книги из ГПНТБ / Акустика студий и кинотеатров учебное пособие

результатам измерений, 5) черновые записи принятых таблиц.

6.Контрольные вопросы

1.Что такое ревербератор? Каков его принцип дей­

ствия?

2.Почему даже при отсутствии реверберации нельзя получить 100%-ную разборчивость речи?

3.Объясните, каков механизм влияния реверберации на разборчивость речи. Почему увеличение времени ре­ верберации приводит к снижению разборчивости речи?

4.Квж можно изменять время реверберации электри­

ческим способом?

5. Что такое эквивалентная реверберация и от чего она зависит?

6. Почему отраженные звуки, достигающие слуха с запаздыванием не более 50 мсек, не снижают разбор­

чивости речи?

7. От каких субъективных факторов зависит процент артикуляции? Как снизить влияние этих факторов на ре­ зультаты артикуляционных измерений?

Р а б о т а 5

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЛНОВЫХ ПРОЦЕССОВ

ВПОМЕЩЕНИИ

1.Цель работы

Целью работы является ознакомление с методикой измерений собственных частот замкнутого объема на мо­ дели помещения и определение влияния переходного про-

40

цесса помещения на тембральную окраску воспроизводи­ мого звука.

2. Общие сведения

Известно, что воздушный объем помещения является колебательной системой с распределенными параметра­ ми, обладающей определенным спектром собственных частот.

При работе в помещении некоторого источника звука эта система будет совершать вынужденные колебания. После выключения источника она совершает только соб­ ственные колебания, скорость затухания которых зави­ сит от параметров помещения.

Возникающие в воздушном объеме стоячие волны должны иметь на границах узлы колебательной скорости и пучности звукового давления. Следовательно, в поме­ щении будут существовать собственные колебания только таких частот, для которых выполняется данное граничное условие, связанное практически с тем, что на каждом из размеров помещения должно укладываться целое коли­ чество полуволн. Когда звуковые волны распростра­ няются вдоль одного из размеров помещения, а количе­ ство полуволн, укладывающихся на двух других разме­ рах, равно нулю, то такие волны называют осевыми.

Если волны распространяются вдоль двух размеров помещения, например в плоскости, параллельной одной из плоскостей, ограничивающих прямоугольный объем,, то количество полуволн, укладывающихся на третьем размере, будет равно нулю. Такие волны называют каса­ тельными.

Третий вид волн, распространяющихся в произволь­ ном направлении, называют косыми. Для этих волн на каждом из размеров помещения могут уложиться целые числа полуволн, отличные от нуля.

Собственные частоты помещения для всех типов волн можно определить по следующей формуле:

Здесь пх, пу, nz—целые числа от 0 до со, соответ­ ствующие количеству полуволн, размещающихся вдоль

41

длины 1Х, ширины 1у или высоты lz помещения; с0—ско­ рость звука в воздухе.

Очевидно, можно подобрать такое направление рас­ пространения звуковой волны, при котором на каждом из размеров помещения будет укладываться целое число полуволн. Это возможно только в том случае, когда про­ екции скорости данной звуковой волны на каждый из размеров помещения будут различны.

Таким образом, для каждой собственной частоты су­ ществует свое определенное направление распростране­

Собственные частоты для волн касательного или ко­ сого типов в этом случае будут представляться вектора­ ми, совпадающими по направлению соответственно с диа­ гоналями прямоугольника или прямоугольного паралле­ лепипеда, стороны которых будут определяться любой комбинацией значений (5.2).

При таком представлении общее количество собствен­ ных частот, лежащих ниже некоторой заданной часто­ ты fn, для волн осевого типа будет определяться как

Для волн касательного или косого типов это количе­ ство может быть найдено путем деления «частотной по­ верхности» или «частотного пространства», выделяемых в пределах помещения и ограниченных значением на элементарную площадь

42

или на элементарный объем, равный

При суммировании собственных частот для волн всех типов их общее количество определяется равенством

Расчеты по формуле (5.4) показывают, что спектр собственных частот помещения очень быстро уплотняется в сторону высоких частот. Плотность спектра собствен­ ных частот может быть точно определена для любого частотного интервала по формуле

* * = ( - £ и д » + Л/„, (5.5)

которая получается в результате дифференцирования по / уравнения (5.4).

Математическое исследование показало, что первое слагаемое равенства (5.5) сохраняет свое значение для помещений любой формы. Считают, что второе слагае­ мое имеет также универсальный характер, хотя это и не является строго доказанным. Что же касается треть­ его слагаемого равенства (5.5), то о его значении для помещений различной формы можно не говорить, так как численная величина этого слагаемого относительно очень невелика.

