Podręcznik akustyki / F. Alton Everest, Ken C. Pohlmann.

Podręcznik akustyki / F. Alton Everest, Ken C. Pohlmann. - wyd. 5. –
Katowice, 2013
Spis treści
O autorach
19
Wstęp
21
Rozdział I
Podstawowe informacje o dźwięku
Fala sinusoidalna
Dźwięk w ośrodku
Ruch cząsteczek
Rozchodzenie się dźwięku
Prędkość dźwięku
Długość fali i częstotliwość
Harmoniczne
Faza
Tony składowe
Oktawy
Pojęcie widma
Analogie elektryczne, mechaniczne i akustyczne
23
24
25
26
27
29
31
З3
34
37
37
40
44
Rozdział II
Poziom głośności dźwięku a decybele
Stosunek a róŜnica
Wartości liczbowe
Logarytmy
Decybele
Poziomy odniesienia
Porównanie postaci logarytmicznej i wykładniczej
Moc akustyczna
Korzystanie z decybeli
Pomiar poziomu ciśnienia akustycznego
Pomiary fali sinusoidalnej
47
47
48
50
50
53
55
56
57
62
63
Rozdział III
Dźwięk w polu akustycznym swobodnym
Pole akustyczne swobodne
Rozchodzenie się dźwięku
NatęŜenie akustyczne w polu akustycznym swobodnym
Ciśnienie akustyczne w polu akustycznym swobodnym
67
67
68
69
70
Pola akustyczne w przestrzeniach zamkniętych
Półkolista propagacja fal
73
74
Rozdział IV
Odbieranie dźwięków
Czułość ucha
Budowa ucha ludzkiego
Ucho zewnętrzne
Kierunkowość odbioru dźwięku — ćwiczenie
Przewód słuchowy
Ucho środkowe
Ucho wewnętrzne
Stereocilia
Głośność a częstotliwość
Regulacja głośności
Obszar słyszalności
Głośność a poziom ciśnienia akustycznego
Głośność i szerokość pasma
Głośność impulsów
Zmiany głośności
Wysokość dźwięku a częstotliwość
Doświadczenie z wysokością dźwięku
Brakująca składowa podstawowa
Barwa dźwięku a widmo
Lokalizacja źródeł dźwięku
Lokalizacja za pomocą pary uszu
Prawo dźwięku bezpośredniego
Efekt Franssena
Efekt pierwszeństwa
Percepcja dźwięku odbitego,
Efekt cocktail party
Nieliniowość słuchowa
Subiektywność i obiektywność
Głuchota zawodowa i wynikająca ze sposobu spędzania wolnego czasu
Podsumowanie
77
78
79
80
80
81
82
85
86
87
90
90
92
94
97
99
99
101
101
101
102
105
106
106
107
109
112
112
114
114
116
Rozdział V
Sygnały, mowa, muzyka i szum
Spektrograf akustyczny
Mowa
Narząd głosu
Powstawanie głosek dźwięcznych
Powstawanie głosek bezdźwięcznych
Zakres częstotliwości mowy
Kierunkowość mowy
119
119
122
124
124
125
126
127
Muzyka
Instrumenty strunowe
Instrumenty dęte
Nieharmoniczne tony składowe górne
Zakres dynamiczny mowy i muzyki
Moc mowy i muzyki
Zakres częstotliwości mowy i muzyki
Obszar słyszalności mowy i muzyki
Szum
Pomiary szumu
Szum losowy
Szum biały i róŜowy
Zniekształcenia sygnału
Zniekształcenia harmoniczne
Rezonans
Filtry
128
128
129
130
131
132
133
133
136
137
138
139
142
143
146
148
Rozdział VI
Odbicia dźwięku
Odbicia zwierciadlane
Echa łopoczące
Podwojenie ciśnienia przy odbiciu
Odbicia od powierzchni wypukłych
Odbicia od powierzchni wklęsłych
Odbicia od powierzchni parabolicznych
Galerie szeptów
Fale stojące
Odbicia dźwięku od dwóch powierzchni prostopadłych do siebie reflektor kątowy
