Акустика помещения

Акустика помещения — это раздел акустики , изучающий поведение звука в закрытых или частично закрытых помещениях. Архитектурные детали комнаты влияют на поведение звуковых волн внутри нее, причем эффекты варьируются в зависимости от частоты . Акустическое отражение , дифракция и диффузия могут в совокупности создавать слышимые явления, такие как комнатные моды и стоячие волны на определенных частотах и в определенных местах, эхо и уникальные реверберации модели .

Частотные зоны

То, как звук ведет себя в комнате, можно разделить на четыре различные частотные зоны:

Первая зона находится ниже частоты, длина волны которой в два раза превышает длину комнаты. В этой зоне звук ведет себя очень похоже на изменения статического давления воздуха.
Выше этой зоны, пока длина волны не станет сопоставима с размерами комнаты, ^[а] преобладают комнатные резонансы . Эта частота перехода широко известна как Шредера частота или частота перехода, и она отличает низкие частоты, которые создают стоячие волны в небольших помещениях, от средних и высоких частот. ^[3]
Третья область, простирающаяся примерно на 2 октавы, является переходом в четвертую зону.
В четвертой зоне звуки ведут себя как лучи света, прыгающие по комнате. ^{[ нужна ссылка ]}

Естественные режимы

Для частот ниже частоты Шредера определенные длины волн звука будут возникать как резонансы внутри границ комнаты, и резонирующие частоты можно определить, используя размеры комнаты. Аналогично расчету стоячих волн внутри трубы с двумя закрытыми концами модальные частоты ${\textstyle (f_{m,n,l})}$ и звуковое давление этих мод в определенном положении ${\textstyle (p_{m,n,l}(x,y,z))}$ прямолинейного помещения можно определить как

$f_{m,n,l}={\frac {c}{2}}{\sqrt {{\Big (}{\frac {m}{L_{x}}}{\Big )}^{2}+{\Big (}{\frac {n}{L_{y}}}{\Big )}^{2}+{\Big (}{\frac {l}{L_{z}}}{\Big )}^{2}}}$ $p_{m,n,l}(x,y,z)=A\cos {\Big (}{\frac {m\pi }{L_{x}}}x{\Big )}\cos {\Big (}{\frac {n\pi }{L_{y}}}y{\Big )}\cos {\Big (}{\frac {l\pi }{L_{z}}}z{\Big )}$

где ${\textstyle m,n,l=0,1,2,3...}$ — номера режимов, соответствующие осям x, y и z комнаты, ${\textstyle c}$ это скорость звука в ${\textstyle {\frac {m}{s}}}$ , ${\textstyle L_{x},L_{y},L_{z}}$ размеры помещения в метрах. ${\textstyle A}$ - амплитуда звуковой волны, а ${\textstyle x,y,z}$ — координаты точки, находящейся внутри комнаты. ^[4]

Режимы могут возникать во всех трех измерениях комнаты. Осевые моды являются одномерными и возникают между одним набором параллельных стенок. Тангенциальные моды двумерны и включают четыре стены, ограничивающие пространство перпендикулярно друг другу. Наконец, косые моды касаются всех стен внутри упрощенной прямолинейной комнаты. ^[5]

Метод анализа модальной плотности, использующий концепции психоакустики , «критерий Бонелло», анализирует первые 48 режимов комнаты и отображает количество режимов в каждой трети октавы. ^[6] Кривая монотонно возрастает (каждая треть октавы должна иметь больше лад, чем предыдущая). ^[7] Совсем недавно были разработаны другие системы для определения правильного соотношения помещений. ^[8]

Реверберация помещения

После определения оптимальных размеров помещения с использованием критериев модальной плотности следующим шагом будет поиск правильного времени реверберации . Наиболее подходящее время реверберации зависит от использования помещения. RT60 — это мера времени реверберации. ^[9] Для оперных театров и концертных залов требуется время от 1,5 до 2 секунд. Для студий вещания, звукозаписи и конференц-залов часто используются значения менее одной секунды. Рекомендуемое время реверберации всегда зависит от объема помещения. Некоторые авторы дают свои рекомендации ^[10] Хорошим приближением для студий вещания и конференц-залов является:

TR[1 kHz] = [0.4 log (V+62)] – 0.38 seconds,

где V=объем помещения в м ³. ^[11] В идеале RT60 должен иметь примерно одинаковое значение на всех частотах от 30 до 12 000 Гц.

