1.3. Мопы и резонансы

 

Звук состоит из мельчайших локальных изменений плотности воздуха, которые распространяются волнообразно по воздуху со скоростью звука. При обычной комнатной температуре скорость звука составляет примерно 340 м/с и, будучи зависимой от температуры, она, тем не менее, не зависит от изменения давления окружающего воздуха и остается одинаковой на всех частотах. Частота звуковой волны измеряется в циклах в секунду (с/з или срз). Сегодня эта единица измерения больше известна как «Герц», а частота обычно обозначается символом «Г». Расстояние, которое проходит звуковая волна за один цикл на любой частоте, называется длиной волны, обозначается символом «X»(лямбда) и измеряется в метрах. Скорость звука обозначается символом «с». Соотношение между длиной волны, частотой и скоростью звука очень простое: длина волны равна скорости звука, поделенной на частоту, или X = с/Г. Так, звуковая волна на частоте 34 Гц имеет длину волны 340/34=10 м.

Распространяясь в помещении от своего источника, звуковая волна расширяется до тех пор, пока не достигнет отражающего контура помещения, например стены, которая отразит ее обратно - в глубь помещения. Отраженная волна будет опять-таки распространяться до тех пор, пока не достигнет других поверхностей, от которых она опять-таки отразится. По идее, если в помещении нет никаких препятствий или стен, поглощающих энергию волны, ее распространение и отражение будет длиться бесконечно. Однако в природе такого не бывает: поглощение в той или иной степени есть всегда, и поэтому наша звуковая волна будет затухать с каждым отражением все сильнее и сильнее. Точка цикла звуковой волны (фаза волны), при которой она достигает граничной поверхности, зависит от расстояния до этой граничной поверхности и частоты этой волны. На рис. 5 показано, как волны различной частоты, распространяясь от одного и того же источника, доходят до граничной поверхности разными по фазе.

Хотя жесткая граничная поверхность изменяет направление распространения набегающей звуковой волны, она не меняет ее фазы, а поэтому фазу отраженной волны можно рассчитать из суммарного расстояния, которое прошла волна от своего источника. Если это суммарное расстояние, разделенное на длину волны, дает целое число, то фаза волны в начале и в конце ее пути совпадает. Когда две граничные поверхности расположены параллельно друг другу, то звуковая волна отражается от одной из них в направлении другой, затем в обратном направлении, и так много раз до тех пор, пока не рассеется ее энергия. Если расстояние между граничными поверхностями таково, что «круговой оборот» волны - от источника к первой поверхности, ко второй поверхности и назад к источнику - равен целому числу длин волны, то возвращающаяся волна будет такой же по фазе, что и исходящая волна, а значит будет ее усиливать. Это явление называется резонансом. Резонансы могут также возникать вследствие отражения от множества поверхностей, причем необходимое условие для этого состоит в том, чтобы звуковая волна в конечном итоге возвращалась в исходную точку с той же фазой, с какой она была в самом начале. Можно только представить себе, насколько велико - в самом обычном помещении - количество всевозможных отражательных комбинаций, в результате которых волны возвращаются в исходную точку, а отсюда - и всю совокупность частот, которые будут создавать резонансы. И впрямь, теоретически число возможных резо-нансов в любом помещении бесконечно.

Как мы уже говорили, если в помещении ничто - даже стены - не поглощает энергию звуковой волны, то короткий одиночный звуковой импульс, излученный источником, будет распространяться по комнате непредсказуемо. Из того бесконечного числа всевозможных направлений, по которым волна может идти, усиливаются только те, которые соответствуют резонансным частотам, заложенным в импульсе; все остальные направления движения волны быстро затухают. И вот, спустя немного времени полученное в результате звуковое поле будет представлять собой не что иное, как сумму возбужденных резонансов. Эти вот резонансные направления называются естественными модами помещения, а резонансные частоты - естественными частотами, или «айген-тонами» помещения. И те, и другие определяются исключительно геометрией помещения (немецкое слово «е1§еп» означает «собственный», т.е. «айген-тоны» - это собственные, конкретные, естественные резонансные частоты помещения, иначе называемые «основными тонами»).

Когда некий барьер внутри помещения или его стены поглощают звук, то, хотя резонансные моды по-прежнему существуют, волна постепенно затухает со скоростью, зависящей от степени звукопоглощения. Для того чтобы в условиях наличия звукопоглощения уровень звука в помещении поддерживался на заданном уровне, источник должен постоянно приводиться в действие на уровне, который зависит как от наличия в помещении возбужденных резонансных мод, так и от степени существующего звукопоглощения. Если в условиях наличия звукопоглощения источник звука издает короткий одиночный сигнал (например, при резком обрывании продолжительного сигнала), «возбуждается» множество различных направлений его движения - не только резонансные моды, но спустя какое-то время «выживают» только они. При этом помещение будет «гудеть» на резонансных частотах до тех пор, пока не произойдет полное затухание мод. Время реверберации помещения измеряется как средняя скорость затухания звука в помещении с момента резкого прерывания работы постоянно действующего источника звука; это время, за которое уровень звука падает на 60 дБ по отношению к своему исходному уровню, с которым он постоянно возбуждался. С усилением степени звукопоглощения уровень звука на резонансных частотах падает, а ширина спектра каждой моды (диапазон частот, в котором мода может более или менее возбуждаться) увеличивается. И только тогда, когда поверхности помещения полностью поглощают звук (например, в безэховой камере), моды прекращают свое существование.

Когда в помещении раздаются звуки, например речь или музыка, уровень непрерывных слагающих звучания зависит от того, совпадают они с какими-нибудь возбужденными ре-зонансами помещения или нет. Импульсные же слагающие звучания - уже после того, как исчезает сам импульсный сигнал - «зависают» на резонансных частотах.

Тему, которую мы сейчас затронули, мы и дальше будем расширять по ходу нашего повествования. Однако наша задача, в каком бы направлении мы ни двигались в поисках путей создания достойной акустики помещений, будет всегда сводиться к необходимости подавления резонанса помещений. Именно таким образом мы сможем обустроить помещения так, чтобы они обладали нужным нам уровнем «музыкальности», сполна отвечающим нашим целям. Мы должны добиться такого звучания, которое бы нас устраивало и не было бы «зажатым» из-за господства собственных резонансных частот изоляционной оболочки. Чтобы сделать это, мы можем поработать с геометрией помещения и поставить под свой контроль траекторию распространения волн (а следовательно, и резонансные частоты), а также воспользоваться звукопоглощающими материалами, добиваясь контроля как над уровнем отражений, так и над распространением тех частот, которые усиливают энергию конкретных мод.

Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100 Яндекс цитирования Яндекс.Метрика