ПриклАкустика-1_2

Разом з формулами (1) і (2) була запропонована формула

яка відрізняється від формули Ейрінга способом усереднювання коефіцієнтів поглинання i окремих ділянок поверхонь Si . Вона не зовсім точна, зокрема дає парадоксальний результат T 0 , якщо хоч би 1 ñì 2 поверхні має коефіцієнт поглинання 1 .

Окрім поглинання окремими поверхнями, звукова хвиля також поглинається при розповсюдженні в повітрі на відстань x згідно із законом:

E E0e x ,

де E0 – енергія звукової хвилі в точці x 0 ;

- коефіцієнт згасання звуку в повітрі, 1/ ì .

Тоді з врахуванням поглинання в повітрі закон зміни енергії має вигляд:

В результаті для стандартного часу реверберації знаходимо формулу:

ln(1 )S 4 V

Коефіцієнт залежить від вологості повітря і частоти (при

певній температурі) приводиться в довідниках. Найчастіше вологість в приміщенні складає 70%.

Реально поглинання звуку в повітрі враховують в приміщеннях великого об'єму і на частотах не нижче за 2000Гц.

Зразковий вид залежності:

11

10 2

6 6000Гц

4 4000Гц

2 2000Гц

% вологості

0

Рис. 2.4

2.3.5. Акустичне відношення. Еквівалентний час реверберації

Повна енергія в приміщенні складається з суми енергій прямих хвиль і дифузно відбитих, причому поблизу джерела звуку переважає енергія прямого звуку, а при віддаленні від джерела росте внесок дифузної складової енергії.

Акустичне відношення

інтенсивність звуку, яка утворюється джерелом в необмеженому просторі.

12

Щільність дифузної енергії можна визначити як щільність енергії, яка залишилася в приміщенні до моменту першого відбиття, коли енергії прямих хвиль вже не існує:

Wд W0 (1 ) с4PS (1 ).

0

В результаті акустичне відношення дорівнює

N 16 r 2 (1 ) .

S

Радіусом гулкості називають відстань від центру джерела звуку, для якого N 1, тобто Wпр Wд .

Звичайно акустичне відношення визначають для характерних точок приміщення, в яких знаходяться слухачі.

Оптимальні значення акустичного відношення:

-для передачі мови N 0.5 4 ;

-для музичних програм N 2 8 ;

-для органної музики N 10 12 .

Якщо акустичне відношення менше встановлених меж, передача звучить сухо, якщо вище – забруднено.

Виразимо густину прямої енергії через Wд і N :

Lд 10lg Wд .

W0

Якщо загальний рівень енергії в приміщенні складає 60 дБ, то з формули (5)

13

відбувається в результаті зникнення прямого звуку; величина L тим більша, чим ближче ми знаходимося до джерела звуку). Пунктиром показана пряма спаду звуку в дальньому полі, де рівень прямої енергії дуже малий; час спаду відповідає стандартному часу реверберації.

Реально в ближньому полі слухач відчуває ще менший час реверберації.

Особливості психологічного слухового сприйняття дозволяють вважати, що суб'єктивна оцінка тривалості реверберації визначається так званим інтегральним законом, тобто інтегралом рівня в часі:

T'

L(t)dt.

0

Тоді еквівалентний (ефективний) час реверберації, тобто час реверберації, який слухач чує поблизу джерела, знаходиться з рівності площі трикутників:

14

Приміщення діляться на

1)приміщення для прослуховування натурального звучання;

2)приміщення для запису звуку;

3)приміщення для відтворення звуку (кінотеатри).

Перші два типу приміщень діляться на

1)мовні приміщення;

2)музичні приміщення.

2.3.6.1.Оптимальний час реверберації для мовних програм

Існує головний критерій – розбірливість мови.

Розбірливість визначається відсотком артикуляції (А%), одержаним в результаті випробувань, артикуляцій, проведених в приміщенні.

Ідеальною вважається 96% розбірливості (загальної – фразової), незадовільною – 65%.

Експериментально встановлено, що

A% 96 KL KT Kø Kô .

де KL – коефіцієнт гучності звуку; KT – коефіцієнт часу реверберації; Kø – коефіцієнт шумності;

Kô – коефіцієнт форми приміщення.

відповідає ідеальній, і рівень шуму в приміщенні на 15 дБ нижче за рівень звуку (якщо рівень шуму рівний рівню мови, розбірливість знижується до 50%).

