6.2. Структура звуковых отражений

Уже отмечалось, что время реверберации является общей акустической характеристикой зала. В то же время хорошо известно, что акустические условия в различных зонах зала могут быть далеко не одинаковыми.

Довольно часто залы с одним и тем же временем реверберации имеют совершенно различную акустическую репутацию. Это в первую очередь связано с тем, что начальный участок реверберационного процесса различен в разных точках одного зала и в разных залах.

Данный участок, называемый структурой звуковых отражений, определяется уровнями и продолжительностью запаздывания последовательных отражений по отношению к прямому звуку от излучателя, а также направлением их прихода в точку приема.

Кроме взаимного положения источника и приемника звука структура отражений самым тесным образом связана с размерами зала, а также с очертаниями и отделкой его внутренних поверхностей.

Для примера возможное формирование структуры звуковых отражений показано на рис. 6.4.

К расположенному в зале слушателю сначала приходит прямой звук от источника (оратора, артиста) – луч 0. Путь этого звука до точки приема самый короткий. Затем поступают однократные (1, 2, 3, 4) и многократные (на рисунке не оцифрованы) отражения от отдельных внутренних поверхностей зала.

Время их запаздывания по отношению к прямому звуку определяется разностью путей, проходимых соответствующим отражением и прямым звуком. Разделив эту разность путей на скорость звука, получим время запаздывания отражения.

Уровни отражений (по силе звука) зависят от длины пройденного пути и от звукоотражающих свойств внутренних поверхностей зала. Чем больше пройденный путь и чем больше коэффициент звукопоглощения отражающей поверхности, тем слабее уровень поступающего отражения.

Для акустики зала важное значение имеют времена запаздывания самых первых, наиболее сильных отражений (1, 2, 3, 4 и т.д.), поступающих к слушателю вслед за прямым звуком со сцены (эстрады).

Рис. 6.4. Формирование структуры звуковых отражений в зале:

а) – отражения звука от поверхностей зала;

б) – структура отражений (осциллограмма);

0 – прямой звук; 1– отражение от передней стены; 2–отражение от козырька;

3 – отражение от потолка; 4 – отражение от боковой стены;

5 – реверберационный «хвост»

сильными.

С течением времени число отражений возрастает, они становятся все слабее и слабее, интервал между их приходом к слушателю уменьшается, и наконец они сливаются в так называемый реверберационный «хвост».

Именно этот «хвост» определяет время реверберации зала и является общим для всех его зон.

Последовательность прихода к слушателю самых первых (и ряда следующих) отражений, их относительная интенсивность и направление прихода могут быть иными, чем это показано, к примеру, на рис. 6.4, то есть структура отражений может быть другой. Она в большой мере зависит от размеров и формы зала, а также от отражательных свойств его ограждающих поверхностей. Тогда и акустические качества зала – либо всего в целом, либо отдельных слушательских мест – могут оказаться иными (при том же самом времени реверберации).

Так, например, удалось выяснить, что лучшая акустика типичных старинных концертных залов (прямоугольной формы, небольшой ширины (В20 м) и с высоким потолком (Н 17 м)) по сравнению с широкими и относительно невысокими современными залами в части «пространственности» звучания во многом связана с тем, что к слушателям, вслед за прямым звуком со сцены, сначала поступают сильные отражения от боковых стен, а затем уже потолочные отражения (а не наоборот, как это показано на рис. 6.4). Причем, направления прихода стеновых отражений к уху слушателя сильно отличаются от направлений прихода прямого звука и потолочных отражений.

Картина, аналогичная изображенной на рис. 6.4, получается в результате проведения в зале импульсных измерений.

В ходе измерений воздушный объем зала возбуждается коротким звуковым импульсом, источник которого обычно располагается на сцене или на эстраде. Сигнал, принятый микрофоном в исследуемой точке зала, после усиления и логарифмирования подается на осциллограф для непосредственного наблюдения или фотографирования. Этот сигнал, называемый импульсным откликом зала р(t), дает последовательность при-хода и уровни импульсов, соответствующих прямому звуку и отдельным отражениям от внутренних поверхностей.

Помимо визуального анализа осциллограмм часто проводится и соответствующая обработка импульсных откликов зала для получения некоторых количественных критериев акустического качества зала в целом или отдельных его зон.

Наиболее распространенными являются энергетические критерии на основе функции _, которая равна сумме квадратов звуковых давлений отдельных отражений, поступивших в точку приема к моменту времени t.

В последние годы для нахождения функции Е(t) используется вычислительная техника, обеспечивающая оперативность обработки импульсных откликов и возможность непосредственного получения данных в виде таблиц и графиков.