Основные акустические определения и единицы

АКУСТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ

Любые акустические измерения обычно проводят в зоне свободного поля, т. е. там, где отсутствуют отражения волн от любых препятствий. Акустические измерения имеют ряд специфических осо­бенностей. Так, измерение характеристик электроаку­стической аппаратуры необходимо проводить в усло­виях свободного поля, т. е. когда можно пренебречь влиянием отраженных волн. В обычных помещениях это условие невыполнимо, а проводить измерения на открытом воздухе сложно и не всегда возможно.

Во-первых, на открытом воздухе трудно избежать отраже­ний от ряда поверхностей, например, от земли.

Во-вто­рых, проведение измерений в этом случае зависит от атмосферных условий и может приводить к большим погрешностям, не говоря уже о ряде других неудобств.

В-третьих, на открытом воздухе трудно избежать влияния шумов. Поэтому для измерений в свободном поле пользуются специальными звукозаглушенными каме­рами, в которых отраженные волны практически отсут­ствуют.

Акустические измерения в помещении - это количественная оценка значения отдельных величин, влияющих на качество осуществляемой в данном помещении звукопередачи. Сравнение измеренных величин с эталонными величинами акустически безупречных помещений позволяет обнаружить основные недостатки помещений, подвергающиеся исследованию. Одной из наиболее важных величин количественной оценки акустических условий помещения следует считать времяреверберации.Но знание данного параметра не даст полной акустической картины. Для более полной характеристики акустических свойств помещения дополнительно измеряют:

- частотную характеристику реверберации;

- флуктуацию звука в процессе затухания;

- акустическое отношение или эффективную реверберацию.

Все эти измерения связаны с зависимостью акустических свойств помещения от:

- частоты колебаний, излучаемых источником звука;

- звукопоглощающей способности материалов;

- геометрических параметров помещения;

- местонахождения слушателей.

Указанные параметры, дающие, в основном, временные характеристики звуковых процессов, позволяют установить величину и причины тех или иных нарушений. Но вследствие того, что все они имеют статистическую основу, указать источник этих нарушений не всегда удается.

Для ряда измерений (например, для измерения мощности громкоговорителя, измерения коэффициентов поглощения и т. д.) требуется диффузное поле. В обыч­ных помещениях звуковое поле далеко от состояния диффузности. Поэтому строят специальные помещения, в которых можно создать диффузное поле. Соответст­вующие помещения называют реверберационными (или гулкими) камерами. Звукозаглушенную и реверберационную камеры называют звукомерными.

ОСНОВНЫЕ АКУСТИЧЕСКИЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ЕДИНИЦЫ

Звук — волновой колебательный процесс, происходящий в упру­гой среде (воздухе, воде и др.) и вызывающий слуховое ощущение.

Звуковое поле — область пространства (объем), в которой рас­пространяются звуковые волны.

Звуковое давление — разность между статическим (атмосфер­ным) давлением и давлением в данной точке звукового поля. Мгно­венное звуковое давление — звуковое давление в рассматриваемый момент времени.

Различают максимальное (пиковое) и минимальное звуковое дав­ления, представляющие максимальное и минимальное значения мгно­венного звукового давления, а также эффективное (среднеквадратич­ное) значение звукового давления за полный период. Согласно новой системе единиц СИ-1 за единицу звукового давления принят ньютон на квадратный метр (1 н/м²). Наряду с этой единицей в литературе можно еще встретить прежнюю единицу звукового давления систе­мы единиц СГС— бар или иначе дину на квадратный сантиметр (1 дин/см²), которая равна 0,1 н/м²; отсюда 1 н/м² = 10 дин/см^г = 10 бар.

Интенсивность звука(прежнее название — сила звука) — сред­нее значение мгновенной плотности звуковой энергии. Представляет собой поток свободно распространяющейся звуковой энергии, про­ходящий в единицу времени через единицу площади поверхности, перпендикулярной к направлению распространения волны. Единица интенсивности звука в системе единиц СИ-1— ватт на квадратный метр (1 вт/м²), в прежней, еще действующей системе единиц СГС единица интенсивности— 1 эрг/сек·см². Последняя единица равна 0,001 вт/м²; наоборот, 1 вт/м²—10³ эрг/сек·см².

