1. Распространение звуковых сигналов в помещениях.
2. Звукопоглощающие материалы. Реверберация.
3. Акустические характеристики помещений.
4. Студии, их классификация.
5. Регулирование времени реверберации.
Акустические характеристики студий.
К распространению звука справедливы законы, аналогичные законам геометрической оптики. Излучаемый источником, находящимся в помещении, звук, падая на ограничивающие поверхности, теряет часть энергии. Энергия, потерянная звуком, поглощается материалом преграды, переходя в тепловую энергию. Отражаясь от преграды, звук меняет направления распространения (рис. 1). Если энергию падающего звука обозначить Епад, а энергию звука, поглощенную материалом, - Епогл, то коэффициент звукопоглощения
.
Энергия отраженного звука
.
Многократно отражаясь от разных поверхностей и теряя при каждом отражении часть энергии, звук полностью затухает (рис. 1,б). среди всех направлений, по которым звук распространяется к слушателю, можно выделить направление прямого звука, приходящего кратчайшим путем. Другие звуки (отзвуки) приходят к слушателю после различного количества отражений. Первые отражения, имеющие наибольшую энергию, могут придти к слушателю, сливаясь с прямым звуком. Для хорошего звучания необходимо, чтобы первые отраженные звуки приходили через промежутки времени, равные 20…35мс.
Характер распределения плотности звуковой энергии 
относится к важным акустическим показателям помещения. При наличии в помещении больших
а) 
б) 
Рис. 1. распространение звука (И – источник, С – слушатель):
а – падение звукового луча на плоскую поверхность; б – отражение от ограничивающих поверхностей помещения.
вогнутых поверхностей (рис 2,а) энергия отзвуков, сконцентрированных в небольшом объеме, может значительно превысить среднее во времени значение плотности звуковой энергии, что ухудшит акустические показатели помещения. Выпуклые поверхности (рис. 2,б) рассеивают отзвуки, способствуя равномерному распределению их энергии.
При акустической обработке помещений и оформлении ее интерьера стремятся применять разные выпуклые поверхности, способствующие образованию диффузного звукового поля. В таком поле средние во времени значения плотности звуковой энергии одинаковы во всех точках помещения за исключением небольшого пространства, в котором преобладают прямые звуки источника звука.
Если в помещении выключить источник звуковой энергии, то будет слышен постепенно затухающий звук. Постепенное затухание звука называется реверберацией, а промежуток времени, в течение которого звуковая энергия уменьшается в 106 раз, что соответствует снижению уровня звука на 60 дБ, называется стандартным временем реверберации или просто временем реверберации. График реверберационного процесса в помещении приведен на рис. 3
Время реверберации в помещении может быть рассчитано по формуле Эйринга
,
где V – объем помещения, а S – суммарная площадь всех поверхностей помещения, м2.
;
средний коэффициент звукопоглощения в помещении; 
, 
,…, 
- коэффициенты звукопоглощения поверхностей, имеющих площади, равные соответственно 
, 
,…, 
.
Как видно из (3), время реверберации прямо пропорционально объему студии и обратно площади ограничивающих поверхностей. При увеличении коэффициента
а) 
б) 
Рис. 2. Отражение звука от поверхностей: а – вогнутых; б – выпуклых
Рис. 3. График реверберационного процесса в помещении
поглощения время реверберации уменьшается. Изменяя значения V, S, и 
, можно получить требуемое время реверберации в студии. Качество звучания в значительной степени зависит от времени реверберации. Так при большом значении Т слоги речи сливаются между собой и речь становится неразборчивой. При малом времени реверберации хуже звучит музыка, ее звучание становится обедненным.
Опытами установлено, что существует некоторое оптимальное время реверберации 
, при котором звучание речи или музыки воспринимается наиболее естественно. В справочниках обычно приводится для частоты 500Гц. Существует частотная зависимость оптимального времени реверберации, определяемая назначением студии. Она обеспечивается специальной акустической обработкой помещения.
Общая звуковая энергия в каждой точке помещения складывается из энергии прямого звука и энергии суммы отзвуков (см. рис. 1,б). В зависимости от расстояния между слушателем и источником звука меняется соотношение между энергиями прямого звука и отзвуков. Отношение плотности энергии отзвуков 
к плотности энергии прямого звука 
называется акустическим отношением 
. Изменяя акустическое отношение в одном и том же помещении, можно менять ощущаемое слушателем время реверберации или так называемую эквивалентную реверберацию. На далеких расстояниях от источника звука (т.е. при большом R) энергия звука в основном будет состоять из энергии отзвуков и воспринимаемая слушателем эквивалентная реверберация будет близка к реверберации помещения. На близких расстояниях преобладают прямые звуки (R мало) и время реверберации уменьшается. Это обстоятельство, как показано ниже, при организации вещательных передач позволяет искусственно менять время эквивалентной реверберации, ощущаемое слушателем.
Студии звукового и телевизионного вещания
Акустическая обработка студии. Студией называется акустически обработанное помещение, предназначенное для создания различных вещательных передач. Это музыкальные и речевые передачи в студии звукового вещания и зрелищные с соответствующим звуковым сопровождением – в телевизионной.
Студии звукового вещания делятся на большие, средние и малые концертные (музыкальные), речевые и литературно-драматические студии. Студии телевизионного вещания (телестудии) делятся на такие же типы студий, но вместо литературно-драматических имеется комплекс постановочных студий с высотой потолков не менее 10…12 м для возможности установки и смены декораций.
С архитектурной точки зрения наиболее удобной формой студии является прямоугольная с соотношением длины 
, ширины 
и высоты 
, отвечающим условию 
при 
. Определив требуемый объем студии 
, нетрудно вычислить ее линейные размеры. Так как, то
, 
, 
.
Рекомендуется придерживаться этих соотношений с точностью 
10% при проектировании студий звукового вещания и 15% при проектировании телевизионных студий. Объем и площадь пола студии определяется числом исполнителей, которые могут в ней разместиться и характером исполняемых ими произведений. Каждая студия должна иметь оптимальные акустические характеристики. Для обеспечения требуемого оптимального времени реверберации необходимо предусмотреть специальную акустическую обработку внутренних поверхностей студии. Стены, пол и потолок студии покрывают звукопоглощающими материалами. Рассмотрим несколько типовых поглотителей, применяемых при обработке студий.
Пористый поглотитель. К этому типу поглотителя относятся пористые щиты, основой которых являются пемза, минеральная вата, асбест, древесное, стеклянное и капроновое волокна. К пористым поглотителям относятся различные драпировки, ковровые дорожки и ковры, а также штукатурки, состоящие из легкого заполнителя и связывающего вещества. При проникновении звука в пористый материал, состоящий из твердой основы, пронизанной порами, энергия его будет поглощаться вследствие вязкого трения частиц воздуха в порах. Пористый материал имеет максимальное поглощение на высоких частотах и является, таким образом, высокочастотным поглотителем (рис. 4).
Резонансный поглотитель. Поглощение звука на низких частотах обеспечивается резонансными поглотителями. Такой поглотитель в простейшем виде представляет собой больших размеров деревянную раму, прикрепленную к стене и закрытую листом фанеры или металла. Промежуток между фанерой и стеной обычно заполняется пористым поглотителем (минеральным или стеклянным волокнами). Поглощение звуковой энергии будет максимальным на резонансной частоте конструкции. Если фанера с наружной стороны гладкая, то поглощение конструкции на высоких частотах будет малым (Рис. 4.).
Рис. 4. Частотные характеристики коэффициента поглощения звука различными материалами:
1 – ковер на бетонном полу; 2 – фиброакустит в плитах; 3 – резонирующие панели и фанеры; 4 – остекленное окно; 5 – перфорированная конструкция.
Перфорированные конструкции представляют собой фанерные или металлические листы с отверстиями, крепящиеся к стенам или потолку помещения. Изменяя шаг перфорации и ее диаметр 
, толщину листа 
и расстояние от него до стены 
(рис. 4,б), можно в широких пределах менять частотную характеристику коэффициента поглощения.
