Процесс установления и спада звукового поля в помещении. Роль помещения в процессе звуковоспроизведения.

Процесс установления и спада звукового поля в помещении. Роль помещения в процессе звуковоспроизведения.

Когда источник звука работает в замкнутом помещении, то происходит сложный процесс формирования звукового поля в нем — за счет отражений от стен, потолка, пола и т. д. При этом звуковая энергия частично поглощается за счет затухания в воздухе, в стенах и различных предметах, находящихся в помещении, а также за счет прохождения звука во внешнюю среду. Кроме того, имеет место процесс дифракции звуковых волн при наличии различных препятствий (сравнительно небольших размеров) внутри помещения — колонн, экранов, кресел и т. д.

 

В каждую точку помещения, например в ту, где находится микрофон или слушатель, приходит сначала прямой звук, затем первые отраженные звуки с некоторой задержкой во времени, затем двух-, трех- и четырехкратно отраженные звуки и т. д.; при каждом отражении часть энергии поглощается, а часть приходит в рассматриваемую точку и накладывается на прямой звук.

 

При этом происходит постепенный процесс нарастания плотности энергии в данной точке. Но так как при каждом следующем приходе N отражения величина прибавки энергии уменьшается, поскольку за счет поглощения отраженные звуки приходят все с меньшим уровнем энергии, то через некоторый промежуток времени (называемый временем атаки) наступает установившийся режим. В этом режиме источник звука работает и восполняет ту часть энергии, которая поглощается стенами, мебелью и воздухом и др., поэтому в помещении уровень плотности энергии устанавливается постоянным.

 

Если источник выключить, то происходит постепенный процесс спада энергии: сначала пропадает прямой звук, затем первые, вторые и т. д. отражения. Этот процесс послезвучания называется реверберацией, а время, в течение которого он происходит, — временем реверберации. Характер этого процесса зависит от размеров и формы помещения, от звукопоглощающих свойств поверхностей (чем больше поглощается звук, тем короче время реверберации). Хорошо известно на практике, что в больших помещениях, отделанных твердыми материалами (кирпич, камень), звук гулкий, т. е. не исчезает сразу, а постепенно, медленно затухает. В таких помещениях речь звучит неразборчиво, но зато прекрасно может звучать органная музыка (например, в соборах). В помещениях, где много мебели, людей и др., звук затухает быстро; в переглушенном помещении звук становится сухим и глухим, музыкальное исполнение лишается сочности и выразительности.

 

Таким образом, можно выделить три фазы в процессе формирования звукового поля в любом помещении: период установления (атака), стационарный период, период спада (реверберация) — рис. От соотношения этих периодов по длительности, а также от структуры отраженных звуков (их количества, соотношения амплитуд, направления прихода и др.) у слушателей и формируются субъективные ощущения «акустики» зала, т. е. ощущения пространственно-сти, баланса, полноты, жизненности и т. д.

 

Поскольку любой музыкальный или речевой сигнал имеет свои периоды нарастания, установления и спада, а процессы формирования звукового поля в помещении накладывают дополнительно на него свои процессы атаки, установления и послезвучания, которые особенно отчетливо слышны в паузах исполняемого произведения, то это приводит к изменению тембра звучания любой речи, музыки или пения. Достаточно сравнить восприятие любого музыкального произведения на открытом пространстве (стадионе или открытой эстраде), в концертном зале или в небольшом сильно переглушенном помещении.

 

 

Волновая теория расчета звукового поля в помещении. Формула для расчета резонансов. Три вида волн. Зависимость плотности резонансов от объема помещения.

Время реверберации.

 

 

В конце 19 века Wallace Clement Sabine начал эксперименты в Гарвардском университете с целью изучения воздействия поглощений на время реверберации. Используя портативные духовые инструменты и органные трубы как источник звука, секундомер и уши, он измерил время от прекращения звучания источника до того момента, пока оставшийся звук станет невнятным (примерно 60 дБ). Он обнаружил, что время реверберации пропорционально размерам комнаты и обратно пропорциональна сумме поглощений.

