II) Структурой ранних отражений звука

Основы акустики залов и методы обеспечения высокого качества звучания залов различного назначения.

Допущение, принятые в статистической теории:

-образующееся в помещении звуковое поле принимается диффузным; это значит, что объемная плотность звуковой энергии в любой точке звукового поля принимается одинаковой.

Качество звучания в залах оценивается:

I) Временем реверберации

II) Структурой ранних отражений звука

I) Основной характеристикой акустики при проектировании зрительных залов является реверберационный процесс; количественной оценкой его служит время реверберации.- время затухания звука в зале

Звуки бывают прямые и отраженные (от поверхности стен, потолка, пола, находящихся в помещении предметов). Отражение может быть многократным. При каждом отражении теряется часть энергии звука, это сопровождается спадом в помещении уровня звукового давления.

Рисунок 1 Нарастание звука и реверберации в закрытом помещении

а) изменение плотности звуковой энергии;

б) изменение уровня плотности звуковой энергии;

в) пример записи спада уровня звукового давления в процессе реверберации: 1 – процесс нарастания; 2 – стационарное состояние; 3 - реверберация

Вообще, процесс формирования звука можно разделить на три этапа (см.рис.1.а,б):

I этап (1) – относительно быстрое нарастание звуковой энергии вследствие многократных отражений звука.

II этап (2)– это период так называемого динамического равновесия, которое устанавливается между акустической мощность, т.е. звуковой энергией, излучаемой в течение 1с, и звуковой энергией, ежесекундно теряемой вследствие звукопоглощения внутренними поверхностями помещения и воздухом;

III этап (3) – процесс затухания звуковой энергии, или уровня звукового давления, после прекращения звучания источника – этот процесс называется реверберационным.

Количественная оценка реверберации – скорость спадания уровня силы звука v_s, измеряемая в дБА/с. При достаточной диффузности звукового поля скорость спадания уровня силы звука при данной частоте можно считать постоянной и одинаковой во всех точках помещения, не зависящей от положения источника звука и от времени. Однако скорость спадания уровня силы звука различна для звуков разной частоты.

Скорость спадания уровня силы звука характеризует гулкость помещения. Она бывает большой в помещениях, отделанных материалами, обладающими высоким звукопоглощением (заглушенные помещения), и малой – в помещениях, ограниченных поверхностями, обладающими низкими коэффициентами звукопоглощение.

Время реверберации Т- время, в течение которого уровень звукового давления спадает на 60 дБа. Это условная величина, равная среднему уровню звукового давления в залах.

Поэтому оказалось удобным ввести понятие стандартного времени реверберации, под которым понимают время, в течение которого уровень звукового давления стандартного тона (f = 500 Гц ) уменьшается на 60 дБа.

Суммарное звукопоглощение – это сумма произведений коэффициентов звукопоглощения на соответствующую площадь отделочных материалов (или конструкций):

∑(α_n · S_n)= α₁ · S ₁ + α₂ · S₂ + … + α_n · S_n .

Пользование этой формулой дает достаточно точные результаты только в случаях, когда средний коэффициент звукопоглощения α _ср в помещении не превышает 0,25 и звукопоглощающие материалы равномерно распределяются по поверхностям помещения:

α _ср = ∑(α_n ·S_n) / ∑S_n .

В общем случае расчет времени реверберации помещения Т на данной частоте проводится по формуле Эйринга:

Т = 0,163 V / S_{общ ·} φ (α_ср) ,

где V – объем помещения, м³;

S_общ - общая площадь внутренних поверхностей помещения, м²;

φ (α_ср) = - ln (1- α_ср) – функция среднего коэффициента звукопоглощения, значения которых сведены в таблицу1.

Таблица 1

Значения функции φ (α_ср) = - ln (1- α_ср) для расчета времени реверберации

В больших помещениях существенное влияние на время реверберации оказывает звуковое поглощение увлажненного воздуха. Это влияние особенно значительно в диапазоне звуков высокой частоты ( ≥ 1000 Гц). Поэтому в музыкальных помещениях для расчета времени реверберации применяется формула :

Т = 0,163 V / [S_{общ ·} φ (α_ср) + n ·V],

где n – коэффициент, учитывающий поглощение звука воздухом, измеряется в м^-1. значения этого коэффициента приводятся в таблице 2.

Средний коэффициент звукового поглощения зависит от локальных коэффициентов поглощения материалов и конструкций, отделки интерьера, которые обладают способностью различно поглощать звуки различной частоты. Поэтому время реверберации также зависит от частоты звуковых колебаний.

Таблица 2