УСТРОЙСТВО КОРРЕКТИРОВКИ АКУСТИКИ ПОМЕЩЕНИЙ

Устройство относится к средствам обеспечивающим изменение акустических характеристик помещений, преимущественно студий звукозаписи.
Известно, что важнейшей частью аппаратно-студийного блока (АСБ) является студия-помещение, специально предназначенное для исполнения речевых и музыкальных художественных произведений и программ. Студия для исполнения вещательных программ разных жанров должны обладать неодинаковыми акустическими свойствами. Акустические свойства помещения существенно влияют на характер звучания исполняемой в нем музыки и речи. Так как в помещениях акустическое поле формируется не только прямой волной, идущей от исполнителя по кратчайшему пути, но и после отражений от стен, потолка, пола и находящихся в помещении предметов, то негативное влияние отраженных звуковых волн на качество записи устраняется специальными средствами и устройствами, например звукопоглощающими материалами покрывающими стены и потолок студии.
Известно, см. например ГОСТ 4.209-79, в части материалов и изделий звукопоглощающих и звукоизоляционных, что в качестве звукопоглощающих материалов применяются пористые поглотители, например, плиты минераловатные на синтетическом связующем, плиты минераловатные на битумном связующем, маты в рулоне из стеклянного волокна ЦФД, маты из супертонкого стекловолокна без связующего, вата минеральная, плиты мягкие базальтовые, рулонный прошивной материал базальтовый РПМБ-С и РПМБ-К. В качестве звукоизоляционных материалов применяются пористо-волокнистые (например, плиты мннераловатные на синтетическом связующем для вата минеральная), пористо-губчатые (например, плиты пенополистирольные или пенопласт МФП-1), засыпки, например, асбозурит или крошка трепельная обожженная.
В соответствии с теорией поглощения звука пористыми материалами, см. например, Стретт Дж. (лорд Редей), Теория звука, пер. с англ., 2 изд., т.1-2. М.. 1955, в пористых материалах существуют силы вязкости препятствующие протеканию воздуха
через поры, за счет чего вещество отбирает часть кинетической энергии колеблющихся частиц воздуха, превращая ее в тепло. Согласно этой теория, поглощающие свойства пористых материалов зависят от вязкости и плотности воздуха, радиуса и количества вор на единицу поверхности, а при использовании материала в качестве покрытия твердой стены от толщины слоя, точнее от расстояния между ним и твердой стеной. Чем меньше радиус пори чем их больше, тем лучше поглощаются высокие частоты.
Ближайшая техническая задача решаемая большим количеством мелких пор на пути акустической волны, заключается в торможении этой волны (волны сжатия) и поглощении энергии этой волны развитой поверхностью пористого состава. Указанные выше технические средства являются эффективными, как средства устраняющие негативное акустическое влияние со стороны стен и потолка студии.
Так как в помещения, где происходит звукозапись, находятся различные иные предметы, кроме стен и потолка студии, например, столы, подставки, панели на которых устанавливается сама звукозаписывающая аппаратура или ее комплектующие, необходимо учитывать иные требования эксплуатация студии звукозаписи, например, возникает техническая задача исключить негативное акустическое влияние этих предметов на процесс звукозаписи. Конструкции, на которых устанавливается звукозаписывающая аппаратура, должны иметь необходимую прочность и жесткость обеспечивающие ее (аппаратуры) заданное расположение, поэтому применение мягковолокиистых, непрочных материалов не представляется иногда целесообразным и возможным.
Предлагаемое техническое решение основано иена торможении акустической волны, а на отводе ее из зоны, где установлен микрофон записывающей аппаратуры. Ближайшая техническая задача решаемая предлагаемым изобретением заключается в создания условий, обеспечивающих перемещение самой воздушной среды относительно микрофона и перемещения этой среды из зоны расположения чувствительного элемента (микрофон).