Średnia droga swobodna
Percepcja odbić dźwięku
Pojedyncze odbicia
Percepcja przestrzenności, obrazu dźwiękowego i echa
Wpływ kąta padania, rodzaju sygnału i widma na słyszalność odbić
160
161
162
163
164
166
Rozdział VII
Dyfrakcja
Propagacja i dyfrakcja czoła fali
Dyfrakcja a długość fali
Dyfrakcja dźwięku na przeszkodzie
Dyfrakcja dźwięku na otworach
Dyfrakcja dźwięku na szczelinie
Dyfrakcja na soczewce dźwiękowej
Dyfrakcja wokół ludzkiej głowy
Dyfrakcja na krawędzi obudowy głośnika
169
169
170
170
174
175
175
177
177
153
153
155
156
156
157
158
159
160
Dyfrakcja na róŜnych obiektach
180
Rozdział VIII
Refrakcja dźwięku
Natura refrakcji
Refrakcja dźwięku w ciałach stałych
Refrakcja dźwięku w atmosferze
Refrakcja dźwięku w pomieszczeniach zamkniętych
Refrakcja dźwięku w oceanie
181
182
183
184
188
189
Rozdział IX
Rozpraszanie dźwięku
Doskonale rozproszone pole akustyczne
Ocena rozproszenia w pomieszczeniu
Pomiary stanu ustalonego
Nierównomierności (dudnienia) charakterystyki czasu pogłosu
Zanik poziomu dźwięku o charakterze wykładniczym
Jednorodność przestrzenna czasu pogłosu
Nieregularności geometryczne
Pojedyncze elementy pochłaniające
Powierzchnie wklęsłe
Powierzchnie wypukłe - przestrzenny ustrój dźwiękochłonny
Powierzchnie płaskie
191
192
192
193
194
195
197
200
200
202
203
204
Rozdział X
Filtr grzebieniowy
Czym jest filtr grzebieniowy?
Superpozycja dźwięku
Sygnały tonalne i filtry grzebieniowe
Łączenie sygnałów muzyki i mowy
Łączenie dźwięku bezpośredniego i odbitego
Filtry grzebieniowe i pasma krytyczne
Filtry grzebieniowe przy odtwarzaniu wielokanałowym
Odbicia i przestrzenność
Filtry grzebieniowe w sygnale mikrofonu stereofonicznego
Filtry grzebieniowe w praktyce: sześć przykładów
Ocena wpływu efektu filtru grzebieniowego
205
205
206
207
209
210
215
217
217
218
218
224
Rozdział XI
Pogłos
Narastanie dźwięku w pomieszczeniu
Zanik dźwięku w pomieszczeniu
Model narastania i zanikania dźwięku
Obliczanie czasu pogłosu
Wzór Sabinea
227
228
230
230
231
233
Wzór Eyringa i Norrisa
Pochłanianie przez powietrze
Pomiar czasu pogłosu
Impulsowe źródła dźwięku
Źródła stałe
Sprzęt pomiarowy
Przebieg pomiarów
Pogłos i drgania normalne
Analiza przebiegu czasu zaniku poziomu dźwięku w pomieszczeniu
Zmienność zanikania drgań własnych
Efekt częstotliwości
Charakterystyka pogłosu
Zmiany czasu pogłosu w zaleŜności od lokalizacji
Tempo tłumienia i pole pogłosowe
Przestrzenie akustycznie powiązane
Przestrzenie powiązane elektroakustycznie
Eliminowanie fluktuacji tłumienia
Wpływ pogłosu na mowę
Wpływ pogłosu na muzykę
Optymalny czas pogłosu
Wzrost niskich tonów w czasie pogłosu
Opóźnienie pierwszego odbicia
Czas pogłosu pomieszczenia mieszkalnego
Sztuczny pogłos
Obliczenia pogłosu
Rozdział XII
Pochłanianie dźwięku
Rozpraszanie energii dźwiękowej
Współczynnik pochłaniania dźwięku