Если вместо прямоугольного помещения с различаю­ щимися размерами рассмотреть помещение такого же объема, но с одинаковыми размерами, то в этом случае будет наблюдаться явление вырождения собственных частот. Оно заключается в том, что вследствие равенства сторон помещения различные сочетания индексов «п»

43

в этом случае при 1х=1у = 1г будет соответствовать одно и то же численное значение собственной частоты, тогда как при условии, что 1хф1уф1г, их было бы три.

Однако, так как каждое собственное колебание ха­ рактеризуется не только численным значением частоты, но и направлением распространения волны, можно гово­ рить лишь о том, что при условии, когда lx= ly= k, эти значения собственных частот совпадают.

Направления же распространения собственных коле­ баний остаются различными, зависящими от распределе­ ния числовых значений индексов пх, пу, пг.

Таким образом, в случае равностороннего прямо­ угольного помещения происходит явление, при котором одному и тому же значению собственной частоты соот­ ветствует несколько мод колебаний. В этом смысле мож­ но говорить о вырождении собственных частот. Однако общее количество мод помещения будет зависеть лишь от его объема, но не от соотношения сторон.

Для того, чтобы сложный звуковой сигнал был пере­ дан в помещении без искажения формы, необходимо, чтобы данное помещение обладало достаточной плот­ ностью спектра собственных частот во всем звуковом диапазоне.

Нарушение этого условия будет приводить к тому, что при малой плотности спектра отдельные составляю­ щие воспроизводимого звукового сигнала могут не со­ впадать по частоте ни е одной из собственных частот помещения. На такие составляющие сигнала отзовутся какие-то ближайшие собственные частоты помещения. Если эти собственные частоты окажутся существенно отличными от соответствующих частотных составляющих воспроизводимого сигнала, произойдет изменение тембра воспроизводимого звука.

Однако, как показывает выражение (5.5), плотность спектра собственных частот помещения достаточно вели­ ка лишь для области средних и высоких частот.

В низкочастотной же части диапазона частот, осо­ бенно в помещениях малого объема, этот спектр доволь­ но редок. Поэтому переходной процесс помещения может влиять на тембральную окраску воспроизводимого звука, особенно в низкочастотной области.

44

3. Описание установки

Работа состоит из двух частей: 1) измерение соб­ ственных частот помещения; 2) определение влияния пе­ реходного процесса помещения на тембральную окраску воспроизводимого сигнала.

На рис. 5.1 представлена схема установки для изме­ рений собственных частот помещения, производимых на его модели.

Г— «ЬА-----<

Г - е э и = ! м , 1.

/

Тр

ЛЬ,

Рис. 5.1. Схема измерительной установки-

Напряжение звуковой частоты подается от генера­ тора на головку громкоговорителя, с диафрагмой кото­ рого жестко, соединена тонкая трубочка, заполненная ме­ таллическим проводом. Выходное отверстие этой тру­ бочки служит источником звука для замкнутого объема модели помещения.

При совпадении частоты сигнала генератора с соб­ ственной частотой замкнутого объема некоторые из мик­ рофонов, расположенные на ограничивающих поверхно­ стях модели, будут находиться в пучностях звукового давления.

Вольтметры, подключенные к каждому из этих мик­ рофонов, в этом случае покажут максимальную величину напряжения. При наличии в объеме собственной частоты осевого типа максимальное отклонение стрелки будет иметь место только на одном из вольтметров. Если час­

45

тота сигнала совпадает" с собственной частотой колеба­ ний касательного типа, максимальные показания будут обнаружены на двух вольтметрах.

Собственные частоты косого типа обнаруживают себя тем, что до максимального значения возрастают показа­ ния на всех трех вольтметрах.

Таким образом, измерения, выполненные с помощью показанной на рис. 5.1 установки, позволяют определить не только каждую собственную частоту колебаний объема воздуха в помещении, но и решить, к какому типу волн следует отнести эти колебания.

Если модель прямоугольного помещения вытянутой формы-заменить моделью в форме куба, то можно на­ блюдать «вырождение» собственных частот.

Для определения влияния переходного процесса по­ мещения на тембр воспроизводимого сигнала исполь­ зуется установка, собранная по схеме, представленной на рис. 5.2.

