Кіріспе

Жабық кеңістікте дыбыстың қалай өтетіні

Бөлме акустикасы – жабық немесе ішінара жабық кеңістіктерде дыбыстың қалай өтетінін зерттейтін акустиканың бір саласы. Бөлменің архитектуралық ерекшеліктері оның ішіндегі дыбыс толқындарының қалай өтетініне әсер етеді, бұл әсерлер жиілікке қарай өзгеріп отырады. Дыбыстың шағылысуы, дифракциясы және таралуы бөлмелік резонанстар мен белгілі бір жиіліктерде және орындарда тұрақтанған толқындар, эхо және ерекше дыбыс қайталану үлгілері сияқты дыбыстық құбылыстарды тудыруы мүмкін.

Табиғи режимдер

Шредер жиілігінен төмен жиіліктер үшін дыбыстың белгілі бір толқын ұзындығы бөлменің шекараларында резонанс тудырады, ал резонанстық жиіліктер бөлменің өлшемдерін қолдану арқылы анықталуы мүмкін. Екі жабық ұшы бар құбыр ішіндегі тұрған толқындарды есептеуге ұқсас, тікбұрышты бөлмедегі белгілі бір нүктедегі модальдық жиіліктер мен дыбыс қысымын былай анықтауға болады:

мұндағы – бөлменің x, y және z осьтеріне сәйкес келетін модальдық сандар, – дыбыс жылдамдығы, – бөлменің метрлермен өлшенген өлшемдері, – дыбыс толқынының амплитудасы, ал – бөлме ішіндегі нүктенің координаттары. Модалар бөлменің барлық үш өлшемде пайда болуы мүмкін. Остік модалар бір өлшемді болып, параллель қабырғалар арасында күшейеді. Тангенциалды модалар екі өлшемді және бір-біріне перпендикуляр кеңістікті шектейтін төрт қабырғаны қамтиды. Соңында, көлденең модалар тікбұрышты бөлменің барлық қабырғаларына қатысты. Психоакустикалық принциптерді пайдаланатын модальдық тығыздық талдау әдісі, "Бонэлло критерийі" алғашқы 48 бөлме модасын талдап, әрбір үштен бір октавадағы модалар санын көрсетеді. График монотонды түрде өседі (әрбір үштен бір октавадағы модалардың саны алдыңғы октавадан көп болуы керек). Бөлме пропорцияларын анықтау үшін жақында басқа да жүйелер әзірленді.

Бөлменің үндеуі

Бөлменің ең жақсы өлшемдерін анықтағаннан кейін, модальдық тығыздық критерийлерін пайдаланып, келесі қадам – дұрыс реверберация уақытын табу. Реверберацияның ең қолайлы уақыты бөлменің мақсатына байланысты. RT60 – реверберация уақытын өлшеу бірлігі. Опера театрлары мен концерт залдары үшін шамамен 1,5-2 секундтік уақыт қажет. Ал радио және жазу студиялары мен конференц-залдарда бір секундтан кем мәндер жиі қолданылады. Ұсынылатын реверберация уақыты әрқашан бөлменің көлеміне байланысты. Әртүрлі авторлар өз ұсыныстарын келтіреді. Радио студиялары мен конференц-залдар үшін жақсы жуықтау: TR[1 кГц] = [0,4 log (V+62)] – 0,38 секунд, мұнда V – бөлменің көлемі, м3. Идеалды жағдайда RT60 30-12 000 Гц жиілік диапазонындағы барлық жиіліктерде шамамен бірдей болуы керек. Көрсетілген RT60 мәніне жету үшін акустикалық материалдарды қолдануға болады, олар туралы әртүрлі кітаптарда сипатталған. Бұл міндетті 1979 жылы Оскар Бонелло жеңілдетті. Оның әдісі бөлменің қабырғаларына ілінген 1 м2 стандартты акустикалық панельдерді пайдаланудан тұрады (егер панельдер параллель болса ғана). Бұл панельдер үш Гельмгольц резонаторы және ағаштан жасалған резонанс панелінің үйлесімін қамтиды. Бұл жүйе төмен жиіліктерде (500 Гц-тен төмен) дыбыстың күшті сіңірілуін қамтамасыз етеді және адамдар, бүйірлік беттер, төбелер және т.б. дыбысты сіңірудің әдеттегі әсерін толықтыру үшін жоғары жиіліктерде оны азайтады. Акустикалық кеңістік – дыбысты ести алатын орта. «Акустикалық кеңістік» терминін алғаш рет профессор және философ Маршалл Маклюэн қолданған.