Чтобы получить желаемый RT60, можно использовать несколько акустических материалов, как описано в нескольких книгах. ^[12]^[13] Ценное упрощение задачи было предложено Оскаром Бонелло в 1979 году. ^[14] Он заключается в использовании стандартных акустических панелей шириной 1 м. ² подвешиваются к стенам помещения (только если панели параллельны). В этих панелях используется комбинация трех резонаторов Гельмгольца и деревянной резонансной панели. Эта система обеспечивает большое акустическое поглощение на низких частотах (ниже 500 Гц) и снижает его на высоких частотах, чтобы компенсировать типичное поглощение людьми, боковыми поверхностями, потолками и т. д.

Акустическое пространство – это акустическая среда, в которой наблюдатель может слышать звук. Термин акустическое пространство впервые упомянул Маршалл Маклюэн , профессор и философ. ^[15]

Природа акустики

В действительности существуют некоторые свойства акустики, влияющие на акустическое пространство. Эти свойства могут либо улучшать качество звука, либо мешать звуку.

Отражение – это изменение направления волны при столкновении с объектом. многие инженеры-акустики Этим воспользовались . Он используется для дизайна интерьера : либо используйте отражения для получения преимуществ, либо устраняйте отражения. Звуковые волны обычно отражаются от стены и мешают другим звуковым волнам, которые генерируются позже. Чтобы звуковые волны не отражались непосредственно на приемник, диффузор . вводится ^[16] Диффузор имеет разную глубину, благодаря чему звук равномерно рассеивается в случайных направлениях. Он превращает тревожное эхо звука в легкую реверберацию, которая со временем затухает.
Дифракция — это изменение распространения звуковой волны с целью избежать препятствий. Согласно Гюйгенса . принципу , когда звуковая волна частично блокируется препятствием, оставшаяся часть, пробившаяся сквозь него, выступает источником вторичных волн ^[17] Например, если человек находится в комнате и кричит при открытой двери, это услышат люди по обе стороны коридора. Звуковые волны, вышедшие за дверь, становятся источником, а затем распространяются по коридору. Звуки окружающей среды могут мешать акустическому пространству, как в приведенном примере.

Использование акустического пространства

Применение акустического пространства очень полезно в архитектуре. Некоторые виды архитектуры требуют профессионального проектирования, чтобы обеспечить наилучшие характеристики. Например, концертные залы, аудитории, театры или даже соборы. ^[18]

Концертный зал – место, предназначенное для проведения концерта . Хороший концертный зал обычно вмещает от 1700 до 2600 зрителей. ^[19] Есть три основных атрибута хорошего концертного зала: ясность, атмосфера и громкость. ^[16] Если сиденья расположены правильно, зрители будут слышать чистый звук с каждого сиденья. Для большей атмосферности время реверберации выбрано по желанию. Например, романтическая музыка обычно требует определенного времени реверберации для усиления эмоций, поэтому потолки в концертном зале должны быть высокими.
Scratch Messiah 2015 в Королевском Альберт-Холле , Кенсингтон , Лондон , Великобритания
Театр – место, предназначенное для живых выступлений. Первым приоритетом звукового дизайна в театре является речь. ^[16]^[19] Речь должна быть четко слышна, даже если это тихий шепот. Реверберация в данном случае не нужна, она прерывает произносимые актерами слова . Интенсивность нарушая необходимо увеличить, чтобы расширить акустическое пространство и охватить театр, не динамику . В больших кинотеатрах усиление . необходимо использовать

В соборе (и церкви) есть зона, называемая хором , обычно расположенная возле трансепта , где в большинстве соборов расположена башня. Хор для того, чтобы хор пел. Для такого пения нужен мягкий облачный звук, создающий атмосферу и эмоции. Высота собора не только демонстрирует религиозную гордость, но и улучшает акустику. Реверберация усиливается, когда источник генерирует звук в пространстве.

