Acustică - concepte de bază
Dacă într-un mediu elastic, cum ar fi aerul, un anumit corp oscilează, straturile alternante de compactare și rărire încep să se abată de la el. Acestea se numesc unde sonore și reprezintă oscilații longitudinale ale particulelor mediului, adică particulele oscilează în direcția propagării undelor.
Suprafața undei (frontul undei) este locusul geometric al punctelor mediului care oscilează în aceleași faze.
Raza sunetului este o linie, în fiecare punct coincis cu direcția de propagare a undelor. Într-un mediu izotropic omogen, fasciculul de sunet este o linie dreaptă perpendiculară pe suprafața undei.
Viteza propagării unui val sonor, V, este distanța care trece prin orice punct al suprafeței undei pe unitate de timp. Viteza de propagare a undelor sonore într-un gaz este direct proporțională cu rădăcina pătrată a temperaturii absolute a gazului.
lungime de undă # 955; este distanța dintre două puncte cele mai apropiate ale mediului, oscilând cu o schimbare de fază # 916; # 966; = 2π.
Perioada de oscilație T este timpul pentru care sursa efectuează o singură oscilație completă.
Frecvența de oscilație f este numărul de vibrații totale pe unitatea de timp.
O caracteristică importantă a sunetului este spectrul său, obținut ca rezultat al descompunerii sunetului în oscilații armonice simple. Spectrul este continuu, când energia oscilațiilor sonore este distribuită în mod continuu într-un interval de frecvențe mai mult sau mai puțin larg și este determinată atunci când există un set de componente de frecvență discrete.
În straturile alternante de compresiune și rărire a mediului, presiunea se modifică în comparație cu presiunea atmosferică (statică). În momentele de compresie, schimbarea are loc în direcția creșterii presiunii, în momentele de rărire, în direcția scăderii.
Presiunea acustică este o cantitate aproximativ egală (cu o oscilație armonică) de 70% din diferența maximă dintre presiunea statică și presiunea creată de vibrațiile sonore. Presiunea acustică este măsurată în n / m2 (sau, care este același lucru, în Pa).
Presiunea acustică la un anumit punct scade proporțional cu creșterea distanței punctului de la sursă.
Dacă Epa este energia sunetului care se încadrează pe un anumit obstacol și Eot este energia sunetului reflectat, atunci coeficientul de reflexie # 946; = Em / Sfârșit
Dacă En este energia sunetului care trece prin barieră (de la camera 1 la camera 2), atunci coeficientul de conductivitate a sunetului # 947; = Епр / Епад
Deoarece energia pierdută în camera 1, când este reflectată din perete, este compusă din energia absorbită de materialul peretelui Enorm și energia care trece prin perete, atunci coeficientul de absorbție # 945; = (Enor + Enpr) / Ecate
Din cele de mai sus este clar că # 945; + # 946; = 1.
Când se reflectă de pe o suprafață concavă, razele reflectate pot fi focalizate pentru a forma o sursă de sunet imaginară la punctul S ', în care crește densitatea energiei sonore. Suprafețele convexe contribuie la împrăștierea energiei reflectate a sunetului, adesea contribuind la asigurarea unei audibilități uniforme în toate punctele din cameră. Suprafețele concave sunt permise numai cu o rază de curbură foarte mică (nu mai mult de 40 cm) sau foarte mare (mai mult de 4 ori lungimea camerei). Atunci când un sunet se reflectă de pe o suprafață plană, se formează și o sursă imaginară, dar mai slabă.
Materiale poroase
În materiale poroase, substanța umple o mică parte din volumul total. Volumul principal constă în numeroase pori, canale și cavități care sunt deschise spre exterior și comunică între ele. Aceste materiale sunt simțite, bumbac și lână din fibră de sticlă, covoare, tencuială acustică specială etc.
