Акустика большой комнаты. Что такое большая комната?

Манфред Шредер определил частоту большой комнаты (F_L) как частоту, выше которой будет возбуждаться большое количество комнатных мод, чтобы вибрировать на частоте источника.

где, FL - частота большой комнаты в Гц,

K - 2000 в SI и 11 885 в США,

RT₆₀ - наблюдаемое время реверберации при спаде 60 дБ в секундах,

V - объем комнаты в м3 или ft3.

Если предположить, что для звуковых систем:

1. Для речевых систем низкочастотный предел 80 Гц.

2. Для музыкальных систем низкочастотный предел 30 Гц.

3. RT₆₀ - 1,6 с приблизительное время затухания (спада), ожидаемое для звукового поля с минимальной плотностью, тогда объем большой комнаты для речи становится приблизительно:

или

и для очень широкого диапазона музыки:

или

Поэтому в этой книге большая комната будет та, в которой для речи внутренний объем составляет 35 000 футов или более, а для музыки с очень широким диапазоном внутренний объем составляет 250 000 фут³ или выше.

Поскольку F_L зависит от частоты, мы можем использовать наш стандартный метод аудио анализа. Сначала разделим аудио спектр на три декады на линейной частотной шкале, чтобы мы могли рассматривать первую декаду как акустическую проблему «маленькой комнаты», а приближаясь к двум верхним декадам, как проблему «большой комнаты».

Болт, Беранек и Ньюман уже давно используют почти идентичное уравнение с K = 11 250, для систем США, который путем преобразования будет равен 1,893.14 для СИ, см. Рис. 12-1. Кроме того, уравнение, первоначально используемое в работе контрольной комнаты системы LEDE, в практических случаях, дает почти идентичные результаты.

F_L - это переходная область и должна рассматриваться как таковая, а не как жесткая фиксированная частота. Критическая частота (f_c) является синонимом F_L, и обе записи используются в литературе для малых комнат.

Рисунок 12-1. Контроллеры стационарного акустического отклика. В физически малых комнатах f_c перемещается на частоту 250 Гц-500 Гц. (Courtesy Bolt, Beranek и Newman.)

Использование уравнений Сэбина в больших реверберирующих пространствах. Пространства, которые квалифицируются как «большие комнаты», могут эффективно использовать множество уравнений, основанных на исходных предположениях Сэбина для его уравнений реверберации. В пространствах, превышающих эти объемы, и с RT60 1,6 сек, или выше, мы найдем смешение однородных звуковых полей с достаточной плотностью, чтобы обеспечить точные инженерные оценки уровня каждого из них.

Гарвардский университет в 1885 году обнаружил, что его недавно завершенный художественный музей Фогг имел серьезные акустические затруднения. Президент университета Элиот обратился к молодому профессору физики Уоллесу Клементу Сэбину с просьбой «что-то сделать» по этой проблеме.

Сэбин не следовал практике прошлых поколений, которая заключалась в подвешивании драпировки, размещении ковров и т. д. чтобы «омертвить» такую ​​«живую» комнату. Вместо этого он перешел от качественных подходов к поиску решения проблемы на количественной основе.

Сэбин в своем распоряжении имел ряд полезных инструментов для помощи в исследовании проблемы. Во-первых, в Художественном музее Фогга была проблемная лекционная комната. Во-вторых, поблизости находился Театр Сондерс, акустика которого считалась отличной. В-третьих, комната с постоянной температурой в Физической лаборатории Джефферсона оказалась камерой реверберации. Наконец, в центре его перемещений была комната, которая считалась акустически допустимой, но не намного большей, чем большая аудитория в здании Физической лаборатории Джефферсона.

С этими средами в качестве лабораторий, Сэбин использовал подушки для сидения из Саундерс Театра в качестве портативных поглотителей, портативную органную трубу в качестве источника звука, а также секундомер и собственный замечательный слух в качестве акустических инструментов.

