Спектр собственных частот в помещении

Помещение представляет собой замкнутый воздушный объем, который является колебательной системой с распределенными параметрами. При воздействии сигнала, излучаемого источником звука, в воздушном объеме возбуждаются собственные колебания, спектр которых легко рассчитать лишь для помещений простых геометрических форм. Например, для помещения прямоугольной формы с линейными размерами: длина , ширина , высота , собственные частоты равны:

,

где -любые целые числа.

Каждой тройке чисел соответствует одна из собственных частот помещения. Значения определяют число стоячих волн, возникающих в направлениях . В помещениях малого объема ( , где – длинна волны возбуждающего колебания, – объем помещения) спектр собственных частот имеет дискретную структуру (рисунок 4.1). Это проявляется на низких частотах. С повышением частоты (или увеличением размеров помещения) спектр уплотняется, т.е. становится непрерывным. Отдельные составляющие могут усиливаться, если собственные частоты повторяются ( ). При выключении источника звука начинаются свободные колебания объема воздуха в помещении. Этот процесс происходит по экспоненциальному закону на каждой из собственных частот с постоянной времени, определяемым затуханием на каждой частоте.

Рисунок 4.1

Если (помещение в форме куба) количество собственных резонансных частот уменьшается. И с акустической точки зрения, и с архитектурной – это наихудшая форма помещения.

Наилучшей формой является форма прямоугольного параллелепипеда с выбранным соотношением строк, соответствующим “золотому сечению”: при , что справедливо для любого помещения. Хотя при проектировании конкретного помещения необходимо свое “золотое сечение”(например, для студии ). С другой стороны при распространении звуковых волн в помещении они частично поглощаются, частично отражаются и огибают препятствия. Поглощение и отражение определяется структурой и свойствами самого материала и зависит от частоты. Коэффициентом поглощения называют отношение поглощенной энергии отдельным звукопоглотителем к падающей энергии. Чем меньше , тем большее число раз будет отражаться каждый звуковой луч от поверхностей, пока его уровень упадет до неслышимого значения. Такое поле называется диффузным. Чем больше _, тем больше теряется энергия, тем больше затухают колебания. Спектр вещательного сигнала непрерывно изменяется, и новые колебания в помещении существуют на фоне еще не затухших колебаний. Процесс затухания колебаний называется реверберацией. На открытом воздухе время реверберации стремится к нулю.

4.2 Время реверберации. Процессы нарастания и затухания звука в помещении

После включения источника звука плотность звуковой энергии в помещение нарастает по экспоненциальному закону, , а после выключения источника – спадает по экспоненте (рисунок 4.2).

а)	б)

Рисунок 4.2

;

,

где -плотность энергии в установившемся режиме (стационарном), ;

-общая (полная) площадь ограждающих поверхностей (стен, потолка, пола, дверей, окон и т.д.);

-реверберационный коэффициент, введенный для расчета времени реверберации и процессов затухания энергии).

;

,

где -акустическая мощность источника, ;

-средний коэффициент поглощения, определяемый отношением общего поглощения в помещении к полной поверхности ограждений.

,

где -общее поглощение в помещении, (или Сэбин)

где и -соответственно коэффициенты поглощения отдельных поглощающих материалов, ограждения и предметов (стул, стол, человек).

-количество типов ограждений,

-количество видов предметов,

-площадь -го ограждения,

-количество предметов -того вида.

Если , то .

Время, в те5чении которого после выключения источника звука плотность звуковой энергии уменьшится на 60 дБ, называется временем стандартной реверберации , при этом звуковое давление уменьшится в раз, а плотность энергии – в раз. Звуковая энергия поглощается не только поверхностями ограждения и предметами, но и средой, обусловленной вязкостью и теплопроводностью воздухом и молекулярным поглощением. Для расчета времени стандартной реверберации можно использовать полную и упрощенную формулы Эйринга и Сэбина. Для помещений большого объема полная формула Эйринга учитывает поглощение в среде.

,

где -время стандартной реверберации, ;

-поглощение в среде, (определяется по соответствующим графикам, зависит от частоты. На н.ч. );

-объем помещения, ;

При используют формулу Сэбина. Для помещений малого объема и на н.ч.

Как видно из формул, время реверберации тем больше, чем больше объем помещения (т.е. линейные размеры помещения) и чем меньше средний коэффициент поглощения.

Передача звука воспринимается наилучшим образом, если выбрать время реверберации оптимальным, зависящим от жанра передачи, объема помещения и частоты. Оптимальное время для речи в зависимости от объема помещения, для музыки . Например, для дикторской радиовещательной станции на частоте 500 Гц ; для помещения объемом свыше ; для классической музыки , для современной симфонической ; для романтической - , в помещениях ; для музыкальной радиовещательной станции в зависимости от объема . Частотные характеристики времени реверберации для разных помещений и жанров различные (рисунок 4.3).

а)

б)

в)

Более подробно эта тема выносится на самостоятельную проработку. По ней выполняется курсовой проект. Хотелось бы обратить внимание на следующие моменты: 1) для улучшения диффузности поля необходимо применять, если возможно, рассеивающие, но ни в коем случае не фокусирующие поверхности; 2) если не хватает звукоизолирующей способности ограждения для обеспечения требуемой звукоизоляции целесообразнее всего не просто увеличивать толщину ограждения, а применять двойное ограждение с воздушным зазором.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: