Мир звуков (акустика)

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

дополнительного образования «детский технопарк «Кванториум»

г. Комсомольск-на-Амуре

АКУСТИКА

Педагог :

2024

Черепанов А.А

Звук — физическое явление, представляющее собой распространение в виде упругих волн механических колебаний в твёрдой, жидкой или газообразной среде.

Принято различать следующие звуки:

1. Тоны, или музыкальные звуки

2. Шумы

3. Звуковые удары.

Источником простого тона может быть камертон. Характеристиками тона являются частота и амплитуда.

Акустика (от греч. аκούω (аку́о) — слышу) — наука о звуке, изучающая физическую природу звука и проблемы, связанные с его возникновением, распространением, восприятием и воздействием.

Методы оценки акустики.

Очевидно, что одними из важнейших характеристик для любого театра и концертного зала являются его акустические параметры.

Теория акустики включает три подхода:

статистической, волновой, геометрической.

В статистической теории акустические процессы в помещении рассматриваются как постепенный спад энергии многократно отраженных преградами.

Геометрическая (лучевая) теория акустических процессов в помещениях основана на законах геометрической оптики .

постепенно затухающие собственные колебания объемного резонатора, не зависящие от внешних влияний.

В теоретическом исследовании воспользуемся

геометрическим подходом

В соответствии с законами геометрической оптики при отражении от зеркальных поверхностей угол отражения равен углу падения, и падающий и отраженный лучи лежат в одной плоскости.

При отражении от плоской поверхности (рис.а ) возникает мнимый источник И' , место которого ощущается на слух подобно тому, как глаз видит мнимый источник света в зеркале. Отражение от вогнутой поверхности (рис.б) приводит к фокусировке лучей в точке И' . Выпуклые поверхности (колонны, пилястры, крупные лепные украшения, люстры) рассеивают звук (рис.в).

По сохранившимся до наших времен культовым и зрелищным сооружениям видно, что основные положения лучевой теории были известны древним строителям и что эти положения неукоснительно соблюдались. Размеры греческих и римских театров на открытом воздухе были выбраны такими, чтобы в наибольшей степени использовать энергию отраженных волн . Театры (на рис) содержали три основные части:сцену (shena) глубиной 3,5 - 4 м в Греции и 6 - 8 м в Риме, на которой разыгрывалось театральное действие;площадку перед сценой - орхестру (orhestra буквально "место плясок"),

на которой располагался хор и выступали танцоры;

поднимающиеся ступенями зрительские места вокруг орхестры, образующие так называемый амфитеатр (от греческих слов amphi - "с обеих сторон", "кругом" и theatron - "место зрелищ").

Плоскость орхестры покрывали хорошо отражающим материалом. Высоту стены выбирали равной высоте парапета, ограждавшего верхний ряд амфитеатра,

Видимо, речь шла о том, чтобы не допустить излишнего рассеяния звуковой энергии в пространстве. Особую роль в усилении и обогащении звучания играли так называемые "гармоники" системы резонаторов в виде бронзовых цилиндрических сосудов и амфор.

Они располагались в нишах стены позади зрительских мест и под скамьями. Греки считали, что резонаторы должны быть настроены по тонам

музыкальных гамм:

Энгармонической, Хроматической, Диатонической

Анализ геометрических форм залов

Неудовлетворительными являются залы с плоским потолком и низким порталом сцены (рис.а). Зона АВС оказывается своеобразной ловушкой для значительной части, излучаемой источником звука энергии. Только зона DE дает полезные отражения, но они попадают лишь в удаленную часть зала ЕС . Предпочтительнее конструкции с рассеивающим потолком (рис.б), акустической раковиной и козырьком (рис.в).

В залах круглой или эллиптической формы образуются зоны фокусировки отраженных лучей и зоны, в которые отраженные лучи либо не попадают, либо попадают с большой временной задержкой. В круглом в плане зале (пример на рис) касательный к стене луч 1 и при последующих отражениях остается в близкой к стене зоне. Лучи 2 , распространяющиеся примерно в диаметральном направлении, образуют после отражения мнимое изображение источника И' , в котором интенсивность звука, как и в кольцевой зоне возле стены,

повышена .

Реставрация Большого театра

Панели из резонансной ели , которые являются главной составляющей акустики зрительного зала Государственного академического Большого театра (ГАБТ) , полностью восстановлены. Они образуют "эффект звучания помещения" за счет усиления тембровой окраски издаваемого со сцены звука с одновременным "эхопоглощением" .

Практическая часть исследования

Проведение анализов архитектурной акустики занимаются специализированные предприятия и фирмы.

Основные задачи,решаемые в рамках архитектурной акустики:

1. Звукоизоляция помещений

2. Создание акустического комфорта

Измерения производят замером времени реверберации (отрезок времени с момента остановки подачи звукового сигнала до момента снижения звукового давления).

Определение времени реверберации

помещений (метод определения

ГОСТ 26417-85, п.4, приложение А) и

сравнение с оптимальным

Звукоизоляция измеряется в dB и определяет разницу между громкостью источника и громкостью слышимого звука. Если материал обладает звукоизоляцией в 35dB имеется в виду что уровень слышимого звука поступающего извне будет на 35 dB меньше.

Звукопоглощение материалов измеряется в %.

Как правило берется средняя величина при измерении звукопоглощения при 125Гц, 250Гц, 500 Гц, 1000Гц и 2000Гц.

Факторы влияющие на звукопоглощение α S

Перфорация

Красочное покрытие

Плотность материала

Покрытие с обратной стороны

Толщина материала

Относ от поверхности

Чрезмерное звукопоглощение создаёт эффект безжизненности помещения. Низкое звукопоглощение снижает акустический комфорт помещения.

Для анализа звукопоглощения и отражения материалов собрали пиковый светодиодный индикатор

Конструктивно состоит из рупорного облучателя круглого сечения. В центре фокусировки размещен электретный микрофон. При попадании источника звука в зону, в зависимости от силы сигнала загораются светодиоды.

• Рупорный облучатель
• Усилитель индикатор

Схема предназначена для конденсаторного микрофона. Питается от 9В. Состоит из каскада предварительного усиления на транзисторе 2N3904 и усилителя мощности на ОУ LM386. Вместо динамика, параллельно включена группа светодиодов.

Выводы

В данной работе мы ознакомились с различными акустическими явлениями. Рассмотрели варианты модернизации зрелищных зданий. Провели анализ геометрических форм залов, выявили акустические недостатки. Попытались раскрыть секреты древнегреческого театра. Исследовали особенности театрального зала Большого театра. Собрали пиковый индикатор, для определения отражения и поглощения звука в малых помещениях и залах.

Вопросы для экспертов

1. В чем секрет акустики инструментов Антонио Страдивари?

2. Что такое «хрустальный звук»?