Реверберация звука. Время реверберации

Явление реверберации («послезвучания») состоит в том, что после прекращения звучания источника звук в любой точке помещения не исчезает мгновенно, а ослабевает постепенно (пусть и достаточно быстро) до нуля (точнее, до уровня шумового фона).

Очевидно, это связано с тем, что даже после исчезновения прямого звука от источника в любую точку замкнутого помещения приходит практически бесконечная последовательность отраженных звуковых волн с постепенно убывающими амплитудами. Поэтому плотность звуковой энергии на любом слушательском месте (и сила звука) не падают мгновенно до нуля, а лишь постепенно убывают; причем быстрота убывания определяется общим звукопоглощением помещения.

К вопросу о реверберации звука в закрытом помещении (зале) можно подойти и с позиций волновой теории звука.

Известно, что любой воздушный объем помещения можно рассматривать как трехмерную колебательную систему с дискретным набором собственных частот колебаний («колебательных мод»). Для залов формы параллелепипеда их значения выражаются формулой

f _{к, n, m} = с₀/2× , (6.1)

где c₀ – cкорость звука в воздухе; к, n, m – натуральные числа (0, 1, 2, 3, 4 и т.д.); L, W и Н – размеры помещения.

Для залов большого объема в области средних и высоких частот эти колебательные моды так тесно расположены на частотной шкале, что их можно считать следующими непрерывно. Так что любой тон в сложном звуке источника найдет резонансный отклик в «лице» соответствующей моды колебаний воздушного столба – колебания соответственной частоты возбудятся. После прекращения звучания источника колебания воздушного объема начнут постепенно затухать из-за вязкого трения воздуха.

В рамках статистической (энергетической) теории акустики зала доказывается, что плотность звуковой энергии в любой точке помещения, а, следовательно, и сила звука должны после прекращения звучания источника затухать cо временем по экспоненциальному закону:

w = w₀×ехр(–bt), где b – коэффициент затухания; w₀ – стационарноезначениеобъемной плотности энергии ( рис. 6.1 а, кривая 3).

Если же говорить об уровне силы звука или уровне звукового давления L ( в дБ), то их спад со временем (как логарифмических величин) должен тогда теоретически проходить по линейному закону (рис. 6.1 б, прямая 3).

Скорость спада со временем уровня звука L принято (по предложению американского акустика Сэбина) оценивать временем реверберации Т.

В качестве стандарта принято брать время Т, в течение которого плотность звуковой энергии w (и сила звука J) уменьшаются в миллион раз, а уровень звука DL уменьшается на 60 дБ.

Рис. 6.1.Нарастание звука и реверберация в закрытом помещении: а – изменение плотности звуковой энергии; б – изменение уровня силы звука; 1 – процесс нарастания; 2 – стационарное состояние; 3 – реверберация звука

В предположении, что отражения звуков от ограждающих поверхностей помещения происходят непрерывно, Сэбин получил следующую простую формулу для стандартного времени реверберации:

. (6.2)

C учетом дискретности последовательных отражений звуков от ограждающих поверхностей формула (6.2) для времени реверберации несколько видоизменяется и заменяется более точной формулой Эйринга:

, (6.3)

где j () = – ln (1– ) – функция Эйринга; V – объем помещения.

При малых значениях среднего коэффициента звукопоглощения ( £ 0,2)

формулы (6.2) и (6.3) дают практически одинаковый результат.