Особенности распространения воздушных акустических волн в закрытых помещениях

За счет многократных переотражений акустической волны в замкнутой среде распространения возникает явление послезвучания - реверберация. Величина реверберации оценивается временем Tр после выключения источника звука, в течение которого энергия звука уменьшается на 60 дБ. Вследствие многократных переотражений на мембрану микрофона в помещении оказывают давление акустические волны, распространяющиеся разными путями от источника звука. Интерференция волн с разными фазами могут при достаточно большом времени реверберации приводить к ухудшению соотношения сигнал/помеха в точке приема и уменьшению разборчивости речи. Чем больше размеры помещения и меньше коэффициент поглощения ограждающих поверхностей, тем больше время реверберации. При большом времени реверберации помещение кажется гулким. Однако при очень малом Тр на микрофон воздействует, в основном, быстрозатухающая прямая волна, слышимость речи при удалении от источника резко уменьшается, тембр звуков речи за счет большего затухания в среде распространения высоких частот обедняется. Время реверберации менее 0.85 с незаметно для слуха. Для большинства помещений организаций их объемы и акустическая отделка время реверберации мало (0.2-0.6) с и его можно не учитывать при оценке разборчивости.

Для концертных залов, имеющих существенно большие размеры, время реверберации определяет их акустику. Установлено, что в малых помещениях объемом V до 350 м2 оптимальной является реверберация со временем до 1.06 сек. При увеличении объема помещения время реверберации пропорционально повышается и принимает для V=27000 м3 значение около 2 сек.

Время реверберации в помещении объемом V вычисляется по формуле Эйринга [76]:

Тр= - 0.07V/Slg(1-ach),

где S - суммарная площадь всех поверхностей помещения;

aср = - средний коэффициент звукопоглощения в помещении;

Sк и aк - площади и коэффициенты поглощения ограждающих поверхностей соответственно.

При распространении структурного звука в конструкциях зданий, особенно, в трубопроводах возникают реверберационные искажения, снижающие разборчивость речи на 15-20%.

6. Звуковое поле, его параметры.(см. лекция про АКУИ)

В результате вибрации (колебания) какого-либо упругого тела, например струны, возникает волнообразное распространение колебаний воздушной среды. Источником звука является колеблющееся тело. Оно приводит в колебательное движение прилегающие к нему частицы упругой среды (как правило, воздуха), которые заставляют колебаться соседние частицы и т.д. Процесс распространения колебаний частиц упругой среды называют звуковой волной.

Звуковое поле - одна из форм существования материи, проявляется в виде кинетической энергии колеблющихся материальных тел, а также звуковых волн в твердой, жидкой и газообразной средах, обладающих упругой структурой.

7. Особенности распространения звуковых волн в свободном пространстве.

(см. лекция про АКУИ)

8. Затухание воздушной звуковой волны.

(см. лекция про АКУИ)

9. Структурные акустические волны, их особенности при распространении в здании.

Распространение звука в зданиях происходит очень часто и на довольно большие расстояния путем прохождения структурного звука, что может создать достаточно опасный канал утечки акустической информации. Под структурным звуком понимают механические колебания в твердом теле с частотой 16 Гц - 20 кГц. Механические колебания стен, перекрытий, трубопроводов, возникающие в одном месте или на большой площади, передаются на значительные расстояния, почти не затухая, и при соответствующих условиях возможно излучение их в воздух как слышимый звук. Подобные колебания хорошо перехватываются такими приемными устройствами, как стетоскопы и альтиметры.

На практике (Л.42) рассматривают два возможных метода описания процессов возникновения и передачи структурного звука:

метод, в котором механическая система рассматривается как система из нескольких абсолютно жестких масс, соединенных между собой упругими элементами;

метод, в котором интересующие объекты (например, тонкое бетонное перекрытие в комбинации со множеством легких стен) рассматриваются как механическая среда, в которой распространяются продольные и поперечные волны, отражающиеся во всех местах нарушения сплошной среды (особенно на краях свободных поверхностей и в местах соединений).

Оба эти метода используются для рассмотрения условий существования структурного звука в здании. При определении степени опасности каналов утечки акустической информации в здании необходимо учитывать, что утечка может происходить (рис.2.10) в одномерной плоскости (например, по балке, трубе (газовой, водяного отопления) и т.п., двухмерной (плита, этаж) и трехмерной (между этажами), а также в любой плоскости, в случае создания сайта в Новосибирске. При распространении структурного звука в здании встречаются следующие особенности:

• снижение уровня структурного звука (затухание) из-за распределения энергии по большой области (снижение с увеличением расстояния);
• преобразование структурного звука в тепло (поглощение структурного звука);
• отражение в местах разрыва, например, при изменении поперечного сечения, разветвления в углах, при изменении вида материала (изоляция структурного звука);
• преобразование типов волн, в виде которых распространяется структурный звук в другие (например, при переходе изгибных волн в продольные);
• наличие дисперсии изгибных волн;
• излучение в окружающую среду (например, в воздух).

Звуковая волна, распространяясь по воздуху, воздействует своей кинетической энергией на элементы строительных конструкций и предметы, находящиеся в контролируемом помещении. Далее звуковая волна распространяется в материале, из которого выполнены конструкции и предметы с затуханием, определяемым свойством материала. Понятно, что чем плотнее материал, тем дальше и с меньшими потерями пройдёт звуковой сигнал. Так как стены помещения имеют конечную толщину, звуковая волна, с определённой амплитудой дойдёт до внешней стороны стены. Это означает, что с внешней стороны стен контролируемого помещения мы можем зарегистрировать микроколебания, создаваемые источником звука внутри помещения. Физические свойства пъезокристалла позволяют преобразовывать механические воздействия на него в электрические сигналы. Если плотно прижать пьезокристалл к поверхности стены, энергия микроколебаний, вызванная источником звука, будет действовать на него и преобразовываться в электрический сигнал. Усилив этот электрический сигнал и подав его на громкоговоритель, мы услышим то, что происходит за стеной. Этот принцип заложен в устройстве электронного стетоскопа, который применяется как для исследования помещения на возможные каналы утечки информации, так и для ведения разведки. Трансляция полученной с помощью стетоскопа звуковой информации происходит любым из приведённых выше способом.

10. Микрофонный эффект в основных и вспомогательных технических средствах.