Metoda pomiaru współczynnika pochłaniania w warunkach pola
pogłosowego
Pomiar w rurze Kundta
Metoda krótkich impulsów tonowych
MontaŜ materiału pochłaniającego
Porowatość a pochłanianie średnich i wysokich częstotliwości
Materiały izolacyjne z włókna szklanego
Włókno szklane - płyty
Włókno szklane - płytki akustyczne
Wpływ grubości materiału dźwiękochłonnego
Wpływ pustki powietrznej za materiałem dźwiękochłonnym
Wpływ gęstości materiału pochłaniającego
Pianki o porach otwartych
Zasłony jako materiały pochłaniające dźwięk
Dywan jako materiał pochłaniający dźwięk
235
236
237
237
238
239
240
241
243
244
247
247
249
250
251
251
252
252
254
255
258
260
260
262
264
269
269
271
273
274
278
278
280
282
284
284
285
286
287
287
288
292
Wpływ rodzaju wykładziny na pochłanianie
Wpływ podkładu wykładziny na pochłanianie
Współczynniki pochłaniania dźwięku wykładzin
Pochłanianie dźwięków przez ludzi
Pochłanianie dźwięku w powietrzu
Przeponowe ustroje dźwiękochłonne
Przestrzenne ustroje dźwiękochłonne
Konstrukcja ustrojów przestrzennych
Pułapka basowa - pochłanianie w zakresie niskich częstotliwości
spowodowane rezonansem
Rezonatory Helmholtza
Perforowane płyty dźwiękochłonne
Listwowe ustroje dźwiękochłonne
Lokalizacja materiałów
Czas pogłosu rezonatorów Helmholtza
ObniŜanie drgań własnych pomieszczenia za pomocą ustrojów
dźwiękochłonnych
Zwiększanie czasu pogłosu
Moduły
Rozdział XIII
Rezonanse drgań własnych
Wczesne doświadczenia i przykłady
Rezonans w rurze
Odbicia w pomieszczeniu
Rezonans między dwiema ścianami
„Obszary" częstotliwości
Równanie rezonansów pomieszczenia
Obliczanie rezonansów - przykład
Weryfikacja doświadczalna
Tłumienie drgań własnych
Szerokość pasma rezonansu
Wykresy ciśnienia drgań własnych
Gęstość drgań własnych
Odstęp między drganiami własnymi i „zakolorowania" dźwięku
Słyszalność zakolorowań
Optymalny kształt pomieszczenia
Kryterium Bonella
Zmiana kąta powierzchni w pomieszczeniu
Pomieszczenia o kształcie róŜnym od prostokąta
Kontrolowanie problematycznych drgań własnych
Uproszczona analiza rezonansów osiowych
Podsumowanie
Rozdział XIV
293
294
296
297
298
299
305
307
308
310
314
318
321
321
323
325
325
329
330
331
334
336
337
340
342
345
347
351
354
358
359
360
361
366
367
367
370
371
373
Dyfuzor (rozpraszacz) Schroedera
Część badawcza
Dyfuzory RPG — Reflection-Phase Grating (bazujące na siatkach
zmieniających fazę odbicia)
Dyfuzory oparte na sekwencji residuum kwadratowego
Dyfuzory oparte na sekwencji pierwiastka pierwotnego
Działanie dyfuzorów opierających się na siatce dyfrakcyjnej
Zastosowania dyfuzorów RPG
Rozwiązywanie problemów z „drŜeniem" dźwięku
Zastosowanie fraktali
Rozpraszanie w trzech wymiarach
Betonowe bloki akustyczne
Pomiar skuteczności rozpraszania
Porównanie „siatek" z rozwiązaniami konwencjonalnymi
375
375
377
378
380
382
386
390
391
394
395
396
399
Rozdział XV
