Звуковое поле в закрытом помещении

Колебания источника звука, находящегося в неограниченном пространстве, возмущают окружающую среду и эти возмущения, проявляющиеся в виде изменения давления, распространяются от источника звука во все стороны. Вокруг источника звука создается звуковое поле, которое характеризуется определенными закономерностями, связывающими звуковое давление с координатами точки пространства и временем.

Наличие ряда преград, создающих вокруг источника звука полузамкнутое или замкнутое пространство, изменяет характер звукового поля. Замкнутый воздушный объем превращается в систему, способную не только возбуждаться при воздействии источника звука, но и совершать собственные колебания после прекращения его действия.

Характер звукового поля, возникающего в полузакрытом или закрытом пространстве, тесно связан с линейными размерами последнего. При малых по сравнению с длиной волны линейных размерах ограниченного пространства, например, таких, как резонатор Гемгольца или труба, внутри пространства возникают собственные колебания только на некоторых частотах. Количество собственных частот для таких систем невелико.

Помещения и особенно те из них, которые используются в качестве массовых аудиторий, имеют линейные размеры значительно большие, чем длина волны даже для низких частот звукового диапазона. Такие помещения, точнее объемы воздуха, заключенные в них, представляют собой колебательные системы с широким спектром собственных частот. Каждое собственное колебание этих систем постепенно затухает.

При воздействии такого сложного и нерегулярного сигнала, каким является речь или музыка, в воздушном объеме помещения возбуждаются собственные колебания с частотами, отвечающими частотным составляющим этого сложного сигнала. Так как спектральный состав сигнала все время изменяется, то такое измепонио будет сопровождаться появлением новых собственных колебаний, накладывающихся на ранео возбужденные и еще не затухшие колебания.

Таким образом, каждый из ряда импульсов, составляющих речевую или музыкальную фразу, сопровождается постепенно затухающим отзвуком, который заметно влияот на основной сигнал, воспроизводимый в помещении, внося изменение в его временную структуру. Поэтому, когда в таких помещениях устанавливается оборудование для дискотек, необходимо учитывать эти свойства.

Процесс затухания отзвука будет более или менее длительным, в зависимости от скорости рассеяния звуковой энергии, что прежде всего связано с потерями ее на границах помещения.

Кроме того, отдельные собственные колебаппя, составляющие отзвук, могут затухать с различной скоростью. Неодинаковая скорость затухаппя ряда собственных колебаний является следствием того, что звукопоглощающие свойства различных участков поверхностей, ограничивающих помещения, могут значительно отличаться друг от друга. В результате этого звуковое поле становится неравномерным.

Таким образом, различие в скорости затухания возбуждаемых в помещении собственных колебаний может привести к пространственному изменению звукового поля, т. е. к изменению уровней сигналов при переходе из одной точки помещения в другую.

Спектр собственных частот воздушного объема, как и любой другой колебательной системы, зависит от размеров системы или, в данном случае, от размеров помещения. Этот спектр может заметно отличаться от частотного спектра основного сигпала. В этом случае одни составляющие сигнала, совпадающие с собственными частотами помещения, вследствие резонанса будут выделяться по сравнению с другими, не имеющими себе равных в спектре собственных частот помещения. Большое или меньшее выделение частотных составляющих основного сигнала обусловливает также различие в скорости затухания различных собственных частот. Все это может вызвать изменение тембралыюй окраски основного сигпала, т. е. привести к изменению его частотного состава.

Рассмотрение физической стороны звуковых процессов, происходящих в закрытых пространствах, не достаточно для того, чтобы судить об акустических особенностях помещений. Полное суждение может быть составлено только в результате субъективной оценки этих процессов, осуществляемой с помощью слухового аппарата.

С точки зрения слухового восприятия тех явлений, которые характерны для закрытых помещений, наиболее интереспы такие особенности слуха, как его способность слитно воспринимать звуковые импульсы и суммировать их энергию при определенной разности во времени поступления указанных импульсов. Эта разность во времени называется предельным временем запаздывания.

Предельное время запаздывания для музыкальных звучаний значительно больше, чем для речевых, и достигает, в зависимости от характера музыкального произведения, 150—250 мсек.

Таким образом, если временная структура основного сигнала и сопровождающих его собственных колобаннй воздушного объома помещения такова, что интервалы между ними не превышают продольного времени запаздывания, то они будут воспрпнпматься слухом слитно, в виде отзвука.

При интервалах, превышающих продольное запаздывание, между сигналами возникает пауза, и слух фиксирует повторный сигнал, как эхо, которое особенно заметно, если уровень повторного сигнала сравнительно мало отличается от уровня основного.

Если собственные колебания, возбуждаемые основным сигналом, имеют относительно высокий уровень и следуют за ним с запаздыванием, не большим предельного, то они, сливаясь с этим сигналом, усиливают его. Следовательно, из-за собственных колебаний звуковые сигналы в помещении подвергаются некоторому усилению, величина которого зависит от поглощения энергии на границах помещения.

Практически это обнаруживается в том, что при изменении расстояния между источником и приемником звука уровень сигнала в помещении изменяется значительно меньше, чем на открытом воздухе.

При различии условий на границах помещения уровень запаздывающих повторений меняется, вместе с ним изменяется и приращение громкости, обусловленное собственными колебаниями воздушного объема помещения, что делает звуковое поле в нем неравномерным.

Таким образом, воздушный объем помещения оказывает значительное влияние на воспроизводимый в нем сигнал:

• а) сопровождая его специфическим отзвуком, иногда переходящим в эхо, т. е. внося в его структуру временные изменения;
• б) изменяя его тональпую окраску, т. е. внося изменения в его частотный спектр;
• в) повышая его уровень за счет энергии собственных колебаний;
• г) создавая неодинаковые условия восприятия в различных точках помещения, т. е. внося пространственное изменение сигнала.

Из сказанного следует, что помещение является сложным элементом, участвующим в процессе излучения и приема звука, заметно влияющим на количество последнего. Если иметь в виду передачу звука через тракт записи и воспроизведения или низкочастотный тракт радиовещания, то помещение можно рассматривать как одно из звеньев этого тракта наряду с такими звеньями, как микрофоны, усилители, громкоговорители.

С использованием: Маньковский В.С. Акустика студий и залов для звуковоспроизведения. 1966 г.