آکوستیک اتاق چیست؟ (بخش سوم)

— پاسخ ضربه —

 تا بدینجا دیدیم که بازتاب‌نگار، نمایشی از بازتاب‌هایی است که به گیرنده می‌رسند. با این‌حال، بازتاب‌نگار نسخه‌ای ساده‌شده از آن چیزی است که در واقعیت رخ می‌دهد. بازتاب‌نگار فقط بازتاب آینه‌ای را نشان می‌دهد، با این فرض که هیچ اختلاف فازی بین آنها وجود ندارد؛ اما در واقعیت، ترکیبی از بازتاب‌های ابتدایی و تأخیری همراه با جذب پیشرونده و پراکنده شدن از تمامی سطوح نموداری پیچیده را شکل می‌دهد که شامل اطلاعات فازی است و آن را «پاسخ-ضربه»[1] می‌نامند.

پاسخ-ضربه مفهومی رایج در انواع سامانه‌های نوسانی است: سامانه‌های الکتریکی، سامانه‌های مکانیکی و غیره. پاسخ-ضربه خواصِ سامانه را، صرف‌نظر از پارامترهای ورودی، توصیف می‌کند. بنابراین، در کلاس درسی که هندسه و مصالح ثابتی دارد، همواره صدای معلم از دیوارها در جهتی یکسان بازتاب می‌یابد که صرف‌نظر از مکان معلم است. این حالت تا جایی صدق می‌کند که دانش‌آموزان در مکانی ثابت برای گوش کردن قرار داشته باشند. برای آنکه به تصویری آکوستیک از اتاق دست یابیم، باید پاسخ-ضربه را در موقعیت‌های مکانی مختلفی از لحاظ منبع-گیرنده ترسیم کنیم.          در زمان اندازه‌گیری، پاسخ-ضربه در هر موقعیتِ مکانی در اتاق برای منبع و گیرنده منحصربه‌فرد است، اما به سطح واقعی صدا وابسته نیست. مهم‌ترین منبع اطلاعات برای تمامی ویژگی‌های صوتی اتاق محسوب می‌شود که تا پیش از این، به آنها اشاره کردیم.

می‌بینیم که پاسخ-ضربه با بازتاب‌نگار شباهت‌هایی دارد؛ بنابراین می‌توان آن را نیز به قسمت‌های ابتدایی و تأخیری تقسیم‌‌بندی نمود. با این‌حال، چون برحسب اندازه‌گیریِ ارتعاشاتِ فشار صدا[2] از طریق میکروفن به‌دست آمده است، اُفت نمایی دارد و هر دو سوی مثبت و منفی محور عمودی را اشغال می‌کند (اطلاعات فازی).

مدت زمان طنین: پربسامدترین پارامتر مورد استفاده در آکوستیک اتاق است. به‌طور تقریبی، مدت زمان اُفت و توقف صدا تا سطحی غیرقابل شنیدن پس از خاموش شدن منبع قوی صداست.پارامترهای صوتی اتاق

 پارامترهای صوتی اتاق را براساسِ انرژی پاسخ-ضربه محاسبه می‌کنند (همان‌طور که در بالا مشاهده کردیم). همچنین، این پارامترها، کمیّت ویژگی‌های مختلف صدا در اتاق را مشخص می‌کنند. اگر کسی از ما بپرسد: «کیفیت صدا در این اتاق چطوره؟» شاید بتوانیم این‌طور پاسخ بدهیم: «خشکه، مرده، غنی، بلند، ماندگاری زیادی دارد، شنیدن صدای دیگران در اینجا سخته، نامفهومه و نظایر این موارد.» می‌توان تمام این قضاوت‌ها را با پارامترهای عینی که پارامترهای صوتی اتاق نام دارند بیان کرد. در دستورالعملِ کاربرانِ برنامۀ ODEON، فهرست کاملی از این مورد دیده می‌شود، اما در زیر به برخی از مهم‌ترینِ این موارد اشاره می‌کنیم:

 رایج‌ترین تجربه در مدت زمان طنین[3] در فضا، مربوط به زمان تشویق کردن است. این حالت به منبع صدای بلندی مربوط می‌شود که تقریباً به‌طور آنی، خاموش و روشن می‌شود و صوتی روبه‌افول از خود بر جا می‌گذارد که تا لحظۀ توقفِ کاملِ آن ، چند ثانیه طول می‌کشد (یا کمتر از چند ثانیه که به اتاق بستگی دارد). مدت زمان طنین می‌تواند اطلاعاتی دربارۀ اندازه و قدرت جذب اتاق در اختیار ما قرار دهد. اتاق‌های بزرگ با سطوح بازتابی صدا، مدت زمانِ طنین طولانی‌تری دارند، در حالی‌که اتاق‌های کوچک با سطوح جاذبِ صدا مدت زمان طنین کوتاهی دارند. مدت زمان طنین اتاق را به‌صورت زمانی تعریف می‌کنیم که پس از خاموش شدن منبع، لازم است تا صوت به 60 دسی‌بِل برسد. این حالت با T₆₀ نمایش داده می‌شود. با وجود این، طی اندازه‌گیری عملیِ مدت زمان طنین، همواره سطح قابل توجهی از سروصدای پس‌زمینه‌ای طی ضبط صدا وجود دارد (صدای محیط، صدای ادوات الکتریکی و غیره) که باعث کاهش بازۀ دینامیکی قابل استفاده تا کمتر از 60 دسی‌بِل می‌شود. بنابراین، طی اندازه‌گیری، مدت زمان طنین را برمبنای بازۀ اُفت کوچکتر محاسبه می‌کنند (10، 20 یا 30 دسی‌بِل) و سپس، زمان به‌دست‌آمده را در ضریبی مناسب ضرب می‌کنند تا زمان برای اُفت تا 60 دسی‌بِل مشخص شود.

