|
Скачать 1.64 Mb.
|
|
(3.3) В стационарном состоянии среднее значение плотности энергии w=W/V (W—звуковая энергия; V — объем помещения) следует, напротив, рассчитывать исходя из выражения A = aS (3.2)1. По определению в установившемся состоянии поглощаемая мощность Аюгл равна подводимой мощности Р: Где J — интенсивность звука: J = P/S = wc; с —скорость распространения звука; w — средняя плотность звуковой энергии в по-мещении. Используя (3.2), получаем (3.4). Отмеченное различие между стационарной поглощающей способностью А и реверберационной поглощающей способностью, Аr не следует, конечно, объяснять различными эквивалентными поглощающими поверхностями avSv помещения или Ап находящихся в нем предметов [см. (3.2)]. В выражении (3.2) независимо от характера возбуждения коэффициент звукопоглощения а = Рпогл\Р задается как отношение поглощаемой мощности к поступающей, и в этой форме он включает в себя оба параметра, характеризующих поглощение: как А, так и Аr. Если же говорят о звукопоглощающей способности всего помещения и определяют ее исходя из общей звуковой энергии W=wV во всем помещении, то необходимо учитывать особенности звукового возбуждения помещения. Рис, 3.1. Зависимость показателя затухания энергии m или показателя затухания звукового давления ая в направлении распространения звука п для воздуха при температуре 20°С от относительной влажности F [134] Нетрудно заметить, что 1— а=е-<\ как следует из (3.3). Иными словами, различия между вводимыми авторами реверберационной поглощающей способностью Аr и стационарной поглощающей способностью A выражают тот очевидный факт, что при большом коэффициенте звукопоглощения (а~1) ревер берационного процесса попросту не существует (а = оо; Aг = оо), a вся мощность источника затрачивается на поддержание прямого звука. — Прим. ред 64 Для поддержания стационарного состояния недостаточно, чтобы возмещалась только та мощность, которая теряется в отзвуке (претерпевшем, по крайней мере, одно отражение!) в результате поглощений. Часть излучаемой звуковой энергии идет на создание прямого звука, исчезающего после первого же отражения. В стационарном состоянии мощность источника сигнала должна быть равной P = Pd + Pr. Для реверберационного процесса составляющая Pd отсутствует. Если накопленная в помещении энергия должна обеспечивать мощность спадающего звука Рг, то это может происходить только за счет уменьшения общей энергии, т. е. Pr = dW/dt. Иными словами, мощность Р, излучаемая в стационарном режиме и обеспечивающая согласно выражению (3.4) плотность энергии w, содержит и меньшую, поглощаемую в реверберационном процессе мощность Рr: (3.4а) Первое равенство следует из (3.4), второе обосновывается в [88, 142]. Мощность Р должна включать в себя кроме мощности Рг, расходуемой на реверберационный процесс, дополнительную мощность Pd, необходимую для того, чтобы «заполнить» помещение тотчас же поглощаемым прямым звуком. Мощность Pd не участвует, таким образом, в формировании звукового поля ревер-берационного сигнала! Если плотность энергии прямого звука составляет в среднем Wd, то (3.4б) Рисунок 3.2 иллюстрирует спад w до шг0 после отключения ис-тгочника сигнала. Комбинируя (3.4), (3.4а) и (3.46), получаем (3.4в) Выражение (3.4а) можно интерпретировать следующим обра-зом. Для реверберационного процесса можно найти среднее значение начальной плотности энергии w и предположить, что она создавалась в стационарном режиме мощностью Р. Тогда мощность, поглощаемую после отключения источника сигнала (т. е. без вновь поступающей энергии прямого звука), следует определять исходя из Ar. Имеется средняя плотность энергии wr0 звука, претерпевшего, по крайней мере, одно отражение, и именно с этого значения начинается экспоненциальный спад. Используя мощность Рг, отбираемую от помещения в момент / = 0 и не содержащую мощности прямого звука Ра, можно находить wr0 и с помощью А. Плотность энергии wr0 является только начальным