Стоячая волна в помещении

Стоячие волны

Формирование стоячих волн - один из наиболее заметных эффектов влияния жестких пограничных поверхностей на распространение звука. На рис. 6.3. показано, что происходит, когда звуковая волна определенной частоты падает на отражающую поверхность под углом 90°. Те волны, которые отражаются от нее, накладываются на падающие волны, и в местах совпадения максимумом звукового давления, происходит усиления звука, а в местах совпадения минимумов звукового давления - его ослабление.

Рис. 6.3. Образование стоячей волны при отражении звука от пограничной поверхности

В результате в воздухе формируется стационарная структура, которая и называется "стоячая волна", в ней чередуются зоны низкого давления (узлы) и зоны высокого давления (антиузлы).

Если двигаться через зоны стоячей волны, можно легко обнаружить места, в которых звук очень громкий, и места, в которых он очень тихий. Чередующиеся зоны максимального и минимального звукового давления отстоят друг от друга на расстояния, равные половине длины волны, и их положение зависит от частоты звука.

На рис. 6.4 показаны две параллельные стены с высокой отражающей способностью, а в центре помещен точечный источник звука.

Рис. 6.4. Образование стоячей волны в помещении

Предположим, что точечный источник издает короткий однотонный звук. Звуковые волны распространяются во всех направлениях, некоторые из них достигают стен, которые поглощают незначительную часть энергии звуковых волн, а большую ее часть отражают. Волны, отраженные от каждой из стен, доходят до противоположной стены и претерпевают повторное отражение. Процесс продолжается до тех пор, пока энергия звука не рассеется полностью за счет поглощения в воздухе и стенами.

В описанном примере стоячие волны будут формироваться только в том случае, если длина волны звука кратна расстоянию между стенами. Такие стоячие волны называют "резонансом помещения", и он имеет собственную частоту. Например, длина волны однотонного сигнала с частотой 100 Гц равна:
1130 футов/с: 100 колебаний/с = 11,3 футов/период.

Если стены на рис. 6.4 отстоят друг от друга на 11,3 фута, то отраженные волны будут усиливать друг друга, и в помещении образуется стационарная структура из узлов и антиузлов. Тот же эффект (см. рис. 6.5) будет возникать на частотах, кратных 100 Гц (200 Гц, 300 Гц и т.д.)

Предположим, что в пространстве между стенами находится публика, и что однотонным звуком с частотой 100 Гц была басовая нота из музыкального проигрыша. Слушатели, сидящие на местах, совпадающими с узлами, могут и не услышать эту ноту, а для слушателей, сидящих на местах, совпадающих с антиузлами, она будет звучать чрезмерно громко. Поэтому стоячие волны оказывают огромное влияние на качество звука в закрытом помещении.

Мы рассмотрели простейший случай резонанса помещения, но резонанс реальных залов складывается из трех таких простых резонансных систем (по одной между каждой парой стен, и одна между полом и потолком) и двух более сложных (в одну входят все четыре стены, а во вторую все шесть поверхностей). Таким образом, в конкретном помещении будет проявляться несколько резонансов на разных частотах.

Хороший акустик обязательно учитывает все возможные резонансные системы в помещении и пытается максимально их уменьшить за счет использования непараллельных стен и различных способов для поглощения звука. Один из наиболее простых и эффективных из их - использование занавеса.

Обратите внимание, что на рис. 6.3. зоны, отстоящие от отражающей поверхности на расстояние 1/4 длины волны, являются узлами. В этой зоне давление минимально, а скорость движения частиц воздуха максимальна. Поэтому, если в ней повесить занавес из поглощающего материала, он будет оказывать на стоячую волну более значительное влияние, чем следовало бы ожидать, учитывая коэффициент поглощения этого материала.

Дата добавления: 2015-07-02