Сущность изобретения заключается в том, что микрофон, панель управления, коммутирующая аппаратура и иные конструктивные элементы обеспечивающие звукозапись устанавливаются на устройство состоящее из вертикальных и горизонтальных панелей, часть из которых, преимущественно наружного контура, жестко соединена между собой и
имеющих на плоскостях, указанных панелей, сквозные отверстия и/или каналы. В качестве материала панелей используются металлы и сплавы металлов в различных комбинациях и/или пластмассы, в том числе имеющей на поверхности напыление металла, например, алюминиевое, медное, нержавеющей стали и т.д. Известно, что акустика помещений определяется тремя факторами:
- временными параметрами отражений
- относительной силой отражений
- распределением силы отражений по частотному спектру
Указанные факторы являются определяющими для такой схемы, при которой сама среда - воздух статична относительно источника звука и звукозаписывающей аппаратуры. Для пояснения сущности предлагаемого изобретения рассмотрим отдельные конструктивные элементы изображенные на рисунках.
На фиг.1 и фиг.2 показано различие технических эффектов обусловленное конкретными условиями применения и формами используемых конструкций.
На фиг.1 изображена выпуклая поверхность. Падающие на нее звуковые волны рассеиваются в окружающем пространстве не создавая дополнительных источников звука. Выпуклые поверхности способствуют рассеянию звуковой энергии. На фиг.2 изображена вогнутая поверхность от поверхности которой отражаются звуковые волны. При отражении от вогнутой поверхности может произойти фокусировка отраженных лучей с образованием мнимого источника звука в точке S*, в которой увеличивается плотность звуковой энергии. Па фиг.3-14 показаны конструктивные элементы поясняющие сущность предлагаемого изобретения. Па фиг.3 изображен одиночный конический элемент, внутреннюю поверхность которого можно рассматривать, как замкнутую вогнутую поверхность расположенную под углом к оси 0-0. При отражении от внутренней поверхности конуса вдоль оси 0-0 и в некотором объеме вокруг нее будет создана зона «В» с повышенной плотностью звуковой энергии. Так как воздух находящийся в полости обладает массой и упругостью, то его перемещение будет происходить вдоль оси 0-0 и всегда в определенном направлении (в направлении результирующего вектора R). Из параметров результирующего вектора видно, что скорость воздушной среды вдоль оси 0-0 существенно
выше, чем скорость массы воздуха в направлении перпендикулярном внутренней поверхности конуса, Так как отраженные от внутренней поверхности конуса звуковые волны фокусируются вдоль оси, то вдоль указанной оси будет располагаться зона сжатия воздушного потока и следовательно нагрев этой сжатой массы воздуха. Как известно, энергия звуковой волны рассеивается вследствие потерь на нагрев. В целом, полый конический элемент способен обеспечить заданное перемещение элементарной массы сжатого воздуха (в объеме полости конуса) вдоль его оси и нагрев. На фиг.4 изображен одиночный цилиндрический элемент. Перемещение массы воздуха от внутренних стенок цилиндрического отверстия (от вогнутой поверхности имеющей замкнутый вокруг оси 0-0 контур), обеспечивает соударение воздушных акустических воли в некотором объеме вокруг оси цилиндрического отверстия или цилиндрического канала. Соударение отраженных звуковых волн от вогнутой цилиндрической поверхности отверстия обеспечивает увеличение плотности звуковой энергии вокруг оси отверстия 0-0 (зона сжатия «В»), причем, плотность сжатого воздуха вдоль оси 0-0 выше, чем в аналогичной зоне конического элемента. Сжатие воздушной среды вызывает нагрев этой сжатой массы воздуха и в дальнейшем рассеяние тепловой энергии в окружающую среду. Как известно, энергия звуковой волны рассеивается вследствие потерь на нагрев.
В качестве материала замкнутых вогнутых профилей могут использоваться любые конструкционные материалы обеспечивающие заданную прочность и технологичность изготовления, например металлы и сплавы металлов в различных сочетаниях, а также пластмассы обеспечивающие необходимую прочность и устойчивость конструкции при эксплуатации.
Следует отметить, что не только цилиндрическая или коническая поверхности формируют зону сжатия акустических волн отражающихся от внутренних поверхностей этих элементов. Аналогичная зона сжатия будет формироваться и при использовании отверстий иных форм, например, имеющих в плане треугольный, см. фиг.10 или квадратный профиль см. фиг.11.
