Дамы и господа, аудиофилы и меломаны, здравствуйте.
Добро пожаловать на Dzen-канал Аудиосалона "Русский Звук", посвященный аудиотехнике.
Наш Шоурум находится по адресу г. Москва, пр. Вернадского, 29. Приглашаем Вас в гости!
Напоминаем Вам о нашем сайте https://rus-audio.ru
Сегодня у нас очередная статья с просторов интернета, для ознакомления нашей Дорогой публики.
Авторы (источники) - Статья: Акустика помещений. А. Тихонов. Журнал Аудиомагазин.
Отдельно отмечаем, что мнение Аудиосалона "Русский Звук" может не совпадать с мнением авторов статьи.
Итак, поехали!
Хорошо известно, что свойства помещения влияют на качество восприятия музыкальных программ.
О ПОЛЬЗЕ ПОМЕЩЕНИЙ
Однако нужен ли вообще этот участник? Да, понятно, для того чтобы обеспечить возможность большому количеству людей одновременно слушать вокалиста, не использующего электроакустические средства, звук нужно удержать в объеме, занимаемом публикой, не позволяя ему беспрепятственно распространяться в разные стороны, угасая пропорционально расстоянию от источника, иначе исполнителя будет слышно только в первых рядах партера.
Но почему бы при столь широких возможностях и повсеместном использовании современной звукоусилительной техники не попытаться свести на нет фактор помещения? Что, кстати, и происходит в случае популярных нынче концертов на открытом воздухе. Ведь в любом помещении акустические волны отражаются от стен, пола и потолка, дифрагируют на различных архитектурных элементах; отраженные волны интерферируют между собой...
При этом коэффициенты отражения у различных поверхностей неизбежно отличаются, да еще и зависят от частоты. То есть звук первоисточника необратимо деформируется. И никакие эквалайзеры не помогут вернуть ему первозданную чистоту. Может быть, следует принять все меры для воссоздания в помещении условий свободного пространства или хотя бы полупространства, то есть приблизиться к условиям измерительных безэховых камер?
Между прочим, эта идея поддерживается рядом специалистов, по крайней мере, в отношении комнат прослушивания двухканального стерео и в большей степени — многоканального звука. И доводы их вполне убедительны. Однако, с одной стороны, создание помещений, в которых имитировались бы условия свободного поля, — задача весьма сложная, крайне затратная и, строго говоря, невыполнима полностью. С другой стороны, как показывает опыт, качество восприятия сложных звуковых программ в реальных безэховых камерах крайне низкое.
Дело, в частности, в том, что психика человека плохо реагирует на «внеземные» (неестественные) условия прослушивания. Кроме того, находясь в конкретном помещении, слушатель никогда не готов полностью от него абстрагироваться. Он должен слышать участие этого помещения, даже (в случае ретрансляции стереофонических фонограмм) если он стремится к достижению максимального эффекта присутствия в виртуальном концертном зале. А вот то, каким должно быть это участие, зависит от целого набора факторов.
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Одна из основных задач теоретической архитектурной акустики — прямая задача излучения: определение пространственно-временной структуры звукового поля источника (источников) с заданными параметрами в замкнутом объеме с определенными граничными условиями, с учетом свойств включенных в этот объем элементов.
Сразу заметим, что в общем случае точного решения задача не имеет, даже если удастся более или менее сносно установить эти граничные условия и свойства включенных элементов. Но, даже как-то решив сформулированную задачу, мы ничего не сможем сказать об акустической пригодности исследуемого помещения для тех или иных мероприятий, не привлекая аппарат такой увлекательной науки, как психоакустика, которая и вырабатывает систему критериев качества.
Искусство решения задач прикладной акустики требует в каждом конкретном случае поиска адекватных приближений и упрощений, и, чтобы овладеть им, необходимо не только полноценное физическое образование, но и немалый опыт применения этого образования на практике. Не следует питать чрезмерных иллюзий, если ваш арсенал ограничивается владением тем или иным специальным (как правило, дружественным к пользователю) программным обеспечением и знанием основных принципов и наборов принятых критериев. Но, конечно, речь идет об уровнях решения, если для дома, для семьи...
ЛИНЕЙНОСТЬ
Тот факт, что основные задачи архитектурной акустики не имеют точного решения, — это плохая новость. Хорошая же заключается в том, что почти все они относятся к области линейной акустики. Это обстоятельство, в конечном счете, свидетельствует о том, что помещение не вносит в сигнал первоисточника заметных нелинейных (гармонических) искажений — непреодолимой головной боли создателей электроакустических преобразователей.
Правда, при распространении акустической волны эффект нелинейности накапливается, и, если, скажем, в помещении в форме прямоугольного параллелепипеда с жесткими границами излучить звук с уровнем фортиссимо симфонического оркестра, гармонические искажения станут вполне измеримыми. Но, во-первых, этот сценарий практического значения не имеет, а во-вторых, нелинейные свойства слуховой системы в такой ситуации проявятся в существенно большей мере. Кстати, значительные нелинейные искажения собственного слуха, добавленные к повышенным искажениям акустических систем, — неизбежная плата за прослушивание музыки на высокой громкости.
Гипотетически источником нелинейности могут служить некие конструкции с выраженными резонансными свойствами, которые, будучи возбужденными на собственных частотах, начинают перекачивать энергию, накопленную на частоте резонанса, в кратные ей частоты. Но подобного рода конструкции (легко прогнозируемые) сразу исключаются при проектировании или демпфируются известными способами.
Отклик помещения
Линейность системы позволяет использовать при ее исследовании линейные математические операторы. Так, измерив или вычислив в заданной точке импульсную характеристику (реакцию помещения на короткое импульсное воздействие источника звука), мы можем предсказать, что произойдет здесь с сигналом произвольной формы. Для этого необходимо лишь выполнить математическую операцию свертки импульсной характеристики с этим сигналом. В качестве сигнала может выступать, например, произвольный музыкальный фрагмент.
Все уважающие себя компьютерные программы, построенные для решения упомянутой выше прямой задачи излучения в спроектированном помещении, умеют это делать. Выполнив прямое преобразование Фурье импульсной характеристики, мы получаем передаточную функцию, модуль которой правомерно трактовать как амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) помещения. Между прочим, взглянув на такую АЧХ, измеренную в обыкновенном помещении, можно сильно усомниться в необходимости предъявления жестких требований к АЧХ акустической системы: перепады в 15—20 дБ — обычное дело.
ЗВУКОВОЙ ПОРТРЕТ
Прослушивание (с помощью наушников) результата свертки импульсной характеристики с неким сигналом, записанным, например, в условиях заглушенной камеры, дает специалисту-акустику лишь качественное представление о свойствах разработанного им зала.
Необходим набор четких критериев, определяющих требования к вычисляемым и измеряемым характеристикам и параметрам. Заметим, что за всю историю архитектурной акустики набралось немало и этих характеристик, и критериев. Говорить о существовании четкой однозначной системы оценок, по нашему мнению, преждевременно. У разработчика всегда остается пространство для творческого произвола, который, правда, не всегда используется во благо...
Звуковое поле в замкнутом объеме есть сумма поля, формируемого исключительно за счет прямого излучения источника (волны «первозданной чистоты», не претерпевшей ни одного отражения от стен и других элементов интерьера), и поля отраженных волн. Очевидно, что отраженная энергия и создает акустический образ помещения. С момента включения источника звуковая энергия в помещении нарастает до момента наступления установившегося режима, при котором количество поглощаемой энергии становится равным количеству энергии излучаемой.
Через небольшой промежуток времени после выключения источника (необходимый, чтобы остатки прямого звука перешли в отражения) в чистом виде остается только энергия отражений, постепенно поглощаемая помещением. Этот звуковой шлейф и представляет собой объект пристального рассмотрения специалистов. Именно здесь скрыты почти все тайны акустического характера помещения.
А СУДЬИ КТО?
Так, фундаментальным параметром, характеризующим акустические свойства помещения, является время реверберации — время, за которое уровень плотности энергии сигнала уменьшится на 60 дБ после выключения источника звука.
Этот параметр может измеряться и вычисляться разными способами, причем значения могут отличаться в разы. Конечно, имеются стандартные методы измерений, но их обоснованность, мягко говоря, сомнительна.
Вместе с тем существует довольно жесткое нормирование оптимальных значений времени реверберации для помещений различного объема и целевого назначения. В простейшем случае вычисления проводятся по формуле Эйринга, полученной методом мнимых источников в рамках статистической теории для диффузного звукового поля.
Напомним, диффузным называют звуковое поле, сформированное в помещении с низкими значениями коэффициентов поглощения поверхностей, в котором все направления (в результате многократных переотражений) потоков акустической энергии равновероятны (изотропия), а плотность энергии по всему объему постоянна (однородность).
В формуле присутствуют всего четыре параметра: объем помещения, суммарная площадь всех звукопоглощающих поверхностей, средний коэффициент поглощения (зависящий от частоты) и фактор, учитывающий вязкость воздуха. То есть она никак не объясняет, как должен быть распределен по объему фонд поглощения. Вы можете получить прекрасные значения времени реверберации, организовав все хорошо поглощающие поверхности, например, только на полу и потолке, но реальный эффект будет обескураживающим.
Формула никак не учитывает специфику поведения малых помещений в нижней части звукового спектра, где механизмы затухания на резонансных и антирезонансных частотах совершенно различны. В соответствии со статистической теорией спад уровня сигнала происходит строго по экспоненциальному закону, что, вообще говоря, редко соответствует действительности. Сказанное не означает, что формулой Эйринга нельзя пользоваться, наоборот, в умелых руках это очень полезный инструмент, но лишь один из многих.
Разумеется, наиболее перспективными являются методы математического моделирования, использующие ресурсы современной электронно-вычислительной техники. Большинство из существующих программ позволяет оценить импульсную характеристику помещения в произвольной точке при заданных граничных условиях, которые, как правило, сводятся к присвоению каждой отражающей поверхности или ее фрагментам частотно зависимого коэффициента поглощения. Располагая импульсной характеристикой, мы можем не только вычислить любые придуманные известными психоакустиками параметры, но и, опираясь на собственный опыт, изобретать новые.
Работая с готовым архитектурно-акустическим программным продуктом, всегда следует точно понимать рамки допущений, которые были приняты при его разработке. Программа, например, может быть выполнена в «лучевом приближении», то есть в предположении малости длины волны по сравнению с масштабами отражающих поверхностей, в связи с чем точность решений падает на низких частотах.
Применяются и более изощренные методы, приближающие решение задачи к точному решению волнового уравнения (например, метод конечных разностей). Им можно больше доверять в низкочастотной области. Короче говоря, инструменты есть, их много и они разные. И хотя овладеть ими в должной мере — задача для непрофессионала практически невыполнимая, получив адекватные представления о современных средствах, понятиях, критериях архитектурной акустики, ценитель качественного звука научится лучше слышать и понимать помещение, осознавая его фундаментальную роль в создании звуковых образов.
