Роль начальных отражений

На места слушателей (или в точку расположения микрофона) звук может приходить после отражения от преграды (потолка, стены и пр.). Таких отражений может быть несколько, и при каждом теряется часть энергии звука.

Слух человека обладает инерционностью, т. е. способностью сохранять (накапливать, интегрировать) слуховые ощущения и объединять их в общее восприятие. Инерционность длится

.

Поэтому, складываются все отражённые звуки, достигающие уха в первые 48 мс после возбуждения источником исходного звука. Этому соответствует максимальная разница пути между исходным и последним отражённым звуком, равная

Отражённые звуки, приходящие позднее, воспринимаются как эхо.

А звуки, укладывающиеся в этот промежуток времени, являются полезными, желательными.

Они увеличивают ощущение громкости (силы звука) на

.

Это улучшает качество звучания, придаёт звуку эстетическую "живость", "пластичность", "объемность".

В Научно-исследовательском кинофотоинституте (НИКФИ) под руководством А. И. Качеровича были исследованы начальные отражения звука методом акустического моделирования. Изучалось качество звучания речи и музыки в зависимости от формы, объёма, линейных размеров и размещения звукопоглощающих материалов.

1. Во-первых, очень существенно направление начальных отражений.

Если отражённые звуки поступают к слушателю в том же направления, что и исходный звук, то слух воспринимает звук только как исходный и возникает впечатление "плоского" звука.

Если с исходным звуком складываются хотя бы 3 отражённых, но идущих по разным направлениям, то возникает эффект пространственного звучания, несмотря на то, что нет реверберационного процесса.

Если первое отражение поступает с фронтальной стороны, то звучание ухудшается, а если с тыльной стороны, то ухудшается ещё более резко.

2. Во-вторых, важно время запаздывания начальных отражений (табл. 1.).

Таблица 1.

Тип звука	Время запаздывания
	от потолка Δt1, мс	от боковых стен Δt2, мс	от задней стены Δt3, мс
Речь	10 – 15 (3,3 м – 4,9 м)	15 – 22 (4,95 м – 7,26)	25 – 45 (8,25 м -14,9 м)
Музыка	20 – 30 (6,6 м – 9,9 м)	35 – 50 (11,6 м – 16,5 м)	45 – 70 (14,9 м - 23,1 м)

Для хорошей разборчивости речи запаздывания должны быть сравнительно небольшими. Первый запаздывающий отражённый звук должен быть услышан не позже 10 - 15 мс после прямого, а все три должны занимать интервал времени 25 - 45 мс.

Если помещение предназначено для звучания музыки, необходимо большее время запаздывания начальных отражений (см. табл.): первое отражение должно приходить к слушателю не ранее 20 мс и не позже 30 мс после прямого звука, а все три запаздывающие сигналы должны занимать время 45 - 70 мс.

3. В третьих, наилучший пространственный эффект достигается, если уровни силы звука начальных отражённых волн незначительно отличаются друг от друга и от уровня прямого сигнала.

4. В четвёртых, возникновение отзвука (реверберации) сразу после прямого звука ухудшает качество звучания.

5. При наличии ранних отражений звучание музыки остается хорошим, даже если время отзвука ("реверберации") отличается от рекомендуемого на 10 - 15%.

6. Учёт отражённых звуков выдвигает требование к размерам помещения, к минимальному объёму помещения

.

Замечание: Если необходимо построить небольшой концертный зал, то всё-равно нельзя проектировать высоту и ширину зала перед эстрадой меньше характерных значений, определяемых существованием ранних отражений звука. Однако часто проектируют размеры помещения, исходя из вместимости, т. е. решают задачу чисто экономически, что неправильно.

Полученные результаты дали возможность выработать рекомендации в отношении времени запаздывания и размеров зала:

- минимальная высота концертных залов

- минимальная ширина концертных залов

.

Можно увеличивать высоту и ширину зала на расстоянии от портала сцены (эстрады) примерно 25 %  30 %, т. е. высоту до

,

ширину до

.

Длину зала выбирают, учитывая необходимость получать на самых удаленных слушательских местах достаточную энергию прямого звука. Исходя из этого обстоятельства, рекомендуют выбирать длину зала по партеру не более

,

а по балкону –

.

В таблице 2 приведены итоговые сведения о геометрии некоторых залов, акустические качества которых считаются хорошими. Обозначено: n - вместимость зала, l_пар - наибольшее удаление слушателя от эстрады в партере, l_бал - то же на балконе, Δt₁ –время запаздывания первого отражения.

Таблица 2.

Зал	n, чел	lпар, м	lбал, м	Δt1, мс
Колонный зал Дома союзов, Москва	–	–	–	24 – 28
Большой зал московской консерватории	1900	29	47	21 – 26
Малый зал московской консерватории	400	21	25	21 – 26
Зал Академической капеллы, С-Петербург	–	–	–	25 – 30
Концертный зал, Бостон (…)	2630	40	45	–
Концертный зал, Нью-Йорк (…)	2700	34	45	–
Концертный зал, Зальцбург (…)	2700	34	45	–
Концертный зал, Каракас (…)	2000	28	35	30

Таким образом, минимальные размеры помещения для воспроизведения музыки (высота и ширина) не связаны с его вместимостью, а определяются необходимой структурой начальных отражений звука.

Даже если помещение предназначено для исполнения музыки в отсутствии слушателей (студия звукозаписи, звукового вещания, ателье записи музыки, зал прослушивания киностудии), его размеры должны определяться только качеством звучания музыки. "Экономия" на этих размерах значительно ухудшает качество звучания.