Статьи

10.5. Моделирование с помощью световых лучей

 

Для анализа акустики помещений использовалось еще и моделирование с помощью лучей света. При этом в тех местах моделей, где в реальной ситуации должны были находиться звуко-отражающие поверхности, устанавливались зеркала. Звукопоглощающие поверхности были представлены поверхностями, закрашенными черной матовой краской. Этот метод использовался главным образом в тех случаях, когда нужно было узнать, как конкретные отражающие поверхности в конкретных помещениях будут проявлять себя в разных местах комнаты-модели, до которых доходят основные отражения. Перемещая источник(-и) света по всем интересующим точкам, можно проанализировать распределение сложных отражений по всей поверхности комнаты. Основное ограничение, связанное с применением такого метода для разработки дизайна помещения, состоит в том, что наблюдаемые длины волн не имеют ничего общего с реальными длинами волн звука в анализируемой комнате.

10.4. Моделирование звукового импульса

 

Некоторые из самых давних попыток «увидеть», как «ведет себя» звук, были основаны на том, что лучи света направлялись на зеркала, прикрепленные к резонирующим камертонам, которые затем при возбуждении последних проецировали их отражения на экран. Во времена, когда не было осциллографов, это был единственный способ «увидеть» синусоидальные колебания. Свет использовался и в методе фотографии звукового импульса, примененного, например, Сэбином (ЗаЬше) в 1912 г. для того, чтобы «увидеть», что происходит со звуком внутри моделей зданий. Сама идея этого метода была разработана еще 1864 г. Теплером (Теоркг). Он продемонстрировал, что когда параллельные лучи света пересекают звуковое поле под углом 90° к «звуковым лучам», та часть фронта звукового импульса, с которой тангенциально встречаются световые лучи, дает на проекционном экране позади звукового поля две видимые линии, одна из которых светлая, а другая - темная.

10.3. Компьютерное моделирование

 

Возможности компьютерного моделирования, похоже, возрастают день ото дня. Тем не менее компьютеры все еще не могут проектировать акустику помещений. Они могут быть лишь вспомогательным средством для опытного проектировщика, который знает, что ищет. Вместе с тем, всегда есть опасность, что, попав в неопытные руки, их графические возможности и кажущаяся простота работы с программами могут породить мысль, будто они способны дать ответ на любой вопрос. А это не так. Необходимо еще понимать лежащие в основе программ правила и расчеты, чтобы избежать чрезмерного упрощенчества и сверхдоверия к полученным результатам. В большинстве случаев точные компьютерные решения возможны только для простых форм, тогда как на практике при компьютерном моделировании мы сталкивается с теми же проблемами, что и при масштабном моделировании. Их неспособность учитывать неровности поверхности разных видов камня - тому пример.

10.2. Масштабное моделирование

 

Поскольку мы не можем строить модели комнат в натуральную величину, то лучшее, что может сделать, - это построить экспериментальные модели в масштабе. На уровне концертных залов этот метод себя особенно зарекомендовал, по крайне мере в том, что касается основных характеристик помещения. Так, в модели студийной комнаты, выполненной в масштабе 1:10, можно через миниатюрные громкоговорители воспроизводить музыку в десять раз большем темпе и записывать ее с помощью миниатюрных микрофончиков, установленных в модели десятикратно уменьшенной головы человека. Звук можно записать, а затем воспроизвести его в десять раз медленнее, результат, услышанный в наушниках, и будет в достаточной степени представлять собой примерное звучание полномасштабной комнаты. Описание этого приема дано в несколько упрощенном виде, однако прием этот бывает полезен и подчас используется в крупномасштабных проектах.

10.1.5. Эффекты направленности

 

К сожалению, если у нас даже и есть данные КТ60 о каком-то помещении, и графики Шредера, и графики ЕТС и графики затухания - все это еще ничего не говорит нам об эффектах рассеивания (диффузии) или преломления (дифракции), которые могут иметь место в комнате. Нам по-прежнему будет почти ничего не известно и об эффектах направленности, при которых какое-то объективно кажущееся безобидным отражение может субъективно более резать слух, чем, несомненно, более громкое отражение, приближающееся к позиции микрофона (или позиции слушателя) с направления, которое не слишком-то на слух и воспринимается. Так, к примеру, можно снять измерительным микрофоном громкие отражения от пола. Однако наша чувствительность к вертикальным отражениям, как правило, намного меньше, чем к горизонтальным, отражениям той же интенсивности. Люди плохо различают звук по вертикали, поскольку этого особо и не нужно - ведь наше положение по вертикали и так известно в большинстве случаев.

10.1.4. Графики затухания

 

Некоторые характеристики графиков ЕТС и классических графиков КТД можно объединить в том, что общеизвестно под названием графиков затухания. Последние, строящиеся обычно с помощью компьютера, дают вид в перспективе по трем осям (см. рис. 56). Вертикальная ось представляет собой амплитуду звука, а две горизонтальные - время и частоту. Такие графики очень удобны, но вместе с тем при их оценке нужно проявлять известную долю осторожности. На первый взгляд часто кажется, что они содержат все значения, представляемые тремя осями. Однако, представляя значения в перспективе, они могут скрывать какие-то детали в «ложбинах», лежащих позади своих отдельных «холмов».

10.1.2. Графики Шредера

 

В начале 1960-х г. Манфред Шредер разочаровался в своих попытках точно измерить время реверберации в нескольких больших концертных залах. Ему не удавалось добиться повторяемости своих результатов, потому что, в зависимости от точного фазового взаимоотношения элементов в шуме случайного возбуждения (стохастического возбуждения) и возникшего вследствие этого биения между различными модальными частотами, он получал совершенно разные показания. Последние от измерения к измерению могли быть то вдвое меньшими, то вдвое большими, а поэтому и доверия такие измерения не вызывали. Метод, который он разработал, чтобы совладать с этими проблемами, заключался в возбуждении отклика со стороны акустики помещения с помощью отфильтрованной тональной посылки и записи сигнала на ленточный магнитофон. Затем лента перематывалась назад, и выходной сигнал ква-дратировался и интегрировался с помощью резисторно-конденсаторной интегрирующей цепи.

10.1.3. графики зависимости энергии от времени

 

Кривая зависимости энергии от времени получается в результате применения такого способа обработки одиночного импульсного сигнала (1гаш1еп151§па1), который не зависит от временного усреднения, но который дает оценку наподобие изменяющегося во времени среднеквадратичного значения. Доклад для семинара по поводу этого метода был написан покойным Ричардом Хейзером (ШсЬагс! Неузег) и опубликован в 1971 г. [2]. Как уже говорилось, многочисленные пересечения нулевых значений на графике реакции на импульсный сигнал не являются точками с нулевой энергией. А поэтому, прежде чем более подробно рассмотреть формирование графиков ЕТС, нам лучше сначала разобраться, почему же так происходит?

10.1.1. Огибающая импульсной характеристики и время реверберации

 

Хотя и на графиках Шредера, и на графиках ЕТС энергия представлена в зависимости от времени, те и другие применяются очень по-разному. Они и генерируются по-разному для того, чтобы наилучшим образом осветить различные аспекты акустики помещений. На рис. 55 приведена импульсная характеристика комнаты - простой график зависимости звукового давления от времени. Поначалу может показаться возможным «сгладить» половину этого графика и тем самым получить картину затухания в комнате. Но при более пристальном рассмотрении можно заметить, что этот график несимметричен относительно своей горизонтальной оси, а также, что горизонтальная ось много раз пересекается, и в точках пересечения уровень звукового давления равен соответственно нулю. Если бы мы просуммировали обе половины или наложили нижнюю часть графика на верхнюю, то и тогда пересечения в точках с нулевым давлением, обозначенных на рис. 55 как X, У и 2, по-прежнему будут сохранять свои нулевые значения.

10.1. Характеристика акустики помещений

 

Я мог отвести немало места в этой книге под соответствующие графики времени реверберации (КТ^о) и под графики зависимости энергии от времени для каждой из описанных комнат и для каждой из представленных фотографий. Можно было бы рассмотреть характеристики затухания по каждой комнате, чего, скорее всего, многие и ожидали. Однако голые характеристики зачастую мало нам говорят о воспринимаемых характеристиках звучания. Более того, в «плохих» руках они могут даже сбивать с толку, а поэтому давайте лучше поговорим об их проявлениях и различных сферах применения.

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