2020-07-12
130
Для создания каждого естественно-научного музея требуется слаженная работа двух различных отраслей. Примером могут служить первые учебные музеи XVIII в. «Музеум» Горного института а в Петербурге или «Гербарий» - ботанический музей Московского университета. Они были доступны лишь студентам определенных учебных заведений и служили для наглядностив процессе их обучения[18]. Такие музеи стояли на стыке нескольких наук – музеологии и химии, физики, геологии или биологии. Таким образом, при симбиозе этих двух направлений рождался принципиально новый музей со своей специфической направленностью и свойственными ему особенностями. Исходя из этого, для разработки плана экспозиции музея звука необходимо ознакомиться с теоретической базой акустики, которая необходима для точности передачи и правильного формирования характера звуковых явлений в том или ином помещении.
Начать стоит с самого определения. Звук – физическое явление, которое состоит враспространении упругих волн колебаний в твердой, жидкой или газообразной среде.
В более узком понимании термин рассматривается во взаимосвязи колебаний с их восприятием ухом животных или человека.
Изучением звука, как физического явления, и проблем, связанных с его появлением, распространением и восприятием, занимается акустика.
Эта наука находится на стыке множества других дисциплин и потому для решения проблем использует теорию математики, физики, психологии, архитектуры, биологии, химии, гигиены и теории музыки.
Имеется 16 основных направлений современной акустики:
1. Общая акустика
2. Геометрическая акустика
3. Архитектурная акустика
4. Строительная акустика
5. Психоакустика
6. Музыкальная акустика
7. Биоакустика
8. Электроакустика
9. Аэроакустика
10. Гидроакустика
11. Акустика транспорта
12. Ультразвуковая акустика
13. Квантовая акустика
14. Акустика речи
15. Цифровая акустика
16. Медицинская акустика
Общая акустика изучает механизмы распространения звуковых волн в различных средах, теорию дифракции, рассеивания звуковых волн.
Геометрическая акустика изучает законы распространения, а также занимается вычислением траектории звуковых лучей.
Архитектурная акустика занимается вопросами распространения звуковых волн внутри закрытых, полуоткрытых и открытых пространств.
Строительная акустика изучает зависимость уровня шума от типов конструкций и материалов.
Психоакустика помогает понять особенности восприятия различного рода звуковых колебаний человеческим ухом. Выявляет объективные и субъективные атрибуты звука.
Музыкальная акустика изучает акустические явления в музыке.
Биоакустика занимается проблемами восприятия и излучения звуковых волн биологическими объектами. Изучает слуховые системы различных видов животных, насекомых и человека.
Электроакустика занимается вопросами создания электроакустических преобразователей.
Аэроакустика изучает законы распространения звуковых колебаний в авиационных конструкциях.
Гидроакустика изучает возможности распространения, излучения и затухания звуковых колебаний внутри жидкой среды.
Акустика транспорта анализирует звуковые колебания внутри различного рода транспортных средств. Занимается разработкой способов шумоизоляции и поглощения звука.
Медицинская акустика изучает способы применения законов акустики для разработки специализированной медицинской аппаратуры.
Ультразвуковая акустика. Использование ультразвука в промышленной сфере.
Квантовая акустика. Теоретизирует такое явление, как гиперзвук.
Акустика речи занимается синтезом человеческой речи, ее выделением на передний план, разработкой программного обеспечения для распознавания речи.
Цифровая акустика занимается разработкой и изучением компьютерной техники.
Практически каждое из перечисленных направлений имеет прямое отношение к теме работы и затрагивает различные аспекты работы над проектом экспозиции. Обращение внимания на каждое направлением поможет глубже понять что именно влияет на то, насколько точно и правильно передается звуковая информация.
Качество звучания зависит от множества факторов и обстоятельств: помещение, его размеры, наполнение предметами, особенностями ограждающих поверхностей, расположение громкоговорителей, их качество и положение слушателя относительно них.
Среди основных видов коррекции акустических свойств помещения выделяются два основных вида обработки помещений: поглощение звука и его рассеивание.
В свою очередь звукопоглотители подразделяются на три типа: пористые материалы, панельные поглотители и конструкции с перфорированным покрытием. [19]
Пористые материалы обладают звукопоглощающими свойствами ввиду их строения: трение в узких каналах и порах при постоянном движении воздуха, трение при изменении состояния скелета конструкции и теплообменом между воздухом и материалом. Как правило, производятся в форме плит и крепятся к ограждениям. Наиболее популярными являются поглощающие материалы, которые изготавливаются на основе древесного или стеклянного волокна.
Для такого рода материалов характерно небольшое звукопоглощение в нижней части спектра, которое усиливается по мере приближения верхней грани спектра.
Коэффициент звукопоглощения для пористых материалов колеблется от 0,5 до 0,95 на средних и высоких частотах, поэтому их часто применяют для улучшения акустики в кинотеатрах, различного рода концертных залах и аудиториях наряду с такими материалами, как драпировки и ковры.
В то же время довольно популярными являются панельные поглотители из-за простоты конструкции и более высокому поглощению в нижней части спектра.[20]
Такой поглотитель представляет собой жесткий каркас-резонатор с закрытым объемом воздуха, герметично закрытый панелью-мембраной. Чаще всего для мембраны выбираются листы фанеры. Во внутреннем пространстве размещается пористый поглощающий материал.
Конструкция с перфорированным покрытием. Практически универсальная конструкция, которая обладает высокими поглощающими свойствами на всем воспринимаемом участке спектра.
В большинстве случаев представляет собой деревянный каркас, который монтируется на поверхность стены или потолка. На нем крепится перфорированная деревянная, гипсовая или МДФ панель. Внутренняя полость заполняется пористым звукопоглощающим материалом. В некоторых случаях вместо нее применяется набор из деревянных планок с зазорами между ними. Такая конструкция носит название резонатора Гельмгольца.[21]
Значительное преимущество таких конструкций состоит в простоте их изготовления и установки, а так же в их внешнем виде.
Кроме того, в качестве средств для поглощения звука могут использоваться предметы интерьера. В частности отлично с этой ролью справляются ковровые покрытия, мягкая мебель и различного рода предметы, которые наполняют комнату и имеют мягкое покрытие.
Рассеивание звука в помещении можно обеспечить предметами интерьера или специальными акустическими диффузорами. В первом случае это могут различного рода стеллажи, полки и прочее. Не последнюю роль играет и фактура стен или обоев, так как при «голых» стенах появятся дополнительные резонансы, в то время как наличие обоев или не однообразной фактуры стен обеспечивает изменение направления отражения звуковой волны. По такому же принципу работаю диффузоры. При их использовании ранние отражения при столкновении рассеиваются и возвращаются обратно с меньшей интенсивностью и большей задержкой.
Цилиндрические или пирамидальные диффузоры работают по принципу изменения направления отражения таким образом, что отраженный сигнал имеет меньшую интенсивность, чем исходный.
Тип Skylineбольше ориентирован на отражение и рассеивание высокочастотной части спектра.
К типовым проблемам акустики малых помещений относятся:
1. Время реверберации
2. Комнатные моды
3. SBIR-эффект
4. Порхающее эхо
Время реверберации один из самых важных параметров, по которым оценивают качество помещения. В большинстве случаев уменьшение времени реверберации способствует повышению ясности и артикуляции музыки или речи.
Необходимый уровень снижения реверберации достигается путем размещения в помещении звукопоглощающих поверхностей. При этом стоит учитывать, что чрезмерное количество таких поверхностей может привести к неестественному звучанию звукового материала, так как человеческий слух изначально настроен на наличие естественной природной реверберации. При отсутствии таковой звук начинает восприниматься как «ватный». Слушатель в этот момент ощущает дискомфорт.
Комнатные моды. Из-за наличия резонансов в помещениях небольшого размера повышается время реверберации, а амплитудно-частотная характеристика становится неравномерной, что приводит к неестественной окраске звука. Чаще всего проблемы возникают в нижней части спектра. Наличие такой проблемы делает звучание «коробчатым».
SBIR-эффект заключается во взаимодействии между исходным звуком и его отражениями от ближних границ комнаты. Влияние эффекта приводит к искажению амплитудно-частотной характеристики. Частоты, на которых возникают проблемы зависят от расположения громкоговорителя и стены и чаще всего находятся в диапазоне от 30 до 150 Гц.
Эффект порхающего эха заключается в многократном отражении звука от параллельных поверхностей. При наличии такой проблемы в области верхних частот появляется характерный металлический призвук.
Все строительные материалы имеют акустические свойства, так как имеют свойство поглощать, отражать или передавать звуки. При отражении звуковых волн увеличивается общий уровень эха и реверберации в пространстве. То есть помещение, построенное из отражающих материалов, например бетон, производит многократное эхо, но в то же время обеспечивает небольшую четкость звука, что может быть полезно для применения в некоторых специализированных строениях вроде церкви.
Акустическое поглощение напротив – сводит к минимуму отражение звуковых волн от поверхностей, заставляя звук исчезать сразу же после еговоспроизведения. Следовательно, чем больше в комнате имеется поглощающих материалов, тем меньше будет время реверберации. Для достижения лучшей звукоизоляции используются тяжелые, широкие стены и плиты. В то же время лучшими звукопоглотителями являются легкие, пористые и мягкие материалы. В то же время в качестве изоляторов часто используются пространства, масса пола, стен и потолка которых увеличены, а воздушные пространства от окон до дверей герметичны.
Для правильного обустройства помещений необходимы знания свойств наиболее распространенных материалов. Для этого существуют специализированные таблицы, в которых перечислены коэффициенты поглощения каждого материала при воздействии определенных частот. Степень поглощения измеряется в процентах и варьируется от 0,00, что означает идеально отражающий материал, до 1,00, что означает идеально поглощающий материал. В качестве примера коэффициент поглощения в 0,2 означает, что 20% звуковой энергии, которая вступит в контакт с этим материалом, будет поглощена и не отразится обратно в комнату. А это в свою очередь означает, что данный материал на 80% является отражающим для данного диапазона частотного спектра.
Для стандартизации величин используется определение NRC, что означает «коэффициент шумоподавления». Оно соответствует среднему арифметическому значению коэффициентов поглощения для частот 250, 500, 1000 и 2000 Гц. Для лучшего понимания этой классификации будет целесообразно привести в пример несколько материалов и соответствующие им коэффициенты шумоподавления.
К наименее поглощающим материалам относятся:
1. Оштукатуренная кладка – коэффициент поглощения +0,025
2. Открытый бетон – коэффициент поглощения 0,03
3. Стекло – коэффициент поглощения = 0,03
4. Мрамор – коэффициент поглощения = 0,01
5. Гранит – коэффициент поглощения = 0,015
6. Металлическая поверхность – коэффициент поглощения +0,025
7. Керамика – коэффициент поглощения = 0,015
К наиболее поглощающим материалам относятся:
1. Стекловата – коэффициент поглощения = 0,68
2. Каменная вата - коэффициент поглощения = 0,72
3. Акустические пены - коэффициент поглощения = 0,5
4. Акустические панели из древесного волокна - коэффициент поглощения = 0,57
Знание характеристик данных материалов может сильно помочь при проектировании помещений. Комфортность нахождения помещений может зависеть как от звукоизоляции или звукопоглощения, так и от этих двух факторов одновременно. При обустройстве помещений редко используется всего один вид звуковых ловушек. Как правило, при работе используется весь спектр приспособлений при работе с каждым новым помещением индивидуально, так как выбор способов акустического оформления зависит и от стоимости, доступности и внешнего вида.
Качество и разборчивость звучания зависит и от динамиков.
Различают 5 основных видов:
1. Широкополосный динамик
2. Твитер
3. Среднечастотный динамик
4. НЧ-драйвер
5. Динамик наушников
Широкополосные динамики являются самыми универсальными, так как могут воспроизводить весь воспринимаемый человеческим ухом диапазон частот и наибольшей близости к точечному звуку – идеальному акустическому предмету с точки зрения расположения. Однако качество передачи снижается по мере приближения к нижней или верхней границе слышимого спектра из-за диаметрально противоположных требований к динамику для воспроизведения низких и высоких частот. Именно поэтому такой тип динамиков часто является компромиссным.
Твитер ориентирован на наиболее точное воспроизведение высоких частот, о чем свидетельствует его размер. Как правило, его нижняя граница находится около 1,5-2 тысяч Гц. В то же время для него характерны повышенные требования для верхней границы вплоть до 60 кГц, что позволяет ему воспроизводить верхние гармоники и максимально точно передавать звучание верхней части спектра.
Среднечастотный динамик находится ближе всего к классическому динамику в плане конструкции. Именно этот динамик проигрывает тот диапазон, в котором расположен человеческий голос.
НЧ-драйвер. Как правило, большой по размеру и построен на поршневой системе работы, когда диффузор движется как одно единое целое.
Динамики наушников имеют малый размер, за счет чего воспроизведение всего диапазона дается легче. В конструкции часто используются неодимовые магниты, из-за которых динамики в состоянии давать высокую чувствительность около 120 Дб.
Следует также учитывать, что существует различие между прослушиванием аудиоматериала через наушники и наружные громкоговорители. Для более полного понимания следует обратиться к такому термину, как «бинауральный слух». Таким способом восприятия звуковой информации обладает человек. При воспроизведении какого-либо уха его воспринимает как правое, так и лево ухо независимо друг от друга. Благодаря такому явлению человек способен различать направление появления звука. Это объясняется задержкой между восприятием звука левым ухом и правым. Например: динамик расположен на два часа по отношению к слушателю. При воспроизведении звук достигнет правого уха быстрее, чем левого. Музыка или шум, который воспроизводится на внешнем динамике, так же отражается от окружающих предметов, что создает натуральную природную реверберацию, которая приятна для человеческого слуха.
Однако, если звук воспроизводится в наушниках, то в нем отсутствует естественная реверберация, а также он не имеет задержки, а значит оба уха воспринимают информацию одновременно, что создает эффект звучания «в голове».
Акустическое оформление помещений в музее имеет место быть само по себе, даже если речь идет не о специализированной экспозиции, а о музее в классическом его понимании. Так как музейные пространства зачастую являются сложными в плане построения, они нуждаются в акустическом оформлении главным образом из-за того, что являются многоцелевыми и могут использоваться для разных типов выставок.
В то же время музеи часто используются для учебы, групповой работы и презентаций, а значит должны поддерживать открытое общение между посетителями. Стоит так же учитывать, что в самих музеях имеется большое количество источников звука – разговаривающие люди, аудио и видео инсталляции, проводящие презентации гиды. Все это лишь малая часть источников шума, находящихся в музее постоянно. Почти каждый из них может плохо влиять на концентрацию посетителей.