При этом необходимо, чтобы внутренняя поверхность отверстия была замкнута.
На фиг.5 изображена плоская панель с множеством, например, конических и/или цилиндрических элементов в виде отверстий, оси которых расположены перпендикулярно ее поверхности. Отверстия могут располагаться в «шахматном» или ином порядке удовлетворяющим условиям эксплуатации. Поверхность панели, в условии воздействия на нее воздушной волны, является резонатором, колебания панели передаются на множество конических и/или цилиндрических отверстий, каждое из которых производит перемещение и сжатие массы воздуха, перемещая его из зоны «А»» со стороны источника звука, в зону «Б», расположенную вне источника. Результирующий вектор «R» показывает направление перемещения зоны сжатия воздушной массы каждого отдельного отверстия панели, На фиг.6 изображено несколько параллельно расположенных панелей с отверстиями, каждая из которых работает как секция элементов перемещающих массу воздуха из зоны перед панелью, в пространство расположенное за ней. Очевидно, что количество панелей с отверстиями выбирается отдельно, для каждого помещения и от расположения на внешней стороне панелей элементов оборудования студии звукозаписи.
На фиг.7 изображены панели, плоскости которых, расположены под углом к смежной (соседней) панели.
На фиг.8 изображено отверстие, расположенное под углом α к поверхности панели.
На фиг.9 изображен ряд отверстий, расположенных со смещением, относительно осей отверстий соседнего ряда, где «e» - эксцентриситет смещения.
На фиг.10 изображен ряд отверстий имеющих в плане треугольную форму. Акустическая волна отражается от трех плоскостей внутреннего профиля формируя вдоль оси отверстия зону сжатия и нагрев массы воздуха в объеме этой зоны. На фиг.11 изображен ряд отверстий имеющих в плане квадратную форму. Акустическая волна отражается от четырех плоскостей внутреннего профиля формируя вдоль оси отверстия зону сжатия и нагрев массы воздуха в объеме этой зоны. Очевидно, что необходимому условию формирования зоны сжатия, а следовательно н ее разогрева удовлетворяет использование н иных профилей, например, прямоугольника или шестиугольника.
На фиг.12 изображено устройство корректировки акустики помещений состоящее из группы горизонтально расположенных панелей с различными типами отверстий, в совокупности обеспечивающих перемещение акустической волны в вертикальном направлении.
На фиг.13 изображено устройство корректировки акустики помещений состоящее из группы вертикально расположенных панелей с различными типами отверстий, в совокупности обеспечивающих перемещение акустической волны в горизонтальном направлении.
Возможна конструкция объединяющая (одновременно использующая) несколько горизонтально я вертикально расположенных панелей, а также часть панелей имеющих возможность перемещения относительно жесткого каркаса устройства, например» имеющих возможность перемещения в горизонтальном направлении, с целью увеличения рабочего пространства устройства.
На фиг.14 изображено отверстие, представляющее собой комбинированный элемент, состоящий из двух вогнутых поверхностей, цилиндрической и конической, последовательно расположенных я используемых вдоль одной оси 0-0. Совместное применение отверстия с цилиндрической и конической поверхностью повышает эффективность перемещения массы воздуха вдоль оси 0-0 (где «В», зона сжатия и нагрева элементарной массы воздуха под действием акустических волн отраженных от вогнутой поверхности отверстия), так как направленное перемещение сжатой зоны конического отверстия ускоряет перемещение сжатой зоны в цилиндрическом отверстии (вследствие неразрывности газового потока), а применение эффекта цилиндрической кумуляции увеличивает скорость процесса и плотность сжатия вдоль оси 0-0.
