6 Методы расчета звукового поля в помещении
Звуковые
поля в закрытом помещении и свободном пространстве существенно отличаются. В
свободном пространстве звуковое поле представляет собой бегущие волны с той или
иной формой волнового фронта в зависимости от формы и размеров излучающей
поверхности источника звука. Вдали от источника средняя плотность звуковой
энергии прямо пропорциональна мощности излучения источника и убывает обратно
пропорционально квадрату расстояния.
В
помещении звуковое поле представляет собой систему стоячих волн, образованных в
результате наложения волн, излучаемых источником звука (прямой звук), и волн, отраженных от
стен, пола, потолка и различных объектов, находящихся в помещении (отраженный звук). Таким образом,
звуковое поле в помещении определяется не только свойствами источника звука и
удалением от него, но также геометрическими размерами, формой помещения и
способностью поверхностей помещения поглощать акустическую
энергию.
Волновой
метод расчета
звукового поля в помещении, основанный на решении волнового уравнения (уравнения
Гельмгольца) с определенными граничными условиями, позволяет найти спектр
собственных (резонансных) частот помещения, зависящих от его формы и размеров.
Каждой из этих частот соответствует собственное колебание воздуха в объеме
помещения. При небольших коэффициентах звукопоглощения поверхностей помещения
это колебание представляет собой стоячую волну, волновой вектор которой
определенным образом ориентирован в пространстве. В зависимости от частотного
спектра колебаний источника звука, работающего в помещении, возбуждаются те или
иные собственные колебания с близкими по значению частотами.
В
низкочастотной области собственные частоты помещения значительно отличаются по
величине (дискретный спектр). Это приводит к тому, что в этой области
наблюдаются ярко выраженные резонансные явления и звуковое поле является сильно
неоднородным.
С ростом частоты количество собственных частот в заданном интервале быстро увеличивается (спектр уплотняется) и, если размеры помещения во много раз превосходят длину звуковой волны, спектр фактически становится сплошным. Практически это означает, что любая составляющая в спектре источника звука будет возбуждать сразу большое количество собственных колебаний с близкими по значению частотами. В этом случае неоднородность поля сглаживается, волновые эффекты (например, интерференцию) можно не учитывать и для расчета звукового поля используются методы статистической акустики.