ницы – абсолютно мягкую или абсолютно жесткую), что также затрудняет ее использование в реальных задачах. На основе волновой акустики можно оценить влияние поверхностей на виды волн, процессы затухания колебаний, а также определить границы применения других теорий.

Геометрическая акустика является предельным случаем волновой, она более проста и наглядна. Звуковое поле представляется в виде лучей, построенных по законам оптики. Методы геометрической акустики применимы, если длина звукового луча(l) больше длины звуковой волны(или равна ей), т. е. l ≥ λ. Они достаточно сложны и неуниверсальны и применяются в основном для средних и высоких частот.

Отметим, что условия диффузности звукового поля в большей степени соблюдаются при расположении источников шума снаружи замкнутого объема. Если источник находится внутри помещения, звуковое поле имеет более сложный характер (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 – Спад уровня звукового давления с увеличением расстояния до источника в помещении:

ближнее (I) и дальнее (II) звуковое поле; область прямого (III)

иотраженного (IV) звука

Впомещении можно различать прямой звук от источника и отраженный от ограждающих поверхностей. Вблизи источника наблюдается спад УЗД с увеличением расстояния до тех пор, пока отраженный звук не начнет превалировать над прямым.

1.1.2 Поглощение, отражение и прохождение звука

Если источник звука расположен в помещении, то звуковые волны будут распространяться от источника звука до тех пор, пока не достигнут границ по-

12

мещения или расположенных в нем ограждений, где часть звуковой энергии будет отражена, часть поглощена, а часть передана через несущие конструкции (рисунок 1.4).

Iотр

Iпр

Iпад

Рисунок 1.4 – Схема прохождения звука через преграду

Уравнение баланса звуковой энергии выглядит следующим образом:

где Iпад , Iпогл , Iотр , Iпр – интенсивности падающего, поглощенного, отраженного

Звукоизоляцией называется величина, обратная коэффициенту звукопроводности. Звукоизоляция характеризует процесс отражения звука и является мерой степени звуконепроницаемости преграды. Значение звукоизоляции определяется следующим образом:

Коэффициент звукопоглощения определяется отношением интенсивности поглощенного в конструкции звука к интенсивности падающего:

13

Звукопоглощение характеризует физический процесс перехода звуковой энергии в тепловую, а коэффициент звукопоглощения (α) служит мерой звукопоглощения.

При распространении звука от различных источников звуковые волны могут взаимодействовать.

Интерференция – это сложение в пространстве нескольких волн, при котором в разных его точках возникает устойчивое во времени усиление или ослабление амплитуды результирующей волны.

Распространение акустических волн в закрытых помещениях имеет свои особенности. Акустические волны многократно отражаются от предметов и ограждений, частично поглощаются при каждом столкновении(взаимодействии) с твердым телом. Интерференция происходит всякий раз, когда прямая волна, идущая от источника, встречается с отраженной волной от стен. Если две звуковые волны совпадают по фазе, то они усиливают друг друга, – человек слышит более громкий звук. Если же фазы двух волн противоположны, то теоретически волны могут погасить друг друга.

На самом деле интерференция звука происходит несколько иначе. Вопервых, звук от источника распределен по всему помещению. Во-вторых, поскольку интерференционная картина различна для разных частот, некоторые звуки вообще могут не погаситься. Для создания помещения с хорошей акустикой стараются сделать отраженный звук рассеянным, в результате чего в любую точку помещения со всех сторон приходят отраженные волны с совершенно рассогласованными фазами. Как правило, это достигается либо тем, что стены помещения делают с выступами и нишами, либо покрывают их материалом, поглощающим звук. Преломление и рефракцию звуковых волн при их распространении в закрытых помещениях учитывать не обязательно, так как они возникают при непостоянстве скорости звука, обусловленном колебаниями температуры, изменением скорости и направления ветра, чего обычно не наблюдается в закрытых помещениях.

Дифракцией волн называется огибание ими препятствий. Объяснить дифракцию можно на основе принципа Гюйгенса. Согласно этому принципу каждую точку среды, в которую проникла звуковая волна, можно считать источником вторичных волн. Поэтому на краю огибаемого звуком тела образуется вторичный источник, от которого распространяется звуковая волна, проникая в область акустической тени (рисунок 1.5).

14

Рисунок 1.5 – Схема образования звуковой тени:

1 – препятствие; 2 – звуковая тень; 3 – источник звука; 4 – точка наблюдения

Вследствие дифракции звук может огибать встречные препятствия, попадать в область геометрической тени, концентрироваться на отверстиях и т. п. Картина дифракции существенно зависит от соотношения между размером препятствия или отверстия и длиной волны.

Распространение акустических волн в помещениях(их отражение, дифракция и т. п.) связано с длиной распространяющейся волны и размерами объектов, встречающихся на пути ее распространения.

Зная частоту и скорость звука, можно вычислить длину акустической волны из соотношения:

где υ – скорость звука в соответствующей среде;

ν– частота звуковой волны.

Ввоздухе при t = 0°C и υ = 331,5 м/с для ν = 16 Гц длина максимальной волны речевого диапазона равна 20,7 м. При максимальной частоте ν = 20 кГц минимальная длина звуковой волны в воздухе равна 16,5 мм.

Учитывая скорость распространения звука в воздухе(331,5–344 м/с), длина слышимых в воздухе звуковых волн колеблется от 1,5 см до 15 м.

15