RT60 (Reverb time - время реверберации) это время необходимое для того, чтобы отражения звука распались на 60 дБ ниже уровня прямого звука. Время реверберации зачастую устанавливают как одно значение, однако оно может быть измерено в разных частотных диапазонах сигнала (от 20 Гц до 20 кГц), или точнее в узких частотных полосах (одной октаве, 1/3 октавы, 1/6 октавы, и т.д.). Как правило, время реверберации измеряемое в узких частотных полосах будет отличаться в зависимости от частот содержащихся в полосе (высокие частоты затухают гораздо быстрее низких).

Оптимальное время реверберации зависит от типа музыки или звуков, которые должны звучать в пространстве. Помещения используемые для передачи речи, обычно требуют более короткого времени реверберации, для большей разборчивости слов. Если отраженный звук от одного слога слышен когда произносится следующий слог, то это может затруднить распознавание сказанного слова. Слова "кот", "кол", и "ком" могут быть очень похожи. С другой стороны, если время реверберации слишком коротко, то может пострадать тембровый баланс и громкость.

Основные факторы, влияющие на время реверберации, это размер и форма помещения, а также материалы, используемые при его строительстве. На время реверберации может повлиять любой объект помещённый в комнату, в том числе люди и их имущество.

 

 

Процесс установления и спада звукового поля в помещении. Роль помещения в процессе звуковоспроизведения.

Когда источник звука работает в замкнутом помещении, то происходит сложный процесс формирования звукового поля в нем — за счет отражений от стен, потолка, пола и т. д. При этом звуковая энергия частично поглощается за счет затухания в воздухе, в стенах и различных предметах, находящихся в помещении, а также за счет прохождения звука во внешнюю среду. Кроме того, имеет место процесс дифракции звуковых волн при наличии различных препятствий (сравнительно небольших размеров) внутри помещения — колонн, экранов, кресел и т. д.

 

В каждую точку помещения, например в ту, где находится микрофон или слушатель, приходит сначала прямой звук, затем первые отраженные звуки с некоторой задержкой во времени, затем двух-, трех- и четырехкратно отраженные звуки и т. д.; при каждом отражении часть энергии поглощается, а часть приходит в рассматриваемую точку и накладывается на прямой звук.

 

При этом происходит постепенный процесс нарастания плотности энергии в данной точке. Но так как при каждом следующем приходе N отражения величина прибавки энергии уменьшается, поскольку за счет поглощения отраженные звуки приходят все с меньшим уровнем энергии, то через некоторый промежуток времени (называемый временем атаки) наступает установившийся режим. В этом режиме источник звука работает и восполняет ту часть энергии, которая поглощается стенами, мебелью и воздухом и др., поэтому в помещении уровень плотности энергии устанавливается постоянным.

 

Если источник выключить, то происходит постепенный процесс спада энергии: сначала пропадает прямой звук, затем первые, вторые и т. д. отражения. Этот процесс послезвучания называется реверберацией, а время, в течение которого он происходит, — временем реверберации. Характер этого процесса зависит от размеров и формы помещения, от звукопоглощающих свойств поверхностей (чем больше поглощается звук, тем короче время реверберации). Хорошо известно на практике, что в больших помещениях, отделанных твердыми материалами (кирпич, камень), звук гулкий, т. е. не исчезает сразу, а постепенно, медленно затухает. В таких помещениях речь звучит неразборчиво, но зато прекрасно может звучать органная музыка (например, в соборах). В помещениях, где много мебели, людей и др., звук затухает быстро; в переглушенном помещении звук становится сухим и глухим, музыкальное исполнение лишается сочности и выразительности.

 

Таким образом, можно выделить три фазы в процессе формирования звукового поля в любом помещении: период установления (атака), стационарный период, период спада (реверберация) — рис. От соотношения этих периодов по длительности, а также от структуры отраженных звуков (их количества, соотношения амплитуд, направления прихода и др.) у слушателей и формируются субъективные ощущения «акустики» зала, т. е. ощущения пространственно-сти, баланса, полноты, жизненности и т. д.

 

Поскольку любой музыкальный или речевой сигнал имеет свои периоды нарастания, установления и спада, а процессы формирования звукового поля в помещении накладывают дополнительно на него свои процессы атаки, установления и послезвучания, которые особенно отчетливо слышны в паузах исполняемого произведения, то это приводит к изменению тембра звучания любой речи, музыки или пения. Достаточно сравнить восприятие любого музыкального произведения на открытом пространстве (стадионе или открытой эстраде), в концертном зале или в небольшом сильно переглушенном помещении.