После более чем двух лет интенсивных исследований ( в течение дня он часто преподавал занятия, а исследования проводил в ночное время, которые занимали всего несколько часов сна), Сэбин не только исправил проблемную комнату, добавив правильное количество акустического поглощения, но, как оказалось, он собрал необработанные данные для первого важного прорыва в науке об архитектурной акустике.

В субботний вечер 29 октября 1898 года, глядя на некоторые из кривых, Сэбин позвал свою мать (которая жила с ним в то время): «Мама, это гипербола!» Это простое, но вдохновленное наблюдение вывело архитектурную акустику из темных времен "вырезаний и проб" в солнечный свет вычислений и измерений.

Озарение, пришедшее к Сэбину, раскрывающее фундаментальную взаимосвязь между размером комнаты и необходимым поглощением, было вызвано его невероятно точными измерениями в сочетании с его интуитивным гением. С тех пор, время реверберации комнаты стало рассчитываться до начала строительства.

В сентябре 1975 года, примерно через 77 лет, В. Б. Джойс в статье под названием «Время реверберации Сэбина и эргодические аудитории» в Журнале Акустического общества Америки показал связь между вторым законом термодинамики и уравнением Сэбина. Этот талантливый ученый из Bell Laboratories вывел уравнение Сэбина, изучая литературу, которая печаталась во времена Сэбина, так как необходимые термодинамические концепции сохранились к 1895 году. См. Вставку.

«Время реверберации Сэбина и Ergodic Auditoriums».

«Аннотация: в геометрической акустике показано, что эргодические зеркальные корпуса действительно существуют, и что в таких аудиториях, но не в целом, 4В/S’ это точно означает длину направленного пути (V-объем, а S - это какие-либо части поверхности площадью s). Тогда выражение Сэбина демонстрирует точное время реверберации при условии смешивания оболочки, и при условии, что неоднородная анизотропная поглощательная способность поверхности достаточно слаба. Кроме того, доказано, что фундаментальная форма выражения Сэбина не может быть изменена, чтобы стать правильной для большого поглощения. В попытке переназначить кредит и согласовать эти результаты с влиятельными выводами, наоборот, добавляется короткая историческая учетная запись. Оцениваются условия, налагаемые на отражательную способность поверхности: или обратная отражательная способность (зеркальная), или другая или необратимая (статистическая) - по второму закону термодинамики и по принципу детального баланса. Отмечены расширения (например, средняя длина изогнутых путей в эргодической аудитории с тепловым градиентом) и другие применения (конструкция электролюминесцентного диода)».

В 1929 году М. Дж. О. Стратт рассматривал реверберацию, рассматривая ее как случай свободной затухающей вибрации объема воздуха, заключенного в комнате (это было до компьютеров). Анализ включает в себя общие волновые уравнения с соответствующими граничными условиями. Стратт считал неудовлетворительными теории, которые касались путей отдельных звуковых лучей (геометрическая акустика). В анализе присутствуют различные собственные тона (эйгентоны) или моды резонансной вибрации воздушных колонн в комнате. Этот анализ показал закон Сэбина как асимптотическое свойство, к которому стремится реверберация, поскольку частота (форсирующего) звука становится бесконечно большой по сравнению с длиной волны звуков.

Позднее работа в Массачусетском технологическом институте Филиппа Морса и Ричарда Болта привела к честному, но юмористическому выводу: «Практическая роль волновой акустики заключается в том, что она может указывать, как создать корпус, для которого важны геометрическая акустика и статистическая акустика, и для которого нет необходимости в волновой акустике».

На рисунке 12-2 показана типичная установка измерения. Розовый шум излучается громкоговорителем до тех пор, пока в корпусе не появится устойчивый уровень (т. е. скорость излучения акустической энергии равна скорости поглощения акустической энергии). Затем усилитель отсоединяется от громкоговорителя. Сигнал микрофона подается через полосовой фильтр (как правило, октава или 1/3 октавы), а скорость спада наблюдается на дисплее (который может быть цифровым счетчиком, графическим рекордером уровня или экраном осциллографа). Когда используется графический рекордер уровня, на рисунке 12-3 показано, как анализируется полученная трассировка.

