Акустика помещения

Акустика помещений — это подраздел акустики , изучающий поведение звука в закрытых или частично закрытых пространствах. Архитектурные детали помещения влияют на поведение звуковых волн в нем, причем эффекты различаются в зависимости от частоты . Акустическое отражение , дифракция и диффузия могут объединяться для создания слышимых явлений, таких как моды помещения и стоячие волны на определенных частотах и в определенных местах, эхо и уникальные модели реверберации .

Частотные зоны

Поведение звука в помещении можно разделить на четыре различные частотные зоны:

Первая зона находится ниже частоты, которая имеет длину волны, вдвое превышающую наибольшую длину комнаты. В этой зоне звук ведет себя очень похоже на изменения статического давления воздуха.
Выше этой зоны, пока длины волн не станут сопоставимы с размерами комнаты, ^{[a] доминируют}резонансы комнаты . Эта переходная частота широко известна как частота Шредера , или частота кроссовера, и она отличает низкие частоты, которые создают стоячие волны в небольших комнатах, от средних и высоких частот. ^[3]
Третья область, простирающаяся примерно на 2 октавы, является переходом к четвертой зоне.
В четвертой зоне звуки ведут себя как лучи света, отражающиеся от поверхности комнаты. ^{[ необходима цитата ]}

Естественные режимы

Для частот ниже частоты Шредера определенные длины звуковых волн будут формироваться как резонансы в пределах границ комнаты, а резонирующие частоты могут быть определены с использованием размеров комнаты. Подобно расчету стоячих волн внутри трубы с двумя закрытыми концами, модальные частоты и звуковое давление этих мод в определенном положении прямолинейной комнаты могут быть определены как ${\textstyle (f_{m,n,l})}$ ${\textstyle (p_{m,n,l}(x,y,z))}$

$f_{m,n,l}={\frac {c}{2}}{\sqrt {{\Big (}{\frac {m}{L_{x}}}{\Big )}^{2}+{\Big (}{\frac {n}{L_{y}}}{\Big )}^{2}+{\Big (}{\frac {l}{L_{z}}}{\Big )}^{2}}}$ $p_{m,n,l}(x,y,z)=A\cos {\Big (}{\frac {m\pi }{L_{x}}}x{\Big )}\cos {\Big (}{\frac {n\pi }{L_{y}}}y{\Big )}\cos {\Big (}{\frac {l\pi }{L_{z}}}z{\Big )}$

где — номера мод, соответствующие осям x, y и z комнаты, — скорость звука в , — размеры комнаты в метрах. — амплитуда звуковой волны, — координаты точки, находящейся внутри комнаты. ^[4] ${\textstyle m,n,l=0,1,2,3...}$ ${\textstyle c}$ ${\textstyle {\frac {m}{s}}}$ ${\textstyle L_{x},L_{y},L_{z}}$ ${\textstyle A}$ ${\textstyle x,y,z}$

Моды могут возникать во всех трех измерениях комнаты. Осевые моды являются одномерными и формируются между одним набором параллельных стен. Тангенциальные моды являются двумерными и включают четыре стены, ограничивающие пространство перпендикулярно друг другу. Наконец, косые моды затрагивают все стены в пределах упрощенной прямолинейной комнаты. ^[5]

Метод анализа модальной плотности, использующий концепции психоакустики , «критерий Бонелло», анализирует первые 48 мод помещения и вычерчивает количество мод в каждой трети октавы. ^[6] Кривая монотонно возрастает (каждая треть октавы должна иметь больше мод, чем предыдущая). ^[7] Недавно были разработаны другие системы для определения правильных соотношений комнат. ^[8]

Реверберация помещения

После определения наилучших размеров помещения с использованием критериев модальной плотности следующим шагом является поиск правильного времени реверберации . Наиболее подходящее время реверберации зависит от использования помещения. RT60 — это мера времени реверберации. ^[9] Для оперных театров и концертных залов необходимо время около 1,5–2 секунд. Для студий вещания и звукозаписи , а также конференц-залов часто используются значения менее одной секунды. Рекомендуемое время реверберации всегда зависит от объема помещения. Несколько авторов дают свои рекомендации ^[10] Хорошим приближением для студий вещания и конференц-залов является:

TR[1 кГц] = [0,4 log (V+62)] – 0,38 секунды,

где V=объем помещения в м3 ^. [ ^11] В идеале RT60 должен иметь примерно одинаковое значение на всех частотах от 30 до 12 000 Гц.

