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. 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.