Diffusie ontrafeld: uitleg over de verschillende soorten akoestische diffusors

Diffusie is een raadsel. Aan de ene kant is het waarschijnlijk de bekendste manier van akoestische diffusiebehandeling, met die stoere skyline-diffusoren die zo indrukwekkend zijn; maar het is waarschijnlijk ook de meest verkeerd begrepen optie van alle akoestische behandelingen. Bovendien raak je al snel overweldigd door de talloze mogelijkheden om diffusie toe te voegen aan een studio, theater of luisterruimte. Hoewel we eerder al de verschillende GIK-opties voor akoestische behandeling van hogere frequenties hebben besproken, zijn we nog niet echt in detail ingegaan op wat elk type onderscheidt en waarom je het ene type diffusie boven het andere zou moeten verkiezen.

Feit is dat er verschillende soorten diffusie zijn, en ze klinken allemaal anders: akoestisch anders dan elkaar, anders dan absorptie en anders dan onbehandelde reflecterende oppervlakken. De verschillen tussen deze soorten worden vaak nog groter bij het behandelen van de kleine, huiselijke ruimtes waar de meesten van ons mee werken. Laten we er eens wat beter naar kijken…

Basisprincipes van diffusie

Als je je kennis over de basisprincipes van diffusie even wilt opfrissen, raad ik je aan twee artikelen te lezen: Hoe diffusie werkt en Kleine ruimtes, hoge frequenties: een goed uitgebalanceerde audiokamer met de gepatenteerde akoestische oplossingen van GIK. Deze twee artikelen bieden een uitstekende basis voor zowel de theorie achter diffusie in het algemeen als de praktische toepassingen met de akoestische oplossingen van GIK.

Om even een paar basisconcepten in het ‘grote geheel’ te herhalen over de rol van diffusie in een behandelingsstrategie: diffusie is een van de drie mogelijkheden voor akoestische behandeling van een oppervlak. De eerste en meest bekende is absorptie, waarbij reflecties worden verminderd of geëlimineerd door de geluidsenergie uit de ruimte te verwijderen. De tweede is reflectie: hierbij installeer je een schuin oppervlak om het gereflecteerde geluid in een nuttige richting te ‘sturen’, meestal weg van een luisteraar of een microfoon. Diffusie is de derde methode, die zorgt voor ‘gelijkmatige verspreiding’, wat betekent dat het geluid gelijkmatig in alle richtingen wordt verspreid. De aard en eigenschappen van die verspreiding zijn waar het hier om gaat. Er zijn verschillende manieren om verspreiding te bereiken, met telkens kleine variaties.

Verspreiding & Dispersie

Maar wat bedoelen we eigenlijk met verstrooiing? Verstrooiing is geen erg precieze term; als we het over geluid hebben en ‘verstrooien’ zeggen, bedoelen we meestal eigenlijk ‘verspreiding’. En er zijn twee brede soorten verspreiding in verband met diffusie: ruimtelijke verspreiding en temporele verspreiding, die simpelweg de verspreiding in ruimte en tijd beschrijven. Om dit te illustreren, nemen we de metafoor van de biljartbal die vaak wordt gebruikt om geluidsreflecties te beschrijven.

Een normale, onbehandelde, reflecterende muur zou een geluidsreflectie behandelen als een biljartbal die van de tafel afkaatst. Alle normale natuurkundige wetten van deze interactie gelden; de invalshoek is gelijk aan de reflectiehoek, dus de biljartbal kaatst van de tafel af, beweegt in een voorspelbare richting op basis van zijn oorspronkelijke baan, en komt relatief ongeschonden uit de reflectie tevoorschijn (d.w.z., het is nog steeds dezelfde biljartbal).

Maar wat als we een diffusor op het reflectiepunt plaatsen, zodat de biljartbal tegen de diffusor botst? Nou, als de diffusor goed werkt, dan zal de biljartbal in meerdere fragmenten uiteenspatten, waarbij elk fragment zich gelijkmatig in zijn eigen richting ten opzichte van het reflectiepunt verspreidt. Dit is ruimtelijke verspreiding; de fragmenten van de biljartbal worden gelijkmatig in alle richtingen verspreid (over het 180-gradenvlak van de diffusor).

Maar goede diffusors vertonen ook temporele verspreiding, dus stel je voor dat elk fragment van de biljartbal op een iets ander moment ten opzichte van de andere uit de reflectie tevoorschijn komt, bijna alsof de fragmenten worden afgevuurd door een machinegeweer dat wild heen en weer wordt gezwaaid (over het diffusievlak), totdat alle fragmenten zijn afgevuurd.

Het belangrijkste om te onthouden is dat een goede diffusor reflecties zowel in de ruimte als in de tijd verspreidt. Dus wat zijn er voor diffusieontwerpen, en hoe presteren ze ten opzichte van elkaar? Er zijn drie brede categorieën van diffusie die we gaan bespreken: reflectiefase-roosters, geometrische diffusors en binaire amplitudediffusors.

Reflectiefase-roosters

GIK Acoustics Q7D kwadratische restdiffusor

Reflectiefase-roosters zijn de oudere, en over het algemeen bekendere, vorm van diffusor. Ze bestaan uit een paneel dat is verdeeld in kuiltjes, of roosters, met gelijke breedte en variabele (nauwkeurig berekende) diepte. Deze roosters kunnen eendimensionaal (vlak) of tweedimensionaal (skyline) zijn, wat betekent dat ze geluid verspreiden over één vlak (links-rechts) of twee vlakken (links-rechts, omhoog-omlaag). Er zijn verschillende soorten faseroosters, waaronder Maximum Length Sequence (MLS), Quadratic Residue (QRD) en Primitive Root (PRD). De verschillen tussen deze roosters komen voort uit de verschillende wiskundige algoritmen die worden gebruikt om de dieptepatronen van de vakjes te berekenen. Ze werken ongeveer hetzelfde, maar er zijn een paar belangrijke verschillen.

De verschillende putdieptes zorgen voor ruimtelijke verspreiding, omdat het geluid dat uit de roosters komt in verschillende richtingen wordt gestuurd. Het zorgt ook voor temporele verspreiding, omdat het geluid iets verschillende afstanden moet afleggen voordat het door de achterkant van de put wordt weerkaatst. Bovendien is elke put ‘afgestemd’ op een andere frequentie (de golflengte van de putdiepte), en vlak bij de put is deze resonantie hoorbaar. Dit is een van de redenen waarom het goed is om op een bepaalde afstand van een Reflection Phase Grating te blijven, zodat die resonanties ver genoeg weg zijn en niet meer hoorbaar zijn.

GIK Acoustics GridFusor

Bovendien zorgt dit type akoestische diffusor niet voor een echt gelijkmatige verstrooiing in alle richtingen; het verstrooiingseffect is geoptimaliseerd bij de afgestemde frequentie en de bijbehorende octaven, waardoor er ‘lobben’ in de verstrooiing ontstaan, met een behoorlijke spreiding tussen elk octaaf. Om terug te komen op de analogie met de stukjes van de biljartbal: dit betekent minder stukjes van de ‘ontplofte’ of verstrooide biljartbal, hoewel ze wel gelijkmatig verdeeld zijn.

Maar zelfs met deze beperkingen zijn diffusors met een reflectiefase-rooster, zoals de Q7D Quadratic Residue Diffuser of de GridFusor, binnen hun werkingsbereik zeer effectief. Mits ze worden gebruikt in situaties waarin hun sterke punten worden gemaximaliseerd en hun zwakke punten worden geminimaliseerd, blijven ze vaak de beste optie voor de algehele akoestische diffusieprestaties, als de ruimte en het budget dat toelaten.

Geometrische diffusors

GIK Acoustics Evolution PolyFusor

Geometrische diffusors zijn misschien wel het eenvoudigste type diffusor, omdat het simpele reflecterende oppervlakken zijn die tot een bolle kromming zijn gebogen. Deze vorm zorgt voor een verschillende reflectiehoek, afhankelijk van de invalshoek, wat een akoestisch verstrooiingseffect en meetbare diffusie oplevert. Geometrische diffusors lenen zich ook goed voor hybride ontwerpen; ze kunnen zowel verspreidend als absorberend werken. De verspreidingsprestaties zijn goed bij normale invalshoek, oftewel geluiden die recht van voren op de poly-diffusor komen. Bij schuine invalshoek, of geluiden die onder een hoek op de diffusor vallen, zijn de verspreidingsprestaties minder goed.