Рис. '5.2. Схема измерительной установки:

Г — генератор сложных сигналов; Гр — головка рупорного громкоговорителя; Гр—измерительная трубочка; М —микрофон; У—усилитель; /7—переключатель;

Л—анализатор

Вкачестве источника звука используется генератор сложных сигналов, при помощи которого в модели со­ здается звуковое давление со сложным спектром.

При выключении источника звука в замкнутом объеме модели помещения происходит переходной про­ цесс, который воспринимается микрофоном. Сигналы, связанные с- этим процессом и преобразованные микро­ фоном, передаются через усилитель на анализатор одно­ временного анализа, на экране которого появляется спектр собственных частот модели. Сравнивая отдель­

46

ные спектральные составляющие этого спектра с состав­ ляющими основного сигнала, можно определить харак­ тер тембральных искажений, обусловленных переходным процессом колебаний замкнутого воздушного объема.

4.Методика проведения работы

иобработка результатов

А. Для определения собственных частот воздушного объема помещения необходимо:

1.Ознакомиться со схемой измерительной установки

ивключить ее питание от сети переменного тока.

2.Вращая ручку генератора звуковых колебаний, следить за показаниями всех трех вольтметров. Когда один или несколько из них покажут наибольшее напря­ жение на выходе соответствующих микрофонов, записать значение частоты и количество вольтметров, дающих максимальное показание.

3.Изменяя дальше частоту основного тона, по макси­ мальным показаниям прибора определить все следую­

щие собственные частоты данной модели помещения до частоты / = 800 Гц.

4.Заменить модель помещения вытянутой формы на модель кубической формы и тем же методом определить

еесобственные частоты и соответствующие им типы зву­ ковых колебаний.

5.По формуле (5.1) произвести расчет всех собствен­ ных частот колебаний для каждой из моделей помеще­ ния в пределах до 800 Гц. Размеры моделей таковы:

в первой — 1Х= 0,38 м\ /„=0,30 м\ lz= 0,23 м\

во второй — 1Х = 1у — lz— 0,29 м.

6. Данные расчетов и измерений занести в табл. 5.1 и проверить совпадение рассчитанных и вычисленных ве­ личин.

47

В. Для определения влияния переходного процесса в помещении на тембр воспроизводимого в нем сигнала следует:

1.Собрать схему установки согласно рис. 5.2.

2.От генератора сложных сигналов на громкогово­ ритель подать звуковой сигнал с частотными составляю­ щими fi = 60 Гцf2= 100 Гц; /3= 400 Гц.

3.Записать по шкале анализатора частотные состав­

ляющие принятого микрофоном сигнала и сравнить их с частотным спектром воспроизводимого звука.

От генератора подать сложный сигнал с частотными составляющими fi= 925 Гц; f2=1300 Гц; fs= 1760 Гц, вы­ полнить измерения, указанные в п. 3.

4. Результаты измерений занести в табл. 5.2.

5.Содержание отчета

Вотчет необходимо включить следующее:

1)краткое изложение цели работы, 2) схемы измери­ тельных установок, 3) таблицы измеренных и вычислен­ ных величин, 4) краткие выводы, вытекающие из резуль­ татов измерений.

6.Контрольные вопросы

1. Что такое собственная частота помещения? Ч она характеризуется? Какое ограничение накладывает замкнутый объем на существование собственных частот?

48

2.Какие типы волн могут существовать в поме­ щении?

3.Зависит ли длительность переходного процесса от

типа звуковых волн, распространяющихся в помещении? 4. Что такое «вырождение» собственных частот?

Вкаких случаях оно происходит?

5.Как и почему переходной процесс помещения влияет на тембральную окраску воспроизводимого сиг­ нала? Одинаково ли это влияние в различных участках частотного диапазона?

Р а б о т а в

ИЗМЕРЕНИЕ ЗВУКОИЗОЛЯЦИИ ПОМЕЩЕНИЯ

1. Цель работы

Целью работы является ознакомление с методикой измерения звукоизоляции помещений и преград, а также с расчетом уровня шумов, проникающих в помещения.

2. Общие сведения

Звукоизоляция помещения необходима для уменьше­ ния уровня шумов, проникающих различными путями в помещение с улицы или из смежных помещений.^ Боль­ шая доля шумов проникает в защищаемое помещение через ограничивающие его преграды. Звукоизоляция зна­ чительно снижается, если в преградах имеются щели или отверстия.

Звукоизоляция помещения зависит от звукопроницае­ мости и размеров преград и от общего количества звуко­ поглощения, имеющегося в защищаемом помещении. Звукоизоляция помещения не зависит от уровня шумов за