Рисунок 12-2. Измерение RT₆₀ в закрытом корпусе.

Рисунок 12-3. Метод записи RT₆₀ на графический рекордер.

Уравнение Сэбина

Уильям Джойс из Bell Telephone Labs продемонстрировал, что уравнение Сэбина является фундаментальным для распада (спада) энергии в светоизлучающем диоде, так же как и в замкнутом акустическом пространстве. Точность этого замечательного уравнения зависит от эргодического пространства. Должно существовать достаточное количество отражений статистического характера, которые позволяют концепции свободного пробега иметь смысл.

В физике длина свободного пробега определяется как:

где, V - объем пространства, заключенного в некоторой единице длины, l³,

S - внутренняя площадь поверхности в l². Это позволяет использовать любую удобную систему, то есть дюймы, футы, ярды, миллиметры, сантиметры, метры и т. д.

Время, затрачиваемое звуковым полем на спад до одномиллионной первоначальной энергии, -60 дБ после отключения источника звука, называется временем реверберации RT₆₀. Основной причиной спада энергии является количество акустического поглощения, доступного в сэбинах, Sa'. Материалы оцениваются в абсорбционных единицах (безразмерных a’), которые варьируются от 0,0 (полностью отражающие) до 1,0 (полностью абсорбирующие). Абсорбция становится размерной при умножении на площадь, на которой она составляет Sa 'в l² (см. Таблицу 10.4 в главе 10 «Акустическая среда для частотных коэффициентов поглощения»).

Мы можем написать уравнение, которое предсказывает количество отражений (N), которое произойдет во время спада на 60 дБ:

или

где, где ā - средний коэффициент поглощения всех коэффициентов, присутствующих в корпусе:

где, s_1,2,3 ... - это поверхности 1, 2, 3, a_1,2,3 ... - коэффициенты одинаково пронумерованных областей, S_T - общая площадь поверхности границы.

С помощью этих инструментов можно найти количество отражений в секунду.

где c - скорость звука, света и т. д., в l / s.

Теперь становится возможным вычислить время реверберации с помощью уравнения:

Определенное размерно:

Для тех, кто последовательно работает в некоторой предпочтительной размерной системе и предпочитает исключить c из уравнения

в результате

Пример:

Пусть:

тогда

108 отражений

24 отражения в секунду

12.1.3. Конкретный против статистического.

Сто восемь отражений позволяют получить разумную статистическую выборку. Когда вычисляются небольшие абсорбирующие пространства, такие, как контрольные комнаты в студиях звукозаписи, небольшие классные комнаты и ​​т. д., неприменимость статистических уравнений становится очевидной, из-за низкого числа отражений N. Такие оболочки действительно имеют конечное число отражений, которые лучше всего обрабатываются тщательным анализом кривой огибающей времени (ETC) и специфической (конкретной), а не статистической обработкой указанных поверхностей.

12.1.4. Вычисление скорости спада реверберирующей звуковой энергии.

Классическое уравнение Сэбина:

Поскольку время реверберации в секундах рассчитывается как время, необходимое для того, чтобы энергия звука упала до 1/1 000 000 (-60 дБ) от ее первоначального значения до выключения источника звука, мы можем записать скорость затухания (спада) в дБ/сек = 60 дБ/RT₆₀ и, поскольку

мы можем получить следующее прямое уравнение для скорости затухания (спада) в дБ/сек:

Например, в церкви, которая имеет RT₆₀

и скорость спада

Чтобы проверить, мы можем принять:

12.1.5. Улучшенные расчеты времени реверберации.

Работы Джойса и Гилберта повысили нашу оценку фундаментальной целостности исходного уравнения Сэбина при использовании в пространствах, где оно может быть применено надлежащим образом. Наша работа с процессом анализа TEF подтвердила, что простые уравнения, которые так хорошо работают в «живых» комнатах, просто ни в какой форме не должны применяться в небольших мертвых помещениях.

