Ανατομία Ακουστικής Χώρων (...Remastered)

[Bhutia]

Αυτό το νήμα δημιουργήθηκε με σκοπό να εξηγήσει γιατί ο ρόλος ενός χώρου ακρόασης υπερισχύει έναντι οποιουδήποτε ΄΄υπερβατικού΄΄ μηχανήματος ή πολλά υποσχόμενου παρελκομένου κατά την ηχητική αναπαραγωγή.

Επίσης θα εκθέσει παραμέτρους που κυβερνούν την πρόσληψη εμπειριών αναφοράς από ακρόαση μουσικής live,όπως και τη στουντιακή επισκόπηση του υλικού που προορίζεται γι αναπαραγωγή από οικιακά συστήματα.

Ξεκινά λοιπόν η εξερεύνηση σ'αυτόν τον τομέα που διαθέτει...απέραντες διαστάσεις

Spoiler

Φόρος τιμής μεταξύ άλλων γιά μέλη που έχουν συμβάλει σε θέματα όπως τα παρακάτω:
http://www.avsite.gr/vb/showthread.php?p=943536
(Και γιά συμπλήρωμα του παραπάνω thread (στην Ελληνική Γλώσσα): http://www.wcl.ee.upatras.gr/audiogroup/publications/pdfs/AK06_1.pdf)

http://www.avsite.gr/vb/showthread.php?t=46033

http://www.avsite.gr/vb/showthread.php?t=68699

Spoiler

Εκτός φυσικά από τους αναγνώστες,η ανανέωση αφιερώνεται στη μνήμη του RDoherty / Zonepress...

 

[Bhutia]

Ανατομία Ακουστικής Χώρων-Οι Μικροί Χώροι στη σέντρα...

Η πυξίδα στρέφεται προς Αξονικούς Ρυθμούς,Στάσιμα Κύματα και αναλογίες/διαστάσεις χώρων,αλλά ο...Αμούνδσεν έχει ήδη κατακτήσει το Νότιο Πόλο με το παρακάτω σύγγραμμα:
http://www.avmentor.gr/downloads/room_acoustics.pdf

Θ'ακολουθήσουμε λοιπόν μια δική μας πορεία.

Η μαύρη καμπύλη αντιπροσωπεύει την απόκριση πλάτους σε συνάρτηση με τη συχνότητα υπό ανηχοϊκές συνθήκες για ηχείο με προδιαγραφή απόκρισης 80-12000 Hz (+-1 dB).
Η μπλε καμπύλη με τις συνεχόμενες κι έντονες μεταπτώσεις είναι η πραγματική απόκριση μέσα στο χώρο του στούντιο.

Οι μεταπτώσεις αυτές οφείλονται στην παρεμβολή των ανακλάσεων από τις επιφάνειες του χώρου μοιάζοντας με κτένα στο σχήμα.

 

[Bhutia]

Απάντηση:Φαινόμενα Κτενωτού Φίλτρου
www.youtube.com/watch?v=UQOkSF8auFc

Φαινόμενα Κτενωτού Φίλτρου προκύπτουν οποτεδήποτε δύο εκδοχές δεδομένου σήματος φτάνουν στην ίδια θέση (μικρόφωνο ή αυτί) έχοντας χρονική (φασική) διαφορά μεταξύ τους.Η υστέρηση έχει το εξής επακόλουθο:γιά σημεία της ημιτονοειδούς κυματομορφής όπου τα δύο κύματα αλληλοεπικαλυπτόμενα θα βρίσκονται στην ίδια φάση,τα πλάτη τους θα προστίθενται και θα υφίστανται ενισχύσεις.Γιά σημεία των ημιτονοειδών κυματομορφών ευρισκόμενα εκτός φάσης,η συμβολή θα είναι καταστρεπτική και το πλάτος θα μειώνεται οδηγώντας σε ΄΄ακυρώσεις΄΄.
http://www.avsite.gr/vb/showpost.php?p=961593&postcount=130

Ενδεικτικά,στο παρακάτω γράφημα η μωβ καμπύλη αναπαριστά τη μετρημένη απόκριση συχνότητας όταν το μικρόφωνο τοποθετείται σε απόσταση 1.98 μέτρων και ακριβώς στο ΄΄βέλτιστο σημείο(sweet spot)΄΄ μεταξύ δύο ηχείων βάσης που απέχουν περίπου 1,82 μέτρα μεταξύ τους εντός ανηχοϊκού θαλάμου (χώρου πολύ φτωχού σε ανακλάσεις).Η πράσινη καμπύλη αντιπροσωπεύει την απόκριση όταν το μετρητικό μικρόφωνο εκτρέπεται σε απόσταση 1,25 εκατοστό του μέτρου προς τη μιά πλευρά.Διακρίνεται η πρώτη ακύρωση στα 15000Hz:

Εκτρέποντας το μικρόφωνο κατά 2,5 εκατοστά διακρίνεται στο επόμενο γράφημα η νέα πράσινη καμπύλη που εμφανίζει την επόμενη ακύρωση κτενωτού φίλτρου στα 5500Hz:

Τέλος στο επόμενο γράφημα το μικρόφωνο έχει εκτραπεί κατά 20 εκατοστά.Η σκούρα κόκκινη καμπύλη αναπαριστά τις έκδηλες ακυρώσεις κτενωτού φίλτρου που ξεκινάνε από συχνότητα κάτω των 1500Hz και συνεχίζουν εμφανιζόμενες κατά συρροήν μέχρι τα 18000Hz:

Οι συχνοτικές βυθίσεις προσομοιάζουν τα δόντια μιάς κτένας,εξ ου και ο ορισμός ΄΄Κτενωτό Φίλτρο΄΄.Αυτές αντιπροσωπεύουν ακριβώς τις καταγραφές της κάψας του μικροφώνου στα σημεία καταστροφικής συμβολής των σημάτων που εκπέμπονται από καθένα εκ των δύο ηχείων.Στην καθημερινή ζωή βέβαια,τα πράγματα είναι λιγότερο τραγικά γιά το ακουστικό μας σύστημα χάρη στο Φαινόμενο Προτεραιότητας το οποίο έχει ήδη αναλυθεί στη σελίδα 13 του thread "Λειτουργία της Ακοής".Σε αυτό εξάλλου στηρίζεται η ευρεία διάδοση των στερεοφωνικών και πολυκαναλικών συστημάτων έναντι των μονοφωνικών.

Πειράματα διενεργηθέντα από τους Δόκτορες Floyd Toole & Sean Olive έχουν σαφώς επιδείξει την ικανότητα ν'αντιλαμβανόμαστε τη θέση της πηγής ακόμα και σε χώρο πλούσιο σε ανακλώμενες συνιστώσες.Όμως τα φαινόμενα κτενωτού φίλτρου δεν παύουν να επιφέρουν διαφοροποιήσεις στην ακουστική αντίληψη.
Η Ανατομική Λειτουργία Μεταβίβασης έχει δείξει ότι το νευρωνικό δίκτυο επεξεργασίας των πληροφοριών που μεταφέρονται από ακουστικά ερεθίσματα αξιοποιεί μάλιστα αντίστοιχα φαινόμενα κτενωτού φίλτρου.

Παρακάτω αναπαρίσταται η απόκριση συχνότητας δεδομένου χώρου όταν τροφοδοτούνται στο σύστημα δύο κρουστικοί παλμοί με χρονική διαφορά 1 χιλιοστό δευτερολέπτου αναμεταξύ τους.

Λαμβάνονται επιπλέον εναλλακτικές περιπτώσεις,όπου ο καθυστερημένος παλμός θα βρίσκεται σε στάθμες 0,-10,-20,-40 dB κατώτερες σε σύγκριση με τον προηγηθέντα παλμό.

Το 1 ms αντιστοιχεί σε περίοδο τόνου με συχνότητα 1000 Hz ,από τη σχέση Συχνότητα = 1 / Περίοδος
Παρατηρούνται τα εξής στοιχεία:

- πρώτον,έντονες βυθίσεις στην απόκριση σε περιττά πολλαπλάσια (500-1500-2500-...) της συχνότητας 500 Hz,η οποία αντιστοιχεί στην ημιπερίοδο του 1ms.

-δεύτερον,τονισμοί απόκρισης κατά 6dB σε συχνότητες ακέραια πολλαπλάσια των 500 Ηz (1000-2000-3000-...)

-τρίτον,σταθερό πλάτος απόκρισης σε συχνότητες 333-666-1333-1666-...Ηz που αντιστοιχούν σε ολίσθηση φάσης κατά 120 και 240 μοίρες των ακέραιων πολλαπλασίων

-τέταρτον,στις πρώτες οκτάβες το πλάτος απόκρισης γίνεται γενικώς ανώτερο κατά 6dB,επειδή το μήκος κύματος στις εμπλεκόμενες συχνότητες θεωρείται αρκετά μεγάλο ως προς τη χρονική διαφορά των παλμών,οπότε η φασική ολίσθηση γίνεται αμελητέα.

Στην επόμενη παράσταση μπαίνουν στο παιγνίδι και οι διαφορές στάθμης μεταξύ των ξεχωριστών παλμών:

Οι προκύπτουσες αυξομειώσεις έχουν αρκετά μικρότερο πλάτος όταν κατέρχεται η στάθμη του καθυστερημένου παλμού.
Και διαπιστώνουμε ότι οι αυξομειώσεις τάξης κάτω του 1 dB όταν το καθυστερημένο ερέθισμα έχει στάθμη κατώτερη κατά 20dB σε σχέση με τον πρώτο παλμό είναι αρκετά μικρές ώστε να θεωρηθεί ότι υπό συνθήκες μουσικού γεγονότος θα επικαλύπτονταν από τον άμεσο ήχο.

 

[Bhutia]

Απάντηση: Ανατομία Ακουστικής Χώρων: Μετάδοση-Ανάκλαση-Διάθλαση-Περίθλαση

Κρούση από παλαμάκι υπό ανηχοϊκές συνθήκες.Η συνάρτηση πλάτους προς το χρόνο καταγράφει τη μοναδική διέγερση.

Ο ήχος που εκπέμπεται από σημειακή πηγή μοντελοποιείται ως σειρά ομόκεντρων σφαιρικών κυμάτων που επεκτείνονται σε ολοένα αυξανόμενη ακτίνα στο ελεύθερο πεδίο.Η ηχητική ενέργεια σε κάθε διαδοχικό στάδιο μειώνεται συνεχώς αυξανομένης της απόστασης από την πηγή.Εφόσον η διάδοση του ηχητικού κύματος συναντά εμπόδιο υπό τη μορφή των ορίων κάποιου χώρου,τότε κατά ένα ποσοστό ανακλάται,απορροφάται ή διέρχεται μέσα από αυτά.Ο ακροατής που βρίσκεται εντός του χώρου δέχεται Άμεσο (πρωτογενή) και Ανακλώμενο ήχο.

Παλαμάκι σε χώρο με πάτωμα και οροφή.Μετά την αρχική διέγερση,συλλαμβάνονται με κάποια καθυστέρηση και οι συνιστώσες της ανακλώμενης ενέργειας από τις επιφάνειες:

Ο άμεσος ήχος από την πηγή στον ακροατή εξαρτάται από την απόσταση μεταξύ τους (η στάθμη μειώνεται κατά 6dB σε κάθε διπλασιασμό της απόστασης).Ο άμεσος ήχος θεωρείται πως συμπεριφέρεται όπως στο ελεύθερο πεδίο,μιά και δεν έχει προλάβει ν'αλληλεπιδράσει με στοιχεία του δωματίου ακρόασης.Η ένταση αυτού δίδεται από τον ίδιο τύπο που ορίζει την ηχητική ένταση επί του ελευθέρου πεδίου:
I αμεσος = (Q * P[πηγ]) / 4 π r^2

όπου ΄΄I΄΄ εκφράζει την ένταση σε Watt ανά τετραγωνικό μέτρο, ΄΄Ρ[πηγ]΄΄ την ισχύ της πηγής σε Watt , ΄΄r ΄΄ την απόσταση από την πηγή και ΄΄Q ΄΄ την κατευθυντικότητα της πηγής με γνώμονα σφαιρική επιφάνεια εκπομπής.

Η διαφορά στο χρόνο άφιξης μεταξύ άμεσου και ανακλώμενου ήχου (φαινόμενα κτενωτού φίλτρου που διαφοροποιούν την αντίληψη) και η κατεύθυνση των ανακλάσεων καθορίζεται από τις διαστάσεις του χώρου και τη διαρρύθμιση του συστήματος εντός αυτού,Το ποσό ανακλώμενης ενέργειας εξαρτάται από τη δομή και την υφή των επιφανειών του δεδομένου χώρου.

Όποτε ένα ηχητικό κύμα συναντά στην πορεία του ένα εμπόδιο ή/και το ΄΄διακριτό όριο΄΄ του ελαστικού μέσου εντός του οποίου μέχρι εκείνη τη στιγμή έχει διαδοθεί,δεν εξαλείφεται.Οι πιθανές συμπεριφορές του διακρίνονται σε Ανάκλαση (επί της επιφανείας του εμποδίου),μετάδοση εντός του νέου μέσου (συνοδευόμενη φυσικά από Διάθλαση) και Περίθλαση (είτε πέριξ του εμποδίου,είτε μέσω ανοιγμάτων στο υλικό αυτού).

Eφόσον το μήκος κύματος του προσπίπτοντος ήχου είναι πολύ μικρότερο από τις διαστάσεις της ανακλώσας επιφάνειας,η γωνία διαφυγής του ανακλώμενου κύματος έχει ίδια τιμή με τη γωνία πρόσπτωσης.Το παρακάτω σχήμα αναπαριστά γραφικά τα φαινόμενα της ανάκλασης και της διάθλασης:

Κατά την πρόσπτωση του ηχητικού κύματος επί της διαχωριστικής επιφάνειας μεταξύ δύο ελαστικών μέσων διαφορετικής πυκνότητας,μία μερίδα του ανακλάται κι έτερη μεταδίδεται διασχίζοντας το διαχωριστικό όριο.Το ποσοστό του ανακλώμενου ήχου εξαρτάται από το βαθμό ανομοιότητας στην υλική σύσταση των επιμέρους μέσων.Γι αυτό και οι μηχανικοί Αρχιτεκτονικής Ακουστικής αποφεύγουν τη χρήση σκληρών και λείων υλικών κατά την επένδυση των εσωτερικών επιφανειών στις αίθουσες των Λυρικών Μεγάρων.

Ένα σκληρό υλικό όπως μπετόν γιά παράδειγμα έχει μηδαμινή συνάφεια με τον αέρα εντός του οποίου κινούνται τα ηχητικά κύματα.Κατά συνέπεια σ'αυτή την περίπτωση,μικρό ποσοστό του ήχου απορροφάται ενώ το μεγαλύτερο ποσοστό ανακλάται.Τα τοιχώματα και η οροφή των αιθουσών συναυλιών κατασκευάζονται από μαλακότερα υλικά,όπως fiberglass και ειδικά ηχοαπορροφητικά πλακίδια.Χάρη στη μεγαλύτερη συνάφεια του υλικού τους με τον αέρα (άρα και τη μεγαλύτερη ικανότητα ηχοαπορρόφησης) προσδίδουν πιό ευχάριστες ακουστικές ιδιότητες στην αίθουσα.

Οι ανακλάσεις όμως εντός των αιθουσών συναυλιών δεν έχουν αποκλειστικά δυσάρεστα αποτελέσματα, ιδιαίτερα στις περιπτώσεις όπου η συσσώρευσή τους είναι ορθά προμελετημένη.Η κατασκευή μπορεί να επιτρέπει ανάκλαση του ήχου σε ορισμένες συχνοτικές ζώνες. Συμβαλλόμενη η ανακλώμενη ενέργεια με τον άμεσο ήχο δύναται ν'αυξάνει την ευχαρίστηση στην αντίληψή του.Με τη δημιουργία πεδίου πλουσίου σε υπολογισμένες αντηχήσεις,θα ενισχύεται η αρμονική δομή και το μελωδικό περίβλημα των μουσικών εκτελέσεων και θα διαμορφώνεται ο τύπος της εμπειρίας που θ'αποκομίζει το κοινό.

Γιά παράδειγμα,οι λείες επιφάνειες έχουν την τάση να στέλνουν όλα τις ανακλώμενες συνιστώσες προς την ίδια συγκεκριμένη κατεύθυνση.Κατά συνέπεια η χρήση λείων τοιχωμάτων θα υποβάλει τους ακροατές σ'ένα μεγάλο ποσοστό ανακλώμενων ηχητικών κυμάτων από μία μονάχα τοποθεσία κατά μήκος του τοίχου.Η προβλεπόμενη τοποθεσία θ'αναγνωρίζεται ως πηγή της της ανακλώμενης ενέργειας,αφού ο ήχος από τις πρωτογενείς πηγές θα διέθετε μόνο μία εναλλακτική οδό μέσω της οποίας θα μπορούσε να καταλήξει στους ακροατές

Σε αυτή την περίπτωση το κοινό θ'αντιλαμβανόταν σε ψυχοακουστικό επίπεδο την αίθουσα του Μουσικού Μεγάρου να στερείται ζωντάνιας και ηχητικής πληρότητας.Η χρήση στα τοιχώματα υλικών με υπολογισμένα ανώμαλες και τραχιές επιφάνειες που τείνουν να διαχέουν τα ηχητικά κύματα διασκορπίζοντάς τα σε ποικιλία κατευθύνσεων,επιτρέπει στον ακροατή ν'αντιληφθεί ανακλώμενους ήχους ανόμοια διεσπαρμένους στο πεδίο του χρόνου και στο χώρο της αίθουσας καθιστώντας την έτσι ελκυστική από ψυχακουστική άποψη.

