อะคูสติกเสียง และการป้องกันเสียง (Soundproof)

อะคูสติกเสียง ใครๆก็มองว่าเป็นเรื่องที่เข้าใจยาก วันนี้ ATprosound tips ขอเสนอ

“สร้างอาคารยังไงไม่ให้เสียงก้อง”

“ทำยังไงไม่ให้โดนร้องเรียนเรื่องเสียง”

โจทย์เหล่านี้คือโจทย์สำคัญสำหรับผู้สร้าง ทั้ง ฮอลคอนเสิร์ต ห้องประชุมสำหรับอีเวนท์ สตูดิโอ ผับ หรือแม้กระทั่งห้องคาราโอเกะในบ้าน

เราจึงขอมาเล่าเรื่องราวอันเกี่ยวเนื่องกับอะคูสติกเสียง ที่ไม่ใช่แค่หาอะไรมาแปะฝาผนัง แต่การจัดการอะคูสติกนั้น สำคัญตั้งแต่การออกแบบขนาดห้อง รูปทรงห้อง จนไปถึงความเข้าใจในธรรมชาติของเสียง ที่มีพฤติกรรม และวิธีจัดการในสถารณการณ์ต่างๆที่ต่างกันไปมาดูกันเลยครับ

เปิดเรื่องนี้ด้วยรูปสถานที่ ที่เสียงตายสนิท! และถูกบันทึกว่าเป็นห้องที่เงียบที่สุดในโลก

อ่านไม่ผิดหรอกครับ ห้องนี้เป็นห้องไร้เสียงสะท้อน Anechoic Chamber ฝรั่งเรียกเสียงที่ไม่สะท้อน ว่าเสียงตาย (Dead)

Steve Orfield’s lab in Minneapolis ถูกการันตีว่าเป็นที่ที่เงียบที่สุดในโลกด้วยความดัง -9dB เบาจนหูเราไม่สามารถฟังออกได้ เทียบกับห้อง “เงียบ” โดยเฉลี่ยอยู่ที่ 30 dB (เสียงเบาที่สุดที่คนสามารถได้ยิน สำหรับคนหูปกติคือ 0 dB) ที่ห้องเงียบเป็นพิเศษได้ก็เพราะไฟเบอร์กลาสดูดซับเสียงหนา 3.3 ฟุต ผนังสองชั้นทำด้วยเหล็กฉนวน และคอนกรีตหนาหนึ่งฟุต

ห้องนี้เงียบ จนคุณจะได้ยินเสียงหัวใจคุณเต้น เสียงปอด และเสียงท้องของคุณร้องเสียงดัง” ดูน่าสนุกใช่ไหมครับ “ห้องนี้เอาไว้ใช้สำหรับการทดสอบผลิตภัณฑ์อย่างเป็นทางการ สำหรับวิจัยเรื่องเสียงของสิ่งที่แตกต่างกัน เสียงลิ้นหัวใจ เสียงของการแสดงภาพของโทรศัพท์มือถือ และเสียงของสวิตช์แผงหน้าปัดรถยนต์” บริษัทผลิตมอเตอร์ไซค์ Haley-Davidson ใช้ห้องปฏิบัติการแห่งนี้เพื่อทำให้มอเตอร์ไซค์ของพวกเขาเสียงเบาลง ในขณะที่ยังมีเสียงเหมือน Harley-Davidsons อยู่ และนี่คือที่ ที่สร้างมาเพื่อเรื่องเสียงอย่างแท้จริง เราไม่ได้ต้องการห้องที่เงียบขนาดนี้ในการฟังดนตรี แต่การศึกษาจากห้องนี้ก็ทำให้เราได้ความรู้เกี่ยวกับเรื่องเสียงมากมายจริงๆเรื่องอะคูสติกเป็นเรื่องที่มีรายละเอียดซับซ้อนมาก ในบทความนี้จะเป็นการหยิบประเด็นสำคัญๆที่น่าสนใจออกเล่าเพียงส่วนหนึ่งเท่านั้นใครมีเวลาไม่เยอะ ให้สแกนอ่านหัวข้อก่อนนะครับ เพื่อให้เห็นภาพรวม รายละเอียดอาจเก็บไว้อ่านตอนหลังได้

