Радиосвязь радиовещание телевидение

(2.13)

где  - коэффициент звукопоглощения при угле падения звуковой     волны.

 Поверхности преград пустого  помещения, обработанные разными  материалами с коэффициентами  звукопоглощения a₁, a₂, ... a_n при площади поверхности каждого из них соответственно равной S₁, S₂, ... S_n образуют общий фонд звукопоглощения :

	(2.14)

Здесь S₁+S₂ + ... + S_n = S -  суммарная площадь всех поверхностей помещения

Дополнительный фонд звукопоглощения помещения образуют люди, предметы обстановки (в отношении которых трудно оценить занимаемую ими площадь). Если известны общее число единиц звукопоглощения для каждого такого объекта (A₁, A₂,..., A_k) и их количество в помещении ₁, ₂, ..., _k, то дополнительный фонд звукопоглощения равен .

Экспериментальные оценки акустических параметров студий и залов многоцелевого назначения показали, что, кроме основного и дополнительного фондов звукопоглощения необходимо учитывать еще и так называемый добавочный фонд звукопоглощения   A_доб = a_добS,  

где a_доб - коэффициент добавочного звукопоглощения, учитывающий проникновение звуковых волн в различные щели и отверстия помещения, колебания разнообразных гибких элементов, поглощение звука осветительной арматурой и т.п. Значения a_доб зависят от частоты (табл. 2.2).

Таблица  2.2

Наименование студии	Значение aдоб.  на частотах ,  Гц
	125	250	500 -  2000
Средняя музыкальная, малая  музыкальная, камерная	0,075	0,06	0,03
Большая музыкальная	0,09	0,075	0,04

 

Заметим, что если при проектировании студий не учитывается добавочный фонд звукопоглощения, то время реверберации в области нижних частот часто оказывается много меньше расчетного.

Общее звукопоглощение в помещении

(2.14а)

где выражены в единицах звукопоглощения.

 Под единицей звукопоглощения  понимается поглощательная способность  1 м² условного материала, имеющего a=1 (b=0) т.е. полностью поглощающего падающую на эту поверхность звуковую энергию.

Среднее значение коэффициента звукопоглощения для помещения (2.15)

(2.15)

соответствует условному материалу, которым можно было бы обработать поверхности помещения, обеспечив  поглощение звуковой энергии, свойственное данному конкретному помещению, поверхности которого обработаны разнородными материалами. Иными словами, среднее значение коэффициента звукопоглощения представляет собой величину, учитывающую разнообразие углов падения звуковых волн на отражающую поверхность, различие поглощающих свойств материалов, которыми обработаны поверхности помещения, наличие в последнем звукопоглощающих предметов.

 

 

Средняя длина и среднее  время пробега звуковой волны  в помещении.

 

Путь звуковой волны (рис.2.4,а), многократно отразившейся от поверхностей помещения можно представить в виде ломаной линии, составленной из отрезков l₁, l₂, …. l_m. Длина каждого такого отрезка соответствует свободному пути, пройденному звуковой волной между двумя соседними отражениями.

Если значения l₁, l₂, …, l_m известны, то среднюю длину свободного пробега звуковой волны можно найти как

 

(2.16)

 

Рис. 2.4. Распространение звуковой волны в помещении (а) и отражение звуковой волны от пары взаимно параллельных поверхностей (б)

 

Очевидно, что длины отрезков l_m, l_m, …, l_m зависят от формы и размеров помещения, от местоположения источника звука 1 и микрофона М (см. рис. 2.4,а). Вычисление l_ср по формуле (2.16) встречает ряд трудностей. Во избежание их предположим, что звуковая волна распространяется между парой параллельно расположенных ограждающих поверхностей помещения (рис. 2.4,б).

Длина свободного пробега звуковой волны, многократно отражающейся от пары взаимно параллельных ограждающих поверхностей помещения, пропорциональна расстоянию между ними ( l, h или b) и определяется одним из равенств

l1 = k1l;

l2 = k2h;

l3 = k3b;

(2.17)

Число отражений звуковой волны  от каждой пары таких взаимно параллельных поверхностей в единицу времени соответственно будет

(2.18)

Величину l_ср можно найти как отношение пути, пройденного звуковой волной в единицу времени (C_зв),   к общему числу отражений за это время          (n₁ + n₂ + n₃) от всех поверхностей помещения:  

l_ср = C_зв/(n₁ + n₂ + n₃)

 Расчеты показывают, что для  разных объемов коэффициенты k_i, k₂, k₃, мало отличаются друг от друга и близки к 2. С учетом этого

lср = 4V/S.

(2.19)

Из (2.19) следует, что наибольшая длина среднего пробега звуковой волны будет свойственна шару, который, как известно, имеет наибольший объем V при наименьшей площади S, ограничивающей это тело поверхности. При V = const для тел любой другой формы, включая и параллелепипед, l_ср будет меньше.