Одна из путаниц, которая может возникнуть, заключается в том, что в комнатах, где не существует реального реверберирующего звукового поля, применение статистических формул бессмысленно, а поглощение используется для контроля зеркальных отражений. Действительно, применение абсорбции в этих случаях сразу заметно на слух, часто резко, тогда как массовое поглощение в больших «живых» комнатах, отвечающих классическим критериям, действительно обеспечивает снижение статистического уровня реверберирующего поля, но это более тонкое слышимое влияние. В «серых областях» мы находим влияние обоих подходов, и необходимо принимать осторожный подход к консервативному дизайну, который позволяет использовать «наихудшие» возможности.

Наш опыт показывает, что большинство слушателей, объявляющих комнату «живыми» или «мертвыми», делают это на основе начального промежутка задержки сигнала и уровня первых отражений, а не на основе уровня звукового поля реверберации.

Теперь, когда мы можем в инструментальной форме оценить плотность и спектральную однородность, а также изменения частоты со временем, проявляемые звуковыми полями в реальных пространствах, истинные причины и следствия, связанные с граничными поверхностями пространства, станут еще более доступными, чем в настоящее время. Особенно интересен один из аспектов - это время, необходимое для того, чтобы увидеть первый эффект присутствия поглощения в большом зале, см. Рис. 12-4A и 12-4B для двух ETC до и после абсорбции.

A. С поглощающей занавеской, протянутой в зрительном зале (присутствующее поглощение), поглощение 1 дБ - 2 дБ хорошо слышимо.

B. Аудитория с убранной занавеской (без поглощения).

Рисунок 12-4. Измерение RT₆₀ производится с поглощением и без него.

12.1.6. Важность Сэбина.

Работа Уоллеса Клемента Сэбина основала целую область архитектурной акустики и имеет фундаментальное значение для успешного взаимодействия любой электроакустической системы с акустической средой. Частичный список сегодняшних уравнений, непосредственно основанных на работе Сэбина:

1. Критическое расстояние.

2. Реверберация.

3. Реверберантное звуковое поле.

4. Потеря передачи (Transmission loss).

5. Хопкинс-Страйкер и его многочисленные вариации.

6. Артикуляционная потеря согласных.

7. Q относительно корректировки отношений «прямого к реверберирующему».

Гениальность человека очевидна, важна и все же относительно не оценена. Энциклопедии его редко упоминают. Вне области архитектурной акустики ученики не признают его имени. Уоллес Клемент Сэбин заслуживает нашего уважения и признания.

12.1.7. Ограничения всех акустических уравнений на основе геометрии и статистики.

Всегда следует учитывать, что, поскольку формулы реверберации зависят от статистического усреднения, то они предполагают полное смешивание звука в комнате. В очень абсорбирующих комнатах звук угасает в течение нескольких отражений, и статистическая основа формул ослабляется. В недавних исследованиях, проведенных с анализом TEF (время энергия частота), типичные конференц-залы в гостиницах обнаруживали в некоторых случаях, RT60 = 0,5 сек, чтобы не создавать реверберирующего звукового поля, тогда как в других залах, RT60 = 0,7 с (поле едва появляется).

Наш опыт измерения TEF (время-энергия-частота) заставляет нас заявить однозначно, что контрольные комнаты студии звукозаписи не являются подходящими субъектами для использования классических статистических уравнений.

В очень больших комнатах, таких как Astrodome и Superdome, потому что звук уже не может много раз пересекать комнату в течение измеренного периода реверберации в несколько секунд, весомость формулы перестает работать.

12.2. Определяемые уровни: уровень звуковой мощности (L_W), уровень интенсивности звука (L_I) и уровень звукового давления (L_P).

12.2.1. Уровень звуковой мощности (L_W).

L_W - общий уровень акустической мощности в дБ, излучаемый источником звука.

где, W_a - акустические ватты, 10^-12 Вт - опорная ссылка.

Для выхода 1.0 Вт мы можем написать:

Это означает, что устройство, излучающее полную акустическую мощность 1,0 Вт, будет иметь L_W = 120 дБ независимо от радиуса, r, от источника или того, как ограничивается коэффициент направленности Q.