См. также

Примечания

^ Частота составляет примерно $2000{\sqrt {{\textit {RT60}}/{\textit {V}}}}$ Гц, когда объем помещения V измеряется в кубических метрах, а время реверберации RT60 измеряется в секундах; эта формула включает приблизительную скорость звука в воздухе. ^[1]^[2]

Ссылки

^ Шредер, Манфред (1996). «Возвращение к «частоте Шредера»» . Журнал Акустического общества Америки . 99 (5): 3240–3241. Бибкод : 1996ASAJ...99.3240S . дои : 10.1121/1.414868 .
^ Дэвис, Дон; Патронис, Евгений; Браун, Пэт (2013). Инженерия звуковых систем (4-е изд.). п. 215.
^ Крокер, Малкольм Дж. (2007). Справочник по контролю шума и вибрации . п. 54.
^ Фидецкий, Тадеуш. «Акустика помещений и системы звукоусиления» . стр. Раздел 1.1.
^ Ларсен, Хольгер (1978). Процесс реверберации на низких частотах (PDF) . Технический обзор Брюэля и Кьера № 4. Брюэль и Кьяер.
^ Бонелло, Оскар Дж. (1981). «Новый критерий распределения нормальных комнатных мод». Журнал Общества аудиоинженеров . 29 (9): 597–606.
^ Баллоу, Глен. Справочник для звукорежиссеров . Говардс Сэмс. п. 56.
^ Кокс, Ти Джей; Д'Антонио, П.; Авис, MR (2004). «Размер помещения и оптимизация на низких частотах» . Журнал Общества аудиоинженеров . 52 (6): 640–651.
^ «Время реверберации RT60» . Проверено 27 марта 2024 г.
^ Беранек, Лео (1954). «Глава 13». Акустика . Книги Макгроу Хилла.
^ Бонелло, Оскар. Занятия по акустике . Под редакцией ЦЭИ инженерного факультета УБА.
^ Реттингер, Майкл (1977). Акустический дизайн и шумоизоляция . Нью-Йорк: Химическое издательство.
^ Кнудсен, Верн Оливер ; Харрис, Сирил М. (1965). Акустическое проектирование в архитектуре . Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья.
^ Бонелло, Оскар (1979). Новый компьютерный метод комплексного акустического проектирования студий радиовещания и звукозаписи . Международная конференция по акустике, речи и обработке сигналов ICASSP '79. Вашингтон: IEEE.
^ Шафер, Р.М. (2007). «Акустический космос» . Схема . 17 (3): 83–86. дои : 10.7202/017594ар .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Кнудсен, В.; Харрис, К. (1950). Акустическое проектирование в архитектуре . Американский институт физики. стр. 1–18, 112–150.
^ Смиттакорн, П.; Зибейн, Г. (2012). Диффузное отражение: архитектурно-акустическое влияние зеркальных и диффузных отражений на воспринимаемое качество музыки . Саарбрюкен, Германия: Академическое издательство Lap Lambert. стр. 11–19.
^ Кавано, В.; Точчи, Г.; Уилкс, Дж. (2010). Принципы и практика архитектурной акустики. Маршалл, Л. (ред.) Акустический дизайн: места для прослушивания . Нью-Джерси: Джон Уайли и сыновья. стр. 133–157.
^ Перейти обратно: ^а ^б Лонг, М. (2006). Архитектурная акустика. В книге Леви М. и Стерн Р. (ред.) Общие соображения: дизайн комнат для музыки . Соединенные Штаты Америки: Elsevier Inc., стр. 653–656.

