8.3. Измерение времени реверберации

Время реверберации - один из основных показателей, характеризующих акустические свойства помещения. Это время, за которое звуковая энергия Е в помещении после прекращения действия источника звука уменьшится в 10⁶ раз, звуковое давление р в 10³ раз, а уровень интенсивности звука N - на 60 дБ. Метод измерений основан на оценке характера спадания звуковой энергии в помещении после выключения источника звука. В упрощенном виде этот спад изображен на рис.8.1.

Известны несколько способов измерения времени реверберации в помещениях:

1. Возбуждение звукового поля в помещении полосками "белого" шума (октавными, полуоктавными, третьоктавными), регистрация спада уровней после выключения источника звука с помощью светодиодного табло, экрана осциллографической трубки, самописца уровней.

Возбуждение звукового поля импульсом, создаваемым выстрелом из спортивного (стартового) пистолета, или разрядом конденсатора и регистрацией вышеописанными способами.

Возбуждение звуковым импульсом и запись процесса спада уровней на магнитную ленту или в память персональной ЭВМ и последующий анализ (расшифровка) записи в лабораторных условиях.

Возбуждения звукового поля полосками «белого» шума, создаваемого генератором шума, и запись спада уровней вышеуказанными способами.

Возбуждения поля выстрелом из стартового пистолета или разрядом конденсатора, записью вышеуказанными способами и последующая расшифровка в лаборатории с помощью анализатора спектра или с помощью персональной ЭВМ, снабженной программой, имитирующей действие анализатора спектра.

6. Пользуются субъективным методом – оценивают время реверберации «на слух». Тренированные эксперты совершают ошибку оценки времени реверберации в пределах от 0,5 до 2,0 с с погрешностью не более 0,1 с. Но в этом случае невозможно определить изменение времени реверберации по диапазону частот.

Статистические понятия архитектурной акустики опираются на представление о диффузности звукового поля. Из этого понятия следует принцип энергетического сложения сигналов, отраженных от преград помещения. Поэтому синусоидальные измерительные сигналы не пригодны для архитектурно-акустических измерений.

При измерениях в закрытых помещениях применяют измерительные сигналы с широкополосным спектром. Результат измерений относят к средней частоте этой полосы. Чаще всего употребляют следующие сигналы:

• напряжения с меняющейся частотой, т.н. «.воющие» тоны;

• полосы белого (статистического) шума с шириной полосы в пределах октавы, полуоктавы и третьоктавы;

• б)

  а)

  короткие импульсные сигналы с очень широким спектром, возбуждаемые, например, выстрелом из спортивного стартового пистолета или искровым разрядом конденсатора большой емкости.

Рис. 8.1. Идеализированные графики спада интенсивности звука в процессе реверберации: а- в линейном масштабе (экспонента), б- в полулогарифмическом масштабе ( прямая)

Структурная схема установки изображена на рис.8.2. В качестве источника измерительного напряжения чаще всего используют генератор белого шума ПИ. Чтобы было возможно определять время реверберации в различных областях звуковых частот, в структурную схему установки включают перестраиваемый полосовой фильтр ПФ.

Рис 8.2. Структурная схема установка для измерения времени реверберации

Вместо генератора шума и перестраиваемых полосовых фильтров иногда применяют готовую фонограмму, содержащую шумовые полосы в различных областях частот. Тогда в передающей части применяют магнитофон и усилитель мощности УМ.

Для фиксации спада уровней в процессе реверберации используют табло со светодиодами или осциллографическое устройство на трубке с длительным послесвечением.

В приёмную часть измерительной установки входят микрофон и световое табло на светодиодах или осциллографическое устройство на трубке с длительным послесвечением. Коммутатор К, управляемый времязадающим устройством ВЗУ, через определённые промежутки времени подаёт на светодиоды или на устройство, управляющее свечением луча электронно-лучевой трубки, напряжение, снимаемое с микрофона. В результате на табло или на экране осциллографа высвечиваются точки, высота которых характеризует спад интенсивности звукового поля в помещении. Поскольку в цепь микрофона включен лога-рифматор Log, положение светящихся точек пропорционально уровню N. В качестве приемной части тракта использован персональный компьютер (ПК).

Отнесем перепад уровней ∆N к длительности процесса отзвука ∆t (рис.3.3). Ввиду наличия в обследуемом помещении акустических шумов зафиксировать спад уровней на 60 дБ не всегда удаётся. Поэтому время реверберации T находят из пропорции:

(8.7)

Отсюда Т = 60· / (8.8)

. Время реверберации определяют на полосках шума _! со средними частотами 125, 250, 500, 1000, 2000 и 4000 Гц. Выше 4000 Гц измерять Т не имеет смысла, так в . процессе реверберации в этом случае решающую роль приобретает затухание звуковой энергии в воздухе. На частотах менее 125 Гц наблюдается большой разброс экспериментальных данных, так как оказывают заметное влияние собственные резонансы (моды) помещения

Магнитную ленту с фонограммой склеивают в кольцо и многократно воспроизводят, поочерёдно включая полосовые фильтры, настроенные на разные полоски частот. В настоящее время процесс магнитной записи заменяют фиксированием процесса реверберации в памяти персональной ЭВМ и многократным последующим анализом по уровню и частоте. Данные измерения можно производить без магнитофона, используя персональный компьютер (ПК), снабженный звуковой картой.

.Для упрощения и ускорения измерения используют автоматические устройства –реверберометры. Действие одного из видов реверберометров основано на накоплении (интегрировании) заряда на конденсаторе за время спада уровня звукового давления на 60 дБ и преобразования значения заряда в числовое значение времени реверберации. Структурная схема реверберометра изображена на рис.8.5.

Источником звука служит генератор белого шума. Из его спектра перестраиваемым полосовым фильтром ПФ вырезаются узкие полоски - октавные, полуоктавные или третьоктавные. Измерительный сигнал подается на громкоговоритель, устанавливаемый в контролируемом помещении.

Рис. 8.3. . Графические построения для определения времени

реверберации

Рис. 8.4. Структурная схема установки с записью на магнитную ленту (или персональный компьютер) для определения времени реверберации (приемная часть)

Собственно реверберометр содержит измерительный микрофон М, микрофонный усилитель, выпрямитель В, накопительный конденсатор С, вычислительный устройство ВУ и измерительный прибор, шкала которого проградуирована в значениях времени реверберации.

В момент выключения громкоговорителя автоматически включается микрофон, и начинается заряд конденсатора С. Из-за наличия акустических шумов помещения и электрических шумов аппаратуры зарегистрировать спад уровня на 60 дБ затруднительно. Поэтому ограничиваются тем, что устройство фиксирует длительность спада уровня за время на меньшее число децибел ∆N, например, на 30, а вычислительное устройство пересчитывает это значение в спад уровня на 60 дБ и определяет соответствующее ему время реверберации:

Рис 8.5. Структурная схема установки с реверберометром

. (8.9)

Момент подключения конденсатора к выпрямителю определяется установлением в помещении стационарного поля, а момент переключения конденсатора на вычислительное устройство - спадом уровня на заданное значение уровня. Вычислительное устройство преобразует заряд О в числовое значение времени реверберации.

Время реверберации измеряют не только на частоте 500 Гц, которая является опорной для всех акустических измерений, но и на других частотах в диапазоне от 125 до 4000 Гц. Это делают с целью выявления степени несоответствия измеренной частотной характеристики времени реверберации рекомендованной. Но в отношении рекомендаций разброс суждений - велик — от горизонтальной в указанном диапазоне частот до характеристики с подъёмами на границах этого диапазона на 30...50 %.