H ανάκλαση εξαρτάται από τη μορφολογία της επιφανείας.Ενώ επί των επιπέδων επιφανειών η γωνία πρόσπτωσης του κύματος ισούται με τη γωνία ανάκλασης αυτού (υπό την παραπάνω συνθήκη),οι καμπύλες επιφάνειες σε σχήμα παραβολής τείνουν να εστιάζουν ολόκληρη την ενέργεια των ανακλώμενων κυμάτων σ'ένα συγκεκριμένο σημείο αντί να τη διασκορπίζουν.

http://faraday.physics.utoronto.ca/IYearLab/Intros/StandingWaves/Flash/reflect.html

http://faraday.physics.utoronto.ca/PVB/Harrison/Flash/Waves/Refraction/Refraction.html

 

[Bhutia]

Απάντηση: Ανατομία Ακουστικής Χώρων

Η ανάκλαση των ηχητικών κυμάτων στις διάφορες επιφάνειες οδηγεί στα φαινομενα της Ηχούς και της Αντήχησης.Η Αντήχηση παίζει κυρίαρχο ρόλο στην ακουστική συμπεριφορά των συνηθέστερων οικιακών χώρων ακρόασης(των οποίων οι επιμέρους διαστάσεις-μήκος/πλάτος/ύψος- δεν υπερβαίνουν το νοητό όριο των 8,5 περίπου μέτρων).Το όριο σχετίζεται με το γεγονός ότι η επίδραση του εκάστοτε ηχητικού ερεθίσματος στην ακουστική μας αντίληψη διαρκεί περί τα 40 χιλιοστά δευτερολέπτου.Εφόσον ένας ήχος προερχόμενος από ανάκλαση εισέλθει στο ακουστικό μας σύστημα εντός του προαναφερθέντος χρόνου από την έφοδο του πρωτογενούς ερεθίσματος,τότε ο ακροατής αντιλαμβάνεται αυτό ως επιμηκυσμένο (αντί ν'ακούσει ξεχωριστό ερέθισμα από ανάκλαση).

Η υποδοχή από το ακουστικό μας σύστημα πολλαπλών ανακλάσεων (οι οποίες ν'απέχουν μεταξύ τους κατά χρονικό διάστημα μικρότερο των 50 χιλιοστών του δευτερολέπτου) από τα τοιχώματα και την οροφή του χώρου προξενεί ως εκ τούτου αντηχήσεις-παρατάσεις του εκάστοτε πρωτογενούς ερεθίσματος.Με βάση ότι η ταχύτητα των ηχητικών κυμάτων στον αέρα είναι περίπου 343μέτρα ανά δευτερόλεπτο σε συνθήκες δωματίου(θερμοκρασία 20 βαθμών Κελσίου και πίεση 1Atm),γιά να διατρέξει ένας ήχος όλο το μήκος 8 μέτρων του υποθετικού χώρου και ακολούθως να επιστρέφει ώστε να προκύπτει αντήχηση,απαιτείται χρόνος μικρότερος των 50 msec:

χρόνος=απόσταση/ταχύτητα=2*8,5m/343m/sec=17/343=~0,050 sec

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Reverberation_effect.ogg

Tip: Οι συνιστώσες από ανάκλαση που φτάνουν στη θέση ακρόασης μέσα στα πρώτα 50 χιλιοστά δευτερολέπτου μετά τον άμεσο ήχο καλούνται πρώιμες ανακλάσεις.Μπορούν να προκαλέσουν έντονες διαταραχές στην αντίληψη του δεύτερου - μεταφραζόμενες ως χρωματισμοί - εφόσον η στάθμη των πρώτων δεν θα ήταν κατώτερη τουλάχιστον κατά 20dB σε σχέση με τη στάθμη της άμεσης.Μετά το όριο των 50ms,οι ανακλαστικές συνιστώσες διαχωρίζονται αντιληπτικά από την άμεση κατά τα γνωστά,σύμφωνα με το Φαινόμενο Προτεραιότητας που έχει αναλυθεί στο νήμα "Λειτουργία της Ακοής".

Mε την πάροδο του χρόνου από την πρωτογενή εκπομπή του ηχητικού κύματος,σε δεδομένη θέση εντός του χώρου θα καταφτάνουν απανωτές ανακλάσεις με συνολική ενέργεια που βαίνει συνήθως μειούμενη με σταθερό ρυθμό,αφού αυτές θα διανύουν όλο και μεγαλύτερες αποστάσεις στο χώρο προσκρούοντας από επιφάνεια σε επιφάνεια.Οι διαδοχικές προσπτώσεις προκαλούν και αντίστοιχες απορροφήσεις ηχητικής ενέργειας.Εφόσον δεν υπάρξει νέα εκπομπή,η διαδικασία θα διαρκέσει μέχρις ότου το ηχητικό κύμα να έχει μετατραπεί ουσιαστικά σε άλλες μορφές ενέργειας οπότε δεν θα γίνεται αντιληπτό ως ηχητικό ερέθισμα.

Ο απαιτούμενος χρόνος γιά την ολοκλήρωση του συγκεκριμένου κύκλου ανακλάσεων εξαρτάται από δύο παράγοντες:πρώτον,το ποσοστό απορρόφησης που υφίσταται το κύμα όταν συναντά τις επιφάνειες και δεύτερον,από τις διαστάσεις του χώρου: όσο μεγαλύτερος είναι αυτός τόσο αργότερα τα ηχητικά κύματα θα συναντούν την εκάστοτε απορροφητική επιφάνεια,οπότε τείνει να παραταθεί ο κύκλος.

Αντήχηση(reverberation): αποκαλείται το συνολικό αποτέλεσμα των ανακλάσεων του ηχητικού κύματος εντός του χώρου.Δεν εξασθενίζει ακαριαία,αλλά το πλάτος της μειώνεται σταδιακά μετά το πέρας της εκπομπής.
Απουσία αντήχησης παρέχει αντίληψη φτωχού ηχοχρωματικού πλούτου κι έλλειψης ΄΄ζωντάνιας΄΄ γιά το ηχητικό συμβάν εντός του εξεταζομένου χώρου.

Από την άλλη πλευρά,όταν οι τιμές της είναι ανεξέλεγκτες αντί να έχουν διαμορφωθεί εντός ορθά καθορισμένων ορίων ανάλογα με τη χρήση του εκάστοτε χώρου,δύναται να μειωθεί ο σηματοθορυβικός λόγος του πρωτογενούς ηχητικού ερεθίσματος.Προκαλούνται έτσι ασάφειες στη συχνοτική αντίληψη (kαταληπτότητα,χροιά),τη χωρική τοποθέτηση των πηγών ήχου (απτών εφόσον πρόκειται γιά ζωντανό μουσικό γεγονός και εικονικών στην περίπτωση ηχοσυστήματος) καθώς και την ικανότητα νοητικής συγκέντρωσης των ακροατών στο μουσικό ή λεκτικό συμβάν.

Η ανάκλαση των ηχητικών κυμάτων οδηγεί επίσης στο φαινόμενο που καλείται ΄΄Ηχώ΄΄(Εcho). Διακρίνεται από την Αντήχηση στο ότι η Ηχώ εμφανίζεται όταν το ανακλώμενο ηχητικό κύμα φτάνει στο αυτί σε χρόνο άνω των 50 χιλιοστών δευτερολέπτου μετά το πρωτογενές ερέθισμα.Όταν ο χρόνος που μεσολαβεί μεταξύ των δύο κυμάτων είναι μεγαλύτερος αυτού του ορίου,τότε η αίσθηση του πρώτου κύματος θα έχει περατωθεί.Τότε η άφιξη του δεύτερου κύματος θα γίνει αντιληπτή ως δεύτερος ξεχωριστός ήχος(Ηχώ) αντί γιά παράταση του πρώτου.Κατ'επέκταση βέβαια,ως ΄΄Ηχώ΄΄ αντιλαμβανόμαστε επίσης και οποιοδήποτε ανακλασθέν ηχητικό κύμα με συνολικό μήκος διαδρομής τουλάχιστον 17 μέτρα μεγαλύτερο από εκείνη του άμεσου ηχητικού κύματος (κατευθείαν από την πηγή στον ακροατή).

Το παρακάτω σχήμα αναπαριστά γραφικά την απλούστερη περίπτωση όταν παράγεται ήχος από μοναδιαία πηγή εντός μικρής αίθουσας:

Το ηχητικό κύμα διασπείρεται προς όλες τις κατευθύνσεις.Μετά την πρωτογενή εκπομπή,μεσολαβεί ένα χρονικό διάστημα μερικών χιλιοστών του δευτερολέπτου(περίοδος ΄΄προϋστέρησης΄΄-predelay).Κατόπιν η πρώτη σκληρή επιφάνεια που συναντά προς την εκάστοτε κατεύθυνση,θ'ανακλάσει το μεγαλύτερο ποσοστό ηχητικής ενέργειας του κύματος πίσω στο χώρο σε πορεία εύρεσης της πλησιέστερης επόμενης σκληρής επιφανείας,ώστε ν'ανακλαστεί εκ νέου.Η πρωταρχική ομάδα ανακλάσεων καλείται ΄΄πρώιμες ανακλάσεις΄΄. Η υφή των ανακλαστικών επιφανειών και ο συντελεστής απορρόφησης που τις διακρίνει,καθορίζουν το ενεργειακό περιεχόμενο των πρώιμων ανακλάσεων.Διανύοντας τα πολλαπλά κύματα κάμποσες φορές τις διαστάσεις του δεδομένου χώρου( με την ταχύτητα του ήχου στον αέρα της αίθουσας) και με την ενέργειά τους να διαχέεται εντός του πεδίου,προκύπτει μιά πλημμυρίδα αποτελούμενη από αυτά καθώς έρχονται πλέον από πολλαπλές κατευθύνσεις.Το επόμενο στάδιο λοιπόν είναι η ανάπτυξη του Πεδίου Αντήχησης.

Ένας από τους σημαντικότερους συντελεστές που χρησιμοποιείται από τους σχεδιαστές και τους μηχανικούς της Αρχιτεκτονικής Ακουστικής όταν μελετούν τη συμπεριφορά αντήχησης ενός χώρου,είναι ο ΄΄Χρόνος Αντήχησης΄΄ RT60 : συμβολίζει το χρόνο που χρειάζεται γιά να εξασθενήσει η στάθμη του αντηχούντος πεδίου κατά 60dB( δηλαδή να είναι ένα εκατομμύριο φορές ασθενέστερο) σε σύγκριση με τον άμεσο ήχο.