Акустиканың сипаты

Шын мәнінде, акустиканың кейбір қасиеттері акустикалық кеңістікке әсер етеді. Бұл қасиеттер дыбыс сапасын жақсарта немесе оған кедергі келтіре алады. Шағылыс – толқын қандай да бір нысанға соқтығысқанда бағытын өзгертуі. Көптеген акустикалық инженерлер осы қасиетті пайдаланды. Ол интерьер дизайнында қолданылады, шағылыстарды тиімді пайдалануға немесе жоюға болады. Дыбыс толқындары көбінесе қабырғадан шағылысып, кейін пайда болатын басқа дыбыс толқындарымен араласады. Дыбыс толқынының тікелей қабылдағышқа шағылысуын болдырмау үшін диффузор қолданылады. Диффузордың әртүрлі тереңдіктері болады, бұл дыбыстың кездейсоқ бағытта тең таралуына мүмкіндік береді. Ол дыбыстың мазасыз эхосын уақыт өте келе әлсірейтін жұмсақ реверберацияға айналдырады. Дифракция – дыбыс толқынының кедергілерден қашу үшін таралуын өзгерту. Гюйгенс принципіне сәйкес, егер дыбыс толқынының бір бөлігі кедергіге тоғысса, қалған бөлігі екінші деңгейлі толқындардың көзі ретінде әрекет етеді. Мысалы, егер адам бөлмеде есігі ашық тұрғанда дауыстаса, дәліздің екі жағындағы адамдар да оны естиді. Есіктен шыққан дыбыс толқындары таралып, дәліз бойына жайылады. Айналадағы дыбыстар да берілген мысал сияқты акустикалық кеңістікке кедергі келтіруі мүмкін.

Акустикалық кеңістікті пайдалану

Акустикалық кеңістікті қолдану сәулет өнерінде өте пайдалы. Архитектураның кейбір түрлері ең жақсы нәтижелерді алу үшін білікті дизайнды қажет етеді. Мысалы, концерт залдары, аудиториялар, театрлар, тіпті соборлар. Концерт залы – концерт өткізуге арналған орын. Жақсы концерт залы әдетте 1700-ден 2600-ға дейін көрерменге арналған. Жақсы концерт залының үш негізгі қасиеті бар: айқындық, атмосфера және дыбыс күші. Орындықтар дұрыс орналастырылған болса, көрермендер әрбір орыннан анық дыбыс естиді. Көбірек атмосфера үшін, реверберация уақыты қажетті деңгейде жобаланады. Мысалы, романтикалық музыка эмоцияларды күшейту үшін реверберация уақытын қажет етеді, сондықтан концерт залының төбелері биік болуы керек. Театр – тікелей қойылымдарға арналған орын. Театрдағы дыбыс дизайнының басты міндеті – сөйлеуді қамтамасыз ету. Сөйлеуді тіпті үндемегенде де анық есту керек. Бұл жағдайда реверберация қажет емес, ол актерлердің айтқан сөздерін бөліп-жарады. Акустикалық кеңістікті кеңейту және динамиканы бұзбау үшін дыбыс күші күшейтілуі керек, соның арқасында театрдың барлық бөлігіне дыбыс жетеді. Үлкен театрларда дыбыс күшейткіштерді қолдану қажет. Соборлар (және шіркеулер) көбінесе мұнара орналасқан трансептке жақын орналасқан хор деп аталатын аймаққа ие. Хор ән салу үшін арналған. Мұндай ән салу үшін атмосфера мен эмоция үшін жұмсақ, дымқыл дыбыс қажет. Собордың биіктігі діни мақтанышпен ғана шектелмейді, сонымен қатар акустиканы жақсартады. Дыбыс көзі кеңістікте дыбыс тудырғанда, реверберация артады.