книги из ГПНТБ / Акустика студий и кинотеатров учебное пособие

самописца вычерчивает не экспоненциальную кривую, а наклонную прямую с некоторыми флюктуационньши отклонениями. Очевидно, что измеряемое время будет тем больше, чем меньше крутизна наклона этой прямой.

а)

Рис. 2.3. Схема измерения реверберации с помощью логарифмического само­ писца:

Г— звуковой генератор, Гр — громкоговоритель; Л1—микрофон; У —усилитель, Л С —логарифмиче­ ский самописец

На рис. 2.3,6 приведена сигналограмма процесса затухания уровня звукового давления в помещении. Из рисунка следует, что путь х, пройденный бумагой за время t, в течение которого затухающий сигнал умень­ шился до нуля, будет

откуда t= y/v- ctgT.

Если помнить, что время стандартной реверберации Т во столько раз больше времени затухания t, во сколько

20

60 дБ больше уровня N, с которого фактически начался: процесс затухания, т. е.

(2.9)

то, подставляя в равенство (2.9) значение t из равенства: (2.8), можно получить

( 2. 10)

где v — скорость движения бумаги;

у — смещение пера при включенном источнике звука. Последняя формула позволяет по сигналограммам затухающих колебаний, снятым в помещении, произвести расчет соответствующего времени стандартной ревербе­

рации.

3.Описание установки

Вданной работе определение времени реверберации осуществляется методом самописца, блок-схема которого показана на рис. 2.3. Согласно этой схеме установка со­ стоит из двух частей: задающей, в которую входит гене­ ратор сложного сигнала и громкоговоритель, и прини­ мающей, в которой вслед за микрофоном включается усилитель, выпрямитель и самописец.

Впроцессе измерений громкоговоритель распола­ гается вблизи одной из стен помещения, а ненаправлен­ ный микрофон устанавливается в ряде точек, достаточно далеко отстоящих как от источника звука, так и от стен помещения.

4.Методика проведения работы

иобработка результатов

При проведении данной работы необходимо придер­ живаться следующего порядка:

1. В помещении, время реверберации для которого должно быть определено, собирается установка согласно схеме, представленной на рис. 2.3. Громкоговоритель и микрофон устанавливаются в соответствии с рекоменда­ цией предыдущего пункта.

21

2.Включается питание установки и на генераторе устанавливается сначала первая частота, при которой предполагается измерять время реверберации, а потом такой уровень сигнала с громкоговорителя, при котором пишущее устройство самописца отклонилось бы на мак­ симальную величину (до верхней горизонтальной линии на восковой бумаге).

3.Включают лентопротяжное устройство и через ко­

роткий промежуток времени выключают громкоговори­ тель. Ждут пока выключенный сигнал не затухнет пол­ ностью, о чем можно судить по спаданию пера самописца до уровня нижней горизонтальной линии на движущейся ленте. После этого выключают лентопротяжный механизм.

4.Не меняя положения микрофойа, устанавливают другую частоту исходного сигнала, вновь устанавливают максимальный уровень и производят операции, изложен­ ные в п. 3. Запись затухающих сигналов производится для сигналов, средняя частота которых равна 125, 250, 500, 1000, 2000 и 4000 Гц. После каждой записи на вос­ ковой ленте делается отметка соответствующей частоты.

5.Переносят микрофон в другую точку помещения, и процесс записи кривых затухания сигналов выполняется

втой же последовательности и на тех же частотах, что и при размещении микрофона в первой точке. Точки, в ко­ торых производятся измерения, выбираются так, чтобы их распределение по площади помещения было бы рав­ номерным. Количество точек выбирают от 9 до 15 в за­ висимости от размеров помещения.

6.С помощью транспортира, по возможности с боль­ шей точностью, на ленте самописца измеряют угол на­ клона у кривых затухания, полученных для разных час­

250

и т. д.

22

7. Подставляя вычисленные в табл. 2.1 значения ctgYcp в формулу (2.10), определяют среднее значение времени стандартной реверберации для данного помеще­ ния на каждой из частот и результаты вычислений зано­ сят в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Среднее значение времени стандартной реверберации

Время станд. ревербера­ ции, сек

8. По результатам измерений строят частотную ха­ рактеристику времени стандартной реверберации дан­ ного помещения.

5.Содержание отчета

Вотчете должны быть отражены: 1) цель данной ра­ боты, 2) краткое описание метода и порядка измерений,

3)таблицы измеренных и вычисленных величин, 4) час­ тотная характеристика времени реверберации.

Котчету должен быть приложен отрезок ленты со снятыми кривыми затухания сигнала (для каждой сту­ денческой бригады).

1.Каковы методы определения стандартной ревербе­ рации и их принципиальные особенности?

2.Почему для измерения времени реверберации реко­ мендуются генераторы сложных колебаний?

3.Почему точность измерения реверберации зависит от расстояния между источником и микрофоном, микро­ фоном и ограничивающими поверхностями?

4.Чем объясняется необходимость определения вре­

мени реверберации как среднего из ряда измерений

вразличных точках?

5.Чем объясняется различие во времени ревербера­ ции на различных частотах?

23

тература», 1952.

Р а б о т а 3

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИФФУЗНОСТИ

зв у к о в о го поля

МЕТОДОМ НАПРАВЛЕННОГО МИКРОФОНА

1. Цель работы

Работа предназначается для ознакомления с одним из методов измерения равномерности звукового поля в помещении.

2.Общие сведения

Встатистической теории акустики помещений ста­ вится ряд условий, позволяющих считать, что звуковая энергия распределяется равномерно пр всему объему

исследуемого помещения. Однако в действительности не всегда указанные условия выполняются. В таких слу­ чаях использование формул статистической теории для расчета времени стандартной реверберации приводит к тем большим неточностям, чем более неравномерным будет звуковое поле в помещении. Помимо этого сама по себе неравномерность поля является нежелательной, так как исключает возможность обеспечения строго оди­ наковых условий приема звука для слушателей, располо­ женных в различных точках помещения. Приведенные замечания показывают, что оценка акустических свойств помещения по времени стандартной реверберации в нем не может быть полной и точной, а, следовательно, само время реверберации не может являться единственным критерием для такой оценки,

24

Известно также, что качество воспринимаемых в по­ мещении звучаний в большой степени зависит от времен­ ной структуры ранних отражений. Вот почему считают правильным характеризовать акустические свойства по­ мещений тремя параметрами: временем стандартной ре­ верберации, временной структурой первых отражений и диффузностью звукового поля.

Существует несколько методов определения диффузности звукового поля в помещении.

Наиболее простым является метод определения нерав­ номерности уровня звукового давления. Метод позволяет путем измерения напряжений на выходе микрофона, на­ ходящегося в пределах помещения, в котором работает стационарный источник звука, определить указанный уровень в различных точках помещения и на различных частотах.

Неравномерность поля может быть определена также с помощью самописца. Для этого, изменяя частоту излу­ чаемого сигнала, записывают кривую изменения уровня звукового давления, принятого микрофоном, который перемещается из одной точки помещения в другую. Сравнивая неравномерности частотных характеристик,, снятых в различных точках помещения, можно ко­ личественно оценить частотно-пространственную нерав­ номерность звукового поля.

Если характеристики частотной неравномерности сни­ мать с помощью установки, в которой используется сиг­ нал в виде изменяющейся по ширине полосы статистиче­ ского шума, то количественную оценку диффузности поля можно произвести проще. При условии что расши­ рение полосы шума до определенных пределов приводит к уменьшению неравномерности характеристических кри­ вых и что предельная ширина частотной1полосы тем меньше, чем больше равномерность поля, эта ширина может служить мерой диффузности звукового поля.

Метод определения диффузности поля при помощи остронаправленного микрофона представляет собой инте­ рес в связи с тем, что он позволяет судить не только о равномерности распределения звуковой энергии в по­ мещении, но и дает возможность определить, за счет ка­ ких отражающих поверхностей создается та или иная неравномерность поля. Метод предполагает снятие в раз­

25

личных точках помещения пространственных диаграмм поля отраженных сигналов (рис. 3.1), для чего при рабо­ тающем источнике звука, изменяя угол поворота остро­ направленного микрофо­ на, измеряют звуковое давление для сигналов, приходящих в исследуе­ мую точку с различных

направлений.

Для количественной оценки диффузности по диаграмме поля отражен­ ных сигналов сначала на­ ходят среднее значение энергии для каждой иссле­ дуемой точки помещения по формуле

где А 1, Аг.-.Аг —значения энергий, пришедших к этой точке, выражаемые длиной соответ­ ствующих лучей диаграммы;

_ п —число таких лучей.

Находят относительное значение прямой энергии т 0= =Ао/А и относительное отклонение для энергии отражен­

который, как не трудно заметить, для идеально диффуз­ ного поля будет равен единице. При индексе диффузности не ниже 0,6 звуковое поле принято считать практи­ чески равномерным.

Исследуемый в данной работе метод определения равномерности звукового поля опирается на тот факт, что форма характеристики направленности для микрофо­ нов направленного действия заметным образом изме­ няется при снятии ее в закрытом помещении. Очевидно,

26

что реальные характеристики направленности микрофо­ нов одно- и двустороннего приема будут тем ближе отвечать теоретическим кривым, чем больше будет за­ глушено помещение, т. е. чем меньше будет роль отра­ женной энергии в создании звукового поля в помещении. При полном отсутствии отраженной энергии, как извест­ но, направленные свойства микрофонов одностороннего приема будут характеризоваться кривыми типа Ф1(0) = = 1+cos 0, а для микрофонов двустороннего приема — кривыми типа 0i(0)= cos0 (рис. 3.2).

Нетрудно представить, что при снятии характеристики направленности для любого из направленных микрофо­ нов в помещении с идеально диффузным звуковым полем будет получена кривая в виде окружности (Ф(0) = 1), так как для такого поля энергия, приходящая в каждую точку приема с различных направлений, должна быть одной и той же. В условиях идеальности диффузного поля все микрофоны становятся микрофонами ненаправ­ ленного действия.

Рис. 3.2. Типы характеристик направленности, снятых в сво­ бодном пространстве—Ф, (0); в реальном помещении—Ф2(0)

и в диффузном звуковом поле—Ф (в)

Очевидно, что полярные характеристики направлен­ ности, снятые при помощи микрофонов одноили двусто­ роннего приема в реальных помещениях, будут представ­ ляться некоторой кривой Ф2(0), лежащей между пре­ дельными кривыми Ф(0) и Ф1(0) (рис. 3.2). Чем больше диффузность звукового поля в помещении, тем больше

27

реальная кривая направленности Фг(0) будет прибли­ жаться к идеальной кривой Ф(0). По мере изменения диффузности поля площадь S3 реальной кривой направ­ ленности, снятой в том или другом помещении, будет изменяться. Вот почему по соотношению площадей трех кривых, представленных на рис. 3.2, а или 3.2, б можно судить о диффузности звукового поля в точке приема. Мерой диффузности звукового поля выбрана величина

вой направленности относительно акустической оси мик­ рофона, а также по отдельным неровностям этой кривой можно судить о местонахождении тех поверхностей по­ мещения, за счет которых звуковое поле в нем стано­ вится неравномерным.

3. Описание установки

Принцип, лежащий в основе изучаемого метода опре­ деления диффузности звукового поля, подсказывает вы­ бор аппаратуры, необходимой для его реализации.

Установка для определения диффузности звукового поля, как это видно из рис. 3.3, должна состоять из двух частей.

К первой части относится звуковой генератор Г и подключенный к нему громкоговоритель Гр.

Приемная часть установки представляется в виде на­ правленного микрофона М и измерительного прибора И , позволяющего определять напряжение на выходе мик­ рофона.

Микрофон устанавливается на поворотном устрой­ стве, с помощью которого можно изменять угловое его положение и определять угол поворота.

28

Для измерения площадей, ограничиваемых характе­ ристиками направленности микрофона, которые сни­ маются в данной работе, используется прибор, называе­ мый планиметром. Планиметр состоит из металлической опоры, в центре которой имеется отверстие, куда встав­ ляется острие металлического свободно вращающегося рычага. Этот рычаг сочленен с другим. На одном конце второго рычага имеется держатель с иглой, а на дру­ гом— устройство, по показанию которого определяется

Рис. 3.3. Схема установки для определения диффузности звукового поля:

Г —генерптор; Гр —громкоговоритель; .И—-микрофон; У—уси­ литель; И —измерительный прибор

площадь интересующей нас фигуры. Опора с закреплен­ ным концом первого рычага устанавливается в некото­ рой точке вблизи фигуры, площадь которой необходимо определить. После этого иглой с держателем обводят по контуру фигуры так, чтобы колесо измерительного устройства все время катилось по плоскости чертежа. Площадь измеряемой фигуры будет равна разности отсчетов измерительного устройства, снятых в начале и конце процесса измерения.

4.Методика проведения работы

иобработка результатов

Для определения диффузности звукового поля в по­ мещении прежде всего необходимо^ получить полярные характеристики направленности, измеренные в исследуе­

29