Ο πρωτεργάτης της Αρχιτεκτονικής Ακουστικής Wallace Sabine την εξέφρασε με τον τύπο

RT60=55,25*V/c*S*a=0,161*V/S*a
[όπου V:συνολικός όγκος χώρου σε κυβικά μέτρα,c~343m/sec:ταχύτητα ήχου στον αέρα,S:συνολικό εμβαδόν επιφανειών του χώρου σε τετραγωνικά μέτρα και a:ο μέσος συντελεστής απορρόφησης του συγκεκριμένου χώρου].

Ο τελευταίος προκύπτει από την εξίσωση a=α1*S1+...+αn*Sn/S με α(1-n) να συμβολίζει τους επιμέρους συντελεστές απορρόφησης γιά την αντίστοιχη επιφάνεια εμβαδού S(1-n) και S να εκφράζει το συνολικό εμβαδόν των υπαρχουσών επιφανειών του χώρου.

Γιά μεγάλους χώρους,ο τύπος λαμβάνει τη μορφή
RT=0,161*V/(S*a)+X*V
με το Χ να συμβολίζει το συντελεστή ηχοαπορρόφησης του αέρα.
Ως μέγεθος ο συντελεστής απορρόφησης εκφράζεται μ'έναν αριθμό λαμβάνοντα τιμές από 0-1 και αντιπροσωπεύει το λόγο της απορροφηθείσας ηχητικής ενέργειας προς την ενέργεια του αρχικού ηχητικού συμβάντος.

http://zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/4131

 

[Bhutia]

Ανατομία Ακουστικής Χώρων : Συντελεστής Απορρόφησης

Παράδειγμα χώρου με υψηλό χρόνο αντήχησης αποτελεί ο κλασικός οικιακός χώρος του μπάνιου που χαρακτηρίζεται από έντονα ανακλαστικές επιφάνειες.Στον αντίποδα βρίσκουμε το πρότυπο του ανηχοϊκού θαλάμου του οποίου όλες οι επιφάνειες καλύπτονται από υλικά και διατάξεις υψηλότατης απορροφητικότητας με αποτέλεσμα ο χρόνος αντήχησής του να τείνει προς το μηδέν.

Η απορροφητικότητα κάθε υλικού διαφέρει εξαρτώμενη επίσης από τη συχνότητα και τη γωνία του προσπίπτοντος ηχητικού κύματος.Γενικά ο χρόνος αντήχησης μεγαλώνει με την κάθοδο της συχνότητας αφού τα μεγαλύτερα μήκη κύματος που αντιστοιχούν στις χαμηλές απορροφώνται δυσχερέστερα,ενώ υποστηρίζεται κιόλας από τα στάσιμα κύματα.

Προβλέπεται ανάλογα με τη χρήση της αίθουσας:Πολύ μεγάλος χρόνος μειώνει την καταληπτότητα του λόγου,αυξάνει τις διάφωνες συνηχήσεις στη Μουσική εκτέλεση καθώς και το επίπεδο του θορύβου υποβάθρου.Από την άλλη πλευρά,ο υπερβολικά μικρός χρόνος προξενεί μεν σίγαση του θορύβου υποβάθρου αλλά ένας ομιλητής γίνεται αντιληπτός σαν ΄΄φιμωμένος΄΄ ενώ η Μουσική με υπερβολικά staccato ρυθμό και στερούμενη ηχοχρωματικού πλούτου.

Όπως τονίστηκε,σκληρές λείες επιφάνειες δεν απορροφούν την ηχητική ενέργεια,ενώ μαλακές πορώδεις και όσες μπορούν να πάλλονται την απορροφούν.Η Αρχή της απορρόφησης βασίζεται στο ότι ο αέρας κινείται μέσα-έξω από τους πόρους του υλικού σε αντιστοιχία με την αύξηση-ελάττωση της πίεσης αυτού στην πορώδη επιφάνεια καθώς το ηχητικό κύμα προσκρούει πάνω της.Η αναπόφευκτη τριβή από τον περιορισμό της κίνησης των μορίων του αέρα εντός των κοιλοτήτων που το πορώδες υλικό περικλείει,προκαλεί την μετατροπή ενός μέρους της ηχητικής ενέργειας σε θερμότητα.

Στην περίπτωση του παλλόμενου τύπου ηχοαπορροφητικής επιφάνειας,προκαλείται τριβή στα μόρια της επιφάνειας καθώς αυτή εξαναγκάζεται σε κίνηση από την αντίστοιχη εναλλαγή της πιέσεως του αέρα.Ως επακόλουθο έχουμε ξανά μετατροπή μέρους της ηχητικής ενέργειας σε θερμότητα.
Όπως φαίνεται και στο παρόν λινκ,ο συντελεστής ηχοαπορρόφησης για το ίδιο υλικό μπορεί να εμφανίζει πολύ μεγάλη διακύμανση μεταξύ διαφορετικών συχνοτικών ζωνών.Φυσικά,η ολική ηχοαπορρόφηση σ’ένα δωμάτιο δεν εξαρτάται μόνο από την ποσότητα των ηχοαπορροφητικών υλικών αλλά και από τη χωροταξία (τοποθέτησή) τους.

Αν τώρα θεωρήσουμε ότι s0 και s1 είναι τα μήκη των διαστημάτων που διανύονται από τον άμεσο ήχο και κάποια από τις επιμέρους ανακλάσεις αντίστοιχα,τότε η διαφορά στάθμης του ήχου της ανάκλασης από τον πρώτο δίδεται με τον τύπο: DL=20 log10(s0/s1)dB ως προς τη συγκεκριμένη ανάκλαση.Υποθέτοντας ότι η αντίστοιχη ανακλώσα επιφάνεια έχει συντελεστή ηχοαπορρόφησης ΄΄α΄΄,η ίδια ανάκλαση έχει ακόμα μικρότερη στάθμη κατά 10 log (1/α0)dB.

Τα ηχοαπορροφητικά υλικά διακρίνονται σε τέσσαρες βασικές κατηγορίες:

1)Όσα μετατρέπουν την ηχητική ενέργεια σε θερμότητα(λ.χ. fiberglass,χαλιά/μοκέτες).Τυπικές ηχοαπορροφητικές διατάξεις στο μέσο οικιακό χώρο αποτελούν τα χαλιά και οι κουρτίνες.Η αποτελεσματικότητά αναλόγων διατάξεων μεγιστοποιείται όταν τοποθετούνται σε απόσταση που ισούται με το έν τέταρτον του μήκους κύματος της συχνοτικής συνιστώσας που απορροφάται.Γιά παράδειγμα,ένα χαλί που τοποθετείται αναγκαστικά σ'επαφή με το πάτωμα θ'απορροφά καλύτερα τις υψηλές συχνότητες γιά τις οποίες το ΄΄εν τέταρτον μήκους κύματος΄΄ θα είναι συγκρίσιμο με το πάχος του πέλους του χαλιού (πορώδης επιφάνεια).Άλλες επιφάνειες στο μέσο δωμάτιο ακρόασης θα εμφανίζουν φυσικά διαφοροποιημένη απορρόφηση ως προς τη συχνοτική ζώνη και το ποσοστό.

2)Όσα δονούνται σε μιά συγκεκριμένη συχνότητα όταν το ηχητικό κύμα προσκρούσει σ'αυτά (λ.χ. πάνελ και γυψοσανίδα 5/8 ίντσας: αυτά απορροφούν ηχητική ενέργεια επιλεκτικά,σε περιορισμένες συχνοτικές ζώνες).

3) Όσα μετατρέπουν την ηχητική ενέργεια σε θερμότητα μέσα στον αυλό κούφιων περιεκτών (Αντηχείο(συντονιστής) Helmholtz).Αυτά εμφανίζουν πολύ καλή απορρόφηση στη ζώνη συχνότητας συντονισμού τους (κατά κανόνα χαμηλές) αλλά ελάχιστη στις υπόλοιπες.

4)Όσα επιτρέπουν τη διέλευση του ήχου,λ.χ. συστήματα πλεγμάτων ψευδοροφής.

 

[Bhutia]

Απάντηση: Ανατομία Ακουστικής Χώρων

Συντελεστές απορρόφησης γιά διάφορες επιφάνειες και υλικά:

(Συνεχίζεται)

 

[Bhutia]

Απάντηση: Ανατομία Ακουστικής Χώρων

http://library.tee.gr/digital/m2316/m2316_hatziastrou.pdf

 

[Bhutia]

Πεδίο Αντήχησης (Reverberant Field)

Οnline υπολογιστής του Χρόνου Αντήχησης: http://www.trinitysoundcompany.com/rt60.html

Η τυπική μέθοδος μέτρησης του συντελεστή απορρόφησης γιά συγκεκριμένο υλικό,συνίσταται στην τοποθέτησή του εντός του Θαλάμου Αντήχησης (χώρος σχεδιασμένος με λείες τσιμεντένιες ή ατσάλινες επιφάνειες που προσδίδουν μέγιστο χρόνο αντήχησης κι ελάχιστο συντελεστή απορρόφησης,ούτως ώστε να δημιουργεί ομοιόμορφο πεδίο αντήχησης) και κατόπιν παρουσία του υλικού να μετρηθεί ο νέος RT60.Ακολούθως υπολογίζεται ο άγνωστος συντελεστής μέσω της εξίσωσης Sabine.

