Реверберация - Reverberation

Реверберация на гитаре

В психоакустике и акустике реверберация - это сохранение звука после его создания. Реверберация, или реверберация , создается, когда звук или сигнал отражается, вызывая накопление множества отражений, которые затем затухают, поскольку звук поглощается поверхностями объектов в пространстве, включая мебель, людей и воздух. Это наиболее заметно, когда источник звука останавливается, но отражения продолжаются, их амплитуда уменьшается, пока не будет достигнут ноль.

Реверберация зависит от частоты: длительность затухания или время реверберации требует особого внимания при архитектурном проектировании пространств, которым необходимо иметь определенное время реверберации для достижения оптимальных характеристик для их предполагаемой деятельности. По сравнению с отчетливым эхо , которое обнаруживается минимум через 50–100  мс после предыдущего звука, реверберация - это возникновение отражений, которые прибывают в последовательности менее примерно 50 мс. Со временем амплитуда отражений постепенно снижается до незаметного уровня. Реверберация не ограничивается внутренними помещениями, поскольку она существует в лесах и других наружных средах, где существует отражение.

Реверберация возникает естественным образом, когда человек поет, говорит или играет на музыкальном инструменте акустически в зале или помещении для выступлений со звукоотражающими поверхностями. Реверберация применяется искусственно к использованию эффектов реверберации , которые имитируют реверберацию с помощью таких средств, как эхо-камеры , вибрации, передаваемые через металл, и цифровую обработку.

Хотя реверберация может добавить естественности записанному звуку, добавив ощущение пространства, она также может снизить разборчивость речи , особенно когда присутствует шум. Люди с потерей слуха, в том числе пользователи слуховых аппаратов , часто сообщают о трудностях с пониманием речи в реверберирующих, шумных ситуациях. Реверберация также является значительным источником ошибок при автоматическом распознавании речи .

Дереверберация - это процесс уменьшения уровня реверберации звука или сигнала.

Время реверберации

Уровень звука в реверберирующей полости, возбуждаемой импульсом, как функция времени (очень упрощенная диаграмма)

Время реверберации - это время, необходимое для «затухания» звука в замкнутом пространстве после того, как источник звука остановился.

Когда дело доходит до точного измерения времени реверберации с помощью измерителя, используется термин T 60 (сокращение от времени реверберации 60 дБ). T 60 обеспечивает объективное измерение времени реверберации. Он определяется как время, необходимое для снижения уровня звукового давления на 60  дБ , измеренное после резкого прекращения генерируемого тестового сигнала.

Время реверберации часто указывается как одно значение, если оно измеряется как широкополосный сигнал (от 20 Гц до 20 кГц). Однако, будучи частотно-зависимым, его можно более точно описать в терминах частотных диапазонов (одна октава, 1/3 октавы, 1/6 октавы и т. Д.). В зависимости от частоты время реверберации, измеренное в узких полосах частот, будет отличаться в зависимости от измеряемой полосы частот. Для точности важно знать, какие диапазоны частот описываются измерением времени реверберации.

В конце 19 века Уоллес Клемент Сабин начал эксперименты в Гарвардском университете, чтобы исследовать влияние поглощения на время реверберации. Используя переносной духовой шкаф и органные трубы в качестве источника звука, секундомер и свои уши, он измерил время от момента прерывания источника до неслышимости (разница примерно 60 дБ). Он обнаружил, что время реверберации пропорционально размерам комнаты и обратно пропорционально количеству присутствующего поглощения.

Оптимальное время реверберации для пространства, в котором воспроизводится музыка, зависит от типа музыки, которая должна воспроизводиться в этом пространстве. Помещения, используемые для речи, обычно требуют более короткого времени реверберации, чтобы речь могла быть понятнее. Если отраженный звук одного слога все еще слышен при произнесении следующего слога, может быть трудно понять, что было сказано. «Кот», «такси» и «кепка» могут звучать очень похоже. С другой стороны, если время реверберации слишком короткое, могут пострадать тональный баланс и громкость. Эффекты реверберации часто используются в студиях для придания звукам глубины. Реверберация изменяет воспринимаемую спектральную структуру звука, но не меняет высоту звука.

