Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
РАЗДЕЛ 7. АКУСТИКА СТУДИЙ И ДРУГИХ ПОМЕЩЕНИЙ7.1. АКУСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОМЕЩЕНИЙВ системах связи и вещания помещения делят на два типа: такие, из которых ведется передача речи и художественных программ (передающее помещение), и такие, в которых ведется прием этих передач (приемное помещение). Из передающих помещений для вещания основным видом помещений являются студии, хотя в общем случае ими могут быть любые помещения, если, например, надо передавать актуальные программы. К приемным помещениям относятся все помещения, в которых могут находиться слушатели, как то: жилые комнаты, аудитории, концертные залы и театры, кинотеатры, вокзалы, заводские цехи и т.п. В ряде случаев, например при звукоусилении, приемное помещение совмещено с передающим. Для связи используют практически любые помещения, в которых может находиться человек. Студия — это помещение, специально предназначенное для исполнения речевых и музыкальных программ. Радиовещательной или телевизионной называется студия, которая используется для создания программ радио или телевидения. На киностудиях эти помещения называются тонателье, в кинокомплексах телецентров — студиями озвучивания фильмов. Для получения требуемых акустических характеристик помещений проводят их специальную акустическую обработку. Рассмотрим сначала звуковые процессы, происходящие в помещениях, и их влияние на звуковые особенности воспринимаемой слушателями программы. Для помещений простой формы (например, прямоугольной) применяется волновая теория анализа характеристик. Но в инженерной практике пользуются более простыми, хотя и менее строгими, методами расчета, основанными на статистической теории рассмотрения процессов отзвука. Согласно волновой теории собственные частоты
где с — скорость звука В качестве примера на рис. 7.1, а представлен спектр собственных частот воздушного объема помещения с размерами При выключении источника звука процесс затухания колебаний в нем происходит на всех собственных частотах помещения, причем на каждой из них он имеет вид
где Процесс затухания колебаний в помещении носит название реверберации. Кривая затухания звука не имеет монотонной формы из-за биения между Собственными частотами. На рис. 7.1, б изображена примерная временная структура реверберирующего сигнала в предположении экспоненциального затухания, когда уровень отраженных сигналов убывает с течением времени по линейному закону. В начальной стадии процесса отзвука структура отраженных сигналов (эхосигналов)
Рис. 7.1. Спектр собственных частот помещения (а) и временная структура реверберирующего сигнала в нем (б) существенно дискретна. По мере возрастания времени запаздывания эхосигналы сближаются и затем образуют настолько плотную последовательность, что их можно считать сливающимися друг с другом. В случае использования статистической теории реверберации пользуются следующими понятиями и величинами: диффузное поле, средняя длина свободного пробега Диффузное поле — это поле, в котором энергия отраженных звуковых волн преобладает над энергией прямого звука. Отраженные звуковые волны движутся в помещении в различных направлениях. Если отзвук затухает не слишком быстро, то в любой точке помещения число налагающихся друг на друга волн с различными направлениями волнового вектора может быть достаточно большим для того, чтобы средние значения потока звуковой энергии по различным направлениям мало отличались друг от друга. Это свойство поля — равенство средних потоков энергии по различным направлениям — называется изотропией. Изотропия поля способствует равномерному распределению звуковой энергии по объему помещения, т. е. равенству средних значений плотности энергии в различных точках помещения. Это свойство носит название однородности поля. Таким образом, диффузное поле — это однородное и изотропное поле волн, движущихся в результате многократных отражений по всем направлениям. Средняя длина свободного пробега определяется как среднеарифметическое значение длин отрезков между отражающими поверхностями, которые проходят звуковые волны:
Экспериментально установили, что для помещений прямоугольной формы средняя длина свободного пробега может быть определена исходя из его геометрических размеров следующим образом:
где Среднее время свободного пробега определяется как отношение средней длины свободного пробега к скорости звука
Средний коэффициент поглощения. При каждом отражении сигнала от поверхности происходит поглощение некоторой части энергии сигнала
Если помещение состоит из
Величина Реверберация. Представление о диффузном звуковом поле в помещениях и связанное с ним представление о возможности использования статистических величин Можно получить, что в процессе нарастания плотность звуковой энергии в помещении увеличивается по закону:
Пусть в помещении достигнуто стационарное значение плотности энергии
После преобразования можно получить следующее выражение для определения уменьшения плотности энергии:
На рис. 7.2 представлены кривые, отображающие ход изменения вовремени плотности звуковой энергии
Рис. 7.2. Кривые процесса нарастания и снижения звуковых сигналов в линейном (а) и логарифмическом (б) масштабах роль, чем процесс нарастания звука, так как он более растянут во времени. Кривые на рис. 7.2 — идеализированные. В реальных условиях они получаются не такими плавными и монотонными, а несколько нестационарными. Время реверберации (или стандартное время реверберации) — это такой интервал времени, в течение которого уровень звукового давления уменьшается на Время реверберации можно определить из последней приведенной формулы, подставив в нее
Отсюда находим
Сделав некоторые преобразования, получим самую распространенную формулу для определения времени реверберации, называемую формулой Эйринга:
где V — объем помещения; Переход от среднего коэффициента поглощения Как видно из рисунка, при небольших значениях среднего коэффициента поглощения
На высоких частотах (обычно свыше 2 кГц) нужно считаться с тем, что звуковая энергия поглощается не только при отражениях, но и на пути свободного пробега вследствие вязкости и теплопроводности воздуха. С учетом этого фактора формула Эйринга принимает вид
где
Рис. 7.3. Кривые коэффициента поглощения Эквивалентное время реверберации. Кроме стандартного времени реверберации, введено понятие эквивалентного времени реверберации, под которым подразумевают ощущаемое на слух вреля реверберации. Оно зависит от акустического отношения
Результирующее время реверберации относится к понятию связанных помещений. Связанными помещениями называют помещения, в одном из которых находится первичный источник звука (это помещение называют первичным), в другом — слушатели (это помещение называют вторичным) — рис. 7.4, б. Связанные помещения могут иметь обратную связь, когда звуковые колебания из вторичного помещения могут переходить в первичное (обычно по акустическому каналу, например, через отверстия в смежной стене),
Рис. 7.4. Кривые эквивалентной и результирующей реверберации На рис. 7.4, в приведены идеализированные кривые затухания уровня звукового давления в первичном Результирующее время стандартной реверберации во вторичном помещении приближенно определяется по формуле Грез Акустическое отношение и радиус гулкости также являются важнейшими характеристиками помещения. Акустическое отношение — отношение плотности энергии отраженных звуковых волн (диффузной составляющей звукового поля) к плотности энергии прямого звука, или, что то же самое, отношение квадратов звуковых давлений диффузного поля и поля прямого звука
Акустическое отношение в децибелах Акустическое отношение определяют для характерных точек помещения, в которых находятся слушатели (наиболее удаленных от источников звука, наиболее близких к ним, для точек с минимальным уровнем прямого звука и максимальным уровнем диффузного поля). Акустическое отношение для одиночного источника звука в заданной точке помещения для сферической волны
где Значения акустического отношения и уровня прямого звука для ряда конкретных Случаев расположения громкоговорителей и их расчет см. в разд. 8. Оптимальное значение акустического отношения для передачи речи находятся в пределах Радиусом гулкости называют расстояние от центра источника звука, для которого акустическое отношение равно единице, т. е. в этих точках уровни прямого и диффузного звуков равны друг другу. Для одиночного источника звука радиус гулкости
Кроме акустического отношения, введено понятие четкости реверберации, под которой подразумевают отношение суммы плотностей энергии (или квадрата звукового давления) прямого звука и отраженных звуковых волн, приходящих к слушателю через время менее Время запаздывания первых (ранних) отражений и их структура, наряду с временем реверберации, имеет первостепенное значение для оценки зала. Отсутствие первых отражений в партере театра является одним из частых и типичных недостатков зала. Впечатление слушателя о размерах зала определяется именно временем запаздывания первого отражения относительно прямого звука. Зал обладает акустической близостью, если исполняемая в нем музыка звучит так же, как и при исполнении в малом зале — «камерно». Время запаздывания первых отражений в таких залах не превышает Субъективная оценка акустика зала — это вопрос весьма проблематичный. Трудности оценки определяются, во-первых, отсутствием необходимых понятий, которые могут характеризовать все свойства звучания и описания этих свойств; во-вторых, отсутствием до настоящего времени четких физических объективных критериев, с которыми можно было бы сопоставить данные субъективной оценки. Существует обширный словарь, которым пользуются музыканты для описания своего впечатления при слушании музыки. Этот словарь существенно отличается от того, которым пользуются акустики и вряд ли может быть связан с определенными физическими свойствами зала. Такие слова, как «воздушно», «превосходно», «восхитительно» невозможно перевести на язык конкретных понятий акустики. Более того, даже такой известный и наиболее простой физический критерий, как реверберация, далеко не всегда увязывается в представлении музыкантов с определенными акустическими свойствами. Изучением субъективных характеристик зала много занимался Полнота тона (звучность). В студии или концертном зале звук продолжает существовать в течение примерно двух секунд после того, как звук самого инструмента уже прекратился. Полнота тона зависит от совместного действия собственно времени реверберации и отношения громкости реверберирующего и прямого звука. Чем больше отношение громкости реверберирующего звука к прямому, тем больше полнота тона. Для каждого жанра музыки характерно определенное соотношение. Так, старинные псалмы и органная музыка написаны для церквей — помещений с большей реверберацией и большим соотношением реверберирующего и прямого звука. В помещении с малой реверберацией таким произведениям не хватает полноты тона и они теряют свое обаяние. Громкость прямого звука определяется не только им самим, но и первыми отражениями, которые создаются ближайшими к инструменту поверхностями. Отношение громкости прямого и реверберирующего звукрв определяется таким образом временем реверберации и формой околосценического пространства (портальная часть зала). Отчетливость звучания определяется как музыкальными факторами, так и акустикой помещения. Различают два вида четкости музыкального звучания — горизонтальную, т. е. отчетливость звучания последовательных тонов в мелодии, и вертикальную — отчетливость одновременно звучащих тонов в гармонии. Акустические факторы, влияющие на горизонтальную четкость времени реверберации, и отношение громкости прямого и реверберирующего звука определяют полноту тона, но в обратном отношении. Из музыкальных факторов на горизонтальную четкость влияют темп исполнения и мастерство исполнителя. Вертикальная четкость определяется особенностями музыки, подбором одновременно звучащих тонов, исполнением, способностями слушателя. Акустические факторы, влияющие на вертикальную четкость, включают в себя баланс между различными инструментами, степень смешиваемости звуков различных инструментов, реверберацию, отношение громкости прямого и реверберирующего звуков. Интимность (буквальный перевод с нем. и англ.), — присутствие, камерность, близость — помогает слушателю составить представление о размерах помещения, в котором исполняется произведение. Музыка звучит
Рис. 7.5. Спектральные уровни шумов в помещениях так, как если бы она исполнялась в помещении малого размера. Интимность определяется временем запаздывания первого отражения. В залах, имеющих интимную акустику, ограждающие поверхности устроены таким образом, что отражение от них приходит с запаздыванием в пределах Теплота (полнота басового тона) определяется как звучность басов по сравнению с звучностью средних тонов. Теплота обеспечивается в случае, когда время реверберации для низких частот равно или несколько больше реверберации на средних частотах. Громкость прямого звука уменьшается с удалением от сцены. Наиболее благоприятным расстоянием при прослушивании прямого звука от оркестра является расстояние Баланс обеспечивается совместным действием многих факторов музыкального и акустического характера. Баланс должен иметь место как между разными группами инструментов оркестра, так и между оркестром, с одной стороны, и солирующим инструментом, с другой стороны. Баланс зависит от особенностей околосценического пространства, размещения оркестрантов и способностей дирижера и исполнителей. Ансамбль. Ритмическая точность исполнения отдельных партий определяется тем, насколько хорошо музыканты слышат друг друга. Таким образом, чувство ансамбля зависит с акустической стороны от конструкции сцены или отражающих поверхностей вблизи оркестра. Помимо этих качеств, характеризующих акустику зала, следует упомянуть такие, как яркость (наличие высоких частот), быстрота отзвука помещения, диффузность. Вне всякого сомнения, что в зале не должно образовываться эха и прослушиваться шум. Акустические шумы являются одной из характеристик помещения. Эти шумы складываются из шумов от источников шума, находящихся в данном помещении, и из шумов, проникающих из других помещенийи с улицы. Шумы первого типа создаются людьми и аппаратурой, находящимися в данном помещении. На рис. 7.5 приведены спектральные уровни шумов, создаваемых людьми — так называемый речевой шум (кривая 1 соответствует речевому шуму в большом помещении, кривые 2 — в жилой комнате), а также нормы на шумы для предприятий связи: 3 — для цеха сортировки посылок; 4 — для стативного зала АТС, 5 - для цеха обработки периодической печати, 6 — для операционного зала. В табл. 7.1 приведены уровни звукового давления в октавных полосах, создаваемых в Таблица 7.1. (см. скан) Уровни шумов в производственных помещениях Таблица 7.2. Расчетные уровни шумов в цехе сортировки производственных помещениях связи. Некоторые из этих данных пересчитаны в спектральные уровни и также приведены на рис. 7.5 (кривые 3—6). Если эти шумы превышают допустимые санитарные нормы, то стремятся снизить их. Одним из методов снижения уровня шумов является увеличение общего поглощения в помещении путем покрытия стен, потолка и пола материалами, эффективно поглощающими звук. Пример. В цехе сортировки писем и посылок (уровни шумов см. в табл. 7.1) необходимо снизить шумы. Посмотрим, насколько можно снизить их путем обработки поверхностей помещения. До обработки средний коэффициент поглощения на всех частотах составлял 0,03 (типовая облицовка поверхностей помещений). Применяя специальные материалы, можно повысить средний коэффициент поглощения на всех частотах до 0,3. Уровень звукового давления в установившемся режиме Следовательно, уровни шумов будут около предельного спектра Сравнение фактических уровней и уровней предельного спектра показывает, что на частоте 63 Гц уровень получился на 3 дБ ниже предельного, на частотах
|
1 |
Оглавление
|