เริ่มด้วยสิ่งแรกที่อยากพูดถึงคือ ขนาดของห้อง และรูปทรงของห้อง

1.1 ขนาดห้อง อย่างที่เราทุกคนน่าจะเข้าใจตรงกันว่า ยิ่งระยะทางที่เพิ่มขึ้น เสียงจะเบาลง (ตามกฎ Inverse square law)เพราะฉะนั้นขนาดของห้องจึงเป็นส่วนสำคัญที่ให้เสียงได้มีโอกาสทำงาน และขนาดห้องต้องมากพอให้เสียงลดลงได้บ้าง เช่น ผับหรือสถานที่เล่นดนตรีสดอื่นๆ จึงควรมีขนาดใหญ่ระดับหนึ่ง เพราะถ้าเล็กเกินไปแล้ว เราจะไม่สามารถจัดการกับเสียงที่มีความดังระดับสูงได้เลยในองค์ความรู้ด้านอคูสติก สามารถคำนวณขนาดห้องว่าต้อง กว้าง ลึก สูง อย่างน้อยเท่าไหร่ จึงเหมาะสมสำหรับการใช้เสียงต่างๆ ได้

1.2 รูปทรงของห้อง เป็นที่เข้าใจกันว่า ห้องสี่เหลี่ยม ที่มีกำแพงขนานนั้น สามารถสร้างความวุ่นวายให้ระบบเสียงได้มากพอสมควร ผนังที่ขนานนั้นจะก่อให้เกิดคลื่นสะท้อนค้าง (standing wave) เกิดจากการสะท้อนไป สะท้อนกลับ ณ ตำแหน่งเดิม มักเกิดขึ้นง่ายกับความถี่ต่ำ คลื่นสะท้อนค้างดังกล่าวจะสร้างความถี่ขึ้นมาความถี่หนึ่งที่เสียงดังขึ้นมาเป็นพิเศษ ซึ่งเรียกกันว่า ความถี่เรสโซแนนซ์ (เรียกปัญหานี้ว่า Room mode) ในทางกลับกันการเกิดคลื่นสะท้อนค้างสามารถทำให้คลื่นความถี่ต่ำเกิดการหักล้างด้านทางเฟส ทำให้เสียงบางช่วงความถี่วูบหายไปเป็นช่วงแคบๆ 10-20 dB หรือมากกว่าได้เช่นกัน

การออกแบบสตูดิโอ ห้องฟังเพลง หรือผับที่ให้ความสำคัญด้านเสียง จึงมักหลีกเลี่งการออกแบบห้องให้เป็นสี่เหลี่ยม หรือใช้การตกแต่งห้อง ให้เพิ่มมุมให้มากที่สุด หรือถ้าจำเป็นที่จะใช้ห้องสี่เหลี่ยม ก็จะวางลำโพงจากมุมห้อง เพื่อให้เกิด standing wave น้อยที่สุด แต่อย่างที่กล่าวไว้ข้างต้นว่า ห้องที่ขนาดเล็กเกินก็จะมีปัญหาอยู่ดี โดยเฉพาะกับความถี่ต่ำ ซึ่งมีความยาวคลื่นมาก จึงต้องใช้พื้นที่มากในการจัดการ หรืออาจใช้เทคนิคอื่นช่วยเช่นกันทำ Bass Trap ซึ่งเป็นกล่องที่ออกแบบมาให้เกิดการหัดล้างเสียงเบส ซึ่งปกติจะวางไว้ที่มุมห้อง

***เครดิตรูปจาก Linda.com

ต่อเนื่องด้วยวัสดุอะคูสติก ซึ่งเป็นพระเอกของเรื่องนี้

ปัจจุบันมีวัสดุอะคูสติกให้เลือกมากมายเช่น อะคูสติกโฟม Acoustic Foam,อะคูสติกบอร์ด Acoustic Board, แผ่นซับเสียง Acoustic Absorber Material, ใยหิน Rock wool, และ ใยแก้ว glass wool เป็นต้น ซึ่งวัสดุแต่ละชนิด ก็มีข้อดีข้อเสียต่างๆกันไป ทั้ง น้ำหนัก ปริมาตร ราคา ความสวยงาม และคุณสมบัติทางอคูสติก

คุณสมบัติทางอคูสติก สามารถแบ่งเป็น 2 หัวข้อใหญ่คือ

2.1. กันเสียงไม่ให้ผ่านลดระดับความดังไม่ให้ออกไปนอกห้องและเสียงจากนอกห้องเข้ามาในห้อง ตามหลักที่ปฏิบัติกันคือ การทำผนังหลายๆชั้น หรือทำผนังยิปซั่มบอร์ดหรือผนังไม้อัดกรุอีกชั้น สมทบด้วยวัสดุซับเสียงอัดเข้าไป โดยการเลือกวัสดุสามารถดูประสิทธิภาพการกั้นเสียงได้จากค่า Sound Transmission Class หรือค่า STC ค่านี้ยิ่งมาก แปลว่าสามารถกันเสียงได้ดีตัวอย่างวัสดุที่กันได้ได้ดีเช่น ใยหิน และใยแก้ว ขณะที่เสียงวิ่งตกกระทบฉนวนพลังงานเสียงจะถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อน ซึ่งเกิดจากการเสียดสีของพลังงานเสียงกับรูพรุนของวัสดุ ทำให้เสียงผ่านไปได้น้อยลงมาก

2.2. ซับเสียง ลดการสะท้อนและความก้องป้องกันเสียงสะท้อนจากเพดาน พื้น และผนังในห้อ โดยความสามารถนี้ดูได้จากค่า Noise Reduction Coefficient หรือ NRC ยิ่งค่านี้มากยิ่งซับเสียงได้ดี โดยทั่วไปค่า NRCจะต้องมาค่ามากกว่า 0.40 ถึงจะถือว่าเป็นวัสดุดูดซับเสียง นอกจากนั้น วัสดุซับเสียงแต่ละอย่างก็มีคุณสมบัติในการซับเสียงที่ความถี่ต่างกัน รวมถึงวัสดุในการตกแต่งห้องของอินทีเรีย ก็จะสามารถซับเสียงได้ แต่ถ้าในห้องที่ซีเรียสด้านเสียง จะต้องมีเครื่องมือวัดว่า วัสดุต่างๆที่อินทีเรียใช้นั้นดุดซับความถี่เสียงแตกต่างกันในความถี่ไหนบ้าง ซึ่งเป็นเรื่องสำคัญมาก หรือถ้าสามารถใช้วัสดุที่มีการดูดซับเสียงแบบ Broad band อย่างใยแก้วหรือใยหินในการตกแต่งห้องได้ ก็จะช่วยด้านเสียงได้ดี

นอกจากการใช้วัสดุซับเสียงแล้ว เราสามารถใช้ เสียงลบ เสียงได้ด้วย

หนึ่งในตัวอย่างที่ใช้ได้จริงคือการวางตู้ซับแบบคาร์ดิออย โดยปกติแล้วทิศทางการกระจายเสียงของความถี่ต่ำจะเป็นแบบออกรอบตัว (รูปซ้ายล่าง) ซึ่งบางครั้งความถี่ด้านหลังเป็นส่วนที่ไม่ต้องการ จึงมีการคิดค้นการวางลำโพงเพื่อให้เกิดการหักล้างเฟสด้านหลัง ซึ่งวิธีนี้สามารถช่วยแก้ปัญหาในเรื่องของเสียงรบกวนได้มากเช่นกัน

ส่วนในเรื่องเสียงสะท้อนและความก้อง ปัจจุบันพระเอกที่ถูกเลือกใช้ในการแก้ปัญหาเรื่องนี้มากที่สุด คือ ลำโพงไลน์อาเรย์เพราะเป็นลำโพงที่สามารถกำหนด คำนวณ และควบคุมทิศทางของเสียงได้อย่างอิสระ และมีความยืดหยุ่นตามพื้นที่ซึ่งเราจะเขียนเรื่องนี้ในหัวข้อของไลน์อาเรย์ต่อไปในโพสหน้า สำหรับวันนี้ขอลาไปแต่เพียงเท่านี้ ขอบคุณค้าบบบ

สำหรับท่านที่มีคำถามเพิ่มเติม สามารถคอมเมนท์ถาม หรือมีปัญหาสงสัยเกี่ยวกับด้านเสียง สามารถสอบถามพูดคุยมาทาง ATprosound ได้เลยนะครับ