Geometrische diffusors werken ook beter als je ze wat uit elkaar plaatst. Als je twee exemplaren van dezelfde vorm direct naast elkaar zet, ontstaat er een holle vorm tussenin, wat resonanties kan veroorzaken doordat geluidsgolven worden gebundeld. Absorptie is vaak een betere keuze om een geometrische diffusor aan weerszijden te plaatsen. Als je ze op de juiste manier gebruikt, kunnen geometrische diffusors zoals de Evolution PolyFusor ook uitstekende resultaten opleveren, vooral in combinatie met andere akoestische maatregelen.

Binaire amplitude

GIK Acoustics Amplitude™ akoestische panelen

Binaire amplitudediffusoren zijn een andere manier om diffusie te realiseren. Net als reflectiefase-roosters zijn ze ook gebaseerd op wiskundige reeksen, maar in plaats van kuiltjes met verschillende dieptes maken ze gebruik van een reeks oppervlakken die reflectie en absorptie afwisselen. Deze binaire (reflecteren OF absorberen) reeks zorgt voor variabele impedantie en creëert zo diffusie. Diffusie kan zowel vlak (eendimensionaal) als tweedimensionaal zijn.

Over het algemeen zijn de diffusieprestaties misschien niet helemaal zo goed als bij reflectiefase-roosters, maar dit ontwerp biedt verschillende voordelen:

• Absorptie en diffusie in één. Dit soort diffusors zorgt van nature voor zowel akoestische absorptie als diffusie bij verschillende frequenties. Dat is vooral handig in kleine ruimtes waar je niet echt te veel absorptie bij lage frequenties kunt hebben, maar wel de levendigheid of sfeer in de hoge tonen wilt behouden. Dit type diffusor klinkt gewoon aangenaam, wat je niet hoort bij andere diffusorontwerpen of bij alleen absorptie.
• Dichterbij zitten. Een voordeel van diffusors met binaire amplitude is dat je er dichterbij kunt zitten zonder de nadelen die je bij fase-roosterdiffusie hebt. Dat laatste type diffusie werkt met groeven van verschillende lengtes en resonanties, wat hoorbare kleuring veroorzaakt als je er dicht genoeg bij zit. Het diffusiemechanisme met binaire amplitude produceert niet op dezelfde manier resonanties, dus ze kleuren het geluid niet als je er dichtbij zit.
• Minimale lobvorming. Lobvorming is een van de bijverschijnselen van sommige diffusorontwerpen, maar de Binary Amplitude-diffusoren vertonen minder lobvorming dan andere ontwerpen, zelfs wanneer hun patroon wordt herhaald.
• Betere esthetiek. Binary Amplitude-diffusoren kunnen met een uniforme diepte worden gebouwd, wat vaak veel beter past bij de bestaande architectuur en inrichting. Bovendien kunnen de panelen vrij dun zijn (verkrijgbaar in 1D Alpha- en 2D Alpha-plaatopties) en toch voor effectieve diffusie zorgen. Ze kunnen ook met stof worden bekleed om een uniform uiterlijk te geven, in lijn met andere producten (absorbers, basvallen) elders in de kamer.

Vanwege al deze voordelen zijn de Amplitude™-akoestische panelen vaak een betere keuze voor de akoestiek in kleine ruimtes. Ze zorgen voor diffusie met dunnere, esthetisch aantrekkelijkere panelen die makkelijker in kleine woonruimtes kunnen worden geïntegreerd, en presteren in veel gevallen ook beter omdat je er dichterbij kunt zitten, en meerdere Amplitude™-panelen naast elkaar kunnen worden geplaatst zonder dat de prestaties achteruitgaan door lobvorming. Amplitude™-panelen zorgen ook voor absorptie bij lagere frequenties, wat altijd goed is voor kleine ruimtes. Bovendien zorgt de voorkant van het Amplitude™-paneel voor een membraaneffect, wat de absorptie bij lage frequenties verhoogt – wat, nogmaals, erg gunstig is in kleine ruimtes.