12.2.2. Уровень интенсивности звука (L_I).

Если мы представим сферу с площадью поверхности А 1,0 м², радиус r станет:

1.0 Вт исходящий от всенаправленного точечного источника через сферическую поверхность площадью 1.0 м² будет иметь уровень интенсивности звука:

который может быть снова записан, как:

На поверхности нашей мнимой сферы мы также находим интенсивность звука 1 Вт/м².

12.2.3. Уровень звукового давления (L_P).

Среднеквадратическое акустическое давление задается формулой:

где, I_a - акустическая интенсивность в Вт/м²,

ρc - удельное акустическое сопротивление воздуха. ρ выражается в кг/м³, а c - скорость звука в м/с. ρc имеет значение 400.

Существует опорное звуковое давление, 20 микропаскаль (μPa) = 0.00002 Па.

или

и для 20 Pa

При радиусе 0,282 м сфера имеет площадь поверхности 1,0 м² и 1,0 акустический ватт, излучаемый через эту площадь поверхности, создающий на этой поверхности:

LW = 120 dB,

LI = 120 dB,

LP = 120 dB.

Это означает, что эти три параметра численно идентичны.

Далее, представьте себе гемисферу с радиусом 0,282 м. Источник излучает 1,0 акустический ватт; поэтому L_W = 120 дБ. Площадь поверхности составляет 0,5 м², а 1,0 Вт теперь создает 1,0 Вт/0,5 м² или 2,0 Вт/м². Это приводит к L_I = 123 дБ и L_P = 123 дБ. Разница между L_I и L_W называется индексом направленности, D_I в дБ.

Коэффициент направленности Q описывает увеличение мощности на единицу площади, что связано с ограничением доступной мощности на меньшую площадь. Сравнение проводится между Q ограниченной области и сферической мощностью на единицу площади. Сегодня Qs 50+ доступны на устройствах, которые покрывают 1/50 сферической поверхности, и одновременно обеспечивают контролируемое покрытие зоны аудитории и снабжают эту область LP, для которой требуется 1/50 мощности всенаправленного устройства требуемого для того же LP, что дает преимущество +17 дБ (20log50 / 1 = 16,99 дБ).

Наконец, увеличим радиус исходной сферы в 2 раза, так что теперь r = (2) (0.282) m.

В результате, в области поверхности 4 м², 1,0 акустический ватт теперь производит:

LW = 120 dB.

LI = 114 dB.

LP = 114 dB.

Или для каждого удвоения расстояний мы понижаем уровень на 6 дБ.

Скорость изменения уровня является следствием закона обратного квадрата, который регулирует излучение от точечных источников.

Данный уровень L_W не зависит от расстояния и площади. Мы можем утверждать, что LI и LP каждый изменяются как с расстоянием, r, так и с направленностью, Q:

где, r больше 0,282 м (0,925 фута).

Как будет видно далее, мы можем использовать эти тождества для прогнозирования отношений эффективности, мощности и давления.

12.3. Уровни в закрытых пространствах.

Когда громкоговоритель излучает звук в закрытый корпус, его акустические характеристики, определенные в условиях открытого воздуха, изменяются акустическими свойствами пространства, но полная излучаемая мощность L_W практически не изменяется. Когда источник звука включается в комнате, энергия распространяется от источника, а затем ударяет по различным поверхностям стен, S, где она частично поглощается, a, и частично отражается, 1 - a, на другие поверхности, которые, в свою очередь, поглощают и отражают. Этот процесс продолжается до тех пор, пока энергия в помещении не достигнет устойчивого значения, т. е. когда скорость поглощения энергии поверхностями и воздухом станет равной скорости излучения энергии источником.

