Абсолютно любое помещение обладает собственными акустическими свойствами. Распределяющиеся в нем звуковые волны встречают различные преграды на своем пути. В зависимости от формы, структуры, материала поверхности звук может отражаться, рассеиваться и поглощаться.
Акустика помещений - это раздел акустики, который изучает распространение звуковых волн в помещении, а также отражение и поглощения звука.
Значимая часть преград отражает звуковой шум, создавая явление реверберации — многократного и равномерного отражения волн звука в помещении с их постепенным затуханием. Характеристики и особенности поглощения и рассеивания часто используются при коррекции акустики.
Истоки архитектурной или строительной акустики восходят к глубокой древности. Акустические задачи и принципы в те времена ставились, а также решались в связи с возведением гигантских культовых и других общественных сооружений в виде залов для зрелищ и собраний.
История возникновения
Зодчие Вавилона, Ассирии, Древнего Египта в V-II тысячелетиях до н. э. строили невероятные храмы, которые поражали выразительной архитектурой и шикарным художественным убранством. И масштабные строительные конструкции, и живопись, и скульптура - все было направлено на то, чтобы подавить психику молящихся, сформировать у них ощущение собственного ничтожества, мистической боязни божественных сил. Древним архитекторам, по-видимому, уже были известны закономерности распространения и отражения звуковых волн. Пользуясь своими знаниями, они достигали акустических эффектов, поражающих воображение верующих.
Искусство Древней Греции считается одной из основных вершин мировой цивилизации. Древнегреческие архитекторы демонстрировали свое представление о силе и красоте человека, его постоянной связи с окружающей средой. Наряду с храмовыми сооружениями акцент делался на строительство зданий общественного назначения. Традиции греческих строителей были вскоре продолжены римскими последователями.
В наше время в обязательном порядке необходима установка мощных систем звукоусиления даже в залах вместимостью не более 200-300 человек. Поэтому свидетельства историков о вместимости древних римских и греческих театров кажутся просто фантастическими. Применение акустических явлений в помещениях находило подчас самое универсальное применение. До наших дней дожили так называемые "шепчущие музеи" Китая и Древнего Рима. В них, благодаря грамотно расставленным отражающим поверхностям стен, тихие звуковой волны распространяются на огромные расстояния, и удаленные друг от друга на десятки метров люди могут спокойно общаться, не напрягая голоса. Античные навыки и знания об акустике помещений нашли практическое применение при сооружении культовых зданий позднего средневековья. В католических церквях создавалось впечатление еле уловимой музыки, льющейся с небес.
В начале прошлого века внимание стали уделять возведению театральных и концертных залов. Стремительно развивалось музыкальное синтетическое искусство - опера. Правильным выбором размеров, геометрической формы, продуманным до деталей размещением звукопоглощающих элементов в этих залах создавали благоприятные условия для исполнителей и слушателей.
На сегодняшний день не существует единой, комплексной теории, объясняющей все акустические явления в помещениях и позволяющей быстро решать конкретные задачи оптимизации в зданиях различного назначения.
Статистическая теория акустики помещений
Рисунок 1. Распрострпнение шума в помещении. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В статистической гипотезе все акустические процессы в помещении рассматриваются как постепенное уменьшение энергии волн, которые отражались многократно преградами помещения. Метод, предложенный ученым У. Сэбином, базируется на модели идеального строения, в котором все элементы звукового поле после прекращения действия сигнала можно изучать посредством принципов статистического рассмотрения процесса затухания звука.
Такой спад наблюдается сразу после прекращения действия главного источника звука. Идеализируя, многие исследователи считают это явление в первом приближении непрерывным. Прежде, чем анализировать процесс звуковой стагнации в помещении, необходимо понять, почему в архитектурной акустике особое внимание уделяется не стационарным эффектам.
Реверберация имеет весомое значение в качестве музыкального и речевого звучания.
Чрезмерная длительность этого процесса приводит к тому, что новые слоги начинают звучать значительно громче по сравнению с предыдущими затухающими слогами. Разборчивость речи при этом автоматически ухудшается.
В акустики больших помещений огромную роль имеет процесс отзвука при слушании музыки. Каждая музыкальная мелодия представляет собой определенную последовательность звуковых импульсов. Затянутая звуковая волна нарушает эстетичность восприятия нот, которые начинают "набегать" друг на друга. При очень коротком отзвуке или его частичном отсутствии (при исполнении на открытом воздухе) музыкальные звуки слышаться сухо, в итоге утрачивается слитность звучания.
Резонансы помещения (комнатные моды)
Как известно, для определения звуковых волн применяются частота (обратный ей показатель — период) и длина волны (зависит от самой частоты и скорости распределения звука). Если хотя бы половина длины звуковой волны будет равна любому из измерений помещения прямоугольной формы (ширине, длине или высоте), появляется ее многократное усиление — резонанс, наблюдаемый также и на кратных частотах.
Эти резонансные частоты называют в акустике модами и нумеруют в порядке возрастания основного множителя — первый мод, второй мод, третий мод и т.д.
Все звуковые волны имеют среды, где амплитуда сигнала всегда равна нулю.
Существует ряд неблагоприятных акустических явлений, которые обусловливаются такими внешними факторами:
- малая площадь;
- объем комнат;
- наличие параллельных отражающих поверхностей.
При выборе наиболее оптимальной точки прослушивания указанные критерии следует обязательно учитывать. Наличие акустических резонансов в любом помещении, безусловно, увеличивает общее время реверберации, хотя данный показатель может кардинально отличаться на разных частотах. Дольше всего в комнате «звучат» именно резонансные частоты.
По акустическим характеристикам все помещения можно условно разделить на три основных типа:
- звонкое - отличается длительным временем реверберации, в итоге чего возникает затухания интенсивности звука при его многократных отражениях;
- глухое – полная противоположность звонкому помещению;
- нейтральное – помогает акустическим эффектам приспособиться сразу к двум другим типам.
Акустика помещений и знания ее основ вносят весомый вклад в качество воспринимаемой слушателем звуковой панорамы. Не у всех есть специальные навыки и устройства, предназначенные исключительно для качественного прослушивания аудио материала. Но и для тех, кто слушает музыку в обычной жилой комнате, есть много замечаний и рекомендаций, следуя которым, можно самостоятельно оптимизировать звучание имеющейся аудиотехники.
