Реверберация: акустическое явление и время затухания звука.

Введение

Устойчивость звука после его возникновения – это акустическое явление.

Persistence of sound after it is produced

the acoustic phenomenon

Reverberation (commonly shortened to reverb), in acoustics, is a persistence of sound after it is produced. Reverberation is created when a sound or signal is reflected. This causes numerous reflections to build up and then decay as the sound is absorbed by the surfaces of objects in the space – which could include furniture, people, and air. This is most noticeable when the sound source stops but the reflections continue, their amplitude decreasing, until zero is reached. Reverberation is frequency dependent: the length of the decay, or reverberation time, receives special consideration in the architectural design of spaces which need to have specific reverberation times to achieve optimum performance for their intended activity. In comparison to a distinct echo, that is detectable at a minimum of 50 to 100 ms after the previous sound, reverberation is the occurrence of reflections that arrive in a sequence of less than approximately 50 ms. As time passes, the amplitude of the reflections gradually reduces to non noticeable levels. Reverberation is not limited to indoor spaces as it exists in forests and other outdoor environments where reflection exists. Reverberation occurs naturally when a person sings, talks, or plays an instrument acoustically in a hall or performance space with sound reflective surfaces. Reverberation is applied artificially by using reverb effects, which simulate reverb through means including echo chambers, vibrations sent through metal, and digital processing. Although reverberation can add naturalness to recorded sound by adding a sense of space, it can also reduce speech intelligibility, especially when noise is also present. People with hearing loss, including users of hearing aids, frequently report difficulty in understanding speech in reverberant, noisy situations. Reverberation is also a significant source of mistakes in automatic speech recognition. Dereverberation is the process of reducing the level of reverberation in a sound or signal.

Реверберация (обычно сокращается до реверб), в акустике, – это сохранение звука после его прекращения. Реверберация возникает, когда звук или сигнал отражается. Это приводит к накоплению множества отражений, которые затем затухают по мере поглощения звука поверхностями объектов в пространстве – включая мебель, людей и воздух. Это наиболее заметно, когда источник звука замолкает, но отражения продолжают существовать, постепенно уменьшая свою амплитуду до нуля. Реверберация зависит от частоты: продолжительность затухания, или время реверберации, учитывается при архитектурном проектировании помещений, которым требуются определенные времена реверберации для достижения оптимальной производительности в соответствии с их назначением. В отличие от отчетливого эха, которое обнаруживается не ранее чем через 50–100 мс после предыдущего звука, реверберация представляет собой последовательность отражений, поступающих с интервалом менее примерно 50 мс. Со временем амплитуда отражений постепенно снижается до неуловимого уровня. Реверберация не ограничивается закрытыми помещениями и существует в лесах и других открытых средах, где происходит отражение звука. Реверберация возникает естественным образом, когда человек поет, говорит или играет на музыкальном инструменте в зале или концертном пространстве с отражающими поверхностями. Реверберация может быть создана искусственно с помощью эффектов реверберации, которые имитируют ее с использованием различных методов, включая эхокамеры, вибрации, передаваемые через металл, и цифровую обработку. Хотя реверберация может придать записанному звуку естественность, создавая ощущение пространства, она также может ухудшить разборчивость речи, особенно в условиях шума. Люди с нарушениями слуха, в том числе пользователи слуховых аппаратов, часто испытывают трудности с пониманием речи в шумных помещениях с реверберацией. Реверберация также является значительным источником ошибок в системах автоматического распознавания речи. Дереверберация – это процесс уменьшения уровня реверберации в звуке или сигнале.

- Да.

Время реверберации – это мера времени, необходимого для того, чтобы звук "затух" в замкнутом пространстве после прекращения работы источника звука. При точном измерении времени реверберации с помощью прибора используется термин T60 (аббревиатура от времени реверберации 60 дБ). T60 обеспечивает объективное измерение времени реверберации, определяемое как время, за которое уровень звукового давления уменьшается на 60 дБ после резкого прекращения тестового сигнала. Время реверберации часто указывается как единое значение при измерении широкополосным сигналом (от 20 Гц до 20 кГц). Однако, поскольку оно зависит от частоты, его можно более точно описать в терминах частотных полос (одна октава, 1/3 октавы, 1/6 октавы и т.д.). Ввиду частотной зависимости, время реверберации, измеренное в узких полосах, будет различаться в зависимости от измеряемой частотной полосы. Для точности важно знать, какие диапазоны частот охватывает измерение времени реверберации. В конце XIX века Уоллес Клемент Сабин начал эксперименты в Гарвардском университете для изучения влияния поглощения на время реверберации. Используя портативный ветровой сундук и органные трубы в качестве источника звука, секундомер и слух, он измерял время от момента прекращения работы источника до момента, когда звук становился неслышным (разница примерно в 60 дБ). Он обнаружил, что время реверберации пропорционально размерам помещения и обратно пропорционально степени поглощения. Оптимальное время реверберации для помещения, предназначенного для прослушивания музыки, зависит от типа исполняемой музыки. Помещения, используемые для речи, обычно требуют более короткого времени реверберации для обеспечения лучшей разборчивости речи. Если отраженный звук от одного слога все еще слышен при произнесении следующего слога, понимание речи может быть затруднено. Слова "кот", "каб" и "кап" могут звучать очень похоже. С другой стороны, если время реверберации слишком короткое, может пострадать тональный баланс и громкость. Эффекты реверберации часто используются в студиях для придания звуку глубины. Реверберация изменяет воспринимаемую спектральную структуру звука, но не влияет на его высоту. Основные факторы, влияющие на время реверберации в помещении, включают его размер и форму, а также материалы, использованные при строительстве. Любой объект, находящийся в помещении, также может влиять на время реверберации, включая людей и их вещи.