در روش‌های اندازه‌گیری مدرن از منبع سروصدا، که باعث نوسان تصادفی در نتایج می‌شود، استفاده نمی‌‌شود. در عوض، پاسخ-ضربه را با منبع-ضربه یا سینوس-روبش[4] و پس از آن، با پردازش مناسبِ سیگنال‌ها اندازه می‌گیرند. اگر توان دومِ پاسخ-ضربه را حساب کنیم، انرژی پاسخ-ضربه به‌دست می‌آید. منحنیِ معکوس انتگرال توان دوم پاسخ-ضربه، منحنی اُفت کاملی برای مکانی واقعی در اتاق محسوب می‌شود؛ زیراکه این منحنی حاصلِ میانگین‌گیری از تعدادِ بیشماری از منحنی‌های نویزِ گسسته است. محاسبۀ مدت زمان طنین از روی منحنی اُفت به سه نوعِ متفاوت از مدت زمان طنین منجر می‌شود. در نمودار زیر، فرایند را مشاهده می‌کنید:

          در زیر به سه نوعِ متداول از مدت زمان طنین اشاره می‌کنیم:

• مدت زمان اُفت ابتدایی[5] حاصل اولین اُفتِ 10دسی‌بل از منحنی معکوس انتگرال اُفت است که خط رگرسیون خطیِ متناسب را بین 0 تا 10- دسی‌بِل اعمال می‌کند. فرض بر خطی بودنِ اُفت است و با توجه به برون‌یابیِ بازۀ 10 تا 60 دسی‌بِل، از ضریب 6 استفاده می‌کنیم. در مثال مذکور، زمان سپری‌شده برای اُفت 10 دسی‌بل، 0.2 ثانیه بود. بنابراین EDT=6*0.2=1.2 s.

مدت‌ زمان اولیه اُفت فقط به اولین بازتاب صدا مربوط می‌شود. اگر منبع صدا پیوسته باشد (مثلاً، سخنرانی یا موزیک)، طنین‌های بسیاری از یک صدا به‌سبب صوت دیگر مخفی می‌مانند و در نتیجه، قسمت تأخیری طنین نامحسوس باقی می‌ماند. ممکن است برای بررسی طنینِ تجربه‌شده از منبعِ پیوستۀ صدا، مدت زمان اُفت ابتدایی پارامتر بهتری نسبت به مدت زمان طنین باشد.

چون صوت مستقیم بر قسمت ابتدایی اُفت چیره است و شیب بیشتری نسبت به دیگر قسمت‌ها دارد، مدت زمان اُفت ابتدایی معمولاً کوتاه‌تر از دیگر انواع مدت زمان طنین است؛

• مدت زمان طنین T₂₀ حاصل اعمال خط رگرسیون متناسب بین 5- دسی‌بل و 25- دسی‌بل و سپس، ضرب بازۀ زمان در 3 است. در مثالِ بالا، T₂₀=3*0.6=1.80s؛
• مدت زمان طنین T₃₀ شبیه مورد بالاست. خط رگرسیون از 5- دسی‌بل تا 35- دسی‌بل پیدا می‌شود و سپس بازۀ زمانی در 2 ضرب می‌گردد. در مثال مذکور، T₃₀=2*0.93=1.86s.

شفافیت: وضوح شنیدن کلام یا موزیک توسط شنونده را توصیف می‌کند. بازتاب‌های تأخیری باعث تضعیف شفافیت صدا می‌شوند. بنابراین، هرچقدر مدت زمان طنین بیشتر باشد، شفافیت کمتر است.

اندیس انتقال کلام: شبیه شفافیت است و از آن برای توصیف میزان وضوح کلامی که در اتاق منتقل می‌شود و شنونده آن را دریافت می‌کند استفاده می‌شود. محاسبۀ اندیس انتقال کلام[6] پیچیده‌تر از شفافیت است؛ زیراکه دامنۀ نوسان کلام و سروصدای پس‌زمینه را نیز در نظر می‌گیرد. این پارامتر از صفر (بد) تا 1 (عالی) متغیر است و واحد ندارد. این پارامتر را طبق استاندارد IEC 60268-16 محاسبه می‌کنند.

فرق آکوستیک اتاق و آکوستیک بنا چیست؟

آکوستیک اتاق، توصیف انواع پدیده‌های صوتی در فضایی بسته است؛ اما آکوستیک بنا[7] چگونگی انتقال از یک فضا به فضایی دیگر در بنایی یکسان را توصیف می‌کند. آکوستیک بنا با عایق‌بندیِ صوتی بین دیوارها و عایق ارتعاش بخش‌های مختلف سازۀ بنا ارتباط زیادی دارد. به صدایی که در هوا و از طریق دیوارهای جداکننده منتقل می‌شود «صدای هوابُرد»[8] می‌‌گویند، اما به صدایی که به‌واسطۀ ارتعاشات سازه انتقال می‌یابد «صدای سازه‌بُرد»[9] می‌گویند.

 برنامۀ ODEON اصولاً نرم‌افزاری در ارتباط با آکوستیک اتاق است، اما ابزارهایی اساسی برای پیش‌بینی انتقال هوابردِ صدا از طریق دیوارها در اختیار ما قرار می‌دهد.

[1] Impulse- Response

[2] soundpressure

[3] reverberation time

[4] sine-sweep

[5] Early Decay Time (EDT)

[6] Speech Transmission Index

[7] Building Acoustics

[8] airborne sound

[9] structure-borne

مرجع : https://odeon.dk/learn/articles/room-acoustics

ترجمه : تیم باندل سی جی