EP30: All About Diffusion
วันนี้จะมาคุยในรายละเอียดในแง่มุมต่างๆที่เกี่ยวกับ Diffusion ในการจัดการปรับปรุงหรือแก้ไขปัญหาทางด้าน Acoustic ในห้องทั่วๆไปอุปกรณ์หลักๆที่มักถูกนำมาใช้ได้แก่ Absorbers, Diffusers, Bass Trap. ซึ่งในบรรดา Diffusers เราก็จะสามารถแบ่งย่อยรายละเอียดได้หลายประเภท. โดยเบื้องต้นเราจะพูดถึง QRD (Quadratic Residue Diffuser) ซึ่งลักษณะของอุปกรณ์ตัวนี้จะประกอบด้วยหลุมที่มีความลึกต่างกัน ที่จะทำให้เกิดการ Phase shift ที่มาจากกระจายเสียงสะท้อน ใช้เพื่อควบคุมการสะท้อนในสภาพแวดล้อมการฟัง โดยเฉพาะอย่างยิ่งตำแหน่งของผนังด้านหลังและจุดสะท้อนแรก (first-reflection points).
คุณสมบัติของ QRD เมื่อนำมาใช้งานติดตั้งภายในห้องที่จุดกำหนด ความแตกต่างกันของความลึกของแต่ละร่อง จะเป็นตัวกำหนดทิศทางการเคลื่อนที่ของพลังงานเสียงที่มาตกกระทบ และการกระจายทิศทางของเสียงดังกว่าวจะมีลักษณะที่ซับซ้อนมากขึ้น ตามรูปแบบและจำนวนร่องของ QRD ที่นำมาใช้ ทั้งนี้เนื่องจากจะเกิดปรากฏการณ์การเสริมหรือหักล้างกัน เมื่อมีการกระทบและสะท้อนกลับในทิศทางต่างๆ มาตราฐานการออกแบบ QRD ในสูตรจะกำหนดลึกของแต่ละร่อง ซึ่งโดยทั่วไปสูตรมาตราฐานที่ได้รับความนิยมคือ สูตรการคำนวณของ Dr. Manfred Schroeder ซึ่งพัฒนาตั้งแต่ปีคศ 1970.
รูปแนบที่1&2
สมการ QRD แสดงแบบกราฟิก
โดยสูตรของการคำนวณดังกล่าวจะประกอบด้วย
- ความลึกในการออกแบบของแผงคือครึ่งความยาวคลื่นของความถี่การออกแบบ
- ความลึกของการออกแบบถูกแบ่งออกเป็นจำนวนส่วนเท่าๆ กับที่มีหลุม เมื่อรวมตำแหน่งเชิงลึกเป็นศูนย์ จะทำให้ความลึกที่เป็นไปได้ N+1
ตัวอย่างรูปแบบของ QRD ที่มีจำนวนร่องแตกต่างกัน
รูปแนบที่ 3.
Typical QRD panels
- The N7 panel has depths of 0 1 4 2 2 4 1 depth units
- The N11 panel has depths of 0 1 4 9 5 3 3 5 9 4 1 depth units
- The N13 panel has depths of 0 1 4 9 3 12 10 10 12 3 9 4 1 depth units
และหากเราขยายจำนวนมากขึ้นเราจะได้องค์ประกอบตามรูป
รูปแนบที่ 4.
การออกแบบ QRD ขั้นสูง (Advanced Panels)
สูตรสามารถแก้ไขได้โดยการเพิ่มค่าคงที่ก่อนที่จะใช้ตัวดำเนินการ mod...Depth = ((ตำแหน่งหลุม)^2 + V ) mod N ... โดยที่ V เป็นจำนวนเต็ม ซึ่งเทียบเท่ากับการย้ายก้นหลุมลงไปตามตัวเลข ของหน่วยความลึกที่ระบุโดยค่าคงที่ V เมื่อกระบวนการนี้ทำให้หลุมเจาะถึงความลึกของการออกแบบทั้งหมด
รูปแนบที่ 5.
ความสัมพันธ์ระหว่าง ความกว้างของร่อง (Well width) เทียบกับความหนาของสันร่อง (Fin Width)
Huygens principle of diffusion:
การเปลี่ยนเฟสสามารถ "บังคับ" ทิศทางคลื่นได้อย่างไร.?
หลักการนี้ทำงานเสมือนจุดกระทบบนพื้นผิวที่สะท้อนคลื่นเป็นเครื่องส่งสัญญาณใหม่ สามารถวาดวงกลมที่มีศูนย์กลางศูนย์กลางไว้รอบๆ แต่ละจุด โดยที่วงกลมแต่ละวงแสดงถึงจุดสูงสุดของคลื่น ในกรณีที่เกิดการสะท้อนล่าช้า เนื่องจาก สัญญาณต้องเดินทางลงหลุมและสะท้อนกลับ วงกลมจะถูกวาดให้เล็กลง เนื่องจากแผงทำงานโดยเกิด Phase shift แทน Resonance แผงอาจตื้นกว่าความยาวคลื่นครึ่งหนึ่งของความถี่การออกแบบ ในการวาดภาพถัดไป วงกลมด้านใน แสดงตำแหน่งของยอดในช่วงเวลาที่สัญญาณจากหลุมแรกเคลื่อนตัวออกห่างจากจุดหนึ่งช่วงความยาวคลื่น วงกลมรอบนอกแสดงสถานการณ์หนึ่งรอบต่อมา
รูปแนบที่ 6.
