2.1. Акустические характеристики помещений.

По акустическим свойствам все помещения в зависимости от соотношения их размеров (высоты Н, ширины G и длины D) могут быть разбиты на три группы:

1. соразмерные, у которых отношение наибольшего размера к наименьшему не превышает пяти;

2. плоские, у которых D/H > 5, G/H ≥ 4;

3. длинные, у которых D/H > 5, G/H < 4.

Если помещение не прямоугольное, то в расчете используют усредненные размеры H, G, D.

Акустическими характеристиками помещений являются:

наименование группы, к которой оно относится в зависимости от соотношения размеров;

средний коэффициент звукопоглощения ограждающих поверхностей помещения α₀:

(1)

где α_Дi – диффузионный коэффициент звукопоглощения элемента ограждающей поверхности с площадью S_огрi, усредненный по углам падения звуковых волн; S_огр – суммарная площадь ограждающих поверхностей, м²;

средняя длина пробега звуковых лучей в помещении между последовательными отражениями :

(2)

где V – объем помещения, м³;

средний коэффициент звукопоглощения в помещении α:

(3)

где m – постоянная затухания звуковой энергии в среде, м^-1;

показатель звукопоглощения в помещении a:

(4)

постоянная звукопоглощения помещения В:

(5)

Со средним коэффициентом звукопоглощения α связана такая характеристика помещения как время реверберации.

Реверберацией называется процесс затухания звука после прекращения работы его источника. Время, в течение которого уровень звука в помещении уменьшается на 60 дБ, называется временем реверберации Т_рев (с). Время реверберации — это экспериментально определяемая характеристика помещения, дающая полное представление о его акустических свойствах.

Для помещений с большим средним коэффициентом звукопоглощения α время реверберации определяют по формуле Эйринга:

(6)

При малых значениях α можно принять ln(1-α) ≈ - α , и из формулы (6) вытекает более простая формула Сэбина

(7)

В соответствии со значением Т_рев помещения подразделяют на «глухие» (Т_рев порядка 0,1 с), «гулкие» (Т_рев порядка 10с) и обычные (0,1с<T_рев<10с). Такое деление, как видно из определений, достаточно условно.

2.2. Распределение звукового поля в помещении

Звуковое поле в закрытом помещении складывается из прямого поля, создаваемого источниками звука, и поля, порождаемого отражениями звука от стен, потолка и пола помещения, а также рассеянием на поверхности находящихся в нем предметов. Для определения ожидаемых уровней шума в различных точках помещения необходимо знать специфику распределения обоих видов полей в помещении. Прямое поле источников звука, определяемое только их излучающими свойствами и совпадающее с полем, которое источник создает в безграничной среде, носит название свободного звукового поля. В помещении звуковое поле следует считать свободным там, где вклад отраженного звука на 10 дБ меньше вклада, даваемого прямым звуком. Область свободного звукового поля зависит от размеров помещения, его конфигурации, поглощающих свойств ограничивающих поверхностей и воздуха, количества источников звука в помещении и т.д. На практике границу этого поля принимают равной (2÷5) l_max [10] (где l_max – максимальный габаритный размер источника).

При размещении источника звука в закрытом помещении излучаемые им волны достигают границ помещения и взаимодействуют с ними. Таким образом, волна будет распространяться в помещении, отражаясь от его границ и теряя энергию, пока не затухнет окончательно и энергия многократно отраженных волн равномерно распределится по помещению. В результате образуется так называемое диффузное (отраженное) звуковое поле. Звуковое поле называют диффузным, если оно, во-первых, однородное (плотность звуковой энергии постоянна в различных точках помещения) и, во-вторых, изотропное (на единичную площадку, помещенную в любой точке поля, падает одно и то же количество энергии в единицу времени независимо от ее ориентации).

Отраженное звуковое поле накладывается на прямое поле источника звука, и в помещении устанавливается суммарное звуковое поле. При этом при непрерывном поступлении звука в помещение плотность энергии суммарного поля и звуковое давление в помещении будут увеличиваться до тех пор, пока не наступит равновесие, т. е. пока скорость поступления энергии от источника звука не сравняется со скоростью поглощения ее в воздухе и на границах помещения. В установившемся в помещении поле можно выделить три области: прямого, отраженного звука и промежуточную. В первой области преобладает свободное звуковое поле, во второй звуковое давление практически постоянно (преобладает диффузное звуковое поле), и в третьей происходит плавный переход от одного вида поля к другому. В помещениях с интенсивным отражением звука от границ переходная область начинается практически от поверхности источника звука. В помещениях с большим звукопоглощением на значительные расстояния простирается область прямого звука. Картина спадов уровней шума в помещениях с различным звукопоглощением представлена на рисунке 3:

Рис. 3. Картина спадов уровней шума в различных помещениях