На рис. 4 (кривая 5) приведена зависимость 
для перфорированной конструкции с параметрами 
мм, 
мм, 
см, 
. Применяя в различных сочетаниях поглощающие материалы, можно обеспечить требуемую частотную характеристику времени реверберации.
Часто в одной и той же студии могут исполняться различные по характеру речевые и музыкальные произведения, требующие создания у слушателей ощущения разных объемов помещения или разной окраски звучания. Этого можно добиться, изменяя время реверберации, что на практике осуществляют изменением акустического отношения в студии или применением устройства искусственной реверберации. Изменяя акустическое отношение, меняют эквивалентную реверберацию в студии, т.е. способствуют возникновению у слушателя ощущения разной реверберации. Для этого располагают микрофоны на разной реверберации. Для этого располагают микрофоны на различных расстояниях от источников звука (исполнителя, оркестрового ансамбля) и переключают их по мере необходимости. Для изменения акустического отношения могут быть использованы микрофоны с регулируемой характеристикой направленности. Изменяя ее, можно в нужном направлении менять соотношение энергии прямого и отраженных звуков, преобразуемых микрофоном, т.е. можно менять эквивалентную реверберации. Эффективным способом увеличения реверберации является применение специальных устройств – искусственных ревербераторов (эхо камеры, листовой или магнитный ревербераторы). При этом используется студия, имеющая небольшое время реверберации. Все эти устройства, несмотря на разное техническое исполнение, выполняют одну задачу – создают последовательность уменьшающихся по уровню сигналов, запаздывающих по отношению к исходному, т.е. имитируют процесс реверберации.
Эхокамера представляет собой помещение с непараллельными стенами, потолком и полом, хорошо отражающими звук. Время реверберации в помещении обычно более 3 с. Исходный сигнал из студии направляется к смесителю и поступает на громкоговоритель, расположенный в эхокамере. Отраженные от поверхностей эхокамеры звуки, характеризующие реверберационный процесс, воспринимаются микрофоном. Обогащенный реверберацией сигнал направляется к смесителю для подмешивания к исходному вещательному сигналу.
Листовой ревербератор. Это устройство представляет собой стальной лист СЛ (один из вариантов ревербератора имел размеры 1х2 м и толщину 0,5мм), вертикально укрепленный с помощью амортизаторов за углы на раме из стальных труб. Колебания листа возбуждаются электродинамической системой, подобной системе, применяемой в электродинамическом громкоговорителе прямого излучения. Напряжение звуковой частоты подается в звуковую катушку возбудителя (В) с выхода мощного усилителя. Изгибные колебания листа преобразуются с помощью пьезоэлектрического звукоснимателя (ПЗ), плотно прилегающего к листу на некотором расстоянии от возбудителя. Возбудитель и ПЗ располагаются с одной стороны листа, с другой стороны размещается рама со звукопоглотителем (ЗП). Меняя расстояние от ЗП до листа, акустически демпфируют изгибные колебания, позволяющее менять время реверберации от 0,2 до 5с. Схема подключения листового ревербератора к вещательному каналу аналогична схеме подключения эхокамеры.
Магнитный ревербератор. Сигнал, записанный на магнитную ленту, последовательно воспринимается несколькими головками воспроизведения (ГВ). Задержка сигнала во времени на выходе каждой головки определяется скоростью движения магнитной ленты и увеличивается по мере удаления ГВ от ГЗ. Схема подключения магнитного ревербератора к вещательному каналу аналогична схеме подключения эхо комнаты и листового ревербератора. С помощью регуляторов уровня, установленных в каждом канале воспроизведения, устанавливают такие уровни сигналов, чтобы их значения уменьшались с постом порядкового номера канала воспроизведения.
При суммировании этих сигналов получают результирующий сигнал, подобный реверберирующему. Однако четырех каналов воспроизведения зачастую оказывается недостаточно, чтобы образовать сигнал, близкий по параметрам к реверберирующему. Чтобы не увеличивать числа каналов, что экономически нецелесообразно, применяют отрицательную обратную связь, для чего сигналы с одного или нескольких каналов воспроизведения подмешивают к исходному сигналу в канале записи.