Эта энергия состоит из общей реверберирующей энергии, L_R, принятой однородной по распределению, и общей прямой энергии L_D. Это разделение выражается как:

и

Интересно, что 4V/S, рассматриваемый как радиус сферы, предполагает, что объем такой сферы и объем комнаты, для всех комнат разумных размеров, будут почти равными, что позволяет упростить условия. Из этих относительно простых отношений становится очевидным, что L_W и Sā определяют реверберирующие уровни и что L_W, Q и r² определяют прямой уровень звука в любой заданной позиции. На самом деле, цель дизайна в большинстве случаев заключается в том, чтобы гарантировать, что любой слушатель получит как минимум L_D = L_R и в лучшем случае L_D ≥ L_R.

12.3.1. Хопкинс-Страйкер - США и СИ.

Взаимодействие коэффициента направленности, Q, расстояния от источника звука до слушателя, D₂, общего акустического поглощения в комнате, Sā и ожидаемого уровня звукового давления, L_p, у слушателя, можно объединить в одно уравнение, которое называется уравнение Хопкинса-Страйкера.

На рисунке 12-5А показаны уровни прямого уровня звукового давления, L_D с расстоянием, уровнем звука реверберации, L_R, и общим уровнем звука, L_T, для Q = 45, D₂ от 10 до 1000 футов, общее поглощение помещения 5000 фут² и уровень звуковой мощности, L_p, 105,6 дБ.

На рисунке 12-5B представлена ​​таблица коэффициентов логарифмического множителя и коэффициентов отношения показателей для кривых, которые не являются ни законом обратного квадрата, ни полностью реверберируют, а скорее попадают между -2 дБ на удвоение расстояния до -5 дБ на удвоение расстояния, т. е. 3 дБ на удвоение расстояния за пределами Dc:

или

Наконец, на рисунке 12-5C показан полностью реализованный набор модификаторов и множителей для L_D, L_T, -2dB/удвоение расстояния, -3 дБ/удвоение расстояния, -4 дБ/удвоение расстояния и -5 дБ/удвоение расстояния.

Рис. 12-5C - это тот же случай, что и на рис. 12-5А, с добавленными модификаторами N = 1,0, M_e = 1,5 и M_a = 5,0, где уравнение Хопкинса-Страйкера становится:

где, L_T - уровень звукового давления, L_W - уровень звуковой мощности, sr - телесный угол в стерадианах, r - расстояние в метрах, Sā - полное поглощение в сэбинах на квадратный метр. Помните, что телесный угол в стерадианах = 4π/Q.

Рисунок 12-5A. Программа MathCAD графика Хопкинса-Страйкера для параметров проектирования системы, показанных выше.

12.3.2. Другие термины, полученные от Хопкинса-Страйкера.

Для тех, кто не знаком с этими терминами, полезны следующие определения.

Одно из преимуществ использования sr состоит в том, что их можно суммировать, чтобы получить общий sr для двух смежных областей. То, что это широко упускалось из виду, очевидно в книге «Единицы измерения», «Анализ размеров» и «Физическое сходство» Д. С. Месси:

«Величина телесного угла может быть связана с величиной плоского угла, чтобы получить размерную формулу (А²). Однако, поскольку результаты, по-видимому, не имеют практического применения, мы не будем далее обсуждать размерную формулу телесного угла».

Казалось бы, радар, сонар и акустика не являются практическими приложениями, в уме автора. Книга, тем не менее, превосходна и достойна изучения.

Прямой уровень звука (один) может быть выражен как:

а реверберирующий уровень звука, LR, как:

Наконец, критическое расстояние D_c, получается из факта того, что при r = D_c

При D_c два уровня, L_R и L_D равны; поэтому L_T будет на +3 дБ выше. Для звуковой системы в замкнутом пространстве очень желательно держать как можно больше слушателей на расстоянии Dc от источника звука, или ближе чем D_c.

Логарифмические модификаторы и экспоненты в уравнениях Хопкинса-Страйкера с шагом 0,5 дБ для изменения уровня за удвоение расстояния.

Пример. Для изменения 3,5 дБ на каждое удвоение расстояния 11.62675log (2) = 3,5 дБ или 10log(21,16267) = 3,5 дБ.

Рисунок 12-5B. Программа MathCAD графика Хопкинса-Страйкера для параметров проектирования системы на рисунке 5A.

