Реверберационный процесс происходит по экспоненциальному закону.
Для количественного описания процессов затухания энергии в различных помещениях, введен параметр – стандартное время реверберации.
Стандартное время реверберации – такой интервал времени t ( c ) в течении которого плотность звуковой энергии уменьшается в 10^6 раз по сравнению с первоначальной, при этом ее уровень снижается на 60дБ. Стандартное время реверберации зависит от объема помещения, площади его внутренних поверхностей среднего коэффициента поглощения и доп. Затухания в воздухе.
При оценке акустических характеристик различных помещений используются формулы Эйринга и Сэбина.
Формула Эйринга:
При небольших коэффициентах поглощения а(альфа)ср > 0.2 это выражение может быть упрощено и представлено в виде формулы Себина.
Формула Сэбина:
Эти формулы широко используются при оценке акустических характеристик различных помещений (студий, концертных залов и т.д.), но обе формулы не учитывают влияние формы помещения, место расположения звукопоглотителей и дают несколько завышенные значения времени реверберции, но не смотря на это позволяют получить приемлимую для практических расчетов точность.
В больших помещениях и на высоких частотах (больше 2000Гц) надо учитывать дополнительное поглощение звука в воздухе, за счет вязкости и теплопроводности. При это в формуле необходимо внести следующие поправки: 
Таким образом время стандартной реверберации зависит:
|
|
|
-от объема помещения,
-площади его внутренних поверхностей,
-среднего коэффициента поглощения,
-дополнительного затухания в воздухе.
-от частоты.
Время стандартной реверберации является важнейшей характеристикой качества звучания музыкальных и речевых источников в данном помещении. Оно может меняться от 0.1-0.5 в сильно заглушенных помещениях и до 5-6 в гулких.
Эквивалентное t реверберации. ФормулыСэбина и Эйринга применимы только для диффузного зв. поля. В реальном помещении, где работает источник звука на малых расстояниях преобладает энергия прямого звука, кот. убывает обратно пропорционально квадрату расстояния ; на больших расстояниях преобладает энергия отраженных звуков и поле можно считать диффузным.
- «акустическое отношение» - отношение плотности диффузной зв. энергии к плотности энергии прямого звука: 
Акустическое отношение зависит от расстояния до источника, объёма помещения, t реверберации в нём и среднего поглощения в помещении. Акустич. отношение определяется для разных точек в помещении. Оптимальное его значение для речи примерно = 0,5-1, для музыки =6-8, для органной музыки =10-12. Если оно больше этих пределов, то речь становится неразборчивой, а музыка звучит слишком гулко; если меньше, то музыка кажется слишком сухой. Поэтому в каждом зале имеются оптимальные расстояния для прослушивания речи и музыки.
|
|
|
- «радиус гулкости» R - определенное расстояние, где плотность энергии отраженных звуков = плотности энергии прямого звука и акустич. отношение =1. Радиус гулкости связан с объёмом помещения и t реверберации приближенным соотношением:
· 
При расстоянии больше радиуса гулкости в помещении преобладает энергия диффузного звука, и для определения t реверберации можно применить формулы Сэбина и Эйринга. На расстоянии меньше радиуса гулкости субъективно ощущаемое t реверберации будет меньше, чем t стандартной реверберации, т.к. слушатель находится в основном в зоне прямого звука. Поэтому на основании субъективных экспертиз было введено « t эквивалентной реверберации» (т.е. ощущаемое время реверберации). Эквивалентная реверберация связана с временем стандартной реверберации Т и акустическим отношением R следующим выражением: 
, где Тэкв-время эквивалентной реверберации, Т-время в течении которого слух достаточно хорошо интегрирует процессы, R – радиус гулкости. Это время измерено и приблизительно = 0,2 сек., что несколько превышает постоянную времени слуха. При больших акустических отношениях R <3 время эквивалентной будет = времени стандартной реверберации Тэкв приблизительно = Т. При малых R , т.е. ближе к источнику, время эквивалентной реверберации будет меньше времени стандартного времени реверберации Тэкв > Т, что лучше соответствует слуховым ощущениям. Если в помещении работают микрофоны с направленными свойствами, то время эквивалентной реверберации будет иметь другой вид 
где 
- коэффициент осевой концентрации микрофона. Поэтому, выбирая микрофоны с направленными свойствами, можно в значительной степени управлять эквивалентным временем реверберации, что очень важно, например, при записи в студиях.
|
|
|
Результирующее время реверберации относится к случаю связанных помещений т.е. помещений в одном из которых находится источник звука, в другом слушатель. Например студия и контрольная комната, где находится звукорежиссер. Иногда эти помещения связаны акустически, а иногда через электрический канал. В любом случае на первичный сигнал накладываются звуки отраженные в первичном помещении, а затем на сигнал воспроизводимый во вторичном помещении, дополнительно накладываются отраженные звуки этого помещения. Суммарная реверберация определяется как 
|
|
|
2) Геометрическая (лучевая) теория.
· Положение лучевой теории (геометрической) применимы, если размеры помещения намного больше длинны звуковой волны.
· В основе теории лежит аналогия с законами геометрической оптики, т.е. с распространением световой волны.
При этом соблюдаются все законы геометрической оптики: для зеркальных (отражающих) поверхностей – угол пад. равен углу отраж., падающие и отраженные лучи лежат в одной плоскости, время прихода луча определяется пройденным расстоянием и скоростью распространения звука. Из этого, можно рассчитать уровень зв. давления в данной точке поля, если известно кол-во пришедших в нее лучей в заданный отрезок времени, с учетом потери энергии за счет поглощения на стенках при каждом отражении и потерь при распространении в воздухе.
Общий характер звукового поля в помещении может быть определен путем построения эскизов отраженных лучей для различных точек помещения - лучевой метод. Этот метод используется в современных компьютерных программах для расчета звукового поля в помещении, таких как CATT , ODEON и т.д.
С помощью графических построений, натурного или компьютерного моделирования определяют наилучшую форму и размеры помещения. При этом профилю помещения и его плану придают такую форму, чтобы направить звуковые волны от источника звука на слушательские места, а временные задержки, обусловленные начальными отражениями (1,2,3) оптимизировать для получения наилучшего восприятия. Х-р отражений зависит от формы отражающей поверхности: вогнутые поверхности фокусируют звук, выпуклые поверхности рассеивают звук, отражения от плоских поверхностей могут рассматриваться, как если бы они исходили от мнимого источника являющиеся зеркальным отражением реального источника, поэтому, иногда для анализа зв. поля используется несколько иной алгоритм расчета зв. поля, путем построения множества мнимых источников - метод мнимых источников.
· Есть и другие методы: метод пучков, стохастический метод лучей, также существуют разные гибридные варианты. Пользуясь такими методами можно оценить роль отдельных участков помещения в формировании звукового поля в плоскости размещения слушателей: от одних участков приходят звуковые волны только после одного отражения, от других после двухкратного, трехкратного и т.д. Участки поверхности, отражаясь от которых первый раз, звуковая энергия приходит на всю площадь слушательских мест – называются площадками первых отражений; части поверхностей, где имеют место двухкратные отражения – площадками вторых отражений и т.д. Пользуясь методами геометрической теории можно построить их распределение для любого помещения, например для помещения прямоугольной формы с длиннной, шириной и высотой LBH соответственно и расположением источника звука в одной из стен на высоте H площадка 1-х отражений будет располагаться на потолке, и иметь размеры 
Отсюда видно, что чем ниже установлен источник звука, тем больше площадка 1-х отражений на потолке (подобно отдалению/приближеню к потолку светящего фонарика). Аналогично можно построить площадки 2-х, 3-х и прочих отражений. Если построить такие площадки для всего помещения, то можно выявить некоторые общие закономерности:
ü Площадки 1-х отражений всегда имеются на потолке и следовательно звуковая энергия упавшая на потолок обычно приходит на плоскость слушательских мест в начальном интервале реверберационного процесса.
ü На боковых стенках площадки 1-х отражений обычно располагаются ниже высоты расположения источника, т.е. в нижней части.
ü На задней стенке и на полу также есть площадки 1-х отражений, но они значительно меньше по площади и их вклад в структуру первых отражений незначителен. соотв., основной вклад в структуру первых отражений вносит форма и степень заглушения потолка в нижней части боковых стен.
