Формирование и анализ ранних отражений

Ранние интенсивные звуковые отражения (главным образом, первые) допол­няют прямой звук источника, улучшая слышимость. Если расстояние от источни­ка до точки приема превышает 8 м, следует обеспечить, кроме прямого звука, при­ход в эту точку малозапаздывающих первых отражений от боковых поверхностей и потолка.

Время запаздывания отраженного звука по отношению к прямому звуку не должно превышать оптимальных значений, в противном случае отражение созда­ет эхо. Для хорошей разборчивости речи требуется меньшее запаздывание перво­го отражения по сравнению с приходом прямого звука, для восприятия, музыки -несколько большее. Желательно, чтобы время запаздывания первых отражений не превышало 20-30 мс. Так как скорость звука в воздухе составляет приблизитель­но 340 м/с, то запаздыванию на 20 мс соответствует разность длин пути отражен­ного и прямого звука приблизительно 7 м, на 30 мс - 10 м. Время запаздывания отражений характеризует звучание и зависит от характера воспринимаемого звука (табл.2)

 

Таблица 2

Назначение зала	Оптимальное время запаздывания первых отражений, с
Концертный зал с органом и хором	0,1-0,15
Концертный зал без органа, филармония	...,..-. 0,09
Оперный театр	0,07
Зал многоцелевого назначения	0,02-Ю.ОЗ
Драматический театр	0,015-0,02
Конференц-зал, лекционный зал, аудитория	0,01-0,015

При проектировании зала необходимо при помощи геометрических постро­ений контролировать распределение и запаздывание звуковых отражений от по­толка и стен зала согласно приведенным далее рекомендациям.

Расчет геометрических отражений является основным способом контроля правильности выбора формы зала и очертания его внутренних поверхностей, направляющих отраженный звук к слушателям, и необходим для оценки опаснос­ти возникновения концентрации звука. Расчет включает:

проверку допустимости применения геометрических отражений и их пост­роение;

определение времени запаздывания;

определение уровня отражений по отношению к прямому звуку.

При расчете геометрических (лучевых) отражений распространяющаяся звуковая волна заменяется лучом соответствующего направления, подчиняющим­ся законам геометрической оптики, которые сводятся к следующему:

лучи, падающий и отраженный, а также нормаль в точке падения к элемен­ту поверхности лежат в одной плоскости (лучевая плоскость);

угол падения равен углу отражения.

Структура первых звуковых отражений оценивается по лучевому эскизу зала. Обычно строят геометрические отражения в вертикальной плоскости по оси сим­метрии зала, в горизонтальной - на отметке источника звука. На рис. 4 приведен пример построения лучевого эскиза. Высота источника над полом эстрады или сцены принимается равной 1,5 м, а высота точки приема над полом -1,2 м (уро­вень уха сидящего зрителя).

Допустимость построения геометрических (лучевых) отражений зависит от длины звуковой волны, размеров отражающих поверхностей и их расположения по отношению к источнику звука и точке приема. Отражающая поверхность дол­жна иметь массу не менее 20 кг/и², ее коэффициент звукопоглощения для рассмат­риваемых частот не должен превышать 0,1. Линейные размеры отражающей по­верхности должны превышать длину звуковой волны не менее чем в 1,5 раза. В случае криволинейной отражающей поверхности наименьший радиус кривиз­ны должен превышать длину звуковой волны не менее чем в 2 раза.

 

Отражающие поверхности следует проектировать таким образом, чтобы приведенные условия выполнялись, по крайней мере, для частот 300-400 Гц, ко­торые важны для разборчивости речи. Если условия применимости геометричес­ких отражений выполнены для центральной точки отражающей поверхности, то их построение допустимо и для любой точки, отстоящей от краев не менее чем на половину длины звуковой волны. Поскольку частотам 300-400 Гц соответствует длина звуковой волны X» 1 м, то точки для проверки геометрических отражений должны выбираться на расстоянии не менее 0,5 м от краев отражающей поверхно­сти, а размеры отражателя должны превышать 1,5 м.

 

 

При построении.геометрических отражений используют метод,мнимого источника ^', который симметричен действительному точечному источнику (2 по отношению к отражающей плоскости (рис. 5, а). Для построения мнимого источ­ника из точки О, опускают перпендикуляр на отражающую плоскость и на его продолжении откладывают отрезок ^ 'А, равный отрезку ОА. Прямые, проведен­ные из мнимого источника ^ ', после пересечения ими отражающей плоскости являются отраженными лучами от действительного источника

 

Метод мнимого источника может использоваться и при построении отраже­ний от криволинейных поверхностей. В этом случае в 'качестве отражающей рас­сматривается плоскость, касательная к отражающей поверхности в точке О (см. рис. 5, б). В случае криволинейной поверхности каждой рассматриваемой точке соответствует свой мнимый источник.

 

При проектировании очертаний внутренних поверхностей зала и построе­нии лучевого эскиза целесообразно определять ослабление первого отражения по отношению к прямому звуку.

Уровень прямого звука дБ, в рассматриваемой точке определяется по формуле

Уровень однократно отраженного звука определяется по формуле

Если уровень звукового давления однократно отраженного звука не более чем на 3 дБ ниже прямого, то допустимое время запаздывания может быть увеличено в 1,5 раза. При ослаблении на 8-10 дБ первые отражения уже не формируют характер звучания. Они не рассматриваются как полезные и целесообразно обеспечить их поглощение. Если звуковое отражение приходит сзади, то время запаздывания уменьшается на 0,6 от допускаемого.

Таблица 3

Назначение зала	Уровень звуковой мощности источника звука, дБ
Концертный зал с органом и хором	ПО
Концертный зал без органа, филармония
Оперный театр
Драматический театр	70-80
Конференц-зал, лекционный зал, аудитория	60-70