Внешние ссылки

[3] Частота составляет примерно $2000{\sqrt {{\textit {RT60}}/{\textit {V}}}}$ Гц, когда объем помещения V измеряется в кубических метрах, а время реверберации RT60 измеряется в секундах; эта формула включает приблизительную скорость звука в воздухе. ^[1]^[2]

[1] Шредер, Манфред (1996). «Возвращение к «частоте Шредера»» . Журнал Акустического общества Америки . 99 (5): 3240–3241. Бибкод : 1996ASAJ...99.3240S . дои : 10.1121/1.414868 .

[2] Дэвис, Дон; Патронис, Евгений; Браун, Пэт (2013). Инженерия звуковых систем (4-е изд.). п. 215.

[4] Крокер, Малкольм Дж. (2007). Справочник по контролю шума и вибрации . п. 54.

[Fidecki-5] Фидецкий, Тадеуш. «Акустика помещений и системы звукоусиления» . стр. Раздел 1.1.

[Larsen1978-6] Ларсен, Хольгер (1978). Процесс реверберации на низких частотах (PDF) . Технический обзор Брюэля и Кьера № 4. Брюэль и Кьяер.

[Bonello1981-7] Бонелло, Оскар Дж. (1981). «Новый критерий распределения нормальных комнатных мод». Журнал Общества аудиоинженеров . 29 (9): 597–606.

[Ballou-8] Баллоу, Глен. Справочник для звукорежиссеров . Говардс Сэмс. п. 56.

[CoxAntonioAvis-9] Кокс, Ти Джей; Д'Антонио, П.; Авис, MR (2004). «Размер помещения и оптимизация на низких частотах» . Журнал Общества аудиоинженеров . 52 (6): 640–651.

[10] «Время реверберации RT60» . Проверено 27 марта 2024 г.

[Beranek-11] Беранек, Лео (1954). «Глава 13». Акустика . Книги Макгроу Хилла.

[BonelloCEI-12] Бонелло, Оскар. Занятия по акустике . Под редакцией ЦЭИ инженерного факультета УБА.

[Rettinger-13] Реттингер, Майкл (1977). Акустический дизайн и шумоизоляция . Нью-Йорк: Химическое издательство.

[Knudsen-14] Кнудсен, Верн Оливер ; Харрис, Сирил М. (1965). Акустическое проектирование в архитектуре . Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья.

[Bonello1979-15] Бонелло, Оскар (1979). Новый компьютерный метод комплексного акустического проектирования студий радиовещания и звукозаписи . Международная конференция по акустике, речи и обработке сигналов ICASSP '79. Вашингтон: IEEE.

[Schafer2007-16] Шафер, Р.М. (2007). «Акустический космос» . Схема . 17 (3): 83–86. дои : 10.7202/017594ар .

[:0-17] Перейти обратно: ^а ^б ^с Кнудсен, В.; Харрис, К. (1950). Акустическое проектирование в архитектуре . Американский институт физики. стр. 1–18, 112–150.

[SmitthakornSiebein-18] Смиттакорн, П.; Зибейн, Г. (2012). Диффузное отражение: архитектурно-акустическое влияние зеркальных и диффузных отражений на воспринимаемое качество музыки . Саарбрюкен, Германия: Академическое издательство Lap Lambert. стр. 11–19.

[CavanaughTocci-19] Кавано, В.; Точчи, Г.; Уилкс, Дж. (2010). Принципы и практика архитектурной акустики. Маршалл, Л. (ред.) Акустический дизайн: места для прослушивания . Нью-Джерси: Джон Уайли и сыновья. стр. 133–157.

[:1-20] Перейти обратно: ^а ^б Лонг, М. (2006). Архитектурная акустика. В книге Леви М. и Стерн Р. (ред.) Общие соображения: дизайн комнат для музыки . Соединенные Штаты Америки: Elsevier Inc., стр. 653–656.

[а]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[1]

[2]