Reverberation time is a measure of the time required for the sound to "fade away" in an enclosed area after the source of the sound has stopped. When it comes to accurately measuring reverberation time with a meter, the term T60 (an abbreviation for reverberation time 60 dB) is used. T60 provides an objective reverberation time measurement. It is defined as the time it takes for the sound pressure level to reduce by 60 dB, measured after the generated test signal is abruptly ended. Reverberation time is frequently stated as a single value if measured as a wideband signal (20 Hz to 20 kHz). However, being frequency dependent, it can be more precisely described in terms of frequency bands (one octave, 1/3 octave, 1/6 octave, etc.). Being frequency dependent, the reverberation time measured in narrow bands will differ depending on the frequency band being measured. For precision, it is important to know what ranges of frequencies are being described by a reverberation time measurement. In the late 19th century, Wallace Clement Sabine started experiments at Harvard University to investigate the impact of absorption on the reverberation time. Using a portable wind chest and organ pipes as a sound source, a stopwatch and his ears, he measured the time from interruption of the source to inaudibility (a difference of roughly 60 dB). He found that the reverberation time is proportional to room dimensions and inversely proportional to the amount of absorption present. The optimum reverberation time for a space in which music is played depends on the type of music that is to be played in the space. Rooms used for speech typically need a shorter reverberation time so that speech can be understood more clearly. If the reflected sound from one syllable is still heard when the next syllable is spoken, it may be difficult to understand what was said. "Cat", "cab", and "cap" may all sound very similar. If on the other hand the reverberation time is too short, tonal balance and loudness may suffer. Reverberation effects are often used in studios to add depth to sounds. Reverberation changes the perceived spectral structure of a sound but does not alter the pitch. Basic factors that affect a room's reverberation time include the size and shape of the enclosure as well as the materials used in the construction of the room. Every object placed within the enclosure can also affect this reverberation time, including people and their belongings.

Уравнение Эйринга

Уравнение времени реверберации Эйринга было предложено Карлом Ф. Эйрингом из лаборатории Белл в 1930 году. Это уравнение предназначено для более точной оценки времени реверберации в небольших помещениях с относительно большим количеством звукопоглощения, которые Эйринг назвал "глухими" помещениями. Такие помещения, как правило, имеют более короткое время реверберации, чем большие, более "живые" акустически помещения. Уравнение Эйринга по форме аналогично уравнению Сабина, но включает в себя модификации для логарифмического масштабирования коэффициента звукопоглощения. Единицы измерения и переменные в уравнении соответствуют тем, что определены для уравнения Сабина. Время реверберации Эйринга определяется следующим уравнением:

Уравнение Эйринга было выведено из первых принципов с использованием модели зеркальных отражений звука, в отличие от эмпирического подхода Сабина. Экспериментальные результаты, полученные Сабином, в целом согласуются с уравнением Эйринга, поскольку обе формулы становятся идентичными для очень "живых" помещений, с которыми работал Сабин. Однако уравнение Эйринга становится более применимым для небольших помещений с большим количеством звукопоглощения. В результате уравнение Эйринга часто используется для оценки времени реверберации в контрольных комнатах студий звукозаписи или других критических средах прослушивания с высоким уровнем звукопоглощения. Уравнение Сабина, как правило, завышает время реверберации для небольших помещений с большим количеством поглощения. Поэтому в калькуляторах времени реверберации, предназначенных для небольших студий звукозаписи, например, домашних студий, часто используется уравнение Эйринга.

Коэффициент поглощения

Коэффициент поглощения звука материала – это число от 0 до 1, которое показывает, какая часть звука поглощается поверхностью, а какая – отражается обратно в помещение. Большое, полностью открытое окно не будет создавать отражений, так как любой звук, достигающий его, будет проходить сквозь него, и отражения не возникнет. В этом случае коэффициент поглощения будет равен 1. Напротив, толстый, гладкий, окрашенный бетонный потолок будет акустическим эквивалентом зеркала и иметь коэффициент поглощения, очень близкий к 0.

В музыке

Газета The Atlantic описывает реверберацию как "возможно, самый старый и универсальный звуковой эффект в музыке", который использовался в музыке уже в X веке, начиная с григорианского хорала. Композиторы, включая Баха, писали музыку, чтобы использовать акустику определенных зданий. Возможно, григорианский хорал развился в ответ на длительное время реверберации в соборах, что ограничивало количество нот, которые можно было исполнить до того, как они начнут хаотично сливаться. Искусственная реверберация применяется к звуку с помощью реверберационных эффектов. Эти эффекты имитируют реверберацию, используя такие средства, как эхокамеры, вибрации, передаваемые через металл, и цифровую обработку.