6.3. 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 = aсрS. 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.
4.4. Противоположность и единство статистической и волновой теорий
При всей разнице в подходах к объяснению акустических процессов в помещениях статистическая и волновая теории дополняют друг друга и потому в известной мере работают на практику совместно.
В заключение настоящего раздела заметим следующее. Многие люди, попав в помещение с большой реверберацией, произносят: "Какой здесь резонанс!" Известный акустик В. Кнудсен высказался по этому поводу: "Те, кто смешивают процесс реверберации с резонансом, видимо, не так уж далеки от истины". Кнудсен этим высказыванием подчеркнул физическое единство акустических процессов, описываемых с разных точек зрения статистической и волновой теориями.
Принципиальное различие подходов к объяснению акустических процессов заключается в том, что в одном случае процесс отзвука рассматривается с помощью теории вероятностей усреднено, а в другом с волновых позиций определяются отклонения фактического хода процесса от "среднего".
Из оптики известно, что при уменьшении длины волны волновые законы приближаются к законам геометрической оптики. Точно так же в помещениях, размеры которых весьма велики по сравнению с длиной волны, можно пользоваться законами геометрической оптики, строить пути звуковых лучей, находить точки фокусов, определять запаздывание начальных отражений, т.е. использовать весь арсенал геометрической теории.