Волновая теория процессов в помещении. Геометрическая (лучевая) теория. Звукопоглощающие свойства материалов и конструкции

          ЛЕКЦИЯ 7.

Волновая теория процессов в помещении.

Согласно волновой теории, процесс затухания звука рассматривается как свободное колебание трехмерного пространства с заданным распределением энергии по помещению

                                 (7.0)

где n₁,n₂,n₃ – порядковые числа от 0 до  (определяют типы стоячих волн осевые, касательные, косые).

После выключения источника звука начинаются свободные колебания объёма воздуха в помещении. Этот процесс происходит по экспоненте на каждой собственной частоте. Начальные амплитуды свободных колебаний на каждой собственной частоте определяются условием распределения плотности энергии по помещению и разности частот вынужденных и собственных колебаний. При затухании звука происходит биение между колебаниями на собственной частоте. Звук затухает немонотонно. Тогда теряется смысл понятия времени реверберации.

Из волновой теории вытекает, что помещение простой, правильной геометрической формы менее удовлетворяет условию диффузности поля, чем помещение сложной формы, особенно выражены резонансы в помещениях с совпадающими линейными размерами. Наихудшими в акустическом отношении является помещение кубической формы, наилучшими «золотое сечение». То, что определили в акустической древности, нашло подтверждение в волновой теории. Помещение малого объёма с совпадающими линейными размерами обладает обедненным спектром собственных частот. Если в ванной комнате ударить в ладоши, то вместо шумового отклонения услышите звенящий звук с заметно выраженной высотой тона. Это объясняется бедностью спектра собственных частот. Слепые могут решить обратную задачу: анализируя спектр отзвука, определяют размеры и пропорции линейных размеров помещения.

Волновая теория дала ответ на вопрос: «Почему звукопоглощающие материалы,  которых определены в звуковой камере, ведут себя в реальном помещении иным образом. В рамках волновой теории n₁,n₂,n₃ определяют типы стоячих волн: осевые, касательные, косые. В звуковых камерах материал исследуют в диффузном поле.  Материала будет зависеть от типа волны. В целом при разнице в отходах статистическая и волновая теории дополняют друг друга. Многие люди, попав в помещение с большой реверберацией говорят: «Какой здесь резонанс». Кнуцсен говорил, те, кто смешивают ревербирацию с резонансом не так уж далеки от истины.

Геометрическая (лучевая) теория.

Геометрическая теория акустических процессов основан на законах геометрической оптики. Движение волн  - аналог движения световых лучей. Характер отражения зависит от формы отражающей поверхности.

При отражении от плоской поверхности возникает мнимый источник, Место его нахождения ощущаем на слух.

Отражение от вогнутых поверхностей приводит к фокусированию лучей.

Отражение от выпуклой поверхности рассеивает звук (колонны, пилястры, лепные фигуры)

Звук доходит до преграды, отражается, этот повторяется с потерей части энергии. Вследствие физиологических особенностей человек объединяет в общее впечатление все слуховые ощущения, приходящие в течение 50 мс. Все волны, достигающие ухо в течение 50мс после исходного – полезный звук.

Концентрированные звуки, приходящие позднее, воспринимаются как эхо.

Все отражения от преград (до 50 мс) увеличивают ощущения громкости до 6 дБ. Можно дать рекомендации в отношении времени запаздывания и и разделив звуки: 1 – запаздывающий, приходящий от потолка, 2 – боковые стены, 3 – задняя стена. Разные требования по времени задержки начальных отражений объясняется особенностями речи и музыки.

Маленькое запаздывание – хорошая разборчивость речи. Для музыки больше, Отсюда рекомендуемые размеры концертных залов:

Геометрия некоторых залов, акустика которых считается хорошей.

N – вместительность зала, L_n – наибольшая удаление слушателей от эстрады в партере, L_b – наибольшее удаление слушателей от эстрады на балконе,  - запоздание 1 отражения.

Неудовлетворительными акустическими решениями являются: Альберт-холл в Лондоне. Ширина 56м, высота 39м, запаздывание 200мс. Неудачен большой зал ЦТРА. Ширина 42м, высота 18м. Разборчивость речи в партере – низка.

Наилучшие залы: колонный зал Дома Союза, большой и малый зал консерватории, большой зал Санкт-Петербургской филармонии. Современные: детский музыкальный театр, театр им. Вахтанга, театр им. Пушкина, ДК Зил.

В них соблюдены требования геометрической акустики ( форма, размер) – высокая степень диффузности. Введены звукораспределяющие конструкции в виде ряда колонок и т.д.

Большое значение имеет материал, наилучшим считается дерево. Звучание музыки имеет красивую тембральную окраску. Нельзя использовать железобетонную конструкцию. Звук имеет металлическую окраску.