Основные факторы, влияющие на время реверберации в комнате, включают размер и форму корпуса, а также материалы, использованные при строительстве комнаты. На время реверберации также может влиять любой объект, помещенный в ограждение, включая людей и их вещи.

Измерение

Автоматическое определение значения T20 - триггер 5 дБ - измерение 20 дБ - запас 10 дБ до минимального уровня шума.

Исторически время реверберации можно было измерить только с помощью самописца уровня (устройство для построения графиков, которое отображает уровень шума в зависимости от времени на ленте движущейся бумаги). Создается громкий шум, и по мере того, как звук затухает, на индикаторе уровня появляется отчетливый наклон. Анализ этого наклона показывает измеренное время реверберации. Некоторые современные цифровые шумомеры могут выполнять этот анализ автоматически.

Существует несколько методов измерения времени реверберации. Импульс можно измерить, создав достаточно громкий шум (который должен иметь определенную точку отсечки). Источники импульсного шума, такие как холостой выстрел из пистолета или взрыв воздушного шара, могут использоваться для измерения импульсной характеристики комнаты.

В качестве альтернативы, сигнал случайного шума, такой как розовый шум или белый шум, может генерироваться через громкоговоритель, а затем отключаться. Это известно как прерванный метод, а результат измерения известен как прерванный ответ.

Двухпортовая измерительная система также может использоваться для измерения шума, вносимого в пространство, и сравнения его с тем, что впоследствии измеряется в пространстве. Представьте себе звук, воспроизводимый громкоговорителем в комнате. Можно сделать запись звука в комнате и сравнить с тем, что было отправлено на громкоговоритель. Два сигнала можно сравнить математически. Эта двухпортовая измерительная система использует преобразование Фурье для математического определения импульсной характеристики помещения. По импульсной характеристике можно рассчитать время реверберации. Использование двухпортовой системы позволяет измерять время реверберации с сигналами, отличными от громких импульсов. Можно использовать музыку или записи других звуков. Это позволяет проводить измерения в комнате после присутствия публики.

При некоторых ограничениях даже простые источники звука, такие как хлопки в ладоши, могут использоваться для измерения реверберации.

Время реверберации обычно указывается как время затухания и измеряется в секундах. Может быть, а может и не быть какого-либо указания полосы частот, используемой при измерении. Время затухания - это время, за которое сигнал ослабнет на 60 дБ ниже исходного звука. Часто бывает трудно ввести достаточно звука в комнату, чтобы измерить затухание в 60 дБ, особенно на более низких частотах. Если затухание линейное, достаточно измерить падение на 20 дБ и умножить время на 3 или падение на 30 дБ и умножить время на 2. Это так называемые методы измерения T20 и T30.

Измерение времени реверберации RT 60 определено в стандарте ISO 3382-1 для служебных помещений, стандарте ISO 3382-2 для обычных помещений и ISO 3382-3 для офисов с открытой планировкой, а также в стандарте ASTM E2235.

Концепция времени реверберации неявно предполагает, что скорость затухания звука является экспоненциальной, так что уровень звука регулярно уменьшается со скоростью такого количества дБ в секунду. В реальных помещениях такое бывает нечасто, в зависимости от расположения отражающих, рассеивающих и поглощающих поверхностей. Более того, последовательные измерения уровня звука часто дают очень разные результаты, так как различия по фазе в возбуждающем звуке накапливаются в заметно разных звуковых волнах. В 1965 году Манфред Р. Шредер опубликовал «Новый метод измерения времени реверберации» в Журнале Американского акустического общества . Он предложил измерять не мощность звука, а энергию, интегрируя ее. Это позволило показать изменение скорости затухания и освободить акустиков от необходимости усреднять множество измерений.

