4.7 Общие сведения об акустике

Аку́стика (от греч. аку́о — слышу) — наука о звуке, изучающая физическую природу звука и проблемы, связанные с его возникновением, распространением, восприятием и воздействием. Акустика является одним из направлений физики (механики), исследующее упругие колебания и волны от самых низких (от 0 Гц) до высоких частот. Акустика является междисциплинарной наукой, использующей для решения своих проблем широкий круг дисциплин: математику, физику, психологию, архитектуру, электронику, биологию, единицу, гигиену, теорию музыки и другие.

Иногда под акустикой также понимают акустическую систему — электрическое устройство, предназначенное для преобразования тока переменной частоты в звуковые колебания при помощи электро-акустического преобразования. Также термин акустика применим для обозначения колебательных свойств какой-либо системы, например «акустика помещения».

Акустическое качество зала (зоны слушательских мест) в конечном счете, определяется субъективной оценкой условий слухового восприятия речевых и музыкальных программ. Объективные параметры звукового по­ля надежно характеризуют акустику зала лишь в том случае, когда между ними и субъективными критериями существуют достаточно прочные кор­реляционные связи. Такие связи в настоящее время установлены для залов с речевыми программами. В области акустики музыкальных залов поиски связей субъективных и объективных оценок все еще остаются предметом исследований.

Слышимость речи. Основной субъективный фактор, определяющий качество передачи речи в помещении, - ее разборчивость. Для определения разборчивости речи применяются так называемые артикуляционные испы­тания, позволяющие получить разборчивость в процентах. В ходе испыта­ний в помещение с помощью диктора или фонограммы передается испыта­тельный текст, а слушатели, находящиеся в помещении, записывают этот текст. Отношение правильно записанных на слух фонетических элементов к общему количеству переданных и определяет процент разборчивости.

Накопленный опыт и результаты многочисленных исследований пока­зали, что для хорошей разборчивости требуется достаточно высокий уро­вень речи, низкий уровень шума, небольшое время реверберации и струк­тура отражений, характеризующаяся наличием интенсивных ранних отра­жений при отсутствии поздних интенсивных отражений (типа эха). Суще­ствующие в настоящее время методы объективной оценки разборчивости в той или иной степени связаны с перечисленными акустическими характе­ристиками.

Звучание музыки. В отличие от речевых программ, основу субъектив­ной оценки которых составляет разборчивость речи, оценка качества зву­чания музыки в зале осуществляется по целому ряду субъективных крите­риев. Наиболее распространенными критериями являются реверберация (гулкость зала), ясность, пространственность, громкость и тембр звучания. Между этими критериями и параметрами звукового поля в настоящее вре­мя установлены определенные связи.

Гулкость зала - понятие, характеризующее длительность процесса за­тухания звука на месте прослушивания. Субъективная оценка зависит от вида музыки (органная, симфоническая, камерная) и ее стиля. Основным объективным показателем гулкости помещения является стандартное вре­мя реверберации Т.

Ясность звучания характеризует разделение звуков отдельных инст­рументов или групп инструментов как во времени (особенно при быстрых пассажах), так и в звуке одновременно играющих инструментов. Для оцен­ки ясности чаще всего используется индекс ясности.

Пространственность звучания - субъективный параметр, характери­зующий ощущение закрытого пространства. Это ощущение ранее связыва­лось со временем реверберации или соотношением энергии ранних и позд­них отражений в импульсном отклике. Увеличение времени реверберации или преобладание энергии поздних отражений сопровождается увеличени­ем пространственного впечатления. Более поздние исследования выявили очень важную роль ранних боковых отражений в формировании простран­ственного впечатления. Было установлено, что ощущение пространства возрастает с увеличением энергии боковых отражений, причем отражения, приходящие по направлению оси уха слушателя, вызывают наибольшее пространственное впечатление. Пространственный эффект не меняется, если запаздывание отражений находится в пределах 8-100 мс, а также в том случае, когда небольшое число интенсивных отражений заменяется большим числом слабых отражений, имеющих такую же общую энергию. Отражения от потолка не увеличивают пространственного впечатления, однако и не оказывают маскирующего действия на отражения от боковых стен. Потолочные отражения увеличивают ясность звучания. Боковые от­ражения с запаздыванием 25 - 80 мс увеличивают как пространственность, так и ясность звучания.

Громкость звучания - субъективный критерий, характеризующий громкость источника музыки при игре фортиссимо по отношению к неко­торой ожидаемой громкости на месте прослушивания. Субъективное ощущение силы звука (громкость) прямо пропорционально плотности зву­ковой энергии в стационарном состоянии. Стационарная плотность звуко­вой энергии на слушательском месте может быть определена путем изме­рения уровня звукового давления Lst при возбуждении воздушного объема помещения стационарным звуковым сигналом (шумом) или путем измере­ния общей энергии импульсного отклика Его.

Тембр звучания - понятие, характеризующее восприятие отдельных составляющих спектра звука музыкального источника на месте прослу­шивания. Речь идет о том, в какой степени свойства помещения изменяют типичный тембр данного источника. В качестве оптимального обычно ре­комендуется такой подъем, при котором время реверберации на частоте 125 Гц возрастает примерно на 20% по сравнению со временем ревербера­ции на частотах 500-1000 Гц. Очень важным условием нормального вос­приятия, как речи, так и музыки является отсутствие мешающих акустиче­ских факторов, к которым относятся эхо, порхающее эхо, нарушение локализации источника звука, тембровые искажения и шумы.

Эхо. Поздние звуковые отражения при определенных условиях могут вызвать эхо - заметное на слух повторение прямого звука. Заметность эха и

Наиболее важными из них являются время запаздывания и интенсив­ность отражения по отношению к прямому звуку, а также тип звукового сигнала. Взаимосвязь этих трех параметров характеризуют пороги замет-ности эха (схема), усредненные по данным измерений.

Общие принципы акустического проектирования залов. Акустическое решение вновь проектируемого или реконструируемого зала зависит от его назначения и вместимости. Однако арсенал методов, используемых при акустическом проектировании, является общим для залов различного про­филя. В этот арсенал обычно входят требования к основным архитектурно-строительным параметрам зала, а также расчеты времени реверберации и геометрических отражений. Дополнением расчетных методов, а часто и основным средством акустического решения зала служит применение техни­ки моделирования. С помощью всех этих средств выбираются и корректи­руются объем зала, его форма, а также очертания и отделка внутренних поверхностей. Независимо от назначения зала в нем должны быть обеспе­чены достаточно низкий уровень шума, отсутствие эха, порхающего эха и тембровых искажений.