0,9

0,6

Рис. 2.7

16

Максимальна розбірливість мови спостерігається при рівні мови 70 дБ і часі реверберації 0,5 с. У діапазоні 50-90 дБ мова має достатньо хорошу розбірливість. При збільшенні часу реверберації розбірливість падає.

Для великих приміщень добуток KL KT слід розглядати

одночасно, оскільки ці коефіцієнти стають взаємозв'язаними.

У приміщеннях великого об'єму гучність звуку зменшується, внаслідок чого падає розбірливість, тобто оптимальна розбірливість наступає при більшій гучності.

0,8

З іншого боку, гучність звуку у великому приміщенні можна підвищити збільшенням часу реверберації (на основі інтегрального

T

закону слухового сприйняття ми реагуємо на величину Ldt ), хоча

0

величина максимальної розбірливості для даного приміщення при

Рис. 2.9

17

Добуток KL KT має оптимум. Час, який відповідає величині

максимальної розбірливості, називається оптимальним часом реверберації.

При збільшенні об'єму приміщення розбірливість падає, а її оптимум наступає при все більших значеннях часу реверберації.

KL KT

V3 V2 V1

TОПТ1 TОПТ 2 TОПТ 3 T , c

Рис. 2.10

Експериментально була встановлена залежність Tî ï ò від об'єму приміщення, яка має вигляд прямої лінії з невеликим кутом нахилу.

TОПТ , c

V , м2

Рис. 2.11

Теоретично така задача була вирішена С.Я. Ліфшицем, який поклав в основу міркувань закон інтегрального слухового сприйняття і

шукав залежність Tî ï ò (V ) , підтримуючи постійним добуток L T . Їм

була одержана формула

Tопт 0, 41 lgV .

Враховуючи, що в приміщеннях великого об'єму час реверберації складає 1-2 с, це припущення не зовсім коректне, оскільки воно придатне для імпульсів тривалістю до 0,7 с, коли ми

18

вважаємо, що енергія, яка надходить в межах цього проміжку часу підсумовується.

Формула Ліфшиця зазнала деяких експериментальних уточнень для різних типів приміщень:

- для мовних аудиторій Tî ï ò 0.3 lgV 0.05 ; - для мовних студій Tî ï ò 0.4 lgV 0.4 ;

- для оперних театрів Tî ï ò 0.4 lgV 0.15 (V - об’єм

-у гулких студіях – не менше 3 с;

-у заглушених студіях – в межах 0.2 0.3 с.

2.3.6.2. Оптимальний час реверберації для музичних залів

Складнішим є питання оптимізації акустичних умов в приміщенні для звучання музики. Акустичний стан залу для звучання музики можна порівняти з якістю інструменту. Тому при оцінці музичного приміщення на перший план виступають естетичні вимоги. Залежно від стилю музики і характеру виконання оптимальний час реверберації виявляється різним.

Наприклад, для музики стилю барокко (Вівальді, Гендель, Бах; 1600-1750 рр.) експерти рекомендують Tî ï ò 1.5 ñ;

для музики класичного стилю (Гайдн, Моцарт, Бетховен; 1750-

1820 рр.) Tî ï ò 1.5 1.7 ñ ;

для романтичного стилю (Шуберт, Мендельсон, Брамс, Вагнер, Чайковській, Штраус; 1820-1890 рр.) Tî ï ò 2 2.3 ñ ;

у разі сучасної симфонічної музики - Tî ï ò 1.48 ñ;

для популярної музики Tî ï ò 1 ñ , причому відхилення від

цих даних в середньому на 0,1 с вже помічається експертами.

Для виконання камерної музики, сольних і хорових програм, невеликих ансамблів оптимальний час реверберації зменшується, але

Оцінка музичного залу багато в чому суб'єктивна. Існує обширний словник, яким користуються музиканти для опису свого враження. Він відрізняється від акустичного словника і навряд чи може бути пов'язаний певним чином з фізичними властивостями залу. Такі слова як "легко", "повітряно", "прозоро" не можна перекласти мовою акустики. Більш того таке просте і відоме поняття "реверберація" не завжди пов'язується музикантами з певними акустичними властивостями.

Автор книги "Акустичні вимірювання" американський учений Беранек розрізняє 18 суб'єктивних оцінок музично-акустичних властивостей. Приведемо основні з них.

– Повнота тону (звучність) визначається відношенням гучності реверберуючого і прямого звуку. Чим більше це відношення, тим вище повнота тону.

Для органної музики в приміщенні з великим часом реверберації таке співвідношення велике, а в малому приміщенні – не вистачає повноти тону.

20