Для повышения эффективности физических процессов по формированию движения воздушного потока от источника звука несущие конструкции устройства-панели выполняются из металлов или сплавов металлов, а в том случае, если панели изготовлены из пластмасс, их поверхность подвергается напылению металлов или сплавов металлов в различных комбинациях. Указанное исполнение обусловлено необходимостью усиления явления резонанса обеспечивающего колебания рабочих поверхностей отверстий, как конических, так и цилиндрических. Одновременно, применение металлов, сплавов металлов, а также напыление металлов на поверхности конструкций (панелей) обусловлено необходимостью ускорения выхода акустических волн на рабочие поверхности панелей и поверхности отверстий. Известно, что скорость распространения звука в металлах, примерно в 14 раз больше, чем в воздухе (сталь- 5029 м/с, алюминий - 4 877 м/с, воздух - 344 м/с), поэтому их (металлов)
применение, обеспечивает, практически одновременно, работу всех элементов входящих в устройство. Необходимым условием работоспособности устройства является отношение общей площади занимаемой отверстиями расположенными на поверхности панели к ее площади. Указанная поверхность является несущим элементом конструкции, т.е. воспринимает все нагрузки со стороны аппаратуры расположенной на ней, поэтому совокупная площадь отверстий в панели не может составлять более 85% от всей ее площади. С другой стороны количество отверстий должно быть достаточным, для эффективного перемещения самой среды (массы воздуха) относительно звукозаписывающей аппаратуры, поэтому минимальная площадь группы отверстий, расположенных па поверхности панели, составляет 15% от всей ее площади. Таким образом, отношение площади отверстий к площади панели, на которой они расположены, составляет от 0,15 до 0,85.
Для повышения эффективности перемещения воздушной среды возможно использование панелей блоками, для чего отдельные панели располагаются между собой параллельно, или под некоторым углом, а минимальное расстояние между ближайшими точками двух соседних панелей составляет 1,5 мм. Указанное расстояние необходимо для нормальной работоспособности, каждой из панелей, в условиях их резонансного перемещения.
Осуществление изобретения. В аппаратно-студийном блоке микрофон, панель управления, коммутирующая аппаратура и иные конструктивные элементы обеспечивающие звукозапись устанавливаются на устройство состоящее из вертикальных и горизонтальных панелей, часть из которых, преимущественно наружного контура, жестко соединена между собой и имеет на плоскостях, указанных панелей, сквозные отверстия и/или каналы. Указанная коммутирующая аппаратура в студив может устанавливаться на устройство, состоящее, например, из блока горизонтальных панелей, см. Фиг.12. В этом случае звуковая акустическая волна перемещается от источника звука до плоскости панелей и входят в полости отверстий, представляющие собой например, конические элементы расположенные на поверхности указанных панелей. При отражении от внутренней поверхности конуса вдоль оси 0-0 и в некотором объеме вокруг нее будет создана зона с повышенной плотностью звуковой энергии. Так как воздух
находящийся в полости обладает массой и упругостью, то его перемещение будет происходить вдоль оси конического элемента, в направлении соседней панели. Достигнув ближайшей, соседней панели, акустическая волна входит в отверстия этой панели, уплотняется и перемещается в направлении соседней, рядом расположенной панели и так далее, последовательно проходя все панели устройства. Так как каждая из панелей перемещает со своей наружной стороны определенную массу воздуха внутрь устройства, в целом создается направленное перемещение воздуха вокруг источника звука, что в свою очередь изменяет технические характеристики отраженных акустических воли вокруг микрофона, других элементов звукозаписывающей аппаратуры и помещения (студии) в целом. Одновременно, сжатие воздуха, как рабочей среды, в которой перемещаются акустические волны, приводит к нагреву этой среды и рассеяния этой энергии в окружающее пространство, например на нагрев элементов конструкция устройства, что также способствует изменению технических (акустических) характеристик вокруг источника звука я помещения (студии).
Характерной особенностью заявляемого технического решения является то, что предлагаемая конструкция формирует заданное движение воздушного потока относительно звукозаписывающей аппаратуры. Перемещение массы воздуха с внешнее стороны панели внутрь конструкции происходит в момент формирования волны отражения, причем скоростной провал падающей волны внутрь конструкции резко снижает импульс отраженной волны я, как следствие, уменьшает воздействие отраженной волны на акустику помещения» в которой происходит звукозапись н качество самой записи.
В отличие от конструкций работающих с неподвижной массой воздуха, и производящих рассеяние энергии воздушной волны в пределах ее длины, предлагаемое устройство обеспечивает движение (перемещение) самой воздушной среды, что и обеспечивает изменение акустических характеристик вокруг звукозаписывающей аппаратуры.