Πηγή είναι ένα ηχείο που εκπέμπει θόρυβο.Το σήμα ΄΄Λευκού Θορύβου΄΄ περιέχει το σύνολο των συχνοτήτων του ακουστού φάσματος με τυχαία κατανομή μεγεθών και σταθερή ένταση ανά συχνοτική συνιστώσα.Το σήμα ΄΄΄Ροζ Θορύβου΄΄ περικλείει θόρυβο με τυχαία κατανομή μεγεθών σε όλο το ακουστικό φάσμα,με τη διαφορά ότι η στάθμη κάθε συχνοτικής συνιστώσας μειώνεται κατά 3dB γιά κάθε μετάβαση στην αμέσως ανώτερη οκτάβα (λ.χ. η στάθμη της ζώνης με κεντρική συχνότητα 1000Ηz θα είναι διπλάσια από εκείνη των 2000 Hz κ.ο.κ.).Προσεγγίζει έτσι περισσότερο τη συχνοτική ευαισθησία του ακουστικού μας συστήματος.

Οι τιμές του συντελεστή γιά το ίδιο υλικό ποικίλλουν επίσης ανάλογα με τον τρόπο της εφαρμογής του στο θάλαμο αντήχησης:

Ο τύπος του Sabine ανταποκρίνεται καλύτερα σε χώρους μεγάλου μεγέθους παρά στους μικρούς-μεσαίους.Δεν προσμετρά τον τρόπο κατανομής των ηχοαπορροφητικών υλικών στις διάφορες επιφάνειες,βασίζεται στην παραδοχή ότι ο ανακλώμενος ήχος διαδίδεται ομοιόμορφα,ενώ δεν λαμβάνει υπόψη τα στάσιμα κύματα που δημιουργούνται στις χαμηλές συχνότητες καθυστερώντας την εξασθένηση του ήχου.

Προκειμένου γιά υλικά ηχομόνωσης (απομόνωσης του χώρου από οποιοδήποτε εξωτερικό ήχο όπως λ.χ. στα studio ηχογραφήσεων),o Συντελεστής Εξάλειψης Θορύβου(Noise Reduction Coefficient-NRC) αποτελεί τον αριθμητικό μέσο όρο των επιμέρους συντελεστών απορρόφησης μετρούμενων σε συχνότητες 250-500-1000-2000Hz αντίστοιχα και το επακόλουθο στρογγύλεμα του προκύπτοντος αριθμού στην πλησιέστερη τιμή ανά βήμα 5 εκατοστών(0,05).

Μεγάλος χρόνος αντήχησης είναι επιθυμητός σε ορισμένες περιπτώσεις όπως λ.χ. Εκκλησιαστικές Λειτουργίες ή όταν επιδιώκονται εντυπωσιακές ακουστικές αποδόσεις πιατινιών στα κρουστά,όμως αποτελεί δυσάρεστο παρελκόμενο όταν λείπουν τα απαραίτητα τεχνικά μέσα γιά τη στοχευμένη του ρύθμιση εντός δεδομένου χώρου.

Το πλήθος του κόσμου που γεμίζει μιάν αίθουσα προξενεί περιθλάσεις των ηχητικών κυμάτων αλλά αποτελεί επιπλέον αξιοσημείωτη ηχοαπορροφητική επιφάνεια.Εφόσον ο χώρος είναι χαμηλοτάβανος κι έχει πληρότητα κοινού σε ποσοστό 70% τουλάχιστον,η τεχνική της κατευθυντικής ηχητικής εγκατάστασης εμφανίζει ικανοποιητικά αποτελέσματα.

Tα στάδια του πεδίου Αντήχησης:
-Αρχική αύξηση στάθμης:Εξαρτάται από τους εξής παράγοντες

Διαστάσεις του χώρου: συναρτώνται με το χρόνο που μεσολαβεί μεταξύ διαδοχικών ανακλάσεων και κατ'επέκταση τον απαιτούμενο χρόνο γιά τη σύσταση του πεδίου.Η ηχητική ισχύς του πεδίου αντήχησης σε συνάρτηση με την ισχύ της πηγής δίδεται από τον τύπο:

Ρ[αντ]=Ρ[πηγ] * 4 {(1-a) / S*a} = Ρ[πηγ] * (4 / R ) ,
όπου ΄΄S΄΄ είναι το συνολικό εμβαδόν γιά τις περικλείουσες επιφάνειες και το ΄a΄΄ εκφράζει το συντελεστή απορρόφησης κατά μέσο όρο του δεδομένου χώρου.
Το αντίστροφο κλάσμα ΄΄{S*a / (1-a)}΄΄ δίνει τη σταθερά ΄΄R΄΄ του δωματίου σε μονάδες τετραγωνικών μέτρων.
SPL[αντ] = 10 [log10] (Ρ[πηγ] / Ρ[ref]) + 10 [log10] (4 / R)

Ο συντελεστής a κυμαίνεται μεταξύ 0 & 1 .Η σχετική στάθμη του πεδίου αντήχησης τείνει να είναι υψηλότερη εντός ορθογωνίων δωματίων με μικρό συνολικό εμβαδόν επιφανείας,γιά δεδομένο συντελεστή απορρόφησης.

Ο βαθμός απορρόφησης των επιφανειών του χώρου: συναρτάται με τον απαιτούμενο χρόνο γιά την επίτευξη σταθερής κατάστασης στη στάθμη του πεδίου.

-Στάθμη σταθερής κατάστασης: συνεχής εκπομπή σήματος-χωρίς να μεταβληθεί η μέση εκπεμπόμενη στάθμη- θα οδηγήσει αργά ή γρήγορα σε σταθεροποίηση τη στάθμη του πεδίου αντήχησης.Σε αυτήν την κατάσταση,η ηχητική ισχύς από την εκπομπή θα βρίσκεται σε ισορροπία με τις συνολικές απώλειες εξαιτίας απορρόφησης.Δωμάτια με χαμηλή απορροφητικότητα στις επιφάνειές τους θα παρέχουν ανώτερη στάθμη σταθερής κατάστασης στο πεδίο αντήχησης γιά ίδια στάθμη πηγής.
Μεταβατικά ηχητικά συμβάντα εντός του σήματος δεν προλαβαίνουν να ενταχθούν στο ενεργειακό περιεχόμενο της σταθερής κατάστασης.

-Εξασθένηση: Με την παύση εκπομπής του ιδίου του σήματος ή δυναμικής αντίθεσης που περιέχεται σ'αυτό,η στάθμη εξασθενεί με ρυθμό εξαρτώμενο από το ποσοστό απορροφούμενης ενέργειας σε κάθε ανάκλαση.Ο χρόνος εξασθένησης παρατείνεται με τη μείωση της απορρόφησης.

Μεγάλες διαστάσεις χώρου παρέχουν μεγαλύτερους χρόνους αντήχησης.Η ύπαρξη απορροφητικής επίπλωσης συντομεύει το χρόνο αντήχησης.

Χαρακτηριστικό γνώρισμα γιά το πεδίο αντήχησης είναι ότι η περιεχόμενη σ'εκείνο ηχητική ενέργεια θα καταφτάνει στα αυτιά ενός ακροατή σε οποιαδήποτε θέση εντός του χώρου.Το περιεχόμενό του αποτελείται από υπέρθεση σε σωρεία ηχητικών κυμάτων που προέρχονται απ'όλες τις πιθανές κατευθύνσεις,με τις επιμέρους εντάσεις ν'αθροίζονται μεταξύ τους.

Spoiler

H συνθήκη του πεδίου διάχυσης που θέλει τις αντηχούσες συνιστώσες να προσκρούουν με την ίδια πιθανότητα σε όλες τις επιφάνειες και υπό κάθε δυνατή διεύθυνση,καταρρέει προφανώς στη ζώνη των χαμηλών συχνοτήτων (< 200 Hz).
Ομοίως και όταν το δωμάτιο θα υποστηρίζει ισχυρά ρυθμούς συντονισμού σε ανώτερες οκτάβες.

Στις προαναφερθείσες περιπτώσεις δημιουργούνται θύλακες αποθήκευσης ενέργειας σε μεμονωμένες διευθύνσεις εντός του χώρου.
Η ανομοιογένεια ηχητικού πεδίου γίνεται μεγαλύτερη σε μικρούς χώρους ακρόασης,όπως οι τυπικοί οικιακοί.

Οι τυχαίες διαδρομές όλων αυτών των κυμάτων εντός του χώρου εξασφαλίζουν ότι η συνάθροισή τους θα έχει ουσιαστικά σταθεροποιημένη ένταση σε οποιαδήποτε θέση εντός του χώρου.Λογίζεται επομένως σαν σήμα ΄΄Σταθερής κατάσττασης΄΄ ,ανεξάρτητο από την απόσταση που θα έχει ο ακροατής από την πηγή.

Αντίθετα, η ενέργεια από τον άμεσο ήχο και τις πρώιμες ανακλάσεις -δεδομένης φυσικά και της απορρόφησης γιά τις δεύτερες- μειώνεται σε συνάρτηση με την απόσταση από την πηγή-ακολουθώντας το γνωστό νόμο των αντιστρόφων τετραγώνων- θα διαφοροποιείται ανάλογα με τη θέση του ακροατή.

http://www.arauacustica.com/files/publicaciones/pdf_esp_40.pdf

Ο χρόνος που απαιτείται για τη σύσταση του πεδίου αντήχησης και την ένταξη της ενέργειας σ'εκείνο δίδεται από τον τύπο
Χρόνος ανόδου = 0,32 * Τ60

Όποια διακύμανση στο αναπαραγόμενο σήμα διαρκεί λιγότερο από το χρόνο ανόδου θα γίνεται αντιληπτή αποκλειστικά χάρη στη συνιστώσα άμεσου ήχου και δεν θα υποβοηθείται από τη στάθμη στο πεδίο αντήχησης.Και αυτό θα ισχύει για όλα τα μεταβατικά φαινόμενα του προγράμματος.

Για τον ίδιο λόγο οι πρώτες ανακλάσεις δεν θα επικαλύπτονται από το πεδίο αντήχησης και θα είναι διακριτές.

 

[Bhutia]

Κρίσιμη Απόσταση κι έτερες...κρισιμότητες

Εφόσον η στάθμη του άμεσου πεδίου μεταβάλλεται εντός του χώρου ενώ εκείνη του πεδίου αντήχησης μένει πρακτικά σταθερή,είναι επόμενο ότι θα μεταβάλλεται με ανάλογο τρόπο και ο λόγος της άμεσης ενέργειας προς την αντηχούσα.Η παρακάτω γραφική παράσταση απεικονίζει αυτήν ακριβώς τη σχέση σε συνάρτηση με την απόσταση από δεδομένη πηγή.

Η Κρίσιμη Απόσταση (Critical Distance) είναι θεμελιώδες Ακουστικό μέγεθος: ορίζει τη θέση όπου η συνολική ενέργεια των αντηχήσεων θα ισούται μ'εκείνη του άμεσου ήχου από την πηγή.Σε τιμές απόστασης μικρότερες από την κρίσιμη επικρατεί η συμπεριφορά του άμεσου πεδίου.Σε τιμές μεγαλύτερες από αυτή,επικρατεί η συμπεριφορά του πεδίου αντήχησης.Η πρακτική εύρεση αυτής εντός δεδομένου χώρου είναι απλή.

Μετριέται καταρχάς η στάθμη σε μικρή απόσταση (ανάλογα με το χώρο) από την πηγή που θα εκπέμπει θορυβικό σήμα. (περί τα 80dB).H μέτρηση επαναλαμβάνεται κατόπιν σε διπλάσια απόσταση.Εάν η ευρεθείσα στάθμη είναι κατά 6dB περίπου κατώτερη της προηγούμενης,σημαίνει ότι βρισκόμαστε ακόμα εντός του άμεσου πεδίου.Γίνεται τότε νέα λήψη διπλασιάζοντας εκ νέου την απόσταση κ.ο.κ.,μέχρις ότου η ληφθείσα τιμή να είναι περίπου κατά 3-4 dB περίπου κατώτερη της προηγούμενης.Η τελική θέση θ'αντιστοιχεί στην κρίσιμη απόσταση.

Η κρίσιμη απόσταση υπολογίζεται θεωρητικά με τον τύπο:

r [critical] = 0,141 * Τετραγωνική Ρίζα (R * Q)

όπου ο συντελεστής ΄΄Q΄΄ εκφράζει την κατευθυντικότητα της πηγής.
Άρα λαμβάνοντας υπόψιν την πλειοψηφία των οικιακών ηχείων με τις μονάδες εκπομπής τους να έχουν διαφορετική κατευθυντικότητα καθώς ανερχόμαστε στις οκτάβες,συνάγεται ότι η κρίσιμη απόσταση θα διαφοροποιείται μεταξύ διαφορετικών συχνοτικών ζωνών για δεδομένο χώρο και ηχείο.

Η σταθερά δωματίου R συναρτάται με την αύξηση της συνολικής επιφάνειας,οπότε η κρίσιμη απόσταση μεγαλώνει όταν αυξάνεται το μέγεθος του χώρου.

Λαμβάνεται για παράδειγμα μια παντοκατευθυντική πηγή (Q=1) εντός χώρου με συνολικό εμβαδόν επιφανειών 75 τετραγωνικά μέτρα.και μέσο συντελεστή απορρόφησης ίσο προς 0,2 .
Ο γνωστός τύπος θα δώσει κρίσιμη απόσταση ίση με 61 cm.

Eάν η ίδια πηγή εντοιχιστεί,το Q λαμβάνει τιμή 2 επειδή τότε η εκπομπή της θα γίνεται σε πεδίο 2π (ημισφαιρικό).Η κρίσιμη απόσταση θα ισούται μέσω της εξίσωσης προς 86 cm.

Εξετάζοντας την επίδραση της κατευθυντικότητας,ο συντελεστής Q για ηχεία που χρησιμοποιούνται σε οικιακά συστήματα αναπαραγωγής μπορεί να κυμαίνεται μεταξύ τιμών 1-25 .

Λαμβάνεται ηχείο με ομαλή απόκριση επί του άξονα (on-axis),οπότε η ένταση του άμεσου πεδίου θα θεωρείται σταθερή.Μετασχηματίζοντας τον τύπο της έντασης γιά τον άμεσο ήχο προκύπτει:
Ρ[πηγ] = (4π r^2) / Q) * I κατευθυντ πηγ

H άνω εξίσωση δείχνει ότι γιά την επίτευξη σταθερής άμεσης απόκρισης από την πηγή (σταθερή ένταση) ,η εκπεμπόμενη ισχύς από εκείνη οφείλει να μειώνεται με την αύξηση του Q.
H ισχύς του πεδίου αντήχησης δίδεται με την εξίσωση:
Ρ[αντηχ] = Ρ[πηγ] * (4 / R) = {(4π r^2) / Q) * I κατευθυντ πηγ} ^ (4 / R)

Η δε στάθμη πεδίου αντήχησης με τον τύπο:

SPL αντηχ = 10 [log10] ( Ι κατευθυντπηγ / Ι ref) + 10 [log10] (4 π r) - 10[log10] Q + 10 [log10] (4 / R)

Κύρια συμπεράσματα από τον τελευταίο τύπο είναι:

-Η στάθμη του πεδίου αντήχησης ανέρχεται όταν αυξάνεται η ηχητική ένταση που εκπέμπεται από το ηχοσύστημα.

-Κατέρχεται με την αύξηση του συντελεστή απορρόφησης γιά τις ανακλώσες επιφάνειες.

-Με την αύξηση της κατευθυντικότητας (Q) για ηχείο με σταθερή απόκριση on-axis κατέρχεται αξιοσημείωτα η στάθμη του πεδίου αντήχησης σε δεδομένη απόσταση.Και φυσικά θα αυξάνεται η τιμή κρίσιμης απόστασης για δεδομένο χώρο.

Η ευεργετική επίδραση όμως δύναται ν'αντισταθμιστεί αρνητικά κατά την τοποθέτηση του ακροατή πέραν της κρίσιμης απόστασης ή/και off-axis.Επίσης σ'αυτές τις περιπτώσεις η αντίληψη μπορεί να παραβλαφθεί περαιτέρω με κατακόρυφη άνοδο της εκπεμπόμενης στάθμης από το ηχοσύστημα...

Συνηθισμένη απόκριση πεδίου αντήχησης ως προς τυπικό ηχείο υψηλής πιστότητας εντός τυπικού οικιακού χώρου::

Οι χαρακτηριστικές βυθίσεις σε ζώνη μεσαίων εκτός από εκείνης των υψηλών οφείλονται στο ότι οι επιμέρους μονάδες woofer και tweeter θ'αυξάνουν κατακόρυφα την κατευθυντικότητά τους κοντά στο άνω όριο της αποκοπής για καθένα. εξ αυτών
Αρκετοί κατασκευαστές ηχείων αποπειρώνται ν'αντισταθμίσουν αυτά τα φαινόμενα στην αντίληψη του ακροατή με το να τονίζουν περαιτέρω την on-axis απόκριση στις υποτιθέμενες προβληματικές ζώνες...με ό,τι αυτό συνεπάγεται.

Η συγκριτική αναφορά του Dr Linkwitz μεταξύ μονόπολων και δίπολων ηχείων ως προς την κρίσιμη απόσταση και τη στάθμη πεδίου αντήχησης

Καθώς η πλειοψηφία των οικιακών ακροάσεων γίνεται σε αποστάσεις από ηχεία μεγαλύτερες της κρίσιμης που ισχύει για δεδομένο χώρο και πολική διασπορά πηγών,αυτό σημαίνει ότι σ'εκείνες τις θέσεις επικρατεί το πεδίο αντήχησης έναντι του άμεσου ήχου.Συμπεραίνεται λοιπόν ότι η φασματική κατανομή του πεδίου αντήχησης θα είναι...κρίσιμη για την αντιλαμβανόμενη απόδοση ενός ηχοσυστήματος.Σημειωτέον ότι ο συντελεστής απορρόφησης για τα συνήθη οικιακά υλικά (χαλιά,κουρτίνες,καναπέδες,ντουλάπες κτλ) εμφανίζει διακύμανση-συχνά ισχυρή- ανάμεσα σε διαφορετικές οκτάβες.

Η διάκριση ανάμεσα σε ΄΄Νearfield΄΄ & ΄΄Farfield΄΄

Η σύνθεση του πεδίου αντήχησης επηρεάζει έμμεσα την προσλαμβανόμενη ευκρίνεια και ανάλυση δεδομένου συστήματος,την αντίληψη των δυναμικών αντιθέσεων και μεταβατικών στο πρόγραμμα,αλλά και των περιβόητων...χροιών.

 

[Bhutia]

Κρίσιμη απόσταση και Καταληπτότητα
Άλλος ενδιαφέρων παράγοντας συναρτώμενος με την κρίσιμη απόσταση είναι η καταληπτότητα.
Σχετίζεται ιδιαίτερα με την τέλεση εκδηλώσεων και ομιλιών εντός χώρων με ισχυρή αντήχηση.
Η χρήση ηχείων με υψηλή κατευθυντικότητα στοχευμένων προς το κοινό είναι εδώ λίαν επιθυμητή,προκειμένου ν'αυξηθεί η αντιλαμβανόμενη στάθμη του άμεσου ήχου έναντι του πεδίου αντήχησης.

Γιά τη διατήρηση της καταληπτότητας εντός λ.χ. ψηλοτάβανου χώρου απαιτείται τοποθέτηση συμπληρωματικών ηχείων (delayed speakers).Γιά την ορθή πραγματοποίηση,οφείλει να υπολογιστεί η Κρίσιμη απόσταση.

Όταν ο ακροατής βρίσκεται σε απόσταση μεγαλύτερη της Κρίσιμης,πληθώρα φαινομένων κτενωτού φίλτρου νοθεύουν την αντίληψη του αρχικού ηχητικού σήματος εξαιτίας των πολλαπλών ανακλάσεων που έχουν μεσολαβήσει,μειώνοντας την ευκρίνεια.Επομένως λαμβάνεται φροντίδα τοποθέτησης βοηθητικών ηχείων σε αποστάσεις όπου η καταληπτότητα αρχίζει να χάνεται και η διαδικασία επαναλαμβάνεται μέχρις ότου ολόκληρος ο χώρος να καλύπτεται με απόδοση άμεσου ήχου σε στάθμη 6dB πάνω από εκείνη του πεδίου αντήχησης γιά το δεδομένο χώρο.

Η επίτευξη αυτής της συνθήκης συναντά εμπόδια-ιδιαίτερα σε μεγάλες συνεστιάσεις- μιά και η ταχύτητα του ηχητικού κύματος διαφοροποιείται από τα ρεύματα του αέρα που επιφέρουν πυκνώσεις και αραιώσεις (μεταβολές πυκνότητας του υλικού μέσου διάδοσης) και τη θερμοκρασία.Παράγοντες όπως λ.χ. ο άνεμος,ζεστό ή κρύο ρεύμα αέρα (προερχόμενο από μονάδες κλιματισμού) που παρεμβάλλεται μεταξύ μερίδας ακροατών και του ηχητικού μετώπου,ή ο συνωστισμός ατόμων σ'ένα χώρο που θ'αυξάνει αναπόφευκτα τη θερμοκρασία της ατμόσφαιρας αυτού προκαλώντας ένα θερμό αέριο στρώμα,έχουν ο καθένας ιδιαίτερη επίπτωση.

Σε ανοικτούς χώρους εκδηλώσεων ή όταν μία μεγάλη αίθουσα θερμαίνεται,η διάδοση του ηχητικού κύματος υφίσταται το φαινόμενο της διάθλασης: καθώς το ηχητικό κύμα μεταβαίνει σε στρώματα διαφορετικής πυκνότητας ατμόσφαιρας,κάμπτεται μεταβάλλοντας τη διεύθυνση διάδοσής του.Ανάλογα φαινόμενα διέπουν ενδεικτικά και τη διάδοση οπτικών κυμάτων(λ.χ. από τον αέρα στο νερό) και ραδιοσυχνοτήτων(σε διαφορετικά στρώματα της γήινης ατμόσφαιρας).
http://www.absorblearning.com/media/attachment.action?quick=8r&att=622

Η ταχύτητα του ηχητικού κύματος στον αέρα,διαφοροποιείται με τη θερμοκρασία,σύμφωνα με τον τύπο:c=331+0,6*T όπου Τ συμβολίζει τη θερμοκρασία σε βαθμούς Κελσίου.Συχνά η αλλαγή στην ταχύτητα ενός ήχου και η επακόλουθη Διάθλαση οφείλεται σε τοπική αλλαγή θερμοκρασίας του αέρα.

Aς θεωρήσουμε γιά παράδειγμα μιά συναυλία με μοναδιαίες πηγές ήχου σε ανοικτό χώρο, συνοδευόμενη ενδεχόμενα με αέρα που φυσά με φορά προς τη σκηνή,ή σε ψηλοτάβανο κλειστό ενόσω λειτουργεί κλιματιστικό σύστημα ψύξης.Η θερμοκρασία του μέσου τείνει να είναι υψηλότερη στα κατώτερα στρώματα του αέριου όγκου λόγω του εδάφους και του κοινού.Εφόσον η ταχύτητα του ηχητικού κύματος μειώνεται με τη μείωση της θερμοκρασίας,θα είναι κατά τι μικρότερη στα υπεράνω αέρινα στρώματα.

Κατ'αυτόν τον τρόπο,δοθέντος ενός ηχητικού κύματος που παράγεται και ταξιδεύει κοντά στο έδαφος,το πλησιέστερο σ'αυτό κομμάτι του τείνει να διαδίδεται γρηγορότερα από το κομμάτι που διαχέεται σε ανώτερα αέρινα στρώματα.Τότε το ηχητικό κύμα θα μεταβάλει την κατεύθυνσή του και θα ΄΄κάμπτεται΄΄ ακολουθώντας μιά ανωφερή τροχιά.Τούτο επιφέρει ως συνέπεια την αλλαγή του μήκους κύματος (μήκος κύματος λ=ταχύτητα κύματος c/συχνότητα) του πρωτογενούς ήχου και ανάπτυξη μιάς ΄΄Σκιώδους Ζώνης΄΄ εντός της οποίας η διάδοση θα εκλείπει.Η αντίληψη του ηχητικού γεγονότος θα είναι δυσχερής γι ακροατές που βρίσκονται σ'αυτή,έστω κι αν έχουν πλήρη οπτική αντίληψη αυτού.

Στο γράφημα παρακολουθούμε τη διάδοση ενός παλμού σφαιρικού κύματος εντός μέσου όπου η ταχύτητα στον οριζόντιο άξονα είναι σταθερή,ενώ μειώνεται στον κάθετο άξονα :

Ας λάβουμε στη συνέχεια το παράδειγμα συναυλίας ροκ σε ανοικτό χώρο ενόσω νυχτώνει και ισχυροί προβολείς μπαίνουν σε λειτουργία.Εξετάζουμε ξανά την υποθετική περίπτωση μοναδιαίας πηγής (από τη σκηνή).Θερμοκρασιακή Αναστροφή καλείται το φαινόμενο κατά το οποίο η θερμοκρασία είναι μικρότερη κοντά στο έδαφος ενώ μεγαλώνει καθώς ανερχόμαστε στα υπεράνω αέρια στρώματα.Τέτοια φαινόμενα στην ύπαιθρο συμβαίνουν μετά τη δύση του Ηλίου όταν το έδαφος ή η επιφάνεια των υδάτινων όγκων ψύχεται γοργά ενώ οι αέρινοι όγκοι υπεράνω αυτών παραμένουν θερμοί.Η επίπτωση στη διάδοση του ηχητικού κύματος είναι ακριβώς αντίστροφη από το προηγούμενο παράδειγμα,δηλαδή έχουμε κατωφερή κάμψη με αντίστοιχη μεταβολή του μήκους κύματος.

 

[Βασίλης Χουρμουζιάδης]

Απάντηση: Ανατομία Ακουστικής Χώρων

:444:

 

[Bhutia]

Απάντηση:Σύνδεση με τα προηγούμενα...

 

[Bhutia]

Απάντηση: Ανατομία Ακουστικής Χώρων

Οι ανακλάσεις πρώτης τάξης εντός μικρού δωματίου έχουν υψηλή ενέργεια και καταφτάνουν σύντομα.Όσο μεγαλύτερης τάξης είναι μιά ανάκλαση,τόσο μεγαλύτερο διάστημα θα έχει διανύσει το κύμα,οπότε τόσο αργότερα θα φτάνει στη θέση ακρόασης και τόσο μικρότερη η ενέργειά της.Το σύνολο ανακλάσεων ανώτερης από την πρώτη τάξης δημιουργεί το πεδίο αντήχησης.Μία μέθοδος καταπολέμησης των ανεπιθύμητων (ιδιαίτερα των πρώτων) ανακλάσεων είναι η χρήση ηχοαπορροφητικών υλικών που μετατρέπουν την ηχητική ενέργεια σε θερμότητα.

Εναλλακτική λύση εκτός από τα εξειδικευμένα υλικά είναι η αξιοποίηση παχέων χαλιών,κουρτινών, πολυθρόνων,καναπέδων κ.α.Η φροντίδα του χώρου ως προς την ηχοαπορρόφηση οφείλει ν'ακολουθεί μιά ισορροπία ώστε να μη γίνει ΄΄ακουστικά νεκρός΄΄,σαν να ήταν υπαίθριος με μαλακό έδαφος στερούμενο από σχηματισμούς ή κτίσματα που θα προσέδιδαν ανακλάσεις και αντήχηση.