Zmienne warunki akustyczne
Zasłony
Regulowane panele - pochłanianie
Panele na zawiasach
Panele z Ŝaluzjami
Regulowane panele pochłaniające i rozpraszające dźwięk
Zmienne urządzenia rezonansowe
Obracanie elementów
Moduły przenośne
401
401
403
405
405
406
408
410
411
Rozdział XVI
Zakłócenia
Metody obniŜania poziomu hałasu
Hałas przenoszony drogą powietrzną
Izolacyjność akustyczna
Wpływ masy i częstotliwości
Efekt koincydencji
Rozdział mas
ZłoŜone przegrody
Materiały porowate
Klasyfikacja STC
Porównanie konstrukcji ścian
Okna dźwiękoszczelne
Drzwi dźwiękoszczelne
Hałas przenoszony przez konstrukcję
Hałas przenoszony przez drgania
Podłogi pływające
Ściany i sufity z warstwą izolacji przeciwdźwiękowej
Hałas a rezonans w pomieszczeniu
417
418
419
420
421
423
424
425
426
428
430
432
434
436
437
438
441
441
Normy i wymagania w zakresie hałasu
442
Rozdział XVII
Kontrola hałasu systemu wentylacyjnego
Wybór wskaźnika oceny hałasu
Szum wentylatora
Hałas i drgania urządzeń
Prędkość powietrza
Tłumienie „naturalne"
Wykładzina w kanale
Tłumiki absorpcyjne
Gotowe tłumiki fabryczne
Tłumiki refleksyjne
Tłumik rezonansowy
Lokalizacja kanału
Stowarzyszenie ASHRAE
Aktywne tłumienie hałasu
Kilka porad praktycznych
445
446
451
452
455
457
458
459
460
460
462
462
463
464
464
Rozdział XVIII
Akustyka pomieszczenia odsłuchowego
Charakter odtwarzanego dźwięku
Akustyka małego pomieszczenia
Rozmiar i proporcje pomieszczenia
Czas pogłosu
Kwestie niskich częstotliwości
Zakolorowania
Sterowanie rezonansami drgań własnych
Pułapki basowe w pomieszczeniach odsłuchowych
Kwestie częstotliwości średnio-wysokotonowych
Identyfikacja i adaptacja akustyczna punktów odbicia
Odbicia poprzeczne - kontrola przestrzenności
Lokalizacja głośników
467
468
470
470
471
472
476
476
476
478
482
484
484
Rozdział XIX
Akustyka małego studia nagraniowego
Wymagania w odniesieniu do hałasu otoczenia
Charakterystyka akustyczna studia
Dźwięk bezpośredni i pośredni
Rola adaptacji akustycznej pomieszczenia
Drgania własne pomieszczenia i jego objętość
Analiza rezonansu dla róŜnych rozmiarów pomieszczeń
Czas pogłosu
Pogłos w małych pomieszczeniach
Optymalny czas pogłosu
487
488
489
489
490
491
492
494
495
495
Rozpraszanie
Hałas
Przykład projektu studia
Zakładana chłonność
Proponowana adaptacja pomieszczenia
496
497
497
498
499
Rozdział XX
Akustyka w reŜyserce
Opóźnienie pierwszego odbicia
Część niewytłumiona - część wytłumiona
Odbicia a rozpraszanie
Rezonanse niskotonowe w reŜyserce
Opóźnienie pierwszego odbicia w praktyce
Lokalizacja głośnika i rozchodzenie się odbić
ReŜyserka ze strefą pozbawioną odbić
Zakres częstotliwości w reŜyserce
Zewnętrzna i wewnętrzna konstrukcja reŜyserki
505
506
508
509
511
513
515
516
518
519
Rozdział XXI
Pomieszczenia do obróbki audiowizualnej
Warunki projektowania
Adaptacja pomieszczenia
Przykład miejsca pracy