Teoria de absorbție a sunetului a materialelor poroase a fost dezvoltat pentru prima oară în urmă cu mai mult de 100 de ani, George. W. Strutt (Lord Rayleigh). Ea se bazează pe o premisă că materialele poroase există forțe vâscoase care împiedică fluxul de aer prin porii, prin care agentul selecteaza o parte din energia cinetică a particulelor de aer oscilante, transformându-l în căldură. Conform acestei teorii, proprietățile de absorbție ale materialelor poroase depinde de vâscozitatea și densitatea aerului, raza și numărul de pori per unitate de suprafață, iar atunci când este utilizat ca material de acoperire într-un perete solid - pe grosime, sau mai degrabă distanța dintre acesta și peretele solid. Cu cat raza porilor este mai mica si cu cat mai multi dintre ei, cu atat mai bine sunt absorbite frecventele inalte. Un absorbant de acest tip este eficient numai la acele frecvențe la care oscilând unda acustică în particulele de aer impregnind materialul poros. Direct din solid perete viteza de vibrație a particulelor de aer este egal cu zero, astfel încât grosimea absorber (sau distanța dintre acesta și peretele) este ales să fie de cel puțin un sfert din lungimea de undă a sunetului absorbit.
Coeficienții de absorbție ai materialelor utilizate cel mai frecvent în acustica arhitecturală
Fluturarea ecourilor
În cele mai multe cazuri, camera are forma unui paralelipiped. Din punct de vedere al acusticei, acest lucru este departe de ideal. În cazul în care există două suprafețe de reflexie paralele (și în cameră nu anecogenă acustic netratate astfel de perechi de suprafețe de trei - pereți opuși și podea la tavan), apoi apariția unui semnal sonor audio reflectată de o suprafață, înapoi la alta, este reflectată de ea, și începe să se grăbească , cum să fugiți între ele, treptat să se estompeze. Prin urmare, acest ecou este numit fluttering sau flutter-echo. Dacă ascultătorul este echidistant față de cele două suprafețe reflectorizante, semnalele de ecou sunt repetate la intervale de timp de deplasare a sunetului între cele două suprafețe (de 2 ori 1/2 din timpul de rulare). În cazul în care ascultătorul este situată aproape de una dintre suprafețe, perioada de repetiție a semnalului ecou va fi egal cu dublul timpului de călătorie.
Urechea persoanei este extrem de sensibilă la toate procesele repetitive la toate procesele recurente. Dacă perioada de repetare a semnalelor ecou este mică și este mai mică de 20 ms (frecvența de repetiție 50 Hz și mai mare), atunci sunetul perceput dobândește un caracter de ton. În astfel de cazuri, vorbiți despre sunete "ca un butoi" cu o frecvență redusă de repetare și "sunet metalic" la o frecvență înaltă. Această colorare a sunetului este observată nu numai pe semnale pe termen scurt, ci și pe semnale de lungă durată (performanță vocală, note lungi etc.).
Valuri permanente în cameră
Un alt efect al paralelismului zidurilor asupra acusticilor în cameră este acela că camera dreptunghiulară este un rezonator tridimensional.
Ca un rezonator unidimensional, se poate imagina un tub îngust închis pe ambele părți. Dacă o sursă de oscilații sinusoidale este amplasată lângă una din laturi, atunci o undă sonoră sinusoidală se va deplasa de-a lungul tubului cu viteza sunetului, reflectată de pereții închisi
Plasați un microfon lângă celălalt perete al tubului. Schimbând frecvența generatorului, puteți observa că, atunci când frecvența se schimbă, amplitudinea sunetului, fixată de microfon, crește apoi scade la aproape zero. Aceasta înseamnă că țevul demonstrează o caracteristică a frecvenței amplitudinii, asemănătoare cu un pieptene în formă, fiecare din dinți reprezentând o rezonanță acustică.
Rezonanța se formează dacă lungimea tubului este mai mare de jumătate din lungimea de undă a oscilațiilor excitate. Acest fenomen se numește filtru de pieptene.
Evident, pentru a face față cu însuși faptul de apariție a rezonante interior greu, și de multe ori nu este necesar - în cazul în care rezonante sunt situate într-o bandă de frecvență predeterminată aproape unul de altul și uniform, forma de undă în această bandă de frecvență este transmis în mod substanțial fără distorsiuni.
Fizicianul Philip Morse derivat o formulă pentru a calcula numărul de frecvențe de rezonanță într-un interval de frecvență predeterminată în funcție de cantitatea și dimensiunile liniare ale camerei, ceea ce arată că cantitatea de rezonanțe cameră, corespunzând uneia și aceeași bandă de frecvență, frecvență redusă în mod semnificativ în jos.
De asemenea, Morse a calculat cât de mult ar trebui să aibă rezonanțele într-o anumită gamă de frecvențe pentru a purta o formă sonoră cu o durată de aproximativ 0,1 s fără distorsiuni vizibile. Rezultatul calculelor sale este următorul: în intervalul respectiv F = 10 Hz trebuie să fie cel puțin 10 rezonanțe.
Așa cum am menționat deja, rezonanțele deasupra frecvenței limită inferioară a acestei încăperi pentru forma semnalului sonor sunt sigure dacă sunt distribuite uniform. Dar problema este că în majoritatea camerelor această condiție nu este îndeplinită, iar frecvențele rezonante sunt distribuite neuniform, și chiar mai rău, chiar coincid și se "îmbină". Un exemplu simplu este amplasarea unei forme cubice, în care frecvențele naturale coincid în toate cele trei direcții axiale. Răspunsul la frecvență al unei astfel de încăperi (dacă nu este îndoit) are vârfuri absolut inacceptabile și scufundări. Probleme similare apar în toate camerele cu dimensiuni liniare multiple. Cel mai bun rezultat este obținut dacă raportul dintre dimensiunile liniare ale camerei corespunde "secțiunii de aur".
Lupta cu rezonanțele dăunătoare și reverberarea excesivă a camerei are loc în principal prin mușcarea camerei cu materiale poroase.
Locația difuzoarelor și a ascultătorilor în sala de audiție.
Plasarea difuzoarelor și a ascultătorului în sala de audiență este corectă când
- Nu există nici o reflecție în capul ascultătorului care să rămână în urmă cu începutul sunetului direct cu mai puțin de 3 ms;
- Neuniformitatea caracteristicilor generale ale frecvenței amplitudinii-difuzor a stereo-difuzorului, cauzată de interacțiunea dintre ele și cu camera, este minimă.
Radiația a două surse de sunet, emise simultan același semnal,
Amplasarea difuzoarelor și a ascultătorilor în sala de audiție
Audierea este capabilă nu numai să unească semnale diferite într-una, ci și să separe componentele "necesare" și "nu sunt necesare".
În acest caz, este că urechile pot separa în mod eficient semnalul de fonograma adăugat la acesta în timpul redării ecouri. Dar acest lucru se va întâmpla numai dacă diferența dintre timpul de sosire al semnalelor directe și reflectate nu este mai mică de 3 ms. Dacă această valoare este mai mică decât aceasta, directe și reflectate de sunet formează împreună nouă sursă aparentă de sunet care, în mod natural, va distorsiona stereo conceput piesa creatori.
Prin urmare, difuzoarele care urmează să fie instalat în camera de ascultare, astfel încât lungimea căii de sunet de la fiecare difuzor la capul ascultătorului a fost de cel puțin 1 m mai mică decât calea de sunet care cuprinde o reflecție de la orice perete, podea sau tavan.
Interacțiunea a două surse de sunet care emiteau același semnal în aceeași fază a fost considerată de către acusticianul american E. Skuchik în lucrarea sa. El a arătat că puterea acustică emisă de una dintre aceste surse depinde de distanța dintre ele și de lungimea undei emise.
Evident, răspunsul de frecvență al semnalului emis de difuzoare se comportă într-un mod similar. Diagrama prezintă două distorsiuni majore: "hump" în zona kd
Distorsiune a efectului stereo
Pentru percepția adecvată a imaginii stereo încorporate în pista de sunet, ascultătorul ar trebui să fie la distanță egală de difuzoare stereo, unghiul dintre ele (cu vârful la cap) ar trebui să fie de la 50 la 700. Prin deplasarea ascultătorul, de exemplu, semnalul de stânga de la difuzorul din dreapta este iar stereopanorama este deplasată spre cel mai apropiat difuzor.
Pentru a obține un semnal nedistorsionat cap AFC ascultător ar trebui să fie la nivelul tweeterele difuzorului (acest nivel este selectat în mod tipic, de circa 90 cm de la podea, care corespunde distanței de la podea la capul unui ascultător așezat).
Uneori este de asemenea recomandat ca ascultătorul să se afle în zona de echilibru a amplitudinilor undelor longitudinale paralele și longitudinale. Calculul poziției acestei zone nu este accesibil și este căutat de ureche.
Trimiteți-le prietenilor: