Акустические основы звукорежиссуры.

Сперва друзья, самое главное, что мы должны знать как отчи наши, а это две формулы:

1. Формула для вычисления времени реверберации.

Для вычисления времени реверберации используют формулу, которая принадлежит Сэбину, первому исследователю архитектурной акустики:

где — это объём помещения,— общий фондзвукопоглощения,

2. Скорость звука делить на 2 умноженное указанный размер (рамер помещения)

Ответы на вопросы:

1. Процесс установления и спада звукового поля в помещении. Роль помещения в процессе звуковоспроизведения.

2. Три теории описания структуры звукового поля в помещении. Области их применения.

3. Волновая теория расчета звукового поля в помещении. Формула для расчета резонансов. Три вида волн. Зависимость плотности резонансов от объема помещения.

4.Статистическая теория. Определение диффузного звукового поля. Основные параметры звукового поля, используемые в статистической теории.

5. Время реверберации.

6. АкуАкустическое отношение и радиус гулкости.

7. Геометрическая теория расчета звукового поля в помещении. Структура первых отражений, их влияние на оценку качества звучания. Вид общей структуры процесса реверберации.

8. Основные субъективные параметры оценки качества звучания в помещениях. Их связь с объективными параметрами.

9. Звукопоглощение в разных частотных областях. Звукоизоляция.

10. Методы управления "естественной" реверберацией.

11. Классификация залов различного назначения.

12. Акутика студий и комнат прослшивания.

1. Процесс установления и спада звукового поля в помещении. Роль помещения в процессе звуковоспроизведения.

Когда источник звука работает в замкнутом помещении, то происходит сложный процесс формирования звукового поля в нем — за счет отражений от стен, потолка, пола и т. д. При этом звуковая энергия частично поглощается за счет затухания в воздухе, в стенах и различных предметах, находящихся в помещении, а также за счет прохождения звука во внешнюю среду. Кроме того, имеет место процесс дифракции звуковых волн при наличии различных препятствий (сравнительно небольших размеров) внутри помещения — колонн, экранов, кресел и т. д.

В каждую точку помещения, например в ту, где находится микрофон или слушатель, приходит сначала прямой звук, затем первые отраженные звуки с некоторой задержкой во времени, затем двух-, трех- и четырехкратно отраженные звуки и т. д.; при каждом отражении часть энергии поглощается, а часть приходит в рассматриваемую точку и накладывается на прямой звук.

При этом происходит постепенный процесс нарастания плотности энергии в данной точке. Но так как при каждом следующем приходе N отражения величина прибавки энергии уменьшается, поскольку за счет поглощения отраженные звуки приходят все с меньшим уровнем энергии, то через некоторый промежуток времени (называемый временем атаки) наступает установившийся режим. В этом режиме источник звука работает и восполняет ту часть энергии, которая поглощается стенами, мебелью и воздухом и др., поэтому в помещении уровень плотности энергии устанавливается постоянным.

Если источник выключить, то происходит постепенный процесс спада энергии: сначала пропадает прямой звук, затем первые, вторые и т. д. отражения. Этот процесс послезвучания называется реверберацией, а время, в течение которого он происходит, — временем реверберации. Характер этого процесса зависит от размеров и формы помещения, от звукопоглощающих свойств поверхностей (чем больше поглощается звук, тем короче время реверберации). Хорошо известно на практике, что в больших помещениях, отделанных твердыми материалами (кирпич, камень), звук гулкий, т. е. не исчезает сразу, а постепенно, медленно затухает. В таких помещениях речь звучит неразборчиво, но зато прекрасно может звучать органная музыка (например, в соборах). В помещениях, где много мебели, людей и др., звук затухает быстро; в переглушенном помещении звук становится сухим и глухим, музыкальное исполнение лишается сочности и выразительности.

Таким образом, можно выделить три фазы в процессе формирования звукового поля в любом помещении: период установления (атака), стационарный период, период спада (реверберация) — рис. От соотношения этих периодов по длительности, а также от структуры отраженных звуков (их количества, соотношения амплитуд, направления прихода и др.) у слушателей и формируются субъективные ощущения «акустики» зала, т. е. ощущения пространственно-сти, баланса, полноты, жизненности и т. д.

Поскольку любой музыкальный или речевой сигнал имеет свои периоды нарастания, установления и спада, а процессы формирования звукового поля в помещении накладывают дополнительно на него свои процессы атаки, установления и послезвучания, которые особенно отчетливо слышны в паузах исполняемого произведения, то это приводит к изменению тембра звучания любой речи, музыки или пения. Достаточно сравнить восприятие любого музыкального произведения на открытом пространстве (стадионе или открытой эстраде ), в концертном зале или в небольшом сильно переглушенном помещении.

2. Три теории описания структуры звукового поля в помещении. Области их применения.

Рассмотрим основные положения и области применения наиболее распространенных теорий акустических процессов в помещениях: лучевой, волновой, статистической.

Старейшей теорией, объясняющей акустические процессы в помещениях, является лучевая. Движение звуковых волн в помещении рассматривается на основе положения геометрической оптики: угол отражения равен углу падения. Положения лучевой теории применимы, если линейные размеры помещения много больше длины волны. В этом случае можно не считаться с дискретностью спектра собственных частот и анализ временной структуры поля вести, пользуясь достижениями лучевой теории. С помощью графических построений, натурного или компьютерного моделирования определяют наилучшие форму и размеры помещения. При этом профилю помещения и его плану придают такую форму, чтобы направить звуковые волны от источника звука на слушательские места, а временные задержки, обусловленные начальными отражениями (первыми, вторыми, третьими и т. д.), оптимизировать для получения наилучшего восприятия.

Методы лучевой теории просты и наглядны, а полученные результаты весьма важны для практических целей, главным образом, для проектирования концертных и театральных залов.

Однако применять методы лучевой теории для определения времени реверберации затруднительно в силу следующих обстоятельств:

• не учитываются фазовые соотношения при отражении от преград,

• значения коэффициента поглощения при косом, скользящем падении волн на преграду неопределенны, так что пространственное усреднение затруднительно,

• из-за нестационарности звукового поля звукопоглощение преград зависит не только от свойств самих преград, но и от общего поглощения помещения, от наличия стоячих волн, образующихся при нормальном падении. Для одинаковых материалов их коэффициенты поглощения в помещениях с разным общим поглощением будут существенно различаться. Отличие может достигать 50 и даже 100%. Несмотря на перечисленные недостатки, методы лучевой теории широко используются в практике строительства больших залов.

В волновой теории, разработанной Морзом, Болтом, Дрейзеном и другими, помещение рассматривается как объемный резонатор с множеством собственных (резонансных) частот. Акустические процессы в нем рассматриваются как возбуждение собственных колебаний, их установление и постепенный спад после выключения источника возбуждения.

Для помещений небольшого объема плотность резонансных частот, особенно на нижних частотах, невелика, интервалы между ними составляют несколько герц и даже более. Поэтому спектр отзвука в таких помещениях заметно отличается от спектра возбуждающего сигнала. С увеличением объема помещения и с ростом частоты спектр собственных частот быстро уплотняется и практически становится сплошным, а не дискретным.

С позиций волновой теории объясняют различные акустические недостатки помещений: заметное изменение тембра звука в небольших помещениях, неприятное подчеркивание некоторых частотных составляющих, явление «порхающего эха», неудовлетворительное звучание в помещениях, пропорции которого сильно отличаются от «золотого сечения», — кубической формы или сильно вытянутого в одном направлении, с вогнутыми поверхностями и т. д.

По-видимому, на основе волновой теории можно определить время реверберации на каждой из резонансных частот помещения, если известны добротность помещения-резонатора или коэффициенты поглощения материалов на этих частотах, хотя в существующей литературе таких расчетных формул не имеется.

Статистическая теория разработана на протяжении ХХ века в трудах У. Сэбина и Ф. Эйринга, а также их последователей. В ней оперируют неограниченным числом отражений, происходящих при движении волн по множеству путей, но пренебрегают прямым путем. Введены статистические параметры: средняя статистическая длина пробега между двумя отражениями и средняя статистическая задержка сигнала на этом пути. Суммируя эти задержки за время, в которое плотность звуковой энергии уменьшится в 106 раз, определяют важнейший числовой акустический параметр помещения — время реверберации Т.

Получающееся расчетное значение времени реверберации тем ближе к истинному, чем медленнее спадает звуковая энергия, то есть чем меньше коэффициент поглощения и чем ближе соотношение размеров помещения к «золотому сечению».

Огромным достижением статистической теории явилась возможность численно определить время реверберации. Однако следует всегда критически относиться к получаемым результатам и не доверять им слепо.

Все статистические формулы имеют общий недостаток: если количество отражений мало, то средняя статистическая оценка времени реверберации невозможна. Так в помещении размером 12 × 9 × 6 м (объем 650 м3) средняя статистическая длина свободного пробега между двумя отражениями равна 5,5 м. Пусть Т = 1 с, при этом полезным слышимым является лишь часть этого времени, например 0,4 с. За это время звук пробегает 130 м и число отражений составит 23, что не слишком много.

Для зала размерм 40 × 30 × 15 м (объем 18000 м3) длина пробега составит 16 м, и количество отражений составит 8. Ясно, что при этом серьезная статистическая оценка времени реверберации невозможна.

Поэтому в больших залах, особенно сильно заглушенных, для оценки акустического качества важнее изучать распределение во времени прихода прямых волн и начальных отражений.

Выводы статистической теории неприменимы и для оценки небольших помещений, линейные размеры которых соизмеримы с длиной волны (или меньше ее) и с большим коэффициентом поглощения.

Наконец, в выводах статистической теории не учитывается энергия прямых волн. Поэтому результаты расчетов тем точнее, чем более удалена точка наблюдения от точки, в которой расположен источник звука.

3. Волновая теория расчета звукового поля в помещении. Формула для расчета резонансов. Три вида волн. Зависимость плотности резонансов от объема помещения.

4.Статистическая теория. Определение диффузного звукового поля. Основные параметры звукового поля, используемые в статистической теории.

Статистическая теория разработана на протяжении ХХ века в трудах У. Сэбина и Ф. Эйринга, а также их последователей. В ней оперируют неограниченным числом отражений, происходящих при движении волн по множеству путей, но пренебрегают прямым путем. Введены статистические параметры: средняя статистическая длина пробега между двумя отражениями и средняя статистическая задержка сигнала на этом пути. Суммируя эти задержки за время, в которое плотность звуковой энергии уменьшится в 106 раз, определяют важнейший числовой акустический параметр помещения — время реверберации Т.

Получающееся расчетное значение времени реверберации тем ближе к истинному, чем медленнее спадает звуковая энергия, то есть чем меньше коэффициент поглощения и чем ближе соотношение размеров помещения к «золотому сечению».

Огромным достижением статистической теории явилась возможность численно определить время реверберации. Однако следует всегда критически относиться к получаемым результатам и не доверять им слепо.

Все статистические формулы имеют общий недостаток: если количество отражений мало, то средняя статистическая оценка времени реверберации невозможна.

Диффузное поле – поле которое обладает следующими свойствами:

• средние по времени значения плотности звуковой энергии во всех точках помещения равны (это свойство называется однородностью)',

• направления прихода потоков энергии в каждой точке поля равновероятны и средние значения энергии по различным направлениям одинаковы (это свойство называется изотропностью)

Проще говоря диффузное поле является однородным и изотопным.

Основные параметры звукового поля в помещении, которые могут быть определены с помощью статистической теории, следующие:

Время стандартной реверберации является важнейшей характеристикой качества звучания музыкальных и речевых источников в данном помещении. Оно может меняться от 0,1-0,5 с в сильно заглушенных помещениях до 5-6 с в гулких помещениях.

5. Время реверберации.

В конце 19 века Wallace Clement Sabine начал эксперименты в Гарвардском университете с целью изучения воздействия поглощений на время реверберации. Используя портативные духовые инструменты и органные трубы как источник звука, секундомер и уши, он измерил время от прекращения звучания источника до того момента, пока оставшийся звук станет невнятным (примерно 60 дБ). Он обнаружил, что время реверберации пропорционально размерам комнаты и обратно пропорциональна сумме поглощений.

RT60 (Reverb time - время реверберации) это время необходимое для того, чтобы отражения звука распались на 60 дБ ниже уровня прямого звука. Время реверберации зачастую устанавливают как одно значение, однако оно может быть измерено в разных частотных диапазонах сигнала (от 20 Гц до 20 кГц), или точнее в узких частотных полосах (одной октаве, 1/3 октавы, 1/6 октавы, и т.д.). Как правило, время реверберации измеряемое в узких частотных полосах будет отличаться в зависимости от частот содержащихся в полосе (высокие частоты затухают гораздо быстрее низких).

Оптимальное время реверберации зависит от типа музыки или звуков, которые должны звучать в пространстве. Помещения используемые для передачи речи, обычно требуют более короткого времени реверберации, для большей разборчивости слов. Если отраженный звук от одного слога слышен когда произносится следующий слог, то это может затруднить распознавание сказанного слова. Слова "кот", "кол", и "ком" могут быть очень похожи. С другой стороны, если время реверберации слишком коротко, то может пострадать тембровый баланс и громкость.

Основные факторы, влияющие на время реверберации, это размер и форма помещения, а также материалы, используемые при его строительстве. На время реверберации может повлиять любой объект помещённый в комнату, в том числе люди и их имущество.