В тех случаях, когда направление распространения звуковой волны определить трудно или невозможно, используют другую энергетическую характеристику поля — плотность звуковой энергии.

Плотность звуковой энергии— звуковая энергия, содержащаяся в единице объема. Единица измерения — 1 дж/м³ (в системе СГС— 1 эрг/см³).

Звуковая мощность — поток звуковой энергии, проходящий за 1 сек через данную поверхность перпендикулярно ей. Единица изме­рения — ватт (10⁷ эрг/сек). Определяется по величинам звукового давления или интенсивности звука.

Скорость звука(точнее, скорость распространения звуковой вол­ны) — путь, проходимый звуковой волной в однородной среде в еди­ницу времени, выражается в метрах в секунду.

Скорость звука зависит от плотности и упругости среды, напри­мер: в воздухе 344 м/сек, в морской воде 1504 м/сек, в стали 4 990 м/сек, в сосне 3 320 м/сек.

Колебательная скорость— скорость колебательного смещения частиц, среды от положения покоя.

Длина волны— расстояние между ближайшими точками волны, находящимися в одинаковой фазе колебаний; расстояние, проходимое распространяющейся волной за один период колебания.

Период— время, в течение которого происходит одно полное ко­лебание.

Частота — количество колебаний в секунду.

Фаза — стадия движения колеблющейся частицы или тела отно­сительно какого-либо их положения, принятого за начальное. Выра­жается в радианах или градусах.

Синфазность — равнофазность, одинаковая фаза переменных гармонических величин. Синфазное включение громкоговорителей — такое электрическое соединение громкоговорителей, при котором создаваемые ими звуковые давления находятся в одинаковой фазе.

Чистый тон— звук, создаваемый синусоидальным акустическим колебанием.

Шум — неприятный или нежелательный звук случайного характе­ра, не содержащий ясно выраженных частотных составляющих.

Белый шум— сложный звук, спектр которого, измеренный анали­затором с постоянной шириной полосы, является непрерывнойи глад­кой функцией частоты в достаточно широком диапазоне частот.

Спектр акустический — характеристика звука, выражающая его частотный (спектральный) состав и получаемая в результате анализа звука.

Биения— периодическое изменение интенсивности звука в данной точке, вызываемое взаимодействием (интерференцией) двух звуковых волн близких частот.

Интерференция — взаимодействие двух или более звуковых волн, одновременно приходящих в данную точку, приводящее кослабле­нию или усилению интенсивности звука в зависимости от разницы в фазах волн (от сдвига фаз).

Дифракция— изменение направления распространения звуковой волны, вызванное прохождением ее около края какого-либо препят­ствия.

Реверберация— затухающее звучание в закрытом помещении после прекращения действия источника звука, обусловленное многократными отражениями звука от оканчивающих поверхностей. Стандартное время реверберации — время, в течение которого интенсивность затухающего звука уменьшится в миллион раз (10⁶) от ее начального значения, а уровень интенсивности звука спадет на 60 дб.

Громкость — субъективное ощущение интенсивности звука. Она изменяется приблизительно пропорционально логарифму изменения интенсивности звука.

Стоячая волна— результат наложения двух бегущих синусои­дальных волн, распространяющихся в противоположных направлениях: падающей и отраженной; характеризуется различными амплитудами в различных точках пространства.

Явление (эффект) Допплера — изменение высоты звука (частоты колебаний) вследствие движения источника звука.

Тембр звука— характерная особенность (окраска) сложного звука, определяемая количеством и интенсивностью обертонов.

Обертоны— все дополнительные тоны, кратные по частоте основ­ному, которые создаются колеблющимся телом.

Унтертоны — тоны, частоты которых составляют целую часть от частоты основного тона.

Октава — представляет интервал частот (полосу), в котором от­ношение большей крайней частоты к меньшей равно 2.

В общем виде отношение крайних частот полосы между собой выражается воктавах формулой f_max/f_min=2ⁿ где п — количество октав. Таким образом, количество октав равно логарифму (при осно­вании 2) отношения крайних частот.