Перенос источника звука ближе к слушателю повышает L_D и часто, из-за того, что становится физически ближе, закон обратного квадрата допускает более низкую мощность, тем самым уменьшая L_R. Кроме того, повышение коэффициента направленности Q, источника звука приводит к увеличению L_D для более низкой мощности. Увеличение количества сэбинов в пространстве снижает L_R.

Точность этих уравнений приведет вас в «шар-парк». Они приведут вас в правильный порядок амплитуды. В идеале, когда пространство уже существует, тестирование с источником звука указанного Q позволяет вычислять гораздо более точные числа.

Прогнозирование уровней звука на открытом воздухе и в очень маленьких нереверберирующих пространствах будет справедливо следовать обратному квадратному закону.

Чрезвычайно большие спортивные арены, купола и т. д. имеют такую ​​длину, при которой опять создастся малое число отражений.

Рисунок 12-5C. Программа MathCAD, изображающая графики Хопкинса-Страйкера для различных значений затухания с удвоением расстояния для параметров проектирования системы на рисунке 12-5B.

12.4. Дифференциация между уровнем реверберации и временем реверберации.

Благодаря современным методам измерения доступны как L_T, так и L_D.

Когда встречаются неоднородные звуковые поля реверберации, измерения, выполненные при повторном удвоении расстояния до критического расстояния, D_c, позволяют получить доступ к модификатору Хопкинса-Страйкера для построения уровня по сравнению с расстоянием.

где,

L_W - уровень звуковой мощности в дБ, D_x - любое расстояние l за пределами D_c, K = 10,5 US, 0,2 SI.

12.5. Оценка отношения сигнал/шум, SNR.

По моему опыту, вы очень редко можете отключать шум в комнате, поэтому первые измерения - это уровни шума в помещении в разных положениях, когда звуковая система включена, но неактивна. Последующие измерения уровня общего уровня, прямого уровня и уровня реверберации затем могут быть скорректированы для вклада уровня шума в тех случаях, когда уровень шума вносит значительный вклад.

Получив L_T, L_D и L_R в любой заданной точке, становится возможным отделить вклад уровня шума L_N, используя измерение L_T с включенным шумом ("on"), а затем с отключенным шумом ("off"). L_T - L_N - отношение сигнал / шум, выраженное в дБ. Включенный шум ("on") относится к освещению, HVAC и другим искусственным источникам шума.

При прослушивании в аудитории, где должны быть сделаны измерения, всегда старайтесь выполнить слуховую оценку (на слух) каждого из этих уровней в разных местах, как на расстоянии меньше ожидаемого D_c, так и больше D_c. Хорошая практика проектирования звуковой системы пытается свести к минимуму уровень реверберации, признавая, что изменение времени реверберации является проблемой обработки комнаты. Когда 25 dB SNR на 2 кГц недостижимо, порекомендуйте работу конкуренту. (См. Главу 11 «Аудио- и акустические измерения» для подробного анализа SNR.)

12.6. Анализ отражений и их путей.

В анализе звуковой системы, наборы линейно разнесенных вырезов и пиков амплитудного отклика называются «гребенчатыми фильтрами». Это результат отражения или отражений, сходящихся с прямым звуком от желаемого источника звука. Даже 1/3 октавный анализатор реального времени с низким разрешением может увидеть самый низкочастотный вырез. Расстояние отраженного пути, rp, может быть установлено из:

где, c - скорость звука. Единица скорости l/s может быть в футах, дюймах, мм, м и т. д. Расстояние отражения находится в выбранных единицах, F_n - частота первого выреза.

Поскольку гребенчатые фильтры распределены линейно, NR_n или NF_p (первая пиковая частота), это позволяет вычислять все высокочастотные гребенчатые фильтры. Например, отражение 0,5 мм, такое как расстояние микрофона зоны давления, PZM, капсула над его пластиной, приводит к:

что, при обычном использовании, может быть проигнорировано. Если, с другой стороны, фильтр низких частот на частоте 20 кГц для целей сглаживания может начинаться акустически вблизи полосы пропускания путем размещения

Рис. 12-6A и 12-6B иллюстрируют полезность гребенчатых фильтров, а также как анализировать вредные гребенчатые фильтры.

