Розповсюдження звуку у вільному просторі
Якщо джерело звуку всенаправленний. іншими словами, звукова енергія поширюється рівномірно у всіх напрямках, як наприклад, звук від літака в повітряному просторі, то розподіл звукового тиску залежить тільки від відстані і зменшується на 6 дБ з кожним подвоєнням відстані від джерела звуку.
Якщо ж джерело звуку спрямований. як, наприклад, рупор, то рівень звукового тиску залежить як від відстані, так і від кута сприйняття щодо осі випромінювання звуку.
Взаємодія звуку з перешкодою
Звукові (чутні) хвилі, зустрічаючи на своєму шляху перешкоду, частково поглинаються їм, частково відбиваються від нього, тобто перевипромінюють перешкодою назад в приміщення і частково проходять через нього наскрізь.
Відразу слід зазначити, що процентне співвідношення цих процесів буде різним для звукових хвиль різної довжини, що обумовлено особливостями поведінки ВЧ, СЧ і НЧ хвиль. Крім цього важливу роль відіграють характеристики самого перешкоди такі, як його товщина, щільність матеріалу з якого вона виготовлена, а також властивості поверхні (гладка / рельєфна, щільна / пухка).
Розповсюдження звуку в замкнутому просторі
Поширення звуку в замкнутому просторі (в умовах приміщення) кардинальним чином відрізняється від умов його поширення у вільному просторі, так, як звукова хвиля зустрічає на своєму шляху безліч перешкод (стіни, стеля, підлога, меблі, предмети інтер'єру і т.п.).
Виникаючі в результаті цього численні відображення основного звуку взаємодіють, як з прямим звуком, що виходить безпосередньо з динаміка і досягає вух слухача найкоротшим шляхом, тобто, по прямій, так і між собою. Схематично це відмінність ілюструє наступна діаграма:
1) Відкритий простір. прямий звук;
2) Замкнутий простір. прямий звук + ранні відбиття + реверберація.
Всім відомо, що звук відбивається від стін, підлоги і стелі, але як це відбувається?
Як вже було розглянуто вище, звукова хвиля, б'ючись об перешкоду, частково відбивається від неї, частково поглинається, а частково проходить крізь перешкоду.
Природно, чим твердіше і щільніше стіна, тим більшу частину акустичної енергії вона буде відображати назад у внутрішній простір приміщення.
Звукові хвилі відбиваються від перешкод остронаправленной, тому в місцях їх відображень від стін, стелі та підлоги, тобто, в стороні від основного джерела звуку з'являються його додаткові "образи" (вторинні, «уявні» джерела звуку або, так звані «фантоми». У деяких зарубіжних джерелах інформації їх також називають «гарячими областями»).
Відображення, взаємодіючи між собою і з прямим звуком, спотворюють його і погіршують виразність звукової картини. А тепер уявіть собі, що відбувається, коли багаточастотний звук відразу від двох або більше акустичних систем відбивається відразу від шести поверхонь кімнати (чотирьох стін, стелі та підлоги), і Ви зрозумієте, який колосальний вплив робить акустика приміщення на якість звуку, які відтворюються в ньому .
Отже, в замкнутому просторі (в умовах приміщення) виділяють три джерела звуку:
1. Прямий звук - це звук, що виходить безпосередньо з динаміків АС (акустичної системи) і досягає вух слухача найкоротшим шляхом - по прямій, тобто, не відбиваючись від поверхонь стін, підлоги і стелі приміщення (умовно можна вважати його оригінальним звуком, записаному на музичному носії).
2. Ранні відображення (перші відбиття) - це відображення основного звуку від стін, підлоги і стелі приміщення, а також від предметів інтер'єру, що знаходяться в ньому, що досягають вух слухача найкоротшими шляхами, тобто, зазнаючи одне єдине відображення, завдяки чому вони зберігають досить велику амплітуду і формують в областях відображення на поверхнях стін, підлоги і стелі приміщення «образи» (вторинні, віртуальні, «уявні» джерела, «фантоми») прямого звуку. Саме тому перші відбиття є найбільш важливими в загальній структурі відображень і, відповідно, роблять серйозний вплив на якість звучання і формування стереокартіни.
3. ревербераційній відображення (пізні відображення, реверберація, луна). На відміну від ранніх віддзеркалень, вони є результатом багаторазових перевідбиттів основного звуку від поверхонь стін, підлоги і стелі приміщення. Вони досягають вух слухача складними, довгими шляхами і тому мають низьку амплітуду.
Під основним звуком мається на увазі звук, що виходить безпосередньо з динаміка, але, на відміну від прямого звуку, має кругову спрямованість.
Чим же відрізняються ранні і пізні відображення?
Щоб відповісти на це питання, необхідно ознайомитися з деякими суб'єктивними особливостями людського звуковосприятия, пов'язаними з тимчасової характеристикою звуку.
Це - так званий ефект Хааса (Haas effect). суть якого полягає в тому, що, якщо звук прибуває від декількох разноудаленних джерел, то наша система вухо / мозок ідентифікує (сприймає) тільки той звук, який прийшов раніше.
Якщо різниця в часі прибуття декількох звукових сигналів становить до 50 мс, то раніше прибули звук домінує над які прийшли пізніше, навіть в разі, якщо останній на 10 дБ голосніше (тобто голосніше в 3 рази.).
Таким чином, все відображення, що досягають вух слухача протягом перших 50 мс слідом за прямим звуком, сприймаються людським вухом разом з прямим сигналом, тобто, як один загальний сигнал.
З одного боку, це призводить до поліпшення сприйняття мови і суб'єктивного збільшення її гучності, проте, в разі звуковідтворення це значно погіршує його якість за рахунок спотворення оригінальної музичної інформації зливаються з нею відбитими звуковими сигналами.
Якщо ж відображення надходять із затримкою більше, ніж 50 мс і мають такий же рівень з прямим сигналом, людське вухо сприймає їх як повторення прямого сигналу, тобто - у вигляді окремих звукових сигналів. У таких випадках ці відображення називають «луною» (реверберацией). Відлуння істотно погіршує розбірливість мови і сприйняття музичної інформації.
1) Особливе практичне значення мають ранні відображення (перші відбиття). досягають вуха слухача в часовому проміжку до 20 мс. після прямого сигналу.
Як вже говорилося, вони зберігають велику амплітуду і сприймаються людським вухом разом з прямим сигналом і, отже, спотворюють його первісну (оригінальну) структуру. Таким чином, перші відображення є одним з основних ворогів якісного звуку.
Геометричні характеристики ранніх віддзеркалень безпосередньо залежать від форми приміщення, розташування джерела звуку (в нашому випадку це АС) і слухача в ньому, будучи унікальними для кожної конкретної точки даного приміщення.
Амплітудні ж характеристики перших відображень залежать від:
- відстані між джерелом звуку і відбиває;
- відстані від вух слухача до поверхні, що відбиває;
- від акустичних властивостей самої поверхні, що відбиває.
Таким чином, акустична характеристика кожної точки внутрішнього простору приміщення, головним чином, визначається поєднанням характеристик прямого звуку і ранніх віддзеркалень, що приходять в дану точку.
Середньо- і високочастотні хвилі (хвилі малої довжини)
Як вже говорилося, поводження звукових хвиль ВЧ діапазону в загальних рисах підпорядковується законам поширення світла. Це безпосередньо відноситься до хвиль ВЧ діапазону і більш-менш справедливо по відношенню до ВСЧ поддиапазону.
Першою особливістю звукових хвиль даного діапазону є їх виражена спрямованість. тобто зміна (посилення або ослаблення) сприйняття рівня ВЧ навіть при незначному відхиленні від осі їх випромінювання. Простіше кажучи, високі частоти поширюються в напрямку слухача подібно променю прожектора.
Спрямованість зростає із збільшенням частоти сигналу, досягаючи максимуму на найвищих частотах. Саме спрямованість визначає головну роль ВЧ хвиль у формуванні стереокартіни.
Другою характерною особливістю ВЧ, є здатність до багаторазового відбиття від твердих поверхонь, подібно рекошетящей пулі або більярдній кулі, що, в свою чергу, обумовлює їх легку рассеіваімость (дифузію).
Третя особливість - легка поглощаемость навіть тонкими м'якими поверхнями, такими як, непрімер, штори.
Саме завдяки спрямованості і здатності до відбиття ВЧ, як зазначалося вище, беруть активну участь у формуванні ревербераційній картини.
Низькочастотні або басові хвилі (хвилі великої довжини)
Отже, поведінка НЧ в умовах замкнутого простору виглядає як чисто хвильової процес, в основі якого лежить інтерференція, тобто, процес складання (накладення) звукових хвиль, що виходять абсолютно від усіх НЧ джерел, що знаходяться в приміщенні, а також безлічі НЧ-відображень від стін , підлоги і стелі даного приміщення.
Це обумовлено тим, що на відміну від СЧ і ВЧ хвиль, які є спрямованими, басові хвилі рівномірно поширюються у всіх напрямках подібно сферам, що розходяться від випромінює центру. Таким чином, НЧ звукові хвилі є всеспрямованими. саме тому, з закритими очима неможливо визначити місце розташування вуфера.
Це властивість НЧ хвиль пояснює нездатність участі їх у формуванні стереокартіни.
Крім цього, завдяки великій довжині хвилі і високої енергії, НЧ хвилі здатні не тільки огинати перешкоду, а й, частково відбиваючись, «проходити» наскрізь навіть через бетонні стіни (це як раз той випадок, коли Ваші далекі сусіди по «багатоповерхівці» чують низкочастотное «гудіння», під час прослуховування Вами музики).
Таким чином, на відміну від ВЧ, які легко відбиваються від твердих поверхонь, басові хвилі відбиваються набагато гірше, частково поглинаючись і частково проходячи крізь перешкоду, причому зі зниженням частоти вони все більше втрачають здатність до відбиття і вважають за краще «йти напролом».
А ще НЧ хвилі «вміють» «витікати» з приміщення через відкриті віконні та дверні прорізи, а також легко проникати через скло, як ніби його взагалі немає.
З огляду на всі перераховані вище моменти, а також беручи до уваги той факт, що довжини НЧ хвиль співмірні з лінійними розмірами кімнати (довжиною, шириною і висотою), стає зрозумілим, чому на поведінку басових хвиль основний вплив роблять саме параметри приміщення.
Якщо довжина хвилі звукового сигналу в два рази більше одного з лінійних розмірів кімнати, то на її частоті між даною парою стін виникає саме грізне і трудноподавляемое акустичне явище, буквально, «вбиває» звук, - резонанс повітряного обсягу.
Суб'єктивно це виражається в посиленні сигналу цієї конкретної частоти по відношенню до рівня інших частот і появи гулкости звучання.
Низькочастотні резонанси і стоячі хвилі виникають між двома паралельними поверхнями (наприклад, між фронтальної і тилової стінами або між бічними стінами, або між підлогою та стелею) при порушенні в даному приміщенні звукової хвилі з відповідною частотою.
Причому абсолютно неважливо, що порушить цю хвилю: відтворення музики, гра на музичному інструменті, тембр голосу при розмові, звуки комунікацій або проходить повз транспорту, робота електропобутових приладів і т.д.).
Низькочастотні звукові хвилі поширюються всеспрямовані ( «. Ми не можемо локалізувати баси, нижче 80 Гц.» - Anthony Grimani) і вони мають величезну енергію. Найнижчі з них - басові частоти, практично не відбиваючись, здатні проходити через будь-які перешкоди.
У міру підвищення частоти їх здатність до відбиття зростає, а проникаюча здатність знижується.
«Вважається, що звук поширюється прямолінійно, як будь-які хвилі. Але це справедливо лише для позбавленого перешкод широкого простору. В реальності рух звукових хвиль незмірно складніше. Вони стикаються з перешкодами і один з одним, і часом поширюються, утворюючи вихори, по неймовірним траєкторіях.
На мій погляд, тим, хто займається аудіотехнікою, необхідно володіти просторовою уявою, щоб чітко уявляти візуальні образи звукових хвиль і їх поведінку, яке неможливо пояснити, спираючись тільки на теорію електрики.
Схоже, до цього дня, величезна кількість факторів, що впливають на звуковідтворення, залишаються невивченими, кидаючи виклик усім накопиченим знанням і досвіду звукоинженеров. Чим більше я розмірковую над цим, тим виразніше розумію, що світ звуку набагато глибше, ніж ми можемо собі уявити. »
«Мої роздуми про Hi-Fi» Х. Кондо.
- Новини
- Основи поширення звуку у вільному і замкнутому просторі