Среднее время свободного пробега  звуковой волны

(2.20)

Среднее число отражений звуковой волны от поверхностей помещения  в единицу времени

 

(2.21)

 

 

 

2.5. Структура и слуховое восприятие реверберационного процесса в помещении

На микрофон, установленный в  помещении, воздействуют звуковые волны, приходящие от источника звука кратчайшим путем (прямой звук), и большое число  волн, отраженных от поверхностей этого  помещения (отзвуки). Последние образуют реверберационный процесс помещения и отличаются от прямого звука уровнем, спектральным составом, временем и направлением прихода. Пространственность реверберационного процесса является важнейшей его особенностью, существенно улучшающей восприятие всех его временных и частичных изменений благодаря присущей слуху избирательной способности по направлению. Это свойство слуха называют пространственной демаскировкой. Аналитически реверберирующий сигнал s(t) можно представить в виде

 

(2.22)

где и - соответственно амплитуда и время запаздывания i-го отзвука (для сигнала прямого звука i = 0);

x(t) - временная функция сигнала,  излучаемого источником звуковых  колебаний. 

 

 

 

Рис. 2.5. Уточненная временная структура реверберационного процесса в помещении (а) и содержащиеся в нем группы периодически следующих отзвуков (б)

Типичная картина реверберационного  процесса для помещения любой формы изображена на рис. 2.5,а. По оси ординат отложены уровни сигналов прямого звука и отзвуков, по оси абсцисс - время их поступления в точку приема звука. В начальной стадии временная структура реверберационного процесса дискретна. С увеличением времени запаздывания отраженных сигналов их количество возрастает, а временные интервалы между ними уменьшаются. Уровень отзвуков с течением времени постепенно уменьшается. Данный процесс имеет флуктуационный характер. Этот начальный участок реверберационного процесса несет информацию о геометрических размерах помещения, его объеме, определяет такую важную особенность восприятия, как пространственность звучания, а также свойственную помещению специфическую окраску звучания. Завершающий участок реверберационного процесса характеризуется поступлением в каждый момент времени достаточно большого числа отраженных сигналов. Он определяет свойственную помещению гулкость звучания.

Заметим, что достаточно полного "перемешивания" отражений можно ожидать не ранее  как через 100 мс, а в больших  помещениях - и через 200 мс. Звуковое поле в помещении приближается к диффузному не раньше указанного промежутка времени и применительно к реверберационному процессу можно говорить о динамической диффузности звукового поля в помещении, возрастающей к завершающей части реверберационного процесса. Лишь после этого момента может наблюдаться подчиняющийся статистическим законам экспоненциальный спад энергии поля реверберирующего звука.

Между сигналом прямого звука и  завершающим участком реверберационного  процесса располагаются ранние отражения. Их интенсивность, направления прихода к слушателю, время запаздывания по отношению к сигналу прямого звука определяют плохие и хорошие места в зале. Картина ранних отражений индивидуальна для каждого слушательского места. Заметим (за исключением крайних случаев), что слушатель концерта или оперы воспринимает лишь от 5 до 20 % общей энергии в виде прямого звука, 10 % энергии приходится на завершающий участок реверберационного процесса. Остальное, примерно 70...80 %, - это энергия дискретных отражений. Многие авторы утверждают, что начальная часть реверберационного процесса гораздо важнее для субъективного восприятия, чем завершающий его участок, когда процесс формирования структуры поля уже завершился и начинается спад энергии по экспоненциальному закону.

В дискретной части реверберационного  процесса следует различать условно  ранние и поздние отражения. Граница  между ними лежит вблизи 50 мс для  речи и 80 мс для музыки. Многочисленными  экспериментальными'наблюдениями отмечена важная роль первых (ранних) дискретных отражений в создании эффекта пространственного восприятия звучаний речи и музыки. При звучании музыки максимальный эффект пространственности и прозрачности звучания достигается, если первое отражение запаздывает по отношению к сигналу прямого звука примерно на 20...30 мс, а первые три запаздывающих сигнала размещаются в интервале 45...75 мс.

 

 При звучании речи высокая  разборчивость достигается, если  первый запаздывающий сигнал  приходит не позже 10... 15 мс после  сигнала прямого звука, а первые три отражения - в интервале 25...35 мс. Увеличение времени запаздывания первого отражения усиливает и здесь эффект пространственности звучания, но при этом, как правило, снижается разборчивость. Отсутствие участка дискретных отражений приводит к ощутимому ухудшению качества звучания. Можно сказать, что самые ранние отражения повышают разборчивость и прозрачность, а более поздние - пространственное впечатление. Первый запаздывающий сигнал, как правило, приходит, отразившись от потолка. Отражения от боковых стен, приходящие в интервале времени от 25 до 80 мс, могут одновременно повышать как прозрачность, так и пространственное впечатление. Пространственность прихода ранних отражений - очень важная особенность дискретного участка реверберационного процесса в помещении.

Влияние помещения достаточно полно  характеризуется его импульсным откликом

(2.23)

где и - соответственно амплитуда и время запаздывания сигнала i-го            отзвука;

 t- текущее время реверберационного процесса;

-дельта-функция;

(2.24)

      - весовая функция, учитывающая "память" слуха;

 Т - постоянная времени слуха,  характеризующая интервал времени,  в течение которого слуховое ощущение уровня громкости уменьшится на 8...10 фон, считая с момента выключения источника звука.

По некоторым данным Т = 150...200 мс.

 

 

2.6. Статистическая теория акустических процессов в помещениях

 

Общие сведения.