значением, если Pr = dW\dt обусловлена отзвуком помещения; она будет постоянна, если Рт представляет собой часть непрерывно подводимой мощности Р. Рассмотренные зависимости и их влияние на технику акустических измерений были подробно описаны в одной из опубликован66 Рис. 3.2. Изменение средней плотности энергии w(t) в помещении после отключения стационарного возбуждения с подводимой мощностью Р ныx ранее работ [88]. Вывод основных формул и дополнительные пояснения приводятся также в приложении 1 к данной книге. Там же показано, что для интересующих нас целей следует пользоваться формулой A = aS, дающей, как правило, верный или представляющий собой удовлетворительное приближение результат. Величина Аг используется в тех случаях, когда речь идет о различиях между точными и приближенными значениями. Различия между A=-aS и Ar = aS могут быть найдены с помощью рис. 3.3. В тех случаях, когда в расчетах должна использоваться только энергия, по крайней мерс, однократно отраженного звука, часто пользуются коэффициентом 1—а, исключая, таким образом, энергию прямого звука. При этом исходят из того соображения, что энергия реверберационного звука может быть обусловлена лишь той частью подводимой мощности Р, которую несет в себе звук, отраженный хотя бы один раз и, следовательно, ослабленный, в 1--а раз. Если в выражение (3.4) подставить полную излучаемую мощность, а в знаменателе использовать значение A=aS, то уменьшение мощности Р можно учесть, подставив в знаменатель А= Sa(1—а). Различия между коэффициентами а(1—а), —ln{1 — а) и а показаны на рис. 3.3; как видно из рисунка, а(1—а) не очень отличается от —ln(1—а). В приложении 1 показано, что если вообще учет этих различий необходим, то значение Ar само по себе будет правильным. Это значение представляет интерес в тех случаях, когда хотят исключить из рассмотрения прямой звук и ограничиться только энергией отражений или если по энергии отражений хотят найти Ar, например, измерением времени реверберации. з* 6? При очень большом объеме помещения и рассмотрении процессов на высоких частотах может оказаться необходимым учет затухания звука в воздухе, как это было сделано в (3.1). Затухание в воздухе может быть отражено дополнительным членом в выражении (3.2а) Данное значение A, определяющее долю фактически поглощаемой мощности, и следует подставлять в (3.4) и приводимое далее выражение (3.5). Плотность энергии w распределена практически неоднородно по объему помещения. Ее значением можно пользоваться лишь для тех зон помещения, в которых можно пренебречь излучаемым источником прямым звуком. В противном случае ее значение будет больше. Характерной является такая замкнутая поверхность, заключающая в себе источник звука, на которой плотность энергии w, интенсивность звука / и звуковое давление р прямого звука оказываются равными соответствующим величинам диффузного поля, определяемого выражением (3.4). Эти три величины связаны между собой соотношением J=wc = p2/pc (р— плотность воздуха). Если предположить, что источник обеспечивает равномерное излучение по всем направлениям в пределах полного телесного угла Q = 4п, то с учетом (3.4) можно найти расстояние rн от источника, называемое радиусом гулкости, на котором будет выполняться указанное выше равенство параметров звукового поля: (3.5) Из этого выражения легко видеть, что плотность энергии диф фузного звука (преобладающего над прямым звуком) зависит не только от излучаемой мощности Р. Она обратно пропорциональна объему озвучиваемого помещения и прямо пропорциональна времени реверберации. Чем больше время реверберации, тем большего усиления прямого звука можно ожидать в результате влияния помещения. Это настолько же необходимо ораторам, певцам и музыкантам, насколько приятно слушателям. Конечно, при этом не следует превосходить некоторые предельные значения (для речи около 1,2 с, для музыки 2 с; более точные значения будут рассмотрены в последующих разделах), так как