Изменяя регуляторами уровня соотношения сигналов на выходе каналов воспроизведения, можно менять время реверберации от 0,5 до 5с.
При проектировании студий звукового или телевизионного вещания большое внимание обращается на изоляцию ее от посторонних шумов, или на звукоизоляцию. Уровень шума в студии должен быть намного ниже минимальных уровней акустического сигнала. Посторонние шумы проникают в студию снаружи из-за звукопроводности пола, стен, потолка.
Обычно РД и телецентры размещаются в части города с более низким уровнем транспортного шума. Для обеспечения малой звукопроводимости стен, кровля и междуэтажные перекрытия студии выполняются из материалов, обладающих достаточно высокой звукоизоляцией. Малая звукопроводность дверей обеспечивается тем, что они делаются массивными и многослойными, а в местах входов и выходов оборудуется специальные тамбуры, обработанные изнутри звукопоглощающим материалом. По этой же причине наружные окна в студии отсутствуют и освещение студии является искусственным. Вентиляционные системы снабжаются специальными глушителями. Чтобы препятствовать проникновению шумов, попадающих через корпус здания, студия часто строится на отдельном фундаменте. Смотровые окна, соединяющие студию с аппаратной и служащие для наблюдения за ходом передачи и работой артистов и обслуживающего персонала, выполняются из нескольких стекол разной толщины, укрепленных каждое в своей раме.
Характеристика студий. Концертные (музыкальные) студии предназначены для создания передач симфонической, камерной, эстрадной музыки и вокала. Большие концертные студии используются для передачи симфонической музыки, исполняемой большим составом оркестра (100 и более). В малых концертных студиях исполняются музыкальные произведения, требующие небольшого по составу оркестра (30…35 человек). Частотная зависимость для концертных студий должна быть равномерной, но может иметь некоторый подъем на низкий частотах: 
. Звукопоглощающие материалы, обеспечивающие требуемую частотную характеристику , располагают на поверхности стен и потолка. В концертных студиях стремятся обеспечить высокую степень диффузности поля. Для этого на потолке и стенах дополнительно устанавливают звукорассеивающие материалы и конструкции. Объемные рассеивающие плиты, размещенные на стенах, объемные рассеивающие элементы разной геометрической формы и размеров выполнены из древесно-стружечных плит. Разные размеры звукорассеивающих элементов позволяют достичь диффузности звукового поля во всем спектре частот. Дополнительное рассеяние звука над сценической площадкой может обеспечиваться выпуклыми конструкциями, подвешенными на тросах.
Литературно-драматические студии объединяют в блок студий (ЛДБ). В программах вещания большой объем составляют радиопостановки пьес и художественная проза. Такие передач и называют литературно-драматическими. Звуковой материал этих передач обычно включает диалоги актеров, музыкальные или вокальные отрывки, дикторский текст, а также разные шумы, характеризующие обстановку происходящего действия. Литературно-драматический блок обычно состоит из основной (их может быть несколько), заглушенной и гулкой студий и общей аппаратной. Основная студия предназначена для той части передач, где актеры действуют в сценических условиях, соответствующих обстановке обычного помещения. Чтобы обеспечить высокую разборчивость речи, время реверберации выбирается в пределах 0,5…0,6с. Заглушенная студия предназначается для сцен, где действие происходит на открытом воздухе. Требуемое время реверберации, соответствующее этой акустической обстановке, составляет 0,2…0,25с. Гулкая студия используется для постановки сцен, происходящих в помещениях с повышенной гулкостью: на вокзале, в спортзале, в подвале. В таких студиях время реверберации на средних частотах выбирается в пределах 3…3,5с. Для повышения диффузности звукового поля гулкой студии придают непрямоугольную форму.
Речевые студии предназначены для организации передач дикторского текста и представляют собой помещения небольшого объема: 50…100м3. оптимальное время реверберации
. Частотная характеристика времени реверберации должна быть равномерной во всем диапазоне звуковых частот. Допускается спад (до 30%) на нижних и верхних частотах. Соблюдение этих условий обеспечивает высокую разборчивость речи и хорошую передачу индивидуальных особенностей тембра голоса человека.