Влияние основных резонансов в комнатах небольшого размера часто приводит к увеличению времени реверберации и к неровности частотной характеристики, которая в свою очередь часто приводит к окрашиванию звука. Из-за сравнительно низкой плотности мод проблемы возникают на низких частотах звукового диапазона.

Проектировщики акустики кинозалов и музыкальных комнат стараются решить эту проблему путем использования помещений с соответствующими размерами, а также, располагая слушателей и громкоговорители в определенных местах. Акустическая подготовка помещения, позволяет дополнительно изменить распределение резонансов, особенно в средне-высоко частотной области.

В различных исследованиях было предложено большое количество методик поиска оптимальных соотношений размеров помещений. В большинстве методик расчетов пропорций, стремятся избежать случаев, в которых повторяющиеся моды располагаются в узком диапазоне частот.

Основное предположение заключается в том, что когда в комнате играет музыка, отсутствие или подъем определенных тональных элементов будет уменьшать качество звучания и влиять на тембр звука. Отправным пунктом этих методов обычно является определение мод в закрытом прямоугольном помещении с твердыми стенами.

Richard H. Bolt (1946 г.) предложил расчетный график, который дает возможность определять предпочтительные соотношения сторон комнаты. Richard Bolt изучал поведение звука в камере, в которой ограждения по размерам были сравнимы с длиной волны, и предложил такую группу соотношений высоты к длине и длины к ширине, в которой модальные частоты были достаточно распределены.

M. M. Louden (1971 г.) рассчитал распределение мод, для множества соотношений размеров комнат и опубликовал перечень предпочтительных размеров, основанный на одном графике качества. Этот метод дал широко известное соотношение 1:1,4:1,9. Louden проводил исследования над 125 комбинациями соотношений размеров с шагом 0,1.

Robert Walker (1996 г.) разработал критерий качества акустики комнаты, основанный на вычислении среднеквадратичного расстояния между модальными частотами. Этот метод позволяет получить ряд практичных и почти оптимальных размеров. В 1998 году формула, предложенная Robert Walker была принята в качестве стандарта Европейским Радиовещательным Союзом (EBU) и Международным Телекоммуникационным Союзом (ITU).

Trevor Cox (2004 г.) составил рекомендации, которые основаны на поиске размеров помещения с наиболее равномерной модальной частотной характеристикой. Для эффективного поиска наилучших размеров помещения используется компьютерный алгоритм. Подобный алгоритм используется, так же, для определения лучшего расположения источника и приемника звука.

Все приведенные методики, так или иначе, имеют свои ограничения, но их применение на практике позволяет определить диапазон приемлемых пропорций комнат и избежать наихудших вариантов, минимизировав влияние комнатных мод на тональный баланс и тембр звука.

ОТРАЖЕНИЕ, ПОГЛОЩЕНИЕ И ПРОХОЖДЕНИЕ ЗВУКА ЧЕРЕЗ ПРЕГРАДУ

Если звуковая волна падает на препятствие, то одна часть звуковой энергии поглощается препятствием, другая часть – отражается от препятствия, третья – переизлучается препятствием.

РАСПОСТРАНЕНИЕ ЗВУКА В ЗАМКНУТОМ ПРОСТРАНСТВЕ

Открытое пространство → только прямой звук

Замкнутое пространство → сумма прямого звука + ранних отражений + реверберации

РАННИЕ ОТРАЖЕНИЯ. ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ АКУСТИКА

В общем случае верно определение - ранние отражения содержат больше энергии, чем реверберационные отражения. Распределение ранних отражений напрямую зависят от геометрических форм помещения и их состав являются уникальным, для каждой конкретной точки помещения. Таким образом, акустические характеристики, в каждой точке помещения, определяются сочетанием прямого звука и ранних отражений, приходящих в эту точку.

СУБЪЕКТИВНОЕ ВОСПРИЯТИЕ РАННИХ ОТРАЖЕНИЙ

Все отражения, которые достигают слушателя в течение первых 50 мс после прямого сигнала, воспринимаются человеческим ухом слитно с прямым сигналом, что приводит к улучшению восприятия речи и субъективному увеличению громкости.

Отражения, поступающие с задержкой больше чем 50 мс и имеющие сопоставимый уровень с прямым сигналом, человеческое ухо воспринимает как повторение прямого сигнала. В этих случаях такие отражения называют «эхом». Эхо может существенно ухудшать разборчивость речи и музыкальных "нюансов" при воспроизведении.

ПОРХАЮЩЕЕ ЭХО

Очерёдность быстрых повторений звукового сигнала, возникающих в случае, если источник звука находится между двумя параллельными поверхностями, с высокой отражающей способностью, называется порхающим эхом. Это явление приводит к характерному ухудшению разборчивости речи.

ВРЕМЯ РЕВЕРБЕРАЦИИ (СТАТИСТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ АКУСТИКИ)

Время реверберации (RT) определяется как время (в секундах), необходимое для спада звукового давления (SPL) на 60 дБ после того, как источник звука прекратит излучение.

Залы с большим значением времени реверберации характеризуется как «живые» (часто это церковные сооружения, спортзалы), комнаты с малым значением времени реверберации характеризуются как «мертвые» или «заглушенные» (студии звукозаписи, дикторские кабинки). В целом, RT зависит от частоты и, как правило, уменьшается с возрастанием частоты. Время реверберации рассчитывается, чаще всего, по формуле Сэбина:

 RT= 0,162 x V/A

где V – объем помещения, А – среднее поглощение всех поверхностей в помещении.

 Формула показывает, что увеличение поглощения, уменьшает время реверберации. Путем измерения и получения кривой спада энергии, так же, можно получить время реверберации, график которой представлен на рисунке.

КРИТИЧЕСКОЕ РАССТОЯНИЕ

Общее звуковое давление, для определенной точки в комнате, определяется уровнем звукового давления прямого звука (которое падает на 6 дБ при каждом удвоении расстояния от источника) и уровнем звукового давления звука, отраженного от ограждений.

 Расстояние от источника звука, на котором оба значения совпадают, называется радиусом гулкости (критическим расстоянием).

ПОГЛОЩЕНИЕ ЗВУКА

Поглощение звука различными материалами, которые используются при отделке внутренних поверхностей, определяет акустическое качество (свойства) данного помещения. Величина поглощения α зависит от частоты. Определяется она следующим соотношением  – α = поглощенная энергия звука  / общее количество падающей на материал энергии звука.

В таблице приведены некоторые значения коэффициента звукопоглощения (α), для различных типов материалов, в зависимости от частоты. Суммарный уровень поглощения в помещении определяется по следующей формуле:

A = α1*S1 + α*2S3 ... + αn*Sn

где Sn – площадь поверхности n-го материала

      αn – коэффициент поглощения n-го материала

ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩИЕ ПОРИСТЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Коэффициент поглощения пористого или волокнистого материала зависит от расстояния между ограждением и этим материалом.

Большее расстояние между звукопоглощающим материалом и стеной (потолком), увиличивает поглощение акустической энергии, особенно в диапазоне низких и средних частот (Рис.1).

От толщины пористого материала, зависит коэффициент звукопоглощения.

Чем толще слой звукопоглощающего материала, тем больше поглощение акустической энергии, особенно в диапазоне низких и средних частот (Рис. 2)