2. Экспериментальные способы проверки акустических качеств залов

Наряду с расчетным методом определения оптимального времени реверберации существует экспериментальный способ с использованием специальной электроакустической аппаратуры, состоящей из передающего и приемного тракта

(рис. 4.26). В состав передающего тракта входит генератор шума, полосовой фильтр, усилитель и громкоговоритель, а приемного – микрофон, шумомер, полосовой анализатор и быстродействующий регистратор уровня шума – самописец.

Согласно ГОСТ – 24146 – 90 время реверберации измеряется путем записи с помощью логарифмического самописца процесса спадания уровня звукового давления в зале. Время реверберации определяется из участка этой записи, соответствующего снижению уровня звукового давления в зале на 35дБ после выключения источника звука с последующей аппроксимацией снижения до 60 дБ. При этом первые 5 дБ снижения звукового давления не учитывается.

В ходе измерений воздушный объем зала возбуждается коротким звуковым сигналом (стартовый пистолет), который находится на сцене. Сигнал принимается микрофоном в исследуемой точке зала и после усиления и логарифмирования подается на осциллограф.

Рис. 4.26. Блок – схема аппаратуры для измерения времени реверберации: А – исследуемое помещение; 1 – генератор шума; 2 – полосовой фильтр; 3 – усилитель; 4 – громкоговоритель; 5 – микрофон; 6 – шумомер; 7 – полосовой анализатор; 8 – быстродействующий регистратор уровня шума (самописец)

Сигнал, называемый импульсным откликом зала, показывает последовательность прихода и уровни звукового давления, соответствующие прямому звуку и отдельным отражениям от внутренних поверхностей.

Для повышения диффузности звукового поля используется источник звука с частотными составляющими в октавной или 1/3-октавной полосах частот, что позволяет определить время реверберации в нормируемом диапазоне частот.

Пример записи спадания уровня звукового давления приведен на рис. 4.27, а.

Рис. 4.27. Пример записи определения времени реверберации помещения: а) запись на ленте уровня шума; б) пример частотной характеристики времени реверберации исследуемого помещения.

Запись выполняется на равномерно двигающейся бумажной ленте. Зная скорость движения ленты и время, в течение которого уровень звукового давления снижается на 35 дБ, можно определить время реверберации в исследуемой точке. После установления времени реверберации с учетом нормируемых частот, строится частотная характеристика времени реверберации исследуемого помещения (рис. 4.27, б), которая потом сравнивается с частотной характеристикой оптимального времени реверберации (рис. 4.25).

Когда в соответствии с расчетом времени реверберации требуется небольшое увеличение общего звукопоглощения, это достигается путем применения тонких деревянных панелей, увеличивающих звукопоглощение на низких частотах, и тканевых портьер и дорожек, поглощающих в основном средние и высокие частоты.

Когда же возникает необходимость в применении специальных звукопоглощающих материалов и конструкций, то их следует размещать в верхних зонах стен и по периметру потолка (рис. 4.28) участками площадью 1–5 м², что увеличивает эффективность звукопоглощения и дает некоторое рассеивание отраженного звука.

Рис.4.28. Схема размещения специальных звукопоглощающих материалов: – прямой звук; 2 – отраженный звук; 3 – зоны размещения звукопоглотителя; Q – источник звука.

Поверхности стен и потолка на балконе и под балконом не рекомендуется отделывать звукопоглощающими материалами.

Человеческое ухо способно различать импульсы прямого и отраженного звуков только при определенном (критическом) интервале по времени их поступления слушателю. В зависимости от интервала времени прихода отраженных звуков последние могут усиливать прямой звук, улучшая слышимость, или создавать помехи, ухудшающие слышимость.

Для концертных залов и оперных театров критический интервал принимается равным 100 мс, а для лекционных аудиторий 50 мс.

При превышении критического интервала времени отраженный звук воспринимается ухом как эхо с образование паузы между прямым и отраженным звуком.

Образование эха в помещении проверяется геометрическим путем. С этой целью на плане или на продольном разрезе помещения наносятся пути прямого SA и отраженного SO+ОA звуков (рис. 4.29).

Для устранения образования эха важно соблюдать неравенство

SA+D>=SO+OA, (4.30)

где D – путь, проходимый звуком за критический интервал времени; при критическом интервале времени равным 50 мс, D= 17м.

Рис. 4.29. Графический способ определения и устранения возможности образования эха

Для залов с параллельными боковыми стенами, отделанными плотными материалами (мрамор и др.); возможно образование особого вида эха - « порхающее эхо», которое возникает в виде резкого отрывистого сигнала в какой-либо точке помещения, порождающего последовательно серию отзвуков, приходящих в эту же точку через определенный интервал времени. Для ликвидации этого явления возможно использование звукопоглащающей отделки или членение хотя бы одной из противоположных стен помещения.

Важное значение в акустике залов имеет диффузность звукового поля, характеризуемая тем, что во всех точках зала усредненные во времени уровень звукового давления и поток звуковой энергии, приходящий к слушателю по любому направлению, являются постоянными. Действительно, чем больше отражений звуковых волн в помещении, тем более однородным становится поле звуковых волн, тем больше создается у слушателей впечатление, что звуковые волны приходят к нему равномерно со всех направлений. Это особенно важно для помещений, предназначенных для слушания музыки.

Постоянство уровня звукового давления называют однородностью звукового поля, а постоянство звуковой энергии – изотропностью поля.

Для определения диффузности в различных точках зала в зоне наибольшего отраженного звука, производят измерение уровней звукового давления при работе ненаправленного источника звука. Источник располагается на сцене и излучает звук со средними геометрическими частотами 250 и 1000Гц. Замеры отраженного звука производят на расстояниях от источника звука, превышающих

(4.31)

где - общая площадь внутренних поверхностей зала, м²;

– средний коэффициент звукопоглощения.

На этих расстояниях при полной диффузности отраженного звука уровень звукового давления должен оставаться постоянным, а при неполной диффузности – изменятся от зоны к зоне зала. Результаты измерения изменения уровней звукового давления вдоль зала приведены на рис. 4.30.

Рис.4.30. Измерение уровней звукового давления вдоль зала

Жирная горизонтальная линия на рис. 4.30 представляет уровень звукового давления для идеально диффузного поля, а штриховая – диффузного поля исследуемого зала. Однородность звукового поля в целом по залу характеризуется средним абсолютным отклонением от уровня, соответствующего полностью диффузному звуковому полю, которое не должно превышать < 3дБ.