Со звуками на открытом воздухе звукорежиссеру приходится сталкиваться достаточно редко. Обычно художественные программы исполняются в помещениях: студиях, на сценах театров, концертных залов. Акустические свойства помещения существенно влияют на характер звучания исполняемой в нем музыки и речи. 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. При каждом новом отражении часть звуковой энергии звуковой волны поглощается отражающими поверхностями и воздушной средой, а часть ее, в виде частых и убывающих по величине повторений, воздействует на слух, накладываясь на основной (прямой) звук и придавая ему привычную для слушателей протяженность и окраску.
Отражения звука от стен помещения: И - источник звука; С - слушатель; 1 - прямой звук; 2 - звук, претерпевший одно отражение; 3 - после двух отражений; 4 - после трех отражений
Таким образом, в помещении, где расположен источник звука, поле звуковых волн формируется из прямой и отраженных волн, образующих так называемое диффузное (рассеянное) звуковое поле. Причем, первые отраженные волны следуют друг за другом дискретно, хотя и с малыми задержками, но с ростом времени в формировании звукового поля начинают принимать участие волны, претерпевшие разное число отражений и имеющих самые различные фазовые соотношения. При этом затухание звука теряет дискретный характер и становится непрерывным, слитным, что поясняется рисунком.
Спад звуковой энергии после выключения источника звука: Т - время стандартной реверберации
Именно звуковые отражения, когда источник звука выключен, поддерживают поле и звук не пропадает мгновенно, а замирает в течение какого-то определенного для данного помещения времени. Такое постепенное замирание звука в помещении, иначе - послезвучание, называется реверберацией. От скорости замирания звука зависит время существования отзвука в помещении, так называемое время реверберации. Это время тем больше, чем меньше звуковой энергии при отражениях поглощается ограничивающими помещение поверхностями и расположенными в нем предметами.
Естественно, что поглощение звука зависит от размеров помещения, свойств материалов, покрывающих стены, потолок и пол, а также от степени заполнения помещения различными предметами. Например, гладкие крашенные маслом стены, застекленные окна, паркет, полированная мебель - хорошие отражатели звука. Энергия звуковых волн при отражении от таких поверхностей теряется в небольших количествах. Наоборот, ковры, мягкая мебель, тяжелые матерчатые драпировки - хорошие поглотители; наличие их в помещении резко сокращает время реверберации.
Гулкие помещения имеют большое время реверберации, в них энергия звуковой волны спадает медленно. В таких помещениях речь теряет разборчивость, музыка звучит более пространственно, расплывчато. В сильно заглушенных помещениях, где поглощение звуковой энергии отражающими поверхностями идет быстро и время реверберации мало, речь и музыка звучат глухо, звук лишается сочности и естественной окраски.
Для сравнения помещений по их акустическим свойствам введено понятие времени стандартной реверберации. Временем стандартной реверберации T называется время, которое необходимо для того, чтобы плотность звуковой энергии в помещении после выключения источника звука снизилась до одной миллионной части своей начальной величины, т.е. уменьшилась бы на 60 дБ. Это - первая и основная характеристика акустических свойств помещения. Опыт радиовещания и звукозаписи показал, что лучшее звучание или оптимальное (наиболее выгодное) время реверберации не одинаково для студий разных размеров и различного назначения. Ориентировочно оптимальное время реверберации студии может быть определено по кривой, приведенной на рисунке. Оно равно 0,35 - 0,5 с для речевых дикторских студий малого объема и доходит до 2 с для больших концертных студий.
Кривые зависимости времени оптимальной реверберации от объема студии (для частоты 500 - 1000 Гц
Некоторое уменьшение оптимального времени реверберации для литературно-драматических студий связано с необходимостью сохранения максимальной четкости (разборчивости) текста, которая в известной степени ухудшается при большой реверберации.
Второй важной характеристикой акустических свойств студии является частотная характеристика времени реверберации или зависимость времени стандартной реверберации от частоты звукового сигнала. Энергия колебаний различных частот звукового диапазона поглощаются одними и теми же материалами по-разному. Например, ковры, мягкая мебель, драпировки, да и сами слушатели, заполняющие концертный зал, поглощают энергию более высоких частот сильнее, чем низких. Помещения, в которых преобладают подобные поглотители, будут иметь время реверберации большее на низших звуковых частотах и меньшее на высших. Это приводит к значительному искажению тембра звука. Звучание будет глухим и бубнящим. Студии и концертные залы должны иметь определенную частотную характеристику времени реверберации.
Опыт эксплуатации показывает, что для больших музыкальных студий рекомендуется прямолинейная характеристика времени реверберации в полосе частот от 250 Гц и выше. Даже сравнительно небольшое подчеркивание отдельных частотных областей на этом участке звукового диапазона может весьма неприятно сказаться на тембре исполняемой музыки. Звукорежиссеры в таких случаях говорят, что студия имеет "формантный характер". И лишь на частотах ниже 250 Гц иногда предпочитают небольшой плавный подъем характеристики (на 40-50%). Для речевых студий, площади которых обычно малы, характеристика времени реверберации должна иметь спад в области низших частот. Это необходимо для того, чтобы ослабить резонансные явления, возникающие в помещениях малых объемов, которые на слух воспринимаются как "бубнение" голоса.
При обзоре акустических характеристик студий и концертных залов нельзя обойти вниманием роль ранних дискретных отражений звука и влияние времени запаздывания прихода к слушателю каждой из этих волн по сравнению с прямым звуком. Впечатление слушателя о размерах зала определяется именно этими временами запаздывания. В залах малого размера время запаздывания первого отражения обычно не превышает 20 мс. Звучание здесь воспринимается камерным, интимным. В больших залах задержки первых отражений, еще не успевших в значительной мере потерять свою энергию, больше. Но если при этом они не превышают 50 мс, (при которых уже возникает эффект эха, т.е. повторы слогов слышаться раздельно), то первые отражения, хотя на слух и сливаются с прямым звуком, но тем не менее создают эффект присутствия слушателя в большом помещении.
Иногда в плохих студиях наблюдается очень нежелательный эффект, получивший название порхающего эха или флаттер-эффекта. Флаттер-эффект возникает, когда имеются две параллельные гладкие стены, или потолок и пол, между которыми находится источник звука. В этом случае в точку приема приходят два первых отражения. Если, при этом, разность их путей от ограждающих поверхностей превышает 18 -20 м, то возникает эхо. Оно особенно подчеркивается за счет сдвига фаз, проявляющимися во взаимном усилении или ослаблении звука (интерференции звуковых волн). В результате многократного отражения в точке приема звук периодически усиливается, а на коротких импульсных звуках, в зависимости от частотных компонент эха и интервала между ними, приобретает характер дребезга, тресков или ряда последовательных и затухающих сигналов эха.
При оценке акустических свойств студии, принимают во внимание и еще один ее параметр: диффузность звукового поля. Под диффузностью звука понимают равномерность распределения энергии отраженных волн по всему объему помещения, при котором уровень звуковых волн, приходящих в данный момент из разных направлений, одинаков, а фазы случайны. Для улучшения диффузности при строительстве студий прибегают к расчленению больших отражающих поверхностей полуколоннами круглой или прямоугольной формы, применяют кессонные потолки, подвесные отражатели. Для этих же целей иногда используют непараллельные стены и потолок с полом.