Чтобы получить желаемый RT60, можно использовать несколько акустических материалов, как описано в нескольких книгах. ^[12]^[13] Ценное упрощение задачи было предложено Оскаром Бонелло в 1979 году. ^[14] Оно состоит в использовании стандартных акустических панелей площадью 1 м2 ^, подвешенных к стенам помещения (только если панели параллельны). Эти панели используют комбинацию из трех резонаторов Гельмгольца и деревянной резонансной панели. Эта система дает большое акустическое поглощение на низких частотах (ниже 500 Гц) и уменьшает на высоких частотах, чтобы компенсировать типичное поглощение людьми, боковыми поверхностями, потолками и т. д.

Акустическое пространство — это акустическая среда, в которой звук может быть услышан наблюдателем. Термин акустическое пространство впервые был упомянут Маршаллом Маклюэном , профессором и философом. ^[15]

Природа акустики

В действительности, существуют некоторые свойства акустики, которые влияют на акустическое пространство. Эти свойства могут либо улучшить качество звука, либо помешать ему.

Отражение — это изменение направления волны при попадании на объект. Многие инженеры-акустики воспользовались этим. Это используется для дизайна интерьера , либо используют отражения для получения преимуществ, либо устраняют отражения. Звуковые волны обычно отражаются от стены и мешают другим звуковым волнам, которые генерируются позже. Чтобы предотвратить отражение звуковых волн непосредственно на приемник,вводится диффузор . ^[16] Диффузор имеет различную глубину, заставляя звук равномерно рассеиваться в случайных направлениях. Он изменяет мешающий отголосок звука на мягкую реверберацию, которая со временем затухает.
Дифракция — это изменение распространения звуковой волны для обхода препятствий. Согласно принципу Гюйгенса , когда звуковая волна частично блокируется препятствием, оставшаяся часть, которая проходит, действует как источник вторичных волн.^[17] Например, если человек находится в комнате и кричитпри открытой двери, люди по обе стороны коридора услышат его. Звуковые волны, вышедшие из двери, становятся источником, а затем распространяются в коридоре. Звуки из окружающей среды могут мешать акустическому пространству, как в приведенном примере.

Использование акустического пространства

Применение акустического пространства очень полезно в архитектуре. Некоторые виды архитектуры требуют искусного проектирования, чтобы добиться наилучших результатов. Например, концертные залы, аудитории, театры или даже соборы. ^[18]

Концертный зал – место, предназначенное для проведения концерта . Хороший концертный зал обычно вмещает от 1700 до 2600 зрителей. ^[19] Есть три основных атрибута хорошего концертного зала: ясность, атмосфера и громкость. ^[16] Если сиденья хорошо расположены, зрители будут слышать чистый звук с каждого отдельного места. Для большей атмосферы время реверберации проектируется по желанию. Например, романтическая музыка обычно требует некоторого времени реверберации для усиления эмоций, поэтому потолки концертного зала должны быть высокими.
Scratch Messiah 2015 в Royal Albert Hall , Кенсингтон , Лондон , Соединенное Королевство
Театр – место, предназначенное для живых выступлений. Первоочередным приоритетом для звукового дизайна в театре является речь.^[16]^[19] Речь должна быть слышна отчетливо, даже если это тихий шепот. Реверберация в этом случае не нужна, она прерывает слова, произносимые актерами . Интенсивность должна быть увеличена, чтобы расширить акустическое пространство, охватить театр, не нарушая динамики . В больших театрахнеобходимо использовать усиление .

В соборе (и церкви) есть место, называемое хором , обычно расположенное около трансепта , где в большинстве соборов находится башня. Хор предназначен для пения хора . Для такого пения нужен мягкий облачный звук для создания атмосферы и эмоций. Высота собора не только показывает религиозную гордость, но и улучшает акустику. Когда источник генерирует звук в пространстве, возникает больше реверберации

Смотрите также

Примечания

^ Частота приблизительно равна Гц, если объем помещения, V, измеряется в кубических метрах, а время реверберации, RT60 , измеряется в секундах; эта формула включает приблизительную скорость звука в воздухе. ^[1]^[2] $2000{\sqrt {{\textit {RT60}}/{\textit {V}}}}$

Ссылки

^ Шредер, Манфред (1996). «Возвращение к „частоте Шредера“». Журнал Акустического общества Америки . 99 (5): 3240–3241. Bibcode : 1996ASAJ...99.3240S. doi : 10.1121/1.414868.
^ Дэвис, Дон; Патронис, Юджин; Браун, Пэт (2013). Sound System Engineering (4-е изд.). С. 215.
^ Крокер, Малкольм Дж. (2007). Справочник по контролю шума и вибрации . стр. 54.
^ Фидецкий, Тадеуш. «Акустика помещений и системы звукоусиления». С. Раздел 1.1.
^ Ларсен, Хольгер (1978). Процесс реверберации на низких частотах (PDF) . Технический обзор Брюэля и Кьяера № 4. Брюэля и Кьяера.
^ Бонелло, Оскар Дж. (1981). «Новый критерий распределения нормальных комнатных мод». Журнал Audio Engineering Society . 29 (9): 597–606.
^ Баллоу, Глен. Справочник звукорежиссера . Говард Сэмс. стр. 56.
^ Кокс, Т.Дж.; Д'Антонио, П.; Авис, М.Р. (2004). «Размеры помещения и оптимизация на низких частотах». Журнал Audio Engineering Society . 52 (6): 640–651.
^ "RT60 Reverberation Time" . Получено 2024-03-27 .
^ Беранек, Лео (1954). "Глава 13". Акустика . McGraw Hill Books.
^ Бонелло, Оскар. Классы акустики . Под редакцией CEI, Ingeniería UBA.
^ Реттингер, Майкл (1977). Акустическое проектирование и контроль шума . Нью-Йорк: Chemical Publishing.
^ Кнудсен, Верн Оливер ; Харрис, Сирил М. (1965). Акустическое проектирование в архитектуре . Нью-Йорк: John Wiley and Sons.
^ Бонелло, Оскар (1979). Новый компьютерный метод для полного акустического проектирования вещательных и звукозаписывающих студий . Международная конференция по акустике, речи и обработке сигналов, ICASSP '79. Вашингтон: IEEE.
^ Шефер, Р. М. (2007). «Акустическое пространство». Circuit . 17 (3): 83–86. doi : 10.7202/017594ar .
^ abc Кнудсен, В.; Харрис, К. (1950). Акустическое проектирование в архитектуре . Американский институт физики. С. 1–18, 112–150.
^ Смиттакорн, П.; Зибейн, Г. (2012). Диффузное отражение: архитектурная акустика. Влияние зеркальных и диффузных отражений на воспринимаемое качество музыки . Саарбрюккен, Германия: Lap Lambert Academic Publishing. С. 11–19.
^ Кавано, У.; Точчи, Г.; Уилкс, Дж. (2010). Принципы и практика архитектурной акустики. В Маршалл, Л. (ред.) Акустический дизайн: места для прослушивания . Нью-Джерси: John Wiley & Sons. стр. 133–157.
^ ab Long, M. (2006). Архитектурная акустика. В Levy, M. & Stern, R. (ред.) Общие соображения: дизайн помещений для музыки . Соединенные Штаты Америки: Elsevier Inc. стр. 653–656.

Внешние ссылки

Понимание акустической обработки
Имеет ли значение акустическая обработка?