ü Для определения структуры 1-х отражений важна не только информация о форме и размерах участков помещения, откуда они приходят в данную точку зала, но также информация о времени прихода каждого из 1-х отражений. Для луча любого порядка отражения, t запаздывания относит. прямого луча определяется по формуле:
· По мере увеличения кол-ва отраженных лучей их плотность увеличивается, и амплитуды после каждого отражения уменьшаются
. 
Этот временной участок общего процесса затухания , где отчетливо видны ранние дискретные отражения = от 60-80мс – 200мс. в зависимости от размеров помещения; с увеличением размеров зала этот временной отрезок увеличивается . Структура ранних отражений зависит от объёма, формы помещения и от наличия распределения звукопоглощ. материала в нём.
· Геотметрич. теория не учитывает процессов дифракции, но в наст время появилась возможность внесения дифракционных поправок и т.о. расширить обл. применения геометрич. теории.
Волновая теория.
· Волновая теория рассматривает помещение как большой резонатор, на подобии корпуса музыкального инструмента, а заключенный в нем воздушный объем рассматривается как 3-х мерная единая колебательная система. Воздушный объем помещения имеет определенную массу и упругость, можно рассчитать его собственные частоты и его собственные формы колебаний.
· Если взять длинное помещение, уподобив его трубе, то самые важные волны будут располагаться вдоль стен – осевые волны, на одной и другой стенах будет максимальное давление (скорость частиц воздуха 0, а в середине стоячая волна). Если помещение имеет прямоугольную форму, то расчет его собственных частот может быть выполнен по формуле Релеея: 
· Звуковое поле в трехмерном помещении представляет собой композицию стоячих волн 3-х видов:
- аксиальных (осевых волн), для кот. 2 из 3-х чисел k , m , n =0, например если m , n =0 а к не = 0, (т.е. 1 резонансная частота) то это аксиальные волны, возникающие вдоль длины помещения. Например, если k , n =0, а m не = 0, то вдоль ширины помещения и k , m = 0, а n не = 0, то вдоль высоты помещения.
- тангенциальные волны, для кот. одно из 3-х чисел k , m , n = 0 т.е 2 резонансные частоты.
- косые волны, для кот. все 3 числа не = 0, то это стоячие волны между всеми 6 поверхностями в помещении.
Т.о., низшие собственные частоты относятся к осевым волнам, затем возникают тангенциальные волны и после, косые. Поэтому при проектировании студий звукозаписи, наибольшее внимание уделяется демфированию осевых волн, т.к. именно они создают наибольшую неравномерность распределения звукового давления вдоль длины помещения. Вся звуковая энергия излучаемая источником звука в замкнутое пространство, расходуется на возбуждение аксиальных т.е. осевых (50%), тангенциальных (25%) и косых (12%) волн. Если принять уровень аксиальных волн за 0 дБ, то тангенциальные будут иметь уровень -3дБ , а косые -6дБ.
Плотность спектра собственных частот помещения – важнейшая х-ка его акустич. свойств, т.к при возбуждении воздушного объёма в помещении на его собственных частотах происходит усиление за счет резонансов (полосовая фильтрация, соотв. искажается тембр. Плотность спектра возрастает с увеличением объёма помещения и частоты. На ВЧ спектр плотный, а на НЧ -дискретный. Наиб. опасной является НЧ область, для больших помещений это часть дискретного спектра располагается в области 18-60Гц т.е. ниже обычного диапазона музыкальных инструментов и голоса. Чем больше размер помещения, тем ниже лежат дискретные резонансы и тем меньше помещение влияет на тембр музыкальных инструментов, поэтому в стандартах указывается размер студии – не меньше 200-300 метров кубических. Скорость затухания различных мод колебаний в помещении будет разная. Быстрее всего затухают косые волны, затем тангенциальные и аксиальные (осевые). При создании помещений, нужно демфировать стоячие волны, для борьбы с ними проектировщиками помещений используются различные методы – выбор пропорций (золотое сечение v = LBH и формы помещения (помещение не должно быть вытянутым), размещение в помещении различных нерегулярностей (колонны, отражатели, диффузоры Шрёдера), при проектировании делается компьютерная модель.
· Волновая теория является наиболее точным и наиболее трудоемким методом расчета звуковых полей в помещении, даже не смотря на широкое использование компьютерных технологий.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 751; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!