Введение
Как звук ведет себя в замкнутом пространстве
Комнатная акустика – это раздел акустики, изучающий поведение звука в замкнутых или частично замкнутых помещениях. Архитектурные особенности помещения влияют на поведение звуковых волн внутри него, причем эффект зависит от частоты. Акустическое отражение, дифракция и рассеяние могут комбинироваться, создавая слышимые явления, такие как комнатные резонансы и стоячие волны на определенных частотах и в определенных местах, эхо и уникальные характеристики реверберации.
Естественные режимы
Для частот ниже частоты Шредера определенные длины волн звука будут усиливаться в виде резонансов внутри границ комнаты, а резонансные частоты можно определить, используя размеры комнаты. Подобно расчету стоячих волн в трубе с двумя закрытыми концами, модальные частоты и звуковое давление этих мод в определенной точке прямоугольной комнаты могут быть определены как:
где – номера мод, соответствующие осям x, y и z комнаты, – скорость звука в м/с, – размеры комнаты в метрах, – амплитуда звуковой волны, а – координаты точки внутри комнаты. Моды могут возникать во всех трех измерениях комнаты. Осевые моды одномерны и усиливаются между одной парой параллельных стен. Тангенциальные моды двухмерны и связаны с четырьмя стенами, ограничивающими пространство, перпендикулярными друг другу. Наконец, наклонные моды затрагивают все стены в упрощенной прямоугольной комнате. Метод анализа модальной плотности, основанный на концепциях психоакустики, известный как "критерий Бонелло", анализирует первые 48 модальных частот комнаты и отображает количество мод в каждой одной трети октавы. Кривая возрастает монотонно (каждая одна треть октавы должна содержать больше мод, чем предыдущая). Другие системы для определения оптимальных пропорций помещений были разработаны позднее.
Гул комнаты
После определения оптимальных размеров помещения, используя критерии модальной плотности, следующим шагом является определение правильного времени реверберации. Наиболее подходящее время реверберации зависит от назначения помещения. RT60 – это показатель времени реверберации. Для оперных театров и концертных залов требуется время около 1,5–2 секунд. Для студий звукозаписи и радиовещания, а также конференц-залов часто используются значения менее одной секунды. Рекомендуемое время реверберации всегда является функцией объема помещения. Различные авторы предлагают свои рекомендации. Хорошее приближение для студий радиовещания и конференц-залов: TR[1 кГц] = [0,4 log (V+62)] – 0,38 секунды, где V – объем помещения в м³. В идеале, RT60 должно быть примерно одинаковым на всех частотах в диапазоне от 30 до 12 000 Гц. Для достижения желаемого RT60 можно использовать различные акустические материалы, описанные в специализированной литературе. Значительное упрощение задачи было предложено Оскаром Бонелло в 1979 году. Оно заключается в использовании стандартных акустических панелей площадью 1 м², подвешенных к стенам помещения (при условии, что панели параллельны). Эти панели используют комбинацию трех резонаторов Гельмгольца и деревянной резонансной панели. Эта система обеспечивает высокую степень звукопоглощения на низких частотах (ниже 500 Гц) и снижает поглощение на высоких частотах, компенсируя типичное поглощение звука людьми, боковыми поверхностями, потолками и т.д. Акустическое пространство – это акустическая среда, в которой звук может быть воспринят слушателем. Термин «акустическое пространство» впервые был введен профессором и философом Маршаллом Маклюэном.
TR[1 kHz] = [0.4 log (V+62)] – 0.38 seconds,
with V=volume of the room in m3. Ideally, the RT60 should have about the same value at all frequencies from 30 to 12,000 Hz. To get the desired RT60, several acoustics materials can be used as described in several books. A valuable simplification of the task was proposed by Oscar Bonello in 1979. It consists of using standard acoustic panels of 1 m2 hung from the walls of the room (only if the panels are parallel). These panels use a combination of three Helmholtz resonators and a wooden resonant panel. This system gives a large acoustic absorption at low frequencies (under 500 Hz) and reduces at high frequencies to compensate for the typical absorption by people, lateral surfaces, ceilings, etc. Acoustic space is an acoustic environment in which sound can be heard by an observer. The term acoustic space was first mentioned by Marshall McLuhan, a professor and a philosopher.
Характер акустики
На самом деле, существуют определенные свойства акустики, которые влияют на акустическое пространство. Эти свойства могут как улучшить качество звука, так и исказить его. Отражение – это изменение направления волны при столкновении с объектом. Многие инженеры-акустики используют это явление в своей работе. Оно применяется в дизайне интерьеров, где отражения либо используются для достижения желаемого эффекта, либо подавляются. Звуковые волны обычно отражаются от стен и интерферируют с другими звуковыми волнами, возникающими позже. Чтобы предотвратить прямое отражение звуковых волн к слушателю, используется диффузор. Диффузор имеет неоднородную поверхность, благодаря которой звук рассеивается равномерно во всех направлениях. Он преобразует резкое эхо в мягкий реверберацию, которая постепенно затухает. Дифракция – это огибание звуковой волной препятствий. Согласно принципу Гюйгенса, когда звуковая волна частично блокируется препятствием, прошедшая часть волны становится источником вторичных волн. Например, если человек в комнате кричит при открытой двери, люди по обе стороны коридора услышат звук. Звуковые волны, вышедшие через дверь, становятся источником и распространяются по коридору. Окружающие звуки также могут влиять на акустическое пространство, как в приведенном примере.
Использование акустического пространства
Применение акустического пространства очень полезно в архитектуре. Некоторые виды архитектуры требуют грамотного проектирования для достижения наилучших результатов. Например, концертные залы, аудитории, театры или даже соборы. Концертный зал – это место, предназначенное для проведения концертов. Хороший концертный зал обычно вмещает от 1700 до 2600 зрителей. Существует три основных характеристики хорошего концертного зала: четкость, объемность и громкость. Если места расположены удачно, зрители будут слышать чистый звук с любого места. Для большей объемности время реверберации проектируется в соответствии с предпочтениями. Например, для романтической музыки обычно требуется определенное время реверберации для усиления эмоций, поэтому потолки в концертном зале должны быть высокими. Театр – это место, предназначенное для живых выступлений. Главный приоритет при звуковом оформлении театра – это речь. Речь должна быть четко слышна, даже если это тихий шепот. В этом случае реверберация не нужна, так как она мешает восприятию слов, произносимых актерами. Необходимо увеличить интенсивность, чтобы расширить акустическое пространство и охватить весь театр, не нарушая динамический диапазон. В больших театрах необходимо использовать усиление звука. Собор (и церковь) имеет пространство, называемое хором, обычно расположенное рядом с трансептом, где в большинстве соборов находится башня. Хор предназначен для пения хора. Для такого типа пения требуется мягкое, рассеянное звучание для создания атмосферы и передачи эмоций. Высота собора не только демонстрирует религиозную гордость, но и улучшает акустику. В пространстве возникает больше реверберации, когда источник звука генерирует звук.