Well width
ความกว้างของร่อง QRD
ความกว้างของหลุมกำหนดความถี่คัทออฟความถี่สูง (HF) โดยที่ความกว้างแทนความยาวคลื่นครึ่งคลื่น ซึ่งมีไว้สำหรับสัญญาณขาเข้าแบบตรงเท่านั้น สำหรับมุมตกกระทบอื่นๆ ค่าตัด HF จะลดลง โดยตกลงไปที่ศูนย์สำหรับสัญญาณที่กระทบจากด้านข้าง
รูปแนบที่ 7,
Diffusion: Do’s And Don’ts For Small Rooms
วันนี้จะมาทำความเข้าใจการใช้งานอุปกรณ์ที่ปรับแต่งสภาพ acoustic ภายในห้องที่มีเรียกว่า Diffusers สิ่งแรกที่อยากทำความเข้าใจคือ อย่าคาดหวังการเปลี่ยนแปลงความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในห้องของคุณจากการติดตั้ง Diffusers เพียงหนึ่งหรือสองแผ่น หรือคาดหวังว่าแผงนี้จะช่วยสร้างความแตกต่างค่าความก้องสะท้อนในห้องของคุณ ซึ่งในความเป็นจริงแล้วการแก้ปัญหาเราต้องใช้แผง diffusers ที่มีจำนวนมากพอ เพื่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลง ฟังความแตกต่างและให้มีผลต่อเสียงจริงในห้อง(ขนาดเล็ก, กลาง)ของคุณ ซึ่งจำนวนที่ใช้อย่างน้อยควรจะไม่ต่ำกว่า 4-6ชิ้น (60x60cm.)ในแต่ละห้องโดยประมาณซึ่งถ้าต้องการความถูกต้องจริง เราคงต้องใช้อุปกรณ์หรือหาผู้ชำนาญงานเข้าไปตรวจวัด ซึ่งจำนวน 4-6 ชิ้นนั้นเพื่อที่จะให้ครอบคลุมส่วนสำคัญของผนังเดิมในห้องและรับผลกระทบจากการแพร่กระจาย Diffusion ของเสียง มิฉะนั้นก็เป็นเพียงหยดน้ำในทะเลหรือมหาสมุทรเท่านั้น ซึ่งอีกทั้งตำแหน่งจากการจัดวางนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งกับประสิทธิภาพของผลที่จะได้รับอีกด้วย
ยังมีความเข้าใจผิดในบางอย่างเกี่ยวกับการใช้ Diffusers นี้ บางคนคิดว่าแผ่น Diffusers เหล่านี้สามารถไปเพิ่ม Reverb time ในห้องได้ โดยคิดว่าหากมีห้องที่มีการซับเสียงมากเกินไป ทำให้ค่า RT60 ที่ได้ต่ำกว่าที่ควรจะเป็น จึงได้ทำการติดตั้งแผ่น Diffusers เพิ่มเข้าไปเพื่อต้องการเพิ่มค่า RT60 ให้สูงขึ้น การทำหรือวิธีการเช่นนั้นเป็นความเข้าใจผิดและเป็นวิธีที่ไม่ถูกต้อง เพราะที่จริงแล้วแผ่น Diffusers หน้าที่หรือการออกแบบการใช้ของมัน จะทำหน้าที่ลดระยะเวลาของเสียงสะท้อนในย่านหรือช่วงความถี่ที่การแพร่กระจายทำงาน ดังนั้นคุณจึงไม่สามารถวางแผง Diffusers บนผนังเรียบแล้วคิดว่าจะขยายเวลาของเสียงก้องได้ ซึ่งหากห้องที่ต้องการที่จะเพิ่มค่า RT60 สำหรับห้องที่มีการซับเสียงมากเกินและมีค่า RT60 ที่ต่ำเกินไป สิ่งที่ควรจะทำคือ ลดขนาดหรือจำนวนแผ่น Absorbers หรือวัสดุหรือเฟอร์นิเจอร์ภายในห้องที่มากเกินความจำเป็นออกไป และนั่นเป็นการย้ำอีกครั้งว่าการแก้ปัญหาความถี่ต่ำเป็นสิ่งสำคัญอันดับแรกที่ต้องทำ มิฉนั้นแล้วหากเราเพิ่ม diffusers เข้าไปในระบบ ยิ่งจะทำให้เป็นการแก้ปัญหาไม่ถูกต้อง แต่กลับเป็นการเพิ่มปัญหาอีกปัญหาหนึ่งเข้าไป ในขณะที่อีกปัญหาแรกยังไม่ได้รับการแก้ไข
โดยปกติแล้ว diffusers โดยทั่วๆไปจะทำงานอยู่ในช่วง 1,000Hz - 4,000Hz หรือ 8,000Hz. ซึ่งจะเป็นช่วงของความถี่เสียงกลาง ซึ่งจะขอย้ำอีกครั้งว่าในห้องขนาดเล็กหรือขนาดกลางโดยทั่วไป ความถี่ต่ำเป็นสิ่งแรกที่ต้องเข้าไปแก้ไขจัดการ แล้วหลังจากนั้นค่อยมาพิจารณาแก้ไขปัญหาความถี่กลางและสูงต่อไป จริงอยู่ diffuser บางรุ่นการออกแบบ สามารถมีประสิทธิภาพที่จะแก้ปัญหาความถี่ต่ำได้ แต่การออกแบบและขนาด diffusers เหล่านั้นต้องมีขนาดที่ใหญ่และมีความลึกมากเพียงพอที่จะไปแก้ไข ความยาวคลื่นของช่วงความถี่ต่ำเหล่านั้นได้จริงๆ