Οι Ακουστικοί Διαχυτές είναι εξειδικευμένες κατασκευές που διαθέτουν γεωμετρικές επιφάνειες κανονισμένες να διασπείρουν την ανακλώμενη ηχητική ενέργεια σε ευρύ φάσμα διαφορετικών γωνιών.Κατ'αυτόν τον τρόπο υποβαθμίζεται η επίδραση των πρώτων ανακλάσεων,αφού ανακατευθύνονται γιά να συντηχθούν με τις μεταγενέστερες ανακλάσεις συμβάλλοντας κι αυτές στο πεδίο αντήχησης.Αυτοσχέδιοι τύποι διαχυτών αποτελούν φυτά,διακοσμητικά,βιβλία και δίσκοι στοιχημένα ασύμμετρα σε ράφια βιβλιοθήκης.Οι εξειδικευμένες διατάξεις επιτυγχάνουν βέβαια μεγαλύτερη κι ευκολότερα ρυθμιζόμενη διάχυση.

Παρεμβαίνοντας στην εκδήλωση των πρώτων ανακλάσεων,η μεν διάχυση συντελεί στην εικονική αύξηση των αντιλαμβανομένων διαστάσεων του χώρου ακρόασης,η δε απορρόφηση στη μεγαλύτερη οξύτητα των ακουστικών ειδώλων.

 

[Bhutia]

ΠΕΡΙΘΛΑΣΗ - Αρχές (Ο Θησαυρός των...Ολλανδών)

Η Περίθλαση στον Aκουστικό τομέα,περιγράφει είτε την κάμψη των ηχητικών κυμάτων γύρω από εμπόδια που διαταράσσουν την πορεία τους,ή τη διασπορά τους μέσα από ανοίγματα επιφανειών στις οποίες προσπίπτουν.Απαραίτητη προϋπόθεση γιά την εμφάνιση περίθλασης,οι διαστάσεις των εμποδίων ή των ανοιγμάτων να είναι μικρές σε σύγκριση με τα μήκη κύματος της ηχητικής ακτινοβολίας.Όσο λοιπόν μικραίνει το μήκος κύματος,περιορίζεται η περίθλαση.

Το φαινόμενο της περίθλασης εμφανίζεται εξαιτίας του τρόπου διάδοσης των κυμάτων.Η Αρχή των Huygens-Fresnel (από τον Ολλανδό φυσικό Christiaan Huygens και το Γάλλο Augustin-Jean Fresnel) ορίζει ότι εκάστοτε σημείο του επελαύνοντος μετώπου ενός κύματος αποτελεί πηγή νέας σειράς δευτερευόντων κυμάτων και ο συνδυασμός αυτών διαμορφώνει κάθε φορά το νέο μέτωπο προς την κατεύθυνση διάδοσης του κύματος.Σύμφωνα με την Αρχή,το ίδιο το διαδιδόμενο κύμα θεωρείται ως άθροισμα όλων των επιμέρους δευτερευόντων κυμάτων που εμφανίζονται από τα αντίστοιχα σημεία του μέσου που το κύμα έχει ήδη διασχίσει.

Το παρόν λινκ απεικονίζει την εφαρμογή της ίδιας Αρχής διάδοσης και στο φαινόμενο της Διάθλασης,με τα κίτρινα σημεία ν'αντιπροσωπεύουν ενδεικτικά μερικές από τις νοητές πηγές στη διαχωριστική επιφάνεια των δύο μέσων.

Κατά την περίθλαση ήχου γύρω από εμπόδιο μικρό-συγκρινόμενο πάντα με το μήκος κύματος- η επίδρασή του στη διέλευση του ήχου ουσιαστικά δεν θα γίνεται αντιληπτή.Στις περιπτώσεις που οι διαστάσεις του ισούνται με αρκετά μήκη κύματος,δημιουργείται όπισθεν αυτού μιά νοητή ζώνη ΄΄ακουστικής σκίασης΄΄ η οποία όμως δεν στερείται ηχητικού ερεθίσματος.

 

[Bhutia]

Περίθλαση Ακμών

Περίθλαση ακμών συμβαίνει όποτε το αρχικά εκπεμπόμενο ηχητικό κύμα συναντά υλικά σώματα που διαθέτουν οξείες γωνίες ή επίπεδες άκαμπτες επιφάνειες.Τα σημεία επί των ακμών τους καθίστανται δευτερογενείς ηχητικές πηγές που δύνανται να παραμορφώσουν το αρχικό κύμα(λόγω αλληλοεπικάλυψης) αφού βρίσκονται σε διαφορά φάσης.

Οι νέες συνιστώσες έχουν επιπλέον τη δυνατότητα ανακλάσεων επί διαφόρων επιφανειών του χώρου ακρόασης συνεισφέροντας συχνά μ'επιζήμιο τρόπο στο πεδίο αντήχησης.Εξαρτάται επίσης από το άνοιγμα των γωνιών στις οποίες ανήκουν οι ακμές (στην προσπάθεια διάσπασης αυτής αρκετοί κατασκευαστές ηχείων λ.χ. διαμορφώνουν απαλές καμπυλότητες ή διαμορφώνουν αμβλείες γωνίες με τις ακμές της μπάφλας) αλλά και το συχνοτικό περιεχόμενο του εκπεμπομένου κύματος.

Το φαινόμενο λαμβάνεται υπόψη σε τομείς όπως την πρόβλεψη της Παλμικής Απόκρισης(Impulse Response) ενός χώρου(γιά τον προσδιορισμό του ηχητικού πεδίου που οφείλει να προστεθεί στο ήδη υπολογιζόμενο με τα δεδομένα της Γεωμετρικής Ακουστικής),τη μελέτη των ηλεκτροακουστικών μετατροπέων,τις διατάξεις ελέγχου θορύβου,Ακουστική Ωκεανογραφία,Γεωφυσική.κ.α.

Προσεγγιστική αναπαράσταση Περίθλασης Ακμών ΄΄πρώτης τάξης΄΄

 

[Bhutia]

Σχηματική απεικόνιση σε περίθλαση ακμών πρώτης τάξης συσχετιζόμενη με περικλείουσα επιφάνεια χώρου: η ακουστική επίδραση ενός τοίχου μπορεί να οπτικοποιηθεί με τη χρήση ειδώλων πηγών.Ο τοίχος με τις τέσσαρες ακμές παράγει μία πηγή ΄΄ειδώλου καθρέπτη΄΄(ΜΙS-κόκκινος κύβος) και τέσσαρες πηγές ΄΄ειδώλου χείλους΄΄(EIS-μπλε καμπύλες).

(Κλίμακα χρωματικής έντασης γιά τις απεικονιζόμενες φιγούρες που ακολουθούν)

 

[Bhutia]

Απάντηση: Απεικόνιση ειδώλων πηγών στο χώρο

Απεικόνιση των ειδώλων πηγής ΄΄πρώτης τάξης΄΄ σε συνολικό χώρο (σκηνή και οπίσθιο τοίχωμα): Η πηγή και το ΄΄είδωλο καθρέπτη΄΄ της συμβολίζονται με τους κόκκινους κύβους.Παρουσιάζονται εννέα πηγές ΄΄ειδώλου χείλους΄΄ με τη μορφή καμπυλών.Το πάχος και η χρωματική ένταση αυτών είναι ανάλογα με το μέγεθος της ηχητικής ενέργειας που εκπέμπεται από τα αντίστοιχα σημεία τους:

Eδώ απεικονίζεται το σύνολο των ειδώλων πηγής(τρίτης τάξης το ανώτερο) στο σκηνικό χώρο(περιλαμβάνοντα το μέγιστο μία περίθλαση και τρεις ανακλάσεις).

Τέλος η απεικόνιση των τρίτης τάξης ειδώλων πηγής που είναι κοντινότερα των 60 μέτρων από τον ακροατή σε μιά αίθουσα με σκηνικό χώρο.Ο αριθμός των ειδώλων πηγής έχει αυξηθεί δραματικά εξαιτίας των πολλαπλών ανακλάσεων στα τοιχώματα της αίθουσας:

 

[Bhutia]

Περίθλαση Ακμών δεύτερης τάξης

Προσεγγιστική αναπαράσταση Περίθλασης Χείλους ΄΄δεύτερης τάξης΄΄:

Σχηματικές απεικονίσεις Περίθλασης Ακμών δεύτερης τάξης...Η πρώτη εικόνα αναπαριστά ενδεικτικά τον άμεσο ήχο και την περίθλαση χείλους από την κορυφαία ακμή του ΄΄κουτιού΄΄:

 

[Bhutia]

Απάντηση: Οπτικοποίηση Περιθλάσεων...

Η δεύτερη εικόνα αναπαριστά άμεσο ήχο,περίθλαση πρώτης τάξης από την κορυφαία ακμή και περίθλαση δεύτερης τάξης που ακολουθεί την πορεία:πηγή πρωτογενούς ήχου_δεξιά ακμή_κορυφαία ακμή_θέση ακρόασης:

Προστιθέμενη διαδοχικά ακόμα μία πορεία διάδοσης:

Φαινόμενα που σχετίζονται με περίθλαση ακολουθίας τάξεων στις διαδοχικές παρυφές που θα συναντά το περιθλώμενο κύμα κατά την περιμετρική του διαδρομή πάνω στις επιφάνειες της καμπίνας ηχείου;

Απόκριση συχνότητας (αριστερά) και πολική απόκριση ειδικά στη ζώνη των 6000 Hz (δεξιά) με συνυπολογισμένη περίθλαση ακμών μέχρι και την 4η τάξη: