ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОМЕЩЕНИЯ.

Акустическое отношение. Звуковое поле в по­мещении можно представить как сумму составляющих поля «прямого» звука, создаваемого звуковыми волна­ми, не испытавшими ни одного отражения, и поля, соз­даваемого отраженными звуковыми волнами. Поле от­раженных звуковых волн почти всегда можно считать, близким к диффузному. Поэтому эту составляющую по­ля часто и называют диффузной составляющей.

Отно­шение плотности энергии отраженных звуков к плотно­сти энергии прямого звука, т. е. R = ε_диф/ε_пр или

называют акустическим отношением. Переходя к уровням, имеем

Величину ΔL_R называют также акустическим отноше­нием, выраженным в децибелах,

Отраженные звуковые волны в той или иной степе­ни являются помехами, поэтому акустическое отноше­ние — характерный показатель акустических свойств, помещения в установившемся режиме.

В реальных условиях акустическое отношение для удаленных точек помещения в редких случаях бывает меньше единицы, а иногда доходит до 10—15, т. е. уро­вень отраженных волн, как правило, выше уровня по­ля прямого звука.

Если акустическое отношение велико, то это свиде­тельствует о высоком уровне отраженных звуков, за­паздывающих по отношению к прямому звуку и являю­щихся помехами для его восприятия. Например, при акустическом отношении больше четырех отраженный звук уже создает большие помехи для приема речи. Для музыкальных передач акустическое отношение больше 6—8 (а для органной музыки 10—12) не реко­мендуется. При малом акустическом отношении (менее двух) музыка звучит сухо. Для речи допускается акус­тическое отношение немного меньше единицы. Расстоя­ние от источника звука, для которого R = l, называют радиусом гулкости, так как при больших расстояниях диффузная составляющая становится больше состав­ляющей прямого звука (в звучании появляется гул­кость) .

Четкость звучания. Акустическое отношение полностью не характеризует восприятие звука в помещении. Поэтому ввели еще одно понятие—четкости звучания. Под ним понимается отношение плотности энергии прямого звука ε_пр, суммируемого с плотностью отраженных звуковых волн, приходящих в данную точку помещения в течение τ=60 мс после прихода прямого звука ε_τ≤60 мс к общей плот­ности энергии:

Четкость звучания характеризует относительную величину всей полезной энергии ε_пол (включая и полезную часть энергии отра­женных звуков в общей плотности энергии).В этом ее преимуще­ство перед акустическим отношением. Чем больше четкость звуча­ния, тем меньше влияют помехи от запаздывающих лучей из-за явления реверберации. Из-за трудности измерения этой величины она пока ненормирована.

Время реверберации. Основная характери­стика помещения — время реверберации, т. е. время затухания звука. Поскольку средние уровни сигналов в помещении значительно выше уровней шумов в них и, конечно, значительно выше порога слышимости, то условились оценивать процесс затухания звука време­нем уменьшения плотности энергии и интенсивности звука в 10⁶ раз, а по звуковому давлению в 10³ раз. Это время называют временем стан­дартной реверберации. В литературе очень часто его называют просто временем реверберации.

Для случая малых коэффициентов поглощения время стандартной реверберации

Эта формула называется формулой Сэбина. Как видим, время стандартной реверберации обратно пропорцио­нально общему поглощению помещения.

В реальных поме­щениях (кроме специальных) время стандартной ревер­берации бывает в пределах от нескольких десятых се­кунд до нескольких секунд. Помещения с малым вре­менем реверберации называют заглушёнными, а с боль­шим — гулкими.

Здесь следует сказать, что постоянная времени слуха, находящаяся в пределах 125—150 мс, соответствует времени стандартной реверберации около 0,85—1,05 с, так как согласно общему определению пос­тоянная времени соответствует уменьшению звукового давления в e раз, т. е. на 8,68 дБ. Откуда T_суб = 60x125/8,68 = 850 мс. Следовательно, время реверберации ниже 0,85 с менее заметно для слуха из-за маскировки собственным процессом затухания колебаний в ухе.

При распространении звука в воздухе происходит затухание колебаний из-за вязкости среды и, вследствие этого, как бы увеличивается поглощение a′S. При рас­чете времени реверберации к поглощению помещения добавляют поправку на затухание энергии в воздухе. Поправка зависит от объема, поскольку энергия зату­хает по всему помещению. Чтобы привести это затуха­ние к поверхностному, введен коэффициент затухания μ, обратно пропорциональный линейным размерам поме­щения. Таким образом, получается дополнительное пог­лощение, обусловленное вязкостью и равное 4μV, a время стандартной реверберации будет опреде­ляться выражением

Эта формула носит название полной формулы Эйринга.

Дополнительное поглощение обычно невелико, с ним приходится считаться только в больших помещениях и притом на частотах выше 1000 Гц.

Для связанных помещений результирующее время стандартной реверберации будет больше наибольшего времени реверберации, так как результирующий про­цесс определяется реверберацией в наименее заглушён­ном помещении. Поэтому результирующее время стан­дартной реверберации

где поправочный коэффициент k=f(Т_мин/Т_макс) изменя­ется в пределах 1—1,21.

При равенстве времен реверберации в обоих поме­щениях результирующее время увеличивается на 21 % по отношению к времени реверберации в несвязанном помещении. С таким увеличением времени ревербера­ции в связанных помещениях на практике часто прихо­дится считаться. Так, при передаче какой-либо про­граммы из студии в помещение, в котором она прослу­шивается, можно создать условия слушания или такие, как в студии, если в ней время реверберации большое (это делают при передаче музыкальных программ, что­бы слушателю казалось, что он находится в большом помещении), или такие, как в зале для прослушивания (в этом случае в студии время реверберации должно быть значительно меньше, чем в зале для прослуши­вания).

Эквивалентная реверберация. При вык­лючении источника уровень звука резко снижается, как только исчезнет прямой звук. Затем снижение уровня идет более или менее равномерно в зависимости от диффузности поля. На рис. 7.8 (кривая 1) показан несколько идеализированный процесс,

Рис. 7.8. К определению эк­вивалентной реверберации: 1 — затухание уровня при нали­чии диффузного поля; 2 — фак­тический ход кривой затухания уровня (при измерении времени реверберации); 3 — эквивалент­ная реверберация, воспринимае­мая слухом

когда поле чисто диффузное. Там же приведены кривая 2 затухания зву­ка в реальных условиях, т. е. при наличии значительно­го уровня прямого звука, и кривая 3, показывающая как затухание звука воспринимается слухом. Если на­чальный уровень равен 60 дБ, то соответственно изме­ренные время реверберации и время Т_экв, ощущаемое на слух, будут отличаться тем значительней, чем мень­ше акустическое отношение. Ощущаемое время ревер­берации называют эквивалентной реверберацией. Из графика следует, что это время связано с временем стандартной реверберации Т и акустическим отношени­ем R следующим выражением :

(7.18)

где Т_экв — время эквивалентной реверберации; tэ — вре­мя, в течение которого слух достаточно хорошо инте­грирует процессы. Это время измерено, оно оказалось приблизительно равным 0,2 с, что несколько превышает постоянную времени слуха.

Эквивалентная реверберация уменьшается при приб­лижении к источнику звука, так как уменьшается акустическое отношение, и это хорошо ощущается слуша­телями. А в удаленных точках зала, где акустическое отношение наиболее велико, всегда ощущается боль­шая гулкость, чем в других точках помещения.

