Процесс реверберации звука. Зависимость времени реверберации от звукопоглощения и объема зала. Формулы сэбина и Эйринга. Оптимальное время реверберации и факторы на него влияющие.

В закрытом помещении после прекращения действия источника зву­ка, слушатель воспринимает прозвучавший музыкальный или речевой сигнал в течение некоторого временного интервала. Это объясняется тем, что уровень звукового давления (узд), созданный в точке, являет­ся интегральной характеристикой энергии прямою звука и энергии от­раженных от поверхностей помещения звуковых волн. Процесс спада звуковой энергии – реверберационный процесс, а само яв­ление - реверберация.

Для количественной оценки реверберации Сэбин предложил ввести время реверберации, которое не должно зависеть ни от индивидуального порога слышимости, ни от начального уровня сигнала и которое он оп­ределил как время, за которое первоначальная энергия сигнала умень­шится в миллион раз (или снижается на 60 дБ). Время реверберации является первой и одной из основных характеристик помещений, завися­щая от объема помещена и общею звукопоглощения. При определении объема зала необходимо ориентироваться на удельный объем, рекомен­дуемый для данного помещения. Для разных но назначению залов он имеет следующие значения:

 

а) лекционные аудитории, конференции 3,5 - 4,5 м³/зр;

б) драматические театры 4-5 м³/зр;

в) залы многоцелевого назначения 4 - 6 м³/зр;

г) музыкальные залы 7 - 12 м³/зр;

В случае если удельный объем помещения окажется меньше реко­мендуемого, то это приведет к дополнительным затратам на обеспечение принудительной вентиляции, а завышение удельною объема заставит добавить некоторое количество звукопоглощающих средств, снижающих излишнюю гулкость помещения.

Подсчет времени реверберации ведётся по формуле Эйринга:

а) для частот менее 2000 Гц, T = 0,163 V / φ(α)Sобщ. (1). (φ-фи) (α –альфа)

б) для частот от 2000 Гц и более, T = 0,163 V / φ(α)Sобщ + nV. (2).

 

Sобщ – площадь всех внутренних поверхностей помещения (стены, потолок, проходы, сцена и т.д.), м ²;

V – объём помещения, м ³.

φ(α) = - ln (1- α), (3).

α = A общ / S общ. (4).

Аобщ -эквивалентная площадь звукопоглощения (ЭПЗ), м ²;

α - средний коэффициент звукопоглощения (К.З.П);

n - коэффициент, учитывающий поглощение звука воздушной средой помещения и зависящий от температуры и влажности воздуха. При относительной влажности 60% его следует брать: для

частоты 2000 Гц = 0,009; для частоты 4000 Гц = 0,024; для иных значений относительной влажности –брать из соответствующих пособий.

Необходимо помнить, что для лекционных аудиторий, конференцзалов, залов со сценой типа эстрада в формулах (1), (2) подставляется весь объём помещения (в том числе и объел сцены), а в задах драмати­ческих., музыкально-драматических, оперных театров имеющих большой сценический объем' с кулисами и колосниковым пространством, в этих формулах учитывается только объем зала со зрителями (от портала сце­ны).

Отметим, что подсчет площадей и объёма зала должны быть осуще­ствлены возможно тщательнее, так как это сильно сказывается на даль­нейших расчетах.

Формулы (1) и (2) позволяют получить время реверберации, которое будет соответствовать реальному только в том случае, если звуковое по­ле в помещении можно считать достаточно диффузным. Условиями его обеспечения являются отсутствие заметной разницы в основных разме­рах помещения (соразмерность помешения), непараллельность стен, равномерное распределение поглотителей и членение значительной части внутренних поверхностей..Если соотношение L: W: Н, рекомендо­ванное для соответствующего помещения, потолки и стены зала представляют многоэлементную систему, то это еще не является полной гарантией диффузности. Наиболее частой причиной отсутствия диффузности является сплошная звукопоглощающая отделка потолка или (сплошная же) двух противоположных стен. При такой отделке зву­ковые волны распространяющиеся между потолком и полом (или между противоположными стенами), затухают заметно быстрее, чем между двумя другими противоположными поверхностями и реальное время реверберации оказывается меньше расчетного по формуле Эйринга. Если же потолок поглощающий, а стены сильно отражающие и слабо расчле­нены, то расчетное время реверберации окажется меньше истинного.

Чтобы процесс затухания звука в вертикальной плоскости (пол - потолок) и в горизонтальной плоскости (противоположные стены) не слишком отличались друг от друга необходимо, чтобы средний К.З.П. этих поверхностей не очень сильно отличались друг от друга, то есть

(Апот + Aпол) / (Sпот + Sпол) = Aстен / S стен.

