Коэффициент поглощения с позиций волновой теории

Волновая теория дала ответ на вопрос, имеющий практическое значение при сооружении различных залов и аудиторий: почему звукопоглощающие материалы, коэффициенты поглощения которых определены в звукомерной камере, ведут себя в помещении иным образом, как будто их коэффициенты поглощения отличаются от измеренных и указанных в справочниках.

В звукомерной камере материал, как правило, исследуют в диффузном поле. Коэффициент поглощения определяется усреднением по всем углам падения звуковых волн, интегрально. Но коэффициент поглощения многих материалов зависит от угла падения волны. Поэтому поглощение материала в зале даже на близких частотах будет зависеть от типа волны – осевого, касательного, косого. А от образующегося типа волны зависят углы, под которыми волны падают на преграду. Для большинства пористых материалов коэффициент поглощения растет с увеличением угла падения по закону

. (49)

где (0) – коэффициент поглощения при нормальном (перпендикулярном) падении,  – угол падения, т. е. угол между нормалью и направлением падающей на преграду волны (рис.).





Рис. Зависимость коэффициента поглощения  пористого материала от угла падения  звуковой волны

При приближении  к 90 ° величина коэффициента поглощения  резко уменьшается в результате скольжения волны вдоль преграды Поэтому в помещении материал ведет себя иначе, чем в звукомерной камере

Кроме того, из-за нестационарности звукового поля a зависит не только от свойств материала преграды, но и от общего поглощения помещения A = a_срS. Поэтому коэффициент поглощения одного и того же материала в разных помещениях может отличаться в 1,5–2 раза. Правда, учитывая, что оптимум времени реверберации – понятие несколько неопределенное и что расчеты времени реверберации в силу высказанных ранее причин носят приближенный характер, с такими тонкостями поведения звукопоглощающих материалов чаще всего не считаются.

7. Отражение звука

Отражение звука опишем с помощью геометрической теории.

Геометрическая (лучевая) теория акустических процессов в помещениях основана на законах геометрической оптики. Движение звуковых волн рассматривают подобно движению световых лучей. Геометрическая теория лучше применима к анализу акустических процессов в помещениях больших размеров - концертных и театральных залах, крупных студиях.

Рассмотрим процессы, происходящие в помещении при звучании источника (И) с позиции геометрической теории (рис. 15).

Закон отражения

Обозначим источник звука "И", точку приёма "Пр" и рассмотрим отражённые от стен звуки (рис. 1).

В точку приема Пр первым приходит прямой звук от источника И по пути 1, затем – звуки по пути 2, отраженные от ближайших к источнику поверхностей, далее – звуки по пути 3, отраженные от удаленных поверхностей., последними приходят звуки по пути 4, претерпевшие двукратные и более кратные отражения. Количество отражений возрастает пропорционально второй степени времени:

,

и помещение постепенно заполняется звуковой энергией.

Закон отражения: При отражении луча от зеркальной поверхности падающий луч, отраженный луч и нормаль к поверхности лежат в одной плоскости и угол отражения () равен углу падения ().

Под зеркальной поверхностью понимают такую, неровности которой пренебрежимо малы по сравнению с длиной волны (звука или света). Кроме того, закон отражения справедлив, если линейный размер отражающей поверхности много больше длины волны.

Характер отражения зависит от формы отражающей поверхности.

1. О

   А

   тражение звука от плоской поверхности аналогично отражению света от плоского зеркала (рис. 2).

Р ис. 2

Образуется мнимый источник звука И', расположенный симметрично реальному источнику И относительно поверхности.

2. Отражение звука от вогнутой сферической поверхности аналогично отражению света от вогнутого сферического зеркала (рис. 3).

Рис. 3

Звук фокусируется, т. е. мнимый источник звука И' расположен в фокусе, который находится на расстоянии, равном половине радиуса кривизны поверхности.

3. Отражение звука от выпуклой сферической поверхности (колонна, пилястра, крупная лепнина, люстра) аналогично отражению света от выпуклого сферического зеркала (рис. 4).

Рис. 4