Уравнение Сабина

Уравнение реверберации Сабины было разработано в конце 1890-х годов эмпирическим путем . Он установил взаимосвязь между Т 60 комнаты, ее объемом и ее общим поглощением (в сабинах ). Это определяется уравнением:

.

где c 20 - скорость звука в комнате (при 20 ° C), V - объем комнаты в м 3 , S - общая площадь помещения в м 2 , a - средний коэффициент поглощения поверхностей комнаты, и произведение Sa - полное поглощение в сабинах.

Общее поглощение в сабинах (и, следовательно, время реверберации) обычно изменяется в зависимости от частоты (которая определяется акустическими свойствами пространства). Уравнение не учитывает форму помещения или потери от звука, распространяющегося по воздуху (что важно в больших помещениях). Большинство помещений поглощают меньше звуковой энергии в нижних частотных диапазонах, что приводит к увеличению времени реверберации на низких частотах.

Сабина пришла к выводу, что время реверберации зависит от отражательной способности звука от различных поверхностей внутри зала. Если отражение когерентное, время реверберации зала будет больше; звук потребует больше времени, чтобы погаснуть.

Время реверберации RT 60 и объем V помещения имеют большое влияние на критическое расстояние d c (условное уравнение):

где критическое расстояние измеряется в метрах, объем измеряется в м³, а время реверберации RT 60 измеряется в секундах .

Уравнение Эйринга

Уравнение времени реверберации Эйринга было предложено Карлом Ф. Айрингом из Bell Labs в 1930 году. Это уравнение направлено на то, чтобы лучше оценить время реверберации в небольших помещениях с относительно большими количествами звукопоглощения, которые Айринг идентифицировал как «мертвые» комнаты. Эти помещения, как правило, имеют более низкое время реверберации, чем более крупные и акустически живые помещения. Уравнение Эйринга по форме похоже на уравнение Сабина, но включает модификации для логарифмического масштабирования члена поглощения . Единицы и переменные в уравнении такие же, как и в уравнении Сабина. Время реверберации Эйринга определяется уравнением:

.

Уравнение Айринга было разработано на основе первых принципов с использованием модели источника изображения для отражения звука, в отличие от эмпирического подхода Сабины . Экспериментальные результаты, полученные Сабиной, в целом согласуются с уравнением Айринга, поскольку две формулы становятся идентичными для очень живых комнат, в которых работала Сабина. Однако уравнение Эйринга становится более справедливым для небольших помещений с большим количеством поглощения. В результате уравнение Эйринга часто применяется для оценки времени реверберации в диспетчерских студиях звукозаписи или в других критических средах прослушивания с высоким уровнем звукопоглощения. Уравнение Сабина имеет тенденцию переоценивать время реверберации для небольших помещений с высоким уровнем поглощения. По этой причине калькуляторы времени реверберации, доступные для небольших студий звукозаписи, таких как домашние студии звукозаписи, часто используют уравнение Айринга.

Коэффициент поглощения

Коэффициент звукопоглощения материала - это число от 0 до 1, которое указывает долю звука, поглощаемую поверхностью, по сравнению с долей, которая отражается обратно в комнату. Большое, полностью открытое окно не будет отражать отражения, поскольку любой звук, достигающий его, будет проходить прямо, и никакой звук не будет отражаться. Он имел бы коэффициент поглощения 1. И наоборот, толстый гладкий окрашенный бетонный потолок был бы акустическим эквивалентом зеркала и имел бы коэффициент поглощения, очень близкий к 0.

В музыке

Atlantic описал реверберациюкак «возможносамый старый и самый универсальный звуковой эффект в музыке», используемый в музыке в начале 10-го века Plainsong . Композиторы, включая Баха, писали музыку, чтобы использовать акустику определенных зданий. Григорианское пение могло развиться в ответ на длительное время реверберации соборов , ограничивая количество нот, которые можно было спеть перед хаотическим смешением.

Искусственная реверберация применяется к звуку с помощью эффектов реверберации . Они имитируют реверберацию с помощью таких средств, как эхо-камеры , вибрации, передаваемые через металл, и цифровую обработку.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки