Критическое расстояние

Мы уже отмечали, что поле звука, ревербирующее в помещении, равномерно распределено в пространстве. А вот будет ли в этом случае соблюдаться закон обратных квадратов? Чтобы ответить на этот вопрос, надо разобраться, чем отличается прямой звук (первоначальная звуковая волна, излучаемая источником звука до ее отражения) от реверберирующего звука.

На рис. 6.5 показан ненаправленный громкоговоритель, излучающий звук в реверберующее поле. Прямой звук, идущий от громкоговорителя, распространяется в пространстве, и его интенсивность уменьшается в соответствии с законом обратных квадратов. Вначале прямых звуковых волн в пространстве намного больше (А), но по прошествии какого-то времени на определенном расстоянии от громкоговорителя в результате отражений интенсивности прямого и реверберирующего звука становятся равными (В). Наконец, на достаточно большом расстоянии от громкоговорителя реверберирующий звук доминирует и заглушает прямой (С).

Расстояние от источника звука до той точки, в которой интенсивности реверберирующего и прямого звука становятся равными, называется "критическим расстоянием". По мере удаления от громкоговорителя, на расстояние, превышающее критическое (где доминирует реверберирующее поле), интенсивность звука выравнивается до статистически постоянной величины.

Рис. 6.5. Распространение реверберующих звуковых волн

Критическое расстояние можно увеличить за счет использования направленного громкоговорителя. За счет концентрации всей мощности системы в определенном направлении количество энергии волн, уходящих в сторону, будет меньше, в результате на долю энергии волн, отраженных от стен, потолка, пола и других поверхностей, а, соответственно, и реверберирующего поля, будет приходиться меньшая часть энергии громкоговорителя. Но, следует учитывать, что энергия направленного громкоговорителя резко падает при отклонении от оси (рис. 6.6). Основным достоинством направленных громкоговорителей является то, что они увеличивают уровень прямого звука в определенной области.

Распространение прямого звука подчиняется закону обратных квадратов, а интенсивность поля реверберирующего звука постоянна в любой его точке, поэтому соотношение прямого звука к реверберирующему также подчиняется закону обратных квадратов. Иными словами, если соотношение звукового давления прямого и обратного звука на критическом расстоянии равно 1:1, то на расстоянии вдвое больше критического прямой звук будет на 6 дБ тише реверберирующего (т.е. его уровень будет в два раза меньше)

Рис. 6.6. Направленный громкоговоритель в поле реверберующего звука

Чтобы реверберирующий звук не глушил прямой, в системах звукоусиления стараются использовать направленные элементы. Если удается увеличить критическое расстояние, то вероятность того, что на большем расстоянии будет обеспечиваться чистота и отчетливость звучания возрастает. Специалисты по акустике создали систему моделирования, которая связывает критические расстояния и соотношения прямого и реверберирующего звука с разборчивостью голоса при усилении речи. Но это достаточно сложная область, и грамотное моделирование требует серьезных познаний в математике и использования компьютера с хорошей программой. Поэтому в этом простом учебнике мы не будем подробно рассматривать этот вопрос.

На основе таких данных были разработаны методы для расчета поведения систем усиления речи в зависимости от акустики зала, которыми постоянно пользуются инженеры и строители при установке таких систем. А вот в области усиления музыки применять строгие закономерности чрезвычайно сложно, главными критериями здесь часто оказываются субъективные впечатления и вкус.

Как правило, всегда стремятся, чтобы система звучала настолько чисто, насколько это возможно, а для этого нужно увеличивать критическое расстояние системы, т. е. уменьшать степень возбуждения поля реверберирующего звука, чтобы публика слышала в основном прямой звук. О специальных приемах, позволяющих добиться этого, рассказывается в главах 17 и 18.