Подсчитанное по формулам (1) и (2) время реверберации даже при выполнении рекомендаций по удельному объему, но при произвольном выборе средств звукопоглощения, не гарантирует того, что ревербера-ционный процесс обеспечит наилучшие условия восприятия звуковых сигналов). Для этого необходимо скорректировать полученное время ре­верберации с его оптимальным значением (выполнить условие оптимума реверберации)

Анализ залов различного на назначения позволяет предложить для определения оптимального времени реверберации на “опорной” частоте 500 Гц следующие формулы:

а) лекционные залы, залы заседаний, залы драматических театров.

Т = 0,3 lg V + 0,05 с, при 500 < V < 10000 м ³; (6).

б) залы многоцелевого назначения, музыкально – драматических театров.

Т = 0,35 lg V - 0,05 с, при 500 < V < 20000 м ³; (7).

в) залы с камерной музыкой и залы оперных театров.

Т = 0,39 lg V с, при 500 < V < 20000 м ³; (8).

г) залы для симфонической музыки.

Т= 0,45 lg V с, при 10000 < V < 50000 м ³; (9).

д) залы органной музыки

T=0,54 1g V c, при 10000 < V < 50000 м ³; (10).

После того как вычислено время реверберации на основной частоте 500 Гц по одной из приведенных выше формул необходимо его скор­ректировать по частотному спектру воспроизводимых в зале сигналов. Здесь могут быть предложены следующие рекомендации:

а) для лекционных аудиторий, конференцзалов рекомендуется не изменять время реверберации на всех частотах кроме частоты 125 Гц (уменьшить на 15 %);

б) залы, в которых исполняемые музыкальные произведения характеризуются быстрыми ритмами и особенно с применением средств элек­троакустики время реверберации почастотно не из меняется, но его рекомендуется уменьшить на 10- 20 %;

в) залы, которые используются как для музыкальных постановок, так и для проведения собраний, спектаклей многоцелевые залы) должны иметь разное время реверберации на различных частотах: для частоты 2000 Гц - такое же, как и на частоте 500Гц, а на частоте 125 Г ц -следует увеличить на 20 - 40 %, (процентный состав зави­сит от годового вклада представлений и концертов с музыкальным ис­полнением: чем их больше, тем больший процент следует брать).

г) в залах только с музыкальными сигналами время реверберации на частоте 125 и 250 Гц следует увеличить на 40% и 20% соответственно, на частотах 1000 Гц, 2000 Гц и 4000 Гц уменьшить на 10% по сравнению с частотой 500Гц.

 

 

Расчет времени реверберации. Причины, влияющие на точность расчета. Применение звукопоглощающей отделки и ее размещение.

Расчет времени реверберации предлагается осуществлять по сле­дующей методике.

Определить оптимальное звукопоглощение зала, обеспечивающей; оптимальное время реверберации - вычислить эквивалентную площадь.звукопоглощения зала (ЭПЗ). ЭПЗ - это звукопоглощение в.квадратных метрах всех материалов, конструкций, элементов, создающих звукопоглощение. Для ее нахождения необходимо но одной из формул вычислить Топт, для частоты 500 Гц, а затем скорректировать его в соответствии с рекомендациями на других частотах. Рассмотрим это на примере зала многоцелевого назначенья. Для этого зала расчет ведется на трех частотах (Г5, 500, 2000 Гц); на частоте 125 Гц Т₁₂₅= 1,2 + 1,4Т₅₀₀ на частоте 2000 Гц Т₂₀₀₀ = Т₅₀₀. Исходя из формул (1) и (2), удобно вычислить некоторую константу:

B=0.163V/Sобщ (11)

 

Используя формулу (1) и (2) и соображение о том, что время ревербе­рации может иметь отклонение в + 10 % подсчитываем величину

φ(α)=ln(1-α) (12) φ -фи

Частота 125Гц φ(α min)=B/1.1T₁₂₅,(12)φ(α мах)=B/0.9T₁₂₅, (13) альфа-α

Частота 500Гц (тоже самое!) φ(α min)=B/1.1T₅₀₀,(14) φ(α мах)=B/0.9T₅₀₀,(15)

Частота 2000Гц φ(α min)=6,135В(0,15-nT₂₀₀₀)/T₂₀₀₀ (16)

φ(α max)=6,135В(0,18-nT₂₀₀₀)/T₂₀₀₀ (17)

где n - коэффициент, учитывающий поглощение звука в воздухе, берется ратным 0,009.

Найдя три пары значений φ(а) находим α по формуле:

α= 1 – е^-φ(α). (18)

или по таблице приложения II.

Вычисляем границы минимальных и максимальных значений ЭПЗ на каждой из частот:

 

 

125Гц А₁₂₅(min)=α₁₂₅Sобщ, А₁₂₅(max)=α₁₂₅Sобщ, (19)

500Гц А₅₀₀(min)=α₅₀₀Sобщ, А₅₀₀(max)=α₅₀₀Sобщ, (20)

2000Гц А₅₀₀(min)=α₂₀₀₀Sобщ, А₂₀₀₀ (max)=α₂₀₀₀Sобщ, (21)