в противном случае снижаются разборчивость речи и прозрачность музыки. Уже из этих утверждений следует, что само по себе время реверберации не может служить единственным критерием «хорошей акустики». Рис. 3.4. Зависимость радиуса гулкости rн от эквивалентной поглощающей поверхности А, объема V и времени реверберации Т помещения Здесь Р — мощность, излучаемая источником, мощность источника, усиленная в |п раз электроакустическими средствами и излучаемая в общем случае п громкоговорителями. При г<rH преобладает прямой звук. Его уровень уменьшается на 6 дБ при удвоении расстояния от источника [см. выражение перед (3.5)]. При r>rH звуковое поле становится диффузным и характеризуется постоянным значением w, определяемым выражением (3.4). Микрофон, расположенный на расстоянии rsm<<rH от источника, воспринимает направленный прямой звук, а при больших расстояниях rsm>>rH — диффузный звук помещения. Если необходимо, чтобы микрофон воспринимал только прямой звук (не подвергшийся воздействию помещения), то его надо располагать очень близко от источника звука. Радиусы гулкости не так уж велики по сравнению с размерами помещений. Их значения можно найти, пользуясь рис. 3.4. Подавляющее большинство слушателей в закрытых помещениях находятся за пределами радиуса гулкости, т. е. в области преобладающего диффузного звука. Этим и объясняется большое значение времени реверберации; используя (3.1) и (3.4), получаем 3.1. ЗНАЧЕНИЕ ОТРАЖЕНИИ Прямой и диффузный реверберационный звуки — это не единственные сигналы, приходящие к слушателю. За 100 мс звук проходит 34 м, а за 200 мс — 68 м. Эти цифры показывают, что достаточно полного «перемешивания» отражений можно ожидать не ранее как через 100 мс, а в больших помещениях — и через 200 мс. Формирование поля реверберационного звука заканчивается не раньше указанного промежутка времени, и лишь после этого может наблюдаться подчиняющийся статистическим законам экспоненциальный спад энергии поля реверберационного звука. Между прямым звуком и сигналом завершающего участка реверберационного процесса располагаются ранние отражения. Их интенсивность, направление прихода и времена прихода определяют «плохие» и «хорошие» места в зале и зависят от расположения, формы и отделки отражающих элементов стен и потолков, с которыми такие отражения взаимодействуют до прихода к слушателям [130]. Картина ранних отражений будет иной для каждого слушательского места, Для исследования этих отражений во всем мире широко применяют методы импульсного возбуждения [89, 90, 269—271]. В 69 Рис. 3.5. Зависимость от времени звукового давления p(t) интенсивности J% (/), усредненной в соответствии с постоянной времени уха, и суммарной энергии тех точках сцены, в которых обычно находятся источники звука, создается щелчок, а в интересующих зонах помещения наблюдают на осциллографе приходящие отражения. Получаемые таким образом осциллограммы называют рефлектограммами. На рис. 3.5 показаны два примера. Сверху представлены зависимости звукового давления от времени, часто называемые «елочкой». Просто удивительно, что с помощью известных электронных приборов можно наблюдать каждое из многочисленных отражений вплоть до их полного слияния на завершающем участке реверберационно-го процесса. Но ухо не может воспринимать звуковые сигналы так дифференцированно. Поэтому на средних графиках показана временная зависимость средней за интервал интегрирования то= = 35 мс (см. разд. 2.5.4 и 2.5.6) энергии сигнала. И, наконец, нижние кривые представляют собой зависимость от времени cvm-t марной энергии Е= j p2(t/)dt/, включающей в себя и энергию пря- о мого звука. По истечении достаточно большого промежутка времени (практически через 500 мс) поступающая к слушателю энергия становится равной нулю и конечное значение суммарной энергии E(оо) при t-oo уже не возрастает. По таким графикам удоб- |
|
Поиск на сайте Главная страница Литература Доклады Рефераты Курсовая работа Лекции |