Ocena rezonansów pomieszczenia
Kontrola nad rezonansami pomieszczenia
Obliczenia pochłaniania
Propozycja adaptacji
Specjalistyczna adaptacja
Problemy z dźwiękiem w kabinie spikera
Pole tłumione i nietłumione
Pierwsze odbicia
Wytłumienie jednej części studia
521
521
522
522
524
524
524
525
527
528
528
529
530
Rozdział XXII
Akustyka duŜych sal
Najistotniejsze kryteria w projektowaniu
Kontrola pogłosu i echa
Sale słuŜące do odbioru mowy
Objętość
Geometria sali
Pochłanianie
Sufit, ściany i podłoga
Zrozumiałość mowy
Częstotliwości i czas trwania mowy
Metody subiektywne
533
534
535
538
538
538
540
541
542
542
543
Metody analityczne
Projektowanie akustyczne sali koncertowej
Pogłos
Klarowność
Przejrzystość
Wzmocnienie
Liczba miejsc siedzących
Objętość
Przestrzenność
Pozorna szerokość źródła
Początkowe opóźnienie
Stosunek tonów niskich i ciepłe brzmienie
Projekt architektoniczny sali koncertowej
Balkon
Sufit i ściany
Podłoga nachylona
Analiza obrazu pozornego źródła
Procedura projektowania sali
Przykładowe rozwiązania
544
545
546
546
547
547
548
549
549
549
550
550
551
551
552
553
554
556
556
Rozdział XXIII
Zniekształcenia akustyczne
Zniekształcenia akustyczne i odbiór dźwięków
Źródła zniekształceń akustycznych
SprzęŜenie drgań własnych pomieszczenia
Interferencje między głośnikiem a powierzchniami otaczającymi
Filtr grzebieniowy
Rozpraszanie
Pomiary rozpraszania
Metody projektowania
561
561
562
562
563
565
570
572
574
Rozdział XXIV
Oprogramowanie do pomiarów akustyki pomieszczenia
Pomiary akustyczne
Podstawowa aparatura pomiarowa
Techniki pomiarowe TDS (time-delay spectrometry)
Techniki pomiarowe MLS
Program ETF firmy AcoustiSoft
Pomiary charakterystyki częstotliwościowej
Pomiary rezonansów
Pomiary w pasmach węŜszych od oktawy
Pomiary krzywej zaleŜności energii od czasu
Czas pogłosu
577
578
579
580
584
585
589
595
596
598
603
Rozdział XXV
Optymalizacja pomieszczenia
Drgania własne
Interferencje między głośnikiem a powierzchniami otaczającymi
Optymalizacja
Teoria działania
Przewidywanie charakterystyki pomieszczenia
Proces optymalizacji
Parametr kosztu
Procedura optymalizacji
Wyniki działania
Konfiguracja stereofoniczna
Zestawy głośnikowe w układzie stereo z dwoma głośnikami
niskotonowymi w kaŜdym zestawie
Kino domowe w systemie 5.1 z dipolowymi głośnikami dźwięku surround
Kino domowe w systemie 5.1 z zestawami satelitarnymi
Subwoofer
Wnioski
605
606
609
610
612
613
618
618
621
624
624
625
628
630
633
635
Rozdział XXVI
Prezentacja dźwięku
Historia modelowania akustycznego
Proces prezentacji akustycznej
Współczynniki rozpraszania
Charakterystyka odbiornika
Przetwarzanie echogramu
Dane modelu pomieszczenia
Odwzorowanie modelu pomieszczenia
Odtwarzanie binauralne
Podsumowanie
637
638
642
642
644
644
648
651
654
656
Literatura
657
Dodatek
Wybrane współczynniki pochłaniania
673
673
Słownik
675
Index
681
oprac. BPK