8 ”(61cm x 122cm x 20,3cm) (QRD) sẽ phá vỡ hiệu quả sóng đứng và phản xạ định hướng để mang lại cảm giác thông thoáng và tăng không gian trong bất kỳ phòng nào. Lý tưởng phù hợp cho các phòng thu, rạp hát và các môi trường nghe quan trọng, Razorblade có một loạt 17 giếng có độ sâu khác nhau kết hợp để phân tán hiệu quả các tần số thấp tới 400Hz.

Razorblade được xây dựng bằng cách sử dụng kết hợp ván ép cấp đồ nội thất để có độ bền và các thanh ván sợi mật độ trung bình để tăng độ cứng và khối lượng. Nó được lắp ráp hoàn chỉnh trong một lớp hoàn thiện màu đen hấp dẫn.

Cách sử dụng

Razorblade là một bộ khuếch tán hiệu suất cao được thiết kế cho các phòng thu chuyên nghiệp và các môi trường nghe âm thanh khắt khe hơn.

Thiết kế kích thước đầy đủ 24 "x 48" với đầy đủ giếng sâu 8 "khiến Razorblade đặc biệt hiệu quả trong việc khuếch tán tần số định hướng trên 400Hz. Trình tự của Razorblade đã được tối ưu hóa để nhiều đơn vị có thể được gắn cạnh nhau theo kiểu mô-đun. Điều này cho phép nhà thiết kế đặt số lượng bộ khuếch tán mong muốn trong một mảng sẽ trải dài trên diện tích bề mặt tường mong muốn. Khi đã đặt đúng vị trí, các vấn đề như biến dạng phương thức, tiếng vang rung và sóng đứng sẽ giảm đáng kể.

Để một bộ khuếch tán hoạt động ở tần số thấp hơn, nó phải nặng và cứng. Tất nhiên, điều này dẫn đến các câu hỏi như vị trí và cách lắp. Tin tốt là chúng tôi đã thiết kế Razorblade để việc lắp vừa dễ dàng vừa nhanh chóng: Theo cùng một phương pháp mà người ta sẽ thực hiện khi lắp một loạt tủ bếp, Razorblade được thiết kế để đặt trên đầu 'thanh ray cơ bản' để mang trọng lượng của nó . Vị trí trên tường thường cách sàn 36 "đến 48" để cho phép cả vị trí ngồi và đứng.

Vị trí trong phòng nói chung là phía sau vị trí nghe một khoảng cách tối ưu. Nguyên tắc chung là đặt bộ khuếch tán hai ~ ba lần bước sóng thấp nhất phía sau vị trí nghe (càng xa thì càng tốt). Vì Razorblade được thiết kế để hoạt động ở tần số 400Hz, điều này sẽ kết thúc ở khoảng cách từ sáu đến tám feet hoặc 2 ~ 2,5 mét (Hình A).

Mảng Razorblade nên trải dài theo chiều rộng của vùng nghe. Nếu bàn điều khiển của bạn rộng 6 feet (2 mét), một người thường sẽ tập hợp ba Dao cạo lại với nhau. Tất nhiên một mảng rộng hơn sẽ cung cấp một vùng khuếch tán rộng hơn. Đối với các phòng có diện tích làm việc lớn hơn, để tiết kiệm chi phí, một số nhà thiết kế sẽ kết hợp các sản phẩm như FullTrap như một phương tiện để xử lý bức tường phía sau bằng cách sử dụng một sản phẩm có cấu hình và kích thước tương tự.

Quy trình cài đặt cơ bản

1. Đặt chiều cao của Razorblade bằng cách ngồi ở vị trí nghe và đo chiều cao tai của bạn. Razorblade nên được định vị sao cho cân đối giữa chiều cao của tai và chiều cao trần nhà hoặc cao hơn một chút.

2. Chạy một đường cơ sở bằng cách sử dụng một dấu bút chì. Cắt một thanh ray dày 3 ”(3/4” x 3 ”) và bắt vít vào tường và đảm bảo rằng thanh ray được giữ chặt vào các đinh tán tường bên trong.

3. Chuẩn bị các điểm neo trên cùng. Khoan hai lỗ qua phía sau vào các giếng bên ngoài. Chúng đã được thiết kế thông minh để vươn ra phía sau, do đó cho phép chúng được sử dụng với neo tường. Chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng bu lông bật tắt 1/4 ″.

4. Đặt Razorblade lên thanh đỡ, đánh dấu các vị trí neo và gắn Razorblade vào tường. Bởi vì trọng lượng sẽ nằm trên thanh đỡ, hai neo trên cùng chỉ cần giữ Razorblade tại chỗ.

Khoa học dao cạo

Bộ khuếch tán dư lượng bậc hai như Razorblade là một thiết bị được thiết kế để phá vỡ các sóng âm thanh định hướng và giảm phản xạ bậc một mạnh mẽ, sóng đứng và tiếng vọng rung. Nó là một chất bổ sung tuyệt vời cho quá trình hấp phụ âm thanh vì nó không loại bỏ năng lượng như các tấm tiêu âm.

Bộ khuếch tán phản xạ lại năng lượng vào phòng. Nhưng không giống như các bề mặt phản chiếu phẳng phản chiếu năng lượng, Razorblade bức xạ năng lượng theo mô hình đĩa hemi để tạo ra một không gian âm thanh lan tỏa hơn. Điều này giúp loại bỏ độ chói âm thanh và tạo ấn tượng như đang ở trong một môi trường tự nhiên, rộng lớn hơn.

Mặc dù sự khuếch tán đã có từ thời La Mã, nhưng trong những năm gần đây, toán học tiên tiến đã tạo ra những thiết kế mới trong những năm gần đây mang lại những kết quả có thể đoán trước được. Được tiên phong bởi Nhà vật lý M. Schroeder, bộ khuếch tán dư lượng bậc hai hoặc (QRD) sử dụng một loạt các giếng được tính toán toán học với các độ sâu khác nhau. Chúng được thiết lập theo một trình tự dựa trên các số căn nguyên tố nhằm cố gắng khuếch tán năng lượng theo một kiểu bình đẳng.

Âm thanh đến dưới dạng sóng trước và đi vào lưới pha của bộ khuếch tán, nơi nó sẽ được phản xạ trở lại phòng. Vì các giếng có độ sâu khác nhau, năng lượng thoát ra ở các thời điểm khác nhau tương đối với nhau. Cả hai điều này đều dịch chuyển pha tương đối hoặc chế độ thời gian của chúng (dịch chuyển thời gian) và lan truyền năng lượng trên lưới tạo ra sự thay đổi không gian (chiều rộng trong không gian).

Âm thanh đến dưới dạng sóng trước (màu xanh lam). Nếu không có sự khuếch tán, bề mặt phẳng và cứng của bức tường phản xạ năng lượng trở lại (màu đỏ) giống như một tấm gương gây ra tiếng vang. Điều này có thể ở dạng phản xạ bậc nhất, tiếng vang rung hoặc chế độ phòng.

Sóng đi vào phía trước - năng lượng đập vào các giếng nông trước và phản xạ trở lại phòng trong khi phần còn lại tiếp tục vào các giếng sâu hơn. Một 'sự thay đổi theo thời gian' xảy ra 'theo thời gian' khi nó đi vào, phản xạ và thoát ra khỏi bộ khuếch tán.

Khi các tần số giống hệt nhau vào và ra các giếng giống hệt nhau cùng một lúc, chúng sẽ cùng pha và tăng cường lẫn nhau. Nếu chúng thoát ra tại các thời điểm khác nhau, sự hủy pha xảy ra liên quan đến tần số và độ sâu giếng.

Khi sóng thoát ra khỏi các giếng khác nhau, chúng tương tác khiến năng lượng phân tán trên lưới pha dẫn đến 'sự dịch chuyển không gian' theo phương ngang. Điều này lan truyền âm thanh trong đĩa hemi, dẫn đến cảm giác không gian rộng hơn.

Không phải tất cả các bộ khuếch tán đều được tạo ra như nhau!

Điều quan trọng cần lưu ý là không phải tất cả các bộ khuếch tán đều thực sự khuếch tán. Hầu hết các thiết bị sẽ được gọi một cách thích hợp hơn là thiết bị phản xạ hoặc thiết bị tán xạ âm thanh. Những thứ này phản xạ và phân tán năng lượng âm thanh, nhưng không giống như QRD thực sự, chúng không làm như vậy theo kiểu đồng đều. Nói cách khác, chúng có thể phân tán âm thanh ở một tần số trong khi khiến các tần số khác phát tia. Xem xét một QRD như Razorblade có bản chất phức tạp và khó chế tạo, tính kinh tế thường làm cho các thiết bị tán xạ âm thanh khác nhau này trở thành một giải pháp thay thế hiệu quả về chi phí.

Các QRD như Razorblade sử dụng một chuỗi gốc nguyên thủy để tính toán toán học việc bố trí giếng. Số lượng giếng càng nhiều thì âm thanh càng khuếch tán; các thanh càng hẹp - tần số chúng khuếch tán càng cao, giếng càng sâu - thì tần số chúng sẽ kéo dài xuống càng thấp. Đó là sự kết hợp của trình tự độ sâu giếng, thiết kế lưới và tỷ lệ chiều sâu trên chiều rộng thực sự khiến năng lượng lan ra và bị phá vỡ. Ở đây nêu ra điều kỳ diệu của QRD.

A.  Chiều rộng giếng quyết định giới hạn tần số trên của khuếch tán. Giếng càng hẹp thì tần số khuếch tán càng cao.

B.  Giếng sâu nhất trong dãy xác định giới hạn dưới của bộ khuếch tán. Thiết kế giếng sâu của Razorblade có hiệu quả xuống đến 400Hz.

C.  Dãy số nguyên tố càng cao thì sự khuếch tán càng đều và mịn trong toàn âm.

Dự đoán hiệu suất tần số thấp

Âm thanh được tạo thành từ các lực nén phân tử không khí khác nhau thường được gọi là sóng âm thanh có độ dài khác nhau tùy thuộc vào tần số. Các tần số thấp hơn có bước sóng dài hơn. Với cùng một biên độ, chúng chứa nhiều năng lượng hơn các bước sóng tần số cao ngắn hơn, điều này khiến chúng trở nên khó kiểm soát hơn. Hơn nữa, người ta thường chấp nhận rằng âm thanh bắt đầu phát tia hoặc có hướng trên vùng 300Hz đến 400Hz. Nếu chức năng chính của bộ khuếch tán là phá vỡ năng lượng âm thanh định hướng, thì sau đó bộ khuếch tán tối ưu phải tiếp cận với dải tần số thấp hơn này. Các tiêu chí này đặt mục tiêu hiệu suất tần số thấp cho Razorblade.

Khi thiết kế bộ khuếch tán cặn bậc hai, giếng sâu nhất xác định tần số thấp nhất mà nó sẽ khuếch tán hiệu quả. Điều quan trọng nữa là thiết bị phải đủ cứng để âm trầm không gây ra cộng hưởng quá mức và chứa đủ khối lượng để năng lượng không chỉ đơn thuần truyền qua.

Để dự đoán hiệu suất tần số thấp của bộ khuếch tán, người ta áp dụng phép tính một phần tư bước sóng: Ví dụ, người ta có thể ước tính rằng điểm cắt tần số thấp của bộ khuếch tán sâu 3 ”(7,62cm) sẽ xấp xỉ 1130Hz. Người ta thường chấp nhận rằng âm thanh sẽ tiếp tục phân tán nhiều nhất là một quãng tám dưới điểm này, điều này sẽ mang lại giới hạn tần số thấp ở khoảng 565Hz.

Bảng sau đây cho thấy tần số thấp dự kiến ​​bị cắt của QRD dựa trên độ sâu giếng tối đa:

* Mặc dù Razorblade có thể được 'tính toán' để hoạt động ở mức 424Hz, trên thực tế, nó sẽ tiếp tục phân tán năng lượng xuống mức thấp nhất là 212Hz, do đó, lý do  quãng tám phụ  được xác định trong bảng trên.

Giếng sâu nhất của Razorblade có kích thước 8 ”(20,32cm). Tính toán phần tư bước sóng quyết định mức cắt tần số thấp ở 425Hz. Dự đoán này được chứng minh bởi Tiến sĩ Bouhioui, người đã thực hiện mô hình máy tính tiên tiến trên Razorblade bằng cách sử dụng cái được gọi là 'Phương pháp phần tử hữu hạn'. Khi làm việc cho Boeing, ông đã phát triển một thuật toán độc quyền phá vỡ sóng, phương tiện truyền dẫn và tạo ra các rung động để dự đoán tiếng ồn do luồng không khí của cửa sổ máy bay gây ra. Một phương pháp tương tự đã được sử dụng bằng cách sử dụng tứ giác để dự đoán hiệu suất của Razorblade.

Điều đáng quan tâm là nhiều nhà âm học dự đoán sự khuếch tán tần số thấp sẽ còn kéo dài xuống một quãng tám * bên dưới sóng một phần tư đo được. Niềm tin là âm thanh tiếp tục phân tán dưới điểm giới hạn tạo ra các lợi ích về âm thanh. Dựa trên điều này, người ta có thể dự đoán dải tần số thấp hiệu quả của Razorblade sẽ mở rộng xuống đến 212Hz.

Điều này liên quan nhiều hơn đến hiệu ứng tán xạ của bộ khuếch tán sẽ không dừng lại ở một tần số cụ thể, mà thay vào đó, ảnh hưởng ngày càng ít hơn khi tần số giảm xuống. Có tài liệu trên web chỉ ra cơ quan khuếch tán TJ Cox từ Đại học Stanford, theo đó ông gợi ý rằng dải tần số thấp thực tế có thể được tính gần đúng bằng cách nhân độ sâu giếng với hệ số 11. Điều này cho thấy Razorblade sẽ hoạt động xuống 150Hz . Nhưng vì hầu hết đều đồng ý rằng âm thanh có xu hướng phát ra trên vùng 300Hz ~ 400Hz, chúng tôi đã chọn 'chỉ định' điểm bắt đầu khuếch tán của Razorblade ở khoảng 400Hz với sự tán xạ âm thanh mang lại lợi ích tích cực xuống một quãng tám bên dưới.

Tính toán điểm cắt tần số cao

Để giải trí, hãy vỗ tay trong một căn phòng trống và bạn có thể sẽ nghe thấy một loạt tiếng vang khi âm thanh phát ra từ tường, trần nhà và sàn nhà. Điều này được gọi là tiếng vang rung hoặc tiếng ồn trong phòng và rất rõ rệt trong các phòng hình chữ nhật có bề mặt cứng. Những gì bạn đang nghe thấy là sóng tần số cao dội ra khỏi những bề mặt này gây ra cái được gọi là phản xạ dạng hạt hoặc hiệu ứng giống như gương. Tần số cao có tính định hướng hơn tần số thấp và do đó hoạt động giống như vectơ ánh sáng phát tia. So với âm trầm, với cùng biên độ, chúng nhanh chóng mất năng lượng khi chúng di chuyển qua các môi trường như không khí, chất lỏng hoặc chất rắn.

Trong máy khuếch tán Schroeder, chiều rộng của miệng giếng quyết định tần số cắt cao nhất. Chiều rộng càng hẹp thì tần số khuếch tán của thiết bị càng cao. Nhưng nếu chiều rộng giếng quá hẹp so với chiều sâu, thiết bị bắt đầu cộng hưởng làm giảm hiệu quả của bộ khuếch tán vì nó vượt quá giới hạn nhớt của nó. Mặt khác, nếu giếng quá rộng, tần số cao sẽ phản xạ ngược trở lại phòng với rất ít tác dụng. Schroeder đề xuất rằng giới hạn tần số cao tối đa sẽ là ½ bước sóng của chiều rộng giếng. Bảng sau đây cho thấy các giới hạn tần số cao được dự đoán của QRD tùy thuộc vào chiều rộng giếng.

Bảng sau đây cho thấy giới hạn tần số cao dự kiến ​​của QRD dựa trên chiều rộng giếng:

Razorblade sử dụng một mảng lưới thép gồm 17 giếng được đóng chặt vào một khung rộng 24 inch, sâu 8 inch. Mỗi giếng được phân chia bằng một tấm ván MDF 3mm cứng và mỗi giếng có chiều rộng khoảng 1,25 ”. Các tính toán cho thấy Razorblade sẽ khuếch tán hiệu quả năng lượng tần số cao lên đến 5424Hz. Tiến sĩ Bouhioui đã đo sự khuếch tán tần số cao và các thử nghiệm của ông cho thấy hiệu suất đặc biệt.

Tối đa hóa băng thông và hiệu ứng

Như đã mô tả ở trên, việc tăng độ sâu giếng của bộ khuếch tán làm giảm tần số hiệu dụng, trong khi thu hẹp chiều rộng giếng làm tăng băng thông hiệu dụng trong giới hạn thực tế do hiện tượng tự cộng hưởng (hiệu ứng nhớt) có thể xảy ra bên trong giếng nếu quá hẹp. Số lượng giếng càng lớn hoặc trình tự gốc nguyên thủy càng cao; sự phân tán càng nhiều sẽ càng được. Điều này là do mỗi độ sâu giếng sẽ có ảnh hưởng đến tần số và sóng hài nhất định. Ví dụ, một thiết bị có 3 giếng sẽ không hiệu quả trong việc khuếch tán năng lượng như thiết bị có 17 giếng. Mặt trái của nó là khi bạn tăng độ sâu và số lượng tốt, bạn sẽ tăng độ phức tạp khiến thiết bị khó chế tạo hơn… và do đó đắt hơn.

Thiết kế QRD của Razorblade mang lại sự khuếch tán quang phổ cân bằng trên băng thông đồng thời tạo ra hành vi thời gian tuyệt vời. Đồ thị (A) cho thấy một phản xạ bậc nhất mạnh mẽ như ta sẽ gặp trước khi áp dụng khuếch tán. Trong (đồ thị) thứ hai, bạn có thể thấy rõ năng lượng đỉnh đã được dịch chuyển như thế nào theo thời gian.

Khối lượng và cộng hưởng

Để dừng âm thanh, bạn cần khối lượng. Đứng bên ngoài hộp đêm và bạn nghe thấy gì? Âm trầm. Một khi tần số âm trầm bắt đầu, chúng gần như không thể dừng lại. Đặt một túi nhựa qua loa và bạn có thể chắc chắn rằng túi nhựa sẽ không ngăn âm thanh. Điều tương tự cũng áp dụng cho sự khuếch tán. Trừ khi thiết bị có khối lượng (nghĩa là được làm từ vật liệu nặng), âm trầm sẽ đơn giản đi qua ngay.

Trong nhiều năm, một số nhà sản xuất đã cố gắng sản xuất bộ khuếch tán chi phí thấp hơn bằng cách áp dụng nhiều hình thức sản xuất hàng loạt. Một cách tiếp cận phổ biến là xây dựng một khuôn và lấp đầy nó bằng một số loại vật liệu trọng lượng nhẹ như polystyrene. Nếu một bức tường bê tông không thể chứa âm trầm, làm thế nào người ta có thể mong đợi một thiết bị Xốp làm được như vậy? Đối với một bộ khuếch tán làm việc ở dải tần số thấp hơn, nó phải được làm từ vật liệu mật độ cao và rất cứng.

Razorblade được làm từ các thanh MDF mật độ cao vừa nặng vừa cứng. Lớp vỏ bên ngoài được gia cố thêm bằng cách sử dụng ván ép cấp đồ nội thất và phần trên và dưới được định tuyến, kẹp và dán để liên kết thiết bị với nhau. Tiến sĩ Bahooui đã tiến hành lập mô hình máy tính mở rộng có tính đến cả thiết kế vật lý, tức là: kích thước và độ sâu của giếng, cùng với cấu trúc vật lý của thiết bị. Tiến sĩ Bahoui mô hình hóa báo cáo rằng cấu trúc cứng và nặng của Razorblade sẽ chỉ cộng hưởng ở tần số dưới đường cong hiệu suất mục tiêu và do đó không có ý nghĩa. Trong thực tế, bất kỳ sự hấp thụ tần số thấp nào cũng sẽ có lợi vì nó sẽ giúp giảm phản xạ tần số thấp trong phòng thu.