12.6.1. Звуковая система возле регенерации.

Звуковая система, работающая слишком близко к положительной акустической обратной связи, усиливает естественное время реверберации комнаты во много раз (до 4-5 раз). Убедитесь, что на ваше субъективное суждение о пространстве не влияет наличие неисправной звуковой системы.

См. Рисунок 12-7 из работы Уильяма Сноу из Bell Labs. Обратите внимание, что скорость затухания (спада) изменяется с 92 дБ/с до 22 дБ/с, когда звуковая система приближается к точке пения (обратная связь), коэффициент увеличения 4,2.

12.6.2. Насколько вредно высокое время RT60?

Насколько вредно высокое время RT60? В истинно диффузном акустическом поле, удивительно, но достижение времени реверберации от 3 секунд до 4 секунд при 2 кГц не вредно для «живой» речи. Проблема многих «реверберирующих» пространств заключается в том, что они фокусируют энергию возвратов с большой длиной пути, которая и является виновником, а не из-за длительности времени, с которой возвраты спадают. Это обычно можно продемонстрировать, используя большой лист Sonex (4 фута × 5 футов) и кружить слушателя, в то время как говорящий говорит с трибуны. Когда Сонекс проходит между сфокусированной энергией и слушателем, разборчивость речи возвращается. Удалите Sonex, и речь снова будет с помехами. Отметив положение Sonex относительно слушателя и поверхности комнаты, вы обычно можете обнаружить зону-нарушителя. Прикладывая ладони к ушам и передвигаясь вдоль поверхности комнаты, вы сможете много рассказать об отражениях в комнате.

Концертный зал Troy Savings Bank имеет время реверберации 3+ секунды (пустой), но нормальный уровень разговоров можно услышать со сцены в задней части верхнего балкона. Концертный зал Трои не имеет абсорбции в обычном смысле (все дерево), но он очень «диффузный».

A. Программа MathCAD, показывающая отражения и уравнения гребенчатого фильтра.

B. Как определить длину пути.

Рисунок 12-6. Отражения и гребенчатые фильтры.

12.6.3. Влияние реверберации на разборчивость.

Влияние реверберации на разборчивость намного меньше, чем влияние одиночных поздних высокоуровневых отражений, неадекватных отношений SNR или гребенчатых фильтров, генерируемых источниками в пределах одного фута или менее от основного источника.

На рисунке 12-8 показаны три хорошо слышимых поздних отражения (более 100 мс). Нам сказали, что это пространство настолько реверберирует, что трудно использовать систему усиления. Тем не менее, когда мы поставили Сонекс вокруг человека на этом месте и изолировали его от отражений, то можно было ясно понять не усиленный голос со сцены. Без Сонекса речь была непонятной.

Рисунок 12-7. Звуковая система рядом с обратной связью. (Courtesy William Snow.)

Рисунок 12-8. Три слышимых поздних отражения, которые серьезно повлияли на артикуляцию.

12.6.4. Вариации в измерении реверберации.

Анализ TEF выявил некоторые неожиданные детали в измерении времени реверберации. Любой, кто работает с преобразователями с высоким коэффициентом Q (Qs 50+), субъективно испытал очевидное изменение в RT₆₀. Это всегда объяснялось более низким звуковым полем реверберации и, следовательно, спад присутствующей энергии, длился настолько долго, пока не маскировался напором окружающего шума. Различные ориентации источника звука показывают, что способ, с помощью которого источник с высоким коэффициентом Q должен быть ориентирован на покрытие аудитории, не возбуждает столько нормальных мод комнаты, сколько имеет устройство с более низким коэффициентом Q. Таким образом, из имеющихся доказательств, следует, что:

1. Классический метод является ошибочным, когда он зависит от Q.

2. Источники с более высокими коэффициентами Q буквально не возбуждают всех комнатных мод.

3. Возможно, нам понадобится новый, пока еще не определенный метод анализа в