Оптимальная реверберация. Если в по­мещении, в котором исполняется музыкальная програм­ма или произносится речь, время реверберации очень велико, то художественность исполнения музыки силь­но страдает из-за большой гулкости, а речь становится неразборчивой из-за «наплывов» одного звука на дру­гой. С другой стороны, если время реверберации очень мало, то музыка и речь звучат резко, отрывисто. Толь­ко при вполне определенном времени стандартной ре­верберации звучание получается наилучшим. Соответ­ствующее время реверберации называют оптимальной реверберацией. Оказывается, что для разных видов про­грамм оптимальное время реверберации различно (рис. 7.9). Для информационной речи оно наименьшее по сравнению с другими видами программ. Для органной музыки наоборот — время реверберации наибольшее. Для симфонической музыки оптимальная реверберация получается большая, чем для камерной. Ясно, что для кинотеатров по сравнению с театрами время ревер­берации должно быть меньше, так как оно увеличивается из-за связанности кинотеатра с ки­ностудиями. Экспериментально установлено, что оптимальная реверберация зависит от объема помещения (см. рис. 7.9). Было высказано не­сколько гипотез о причинах этой зависимости. Наиболь­шее распространение получила гипотеза Лифшица, основанная на том, что один и тот же естественный ис­точник звука (например, симфонический оркестр) в большом помещении создает меньший уровень звука, чем в малом. Для компенсации этого явления необходи­мо время затухания звука в большом помещении сде­лать более длительным по сравнению с малым.

Рис. 7.9. Зависимость оптимальной реверберации для частоты 500 Гц от объема помещения: 1 — для речевых передач; 2 — для малых музыкальных форм и оперных теат­ров; 3 — для концертных залов (симфоническая музыка); 4 — для органной музыки;

Из графиков рис. 7.9 следует, что для передачи ин­формационной речи время оптимальной реверберации на частоте 500 Гц не превышает 1 с, т. е. почти не пре­вышает времени субъективной реверберации. В кон­цертных залах она находится в пределах 1—1,7 с.

Оптимальная реверберация зависит от частоты. Так, для речевых информационных передач оптимальное время реверберации уменьшается в сторону низких ча­стот, т. е. на низких частотах, имеющих в речи самые высокие уровни и наименее информативные, необходи­мо более быстрое затухание акустических процессов, чем на средних частотах. На высоких частотах опти­мальное время реверберации также должно быть меньше, чем на средних.

Рис. 7.10. Частотная зави­симость времени опти­мальной реверберации: 1 — для музыкальных про­грамм; 2 — для речевых пе­редач

Объясняется это тем, что высо­кочастотные звуки имеют в большинстве своем мень­шую длительность, чем звуки других диапазонов, и по­этому наличие более длительных процессов затухания будет их маскировать. На рис. 7.10 приведена относи­тельная зависимость оптимальной реверберации от ча­стоты для речевых и музыкальных передач в форме допусков, в которые следует укладываться при реали­зации времени реверберации в помещении.

Слитность звучания. В ряде случаев нерав­номерность распределения энергии в помещении на­столько велика, что в кривой затухания появляются значительные максимумы с запаздыванием более чем на 50 мс по отношению к моменту выключения источ­ника звука, в результате чего прослушивается эхо. Иногда получается многократное эхо. Появление эха возможно при наличии в помещении различных концен­траторов энергии в форме куполов, а также при боль­ших размерах помещения с малым коэффициентом пог­лощения на параллельных плоскостях (стенах помеще­ния), удаленных друг от друга. К появлению эха так­же приводит наличие различного рода резонаторов с малым поглощением.

Акустические шумы в помещениях. Акустические шумы в помещениях ограничивают дина­мический диапазон передачи как художественных про­грамм, так и информационных, ухудшая качество зву­чания первых и снижая разборчивость речи для вторых. Эти шумы создаются как самими слушателями, так и шумами и вибрациями, проникающими в помещение извне (с улицы или из соседних помещений). Уровни шумов, создаваемые публикой, достаточно хорошо ис­следованы; их спектры и уровни обычно приводятся в различных справочниках. Уровни шумов, проникающих извне, определяются звукоизоляцией помещения и уров­нями шумов с наружной его стороны. Аналогично опре­деляются и уровни шумов, создаваемые вибрациями, проникающими извне.