Акустические свойства помещений.

2.6. Акустические свойства помещений.

В помещениях акустические сигналы распространяются не только по прямому направлению от источника звука к приемнику, но и виде отраженной волны. Отражение происходит от стен, пола, потолка помещения и расположенных в нем предметов. При каждом новом отражении часть звуковой энергии звуковой волны поглощается отражающими поверхностями и воздушной средой, а часть ее, в виде частых и убывающих по величине повторений, воздействует на слух, накрадываясь на основной (прямой) звук. Таким образом, поле звуковых волн в помещении формируется из прямой и отраженных волн, образующих так называемое диффузное (рассеянное) звуковое поле. Основными акустическими свойствами помещений являются:

- время реверберации;

- частотная характеристика времени реверберации;

- диффузность звукового поля.

Реверберация – это постепенное затухание звука в помещении (послезвучие). Еще одно определение понятия реверберация – это суперпозиция фаз отраженных сигналов, формируемых одним источником. От скорости замирания звука зависит время существования отзвука в помещении, так называемое время реверберации. Это время тем больше, чем меньше звуковой энергии при отражениях поглощается ограничивающими помещение поверхностями и расположенными в нем предметами. Естественно, что поглощение звука зависит от размеров помещения, свойств материалов, покрывающих стены, потолок и пол, а также от степени заполнения помещения различными предметами. Например, гладкие крашеные маслом стены, застекленные окна, паркет, полированная мебель - хорошие отражатели звука. Энергия звуковых волн при отражении от таких поверхностей теряется небольших количествах. Наоборот, ковры, мягкая мебель, тяжелые матерчатые драпировки – хорошие поглотители; наличие их в помещении резко сокращает время реверберации. Для сравнения помещений по их акустическим свойствам введено понятие времени стандартной реверберации. Временем стандартной реверберации Т называется время, которое необходимо для того, чтобы плотность звуковой энергии в помещении после выключения источника звука снизилась до одной миллионной части своей начальной величины, т.е. уменьшилась бы на 60 дБ. При этом, уменьшение уровня звукового давления должно уменьшаться в 1000 раз.

Частотная характеристика реверберации – это зависимость времени реверберации от частоты акустического сигнала. Энергия колебаний различных частот звукового диапазона поглощаются одними и теми же материалами по-разному. Например, ковры, мягкая мебель, драпировки, да и сами слушатели, заполняющие концертный зал, поглощают энергию более высоких частот сильнее, чем низких. Это приводит к значительному искажению тембра звука. Звучание будет глухим и бубнящим.

Диффузность звукового поля – это равномерность распределения энергии отраженных волн по всему объему помещения, при котором уровень звуковых волн, приходящих в данный момент из разных направлений, одинаков, а фазы случайны.

Измерение времени реверберации.

Как правило, измерение времени реверберации и частотной характеристики реверберации производится совместно. В зависимости от требуемой точности измерения производят в октавном, полуоктавном или третьоктавном режимах. Методика измерения от выбранного режима измерения не меняется, но увеличивается количество измерений. Время реверберации в помещении будет меняться в зависимости от местоположения источника звука. В большинстве случаев, измерение времени реверберации производят для местоположения основного источника звука. Например, в театре это центр сцены. Для получения полной информации о времени реверберации в помещении, измерения должно производиться в нескольких точках. При измерении времени реверберации необходимо придерживаться следующих правил:

1. Источник тестовых акустических сигналов должен иметь диаграмму направленности близкую к сферической.

2. Спектр тестовых акустических сигналов должен быть широкополосным в пределах выбранного режима измерений (октавном, полуоктавном, третьоктавном)

3. Микрофон должен быть направлен на источник акустических сигналов.

Первое правило выполняется за счет использования акустических систем. Минимально допустимой конфигурацией является использование акустической системы из 4 (четырех) громкоговорителей, равномерно распределенных в горизонтальной плоскости. Актуальность второго правила связана с тем фактом, что разные помещения могут иметь собственные резонансные частоты. На рис. 2.35 показано взаимное размещение элементов измерительной системы.

Рис. 2.35. Размещение элементов измерительной схемы при определении времени реверберации.

На рис. 2.36 показана структурная схема источника тестовых акустических сигналов. Генератор шума формирует электрический сигнал с равномерной спектральной характеристикой. Полосой фильтр обеспечивает выделение из исходного спектра полосу частот, соответствующую режиму измерения — октавную, полуоктавную, третьоктавную. Минимально допустимым является измерение времени реверберации в октавной полосе с центральной частотой 500 Гц. На частотах выше 4 кГц измерения времени реверберации как правило не производят.

Рис. 2.36. Структурная схема источника тестовых акустических сигналов при измерении времени реверберации.

Схема синхронизации обеспечивает временные характеристики по формированию тестовых сигналов и включению схемы измерений. Схема синхронизации обеспечивает формирование импульса акустического сигнала и дает команду измерительной схеме на начало фиксации результатов измерений. На рис. 2.37 показаны временные характеристики сигналов на выходе громкоговорителя и на выходе микрофона.

Рис. 2.37. Вид сигналов при проведении измерений времени реверберации.

Измеряя время затухания сигнала после прекращения формирования тестового сигнала можно определить время реверберации. Так как в помещении всегда присутствуют шумовые акустические сигналы, конечным временем измерения выбирают значение уменьшение уровня, не достигающего -60дБ от максимального. Как правило, ограничиваются уменьшением уровня на 30 дБ. На основании измерения определяют время уменьшения уровня акустического сигнала дБ/с и полученные данные экстраполируют до значения -60дБ. При этом необходимо помнить, что линейный характер уменьшения уровня акустического сигнала будет справедлив в случае измерения уровня в логарифмических единицах. Кроме того, за счет резонансных свойств помещения, зависимость изменения уровня сигнала от времени будет иметь неравномерный характер. Пример возможной зависимости уровня затухающего сигнала от времени показан на рис. 2.38. Зависимость затухания уровня сигнала от времени при этом определяют на основании прямой, проходящей примерно через середину флуктуаций уровня.

Рис. 2.38. Вид затухающего акустического сигнала в помещении с наличием акустических резонансов.

Универсальным способом регистрации параметров акустического сигнала при определении времени реверберации является запись посредством оборудования регистрации параметров сигналов. Для помещений ограниченных размеров можно использовать двухканальный осциллограф. Режим развертки при этом выбирается ждущим. Старт развертки производится от схемы синхронизации по завершению тестового акустического сигнала.

В завершении необходимо рассмотреть вопрос о минимальной длительности импульса тестового акустического сигнала. Импульсный сигнал можно рассматривать как амплитудно-модулированный сигнал. Из практики передачи данных известно, что модулирующая частота должна быть как минимум в 10 раз меньше несущей частоты. Исходя из данного соотношения, длительность акустического сигнал на частоте 125 Гц должна быть не менее 80 мс, на частоте 250 Гц не менее 40 мс, частоте 500 Гц не менее 20 мс и так далее.

Результатом измерений является соотношение времени реверберации на разных частотах во всех точках измерений. В идеальном случае, время реверберации имеет одинаковое значение на всех частотах, во всех точках измерений.

Измерение степени диффузности акустического поля.

Для измерения степени диффузности акустического поля используют узконаправленный микрофон. Уменьшение ширины диаграммы направленности производится за счет размещения микрофона в фокусе параболического зеркала. Диаметр параболического зеркала должен быть сопоставим с длиной волны акустического сигнала. При проведении измерений производят изменение положения микрофона в горизонтальной и вертикальной плоскости не изменяя положения и уровня сигнала в месте расположения основного источника звука. Размещение элементов схемы измерений показано на рис. 2.39.

Рис. 2.39. Размещение элементов измерительной схемы при измерении степени диффузности акустического поля.

Минимальный угол поворота микрофона определяется шириной диаграммы направленности параболического зеркала. Необходимо, чтобы диаграммы направленности при смежных положениях перекрывались на 3 … 5%. Для каждого положения микрофона регистрируют значение акустического давления. На основании полученных данных вычисляется среднее значение: . Абсолютное среднее отклонение вычисляют по формуле: . Степень диффузности поля можно определить как: , где , – характеризует уровень энергии, поступающий на микрофон без отражений. Чем меньше это значение, тем более диффузным (равномерным, изотропным) является акустическое поле в помещении.

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 Следующая ⇒