Реверберация звука. Время реверберации

Явление реверберации («послезвучания») состоит в том, что после прекращения звучания источника звук в любой точке помещения не исчезает мгновенно, а ослабевает постепенно (пусть и достаточно быстро) до нуля (точнее, до уровня шумового фона).

Очевидно, это связано с тем, что даже после исчезновения прямого звука от источника в любую точку замкнутого помещения приходит практически бесконечная последовательность отраженных звуковых волн с постепенно убывающими амплитудами. Поэтому плотность звуковой энергии на любом слушательском месте (и сила звука) не падают мгновенно до нуля, а лишь постепенно убывают; причем быстрота убывания определяется общим звукопоглощением помещения.

К вопросу о реверберации звука в закрытом помещении (зале) можно подойти и с позиций волновой теории звука.

Известно, что любой воздушный объем помещения можно рассматривать как трехмерную колебательную систему с дискретным набором собственных частот колебаний («колебательных мод»). Для залов формы параллелепипеда их значения выражаются формулой

f_{к, n, m} =с₀/2× ,(6.1)

где c₀ – cкорость звука в воздухе; к, n, m – натуральные числа (0, 1, 2, 3, 4 и т.д.); L, W и Н – размеры помещения.

Для залов большого объема в области средних и высоких частот эти колебательные моды так тесно расположены на частотной шкале, что их можно считать следующими непрерывно. Так что любой тон в сложном звуке источника найдет резонансный отклик в «лице» соответствующей моды колебаний воздушного столба – колебания соответственной частоты возбудятся. После прекращения звучания источника колебания воздушного объема начнут постепенно затухать из-за вязкого трения воздуха.

В рамках статистической (энергетической) теории акустики зала доказывается, что плотность звуковой энергии в любой точке помещения, а, следовательно, и сила звука должны после прекращения звучания источника затухать cо временем по экспоненциальному закону:

w = w₀×ехр(–bt), где b – коэффициент затухания; w₀ –стационарноезначениеобъемной плотности энергии(рис. 6.1 а,кривая 3).

Если же говорить об уровне силы звука или уровне звукового давления L (в дБ), то их спад со временем (как логарифмических величин) должен тогда теоретически проходить по линейному закону (рис. 6.1 б,прямая 3).

Скорость спада со временем уровня звука Lпринято (по предложению американского акустика Сэбина) оценивать временем реверберации Т.

В качестве стандарта принято брать время Т, в течение которого плотность звуковой энергии w (и сила звука J) уменьшаются в миллион раз, а уровень звука DLуменьшается на 60 дБ.

Рис. 6.1.Нарастание звука и реверберация в закрытом помещении: а – изменение плотности звуковой энергии; б – изменение уровня силы звука; 1 – процесс нарастания; 2 – стационарное состояние; 3 – реверберация звука

В предположении, что отражения звуков от ограждающих поверхностей помещения происходят непрерывно, Сэбин получил следующую простую формулу для стандартного времени реверберации:

. (6.2)

C учетом дискретности последовательных отражений звуков от ограждающих поверхностей формула (6.2) для времени реверберации несколько видоизменяется и заменяется более точной формулой Эйринга :

, (6.3)

где j ( ) =– ln (1– ) – функция Эйринга; V – объем помещения.

При малых значениях среднего коэффициента звукопоглощения ( £ 0,2)

формулы (6.2) и (6.3) дают практически одинаковый результат.