Звуковое поле в помещении

Индекс диффузности. Звуковые волны в закрытых помещениях, многократно отражаясь от его поверхностей, образуют сложное поле колебательного движения частиц воздуха. Законы распределения колебательной скорости частиц воздуха, уровня звукового давления, направлений распространения аку­стической энергии в закрытых помещениях определяются не только ха­рактеристиками источника звука, но также и геометрическими размера­ми, формой помещения, способностью стен, пола и потолка поглощать акустическую энергию. По этой причине звуковые поля в закрытом по­мещении и в свободном пространстве существенно отличаются. Напри­мер, всвободном поле интенсивность звука есть поток энергии за едини­цу времени через единицу поверхности в направлении распространения звуковой волны. Для звукового поля в помещении, если поглощение звуковой энергии незначительно, понятие интенсивности в этом своем классическом определении теряет смысл, ибо в каждый момент времени одновременно существуют потоки энергии, распространяющиеся (вслед­ствие наличия отражений) в разных направлениях. Уровни звуковых давлений могут очень сильно меняться от одной точки поля к другой. Эти изменения существенно отличаются от наблюдаемых в условиях от­крытого пространства для поля бегущей волны.

Универсальной и удобной в данной ситуации энергетической харак­теристикой звукового поля является плотность звуковой энергии e. Она зависит не только от акустической мощности источника звука, но и от акустических свойств помещения.

Звуковое поле помещения в каждой точке пространства можно представить как совокупность волн, приходящих непосредственно от ис­точника по кратчайшему пути (прямой звук), и волн, попадающих в данную точку после одного или нескольких отражений (совокупность отзвуков, образующих реверберационный процесс в помещении). Напра­вления потоков мощности отраженных волн зависят от геометрической формы помещения и степени поглощения акустической энергии грани­цами (поверхностями) помещения.

При изменении соотношения между длиной волны и размерами по­мещения, акустических свойств и форм отражающих поверхностей ха­рактер звукового поля помещения меняется. Если помещение не содер­жит фокусирующих поверхностей и геометрически симметричных сече­ний, а размеры помещения значительно больше длины волны, и если стены не сильно поглощают звуковую энергию, то через некоторое вре­мя при непрерывном действии источника через произвольный элемент объема помещения в каждый момент времени будет проходить большое число отдельных волн, распространяющихся в разных направлениях. В результате звуковое поле будет иметь следующие свойства: 1) все на­правления потоков энергии этих волн будут равновероятны; 2) плот­ность звуковой энергии e такого поля по всему объему помещения будет постоянна. Первое свойство называют изотропией звукового поля, авторое - однородностью. Звуковое поле изотропное и однородное на­зывают диффузным. Для диффузного звукового поля постулируется еще одно важное свойство: все элементарные волны этого поля некоге­рентны, поэтому в нем отсутствуют устойчивые явления интерференции.

Количественной мерой оценки диффузности звукового поля в по­мещении является индекс диффузности. Экспериментально он может быть найден следующим образом. В помещении возбуждают сигнал пе­ременной частоты (так называемый воющий тон). В исследуемой точке помещения располагают микрофон с острой диаграммой направленно­сти. Сигналы, воспринятые микрофоном от источника звука при его ориентации в пределах телесного угла 0¸p наносят на пространствен­ную диаграмму в полярных координатах и получают систему отрезков, сходящихся в одной точке (рис. 7.1). Длины этих отрезков пропорци­ональны интенсивности звука, принятого со стороны соответствующего направления W, W + DW. При этом индекс диффузности

i _д = 1 - (т/т₀), (7.3)

Рис. 7.1. К понятию коэффициента или индекса диффузности звукового поля

m = I/ I _ср; D I = 1/n å Ii; I = 1/n å Ii (7.4)

Здесь I _ср - средняя интенсивность звука в пределах полного телесного угла; Ii - интенсивность звука для i-го направления; п - число взя­тых направлений; D Ii = (Ii - I _ср) - отклонение интенсивности.звука от среднего значения; т - относительное отклонение интенсивности зву­ка, усредненное по всем направлениям; то - относительное отклоне­ние интенсивности звука от среднего значения, измеренное в заглушен­ной камере. При m = mo. (полностью заглушенное помещение), индекс диффузности равен нулю. Если т =mo, то поле абсолютно диффузно. Для большого числа залов среднее значение индекса диффузно­сти составляет около 0,65...0,75. С увеличением объема помещения (V > 10000 м) индекс диффузности уменьшается. Его увеличивают применением в помещениях разнообразных по форме звукорассеивающих объемных конструкций.