Акустическая философия или основополагающие знания по акустической обработке

Первым обязательным условием для формирования акустического резонанса является наличие двух условно параллельных массивных рефлексивных поверхностей. "Условно параллельных" потому, что непараллельность между этой парой отражающих поверхностей примерно до 15 градусов, в силу большой длины НЧ звуковых волн особого значения не имеет.
Вторым обязательным условием для формирования акустического резонанса является следующее условие: рассматриваемый линейный размер комнаты без остатка должен вмещать целое количество полу-волн.
Возьмём, например, линейный размер комнаты 5 м. Поскольку звуковая волна, формирующая основной (базовый) резонансный режим в данном случае, "бьётся" между параллельными стенами (фронтальной и тыловой), ограничивающими этот линейный размер, "туда-сюда" или, вернее, "1/2 волны туда - 1/2 волны сюда", то, следовательно, полная длина этой резонансной звуковой волны будет составлять 5 х 2 = 10 м. Частоту этой волны можно рассчитать, разделив 340 (скорость звука в м./с.) на длину волны (в м.), то есть, 340 : 10 = 34 Гц.
Таким образом, линейному размеру 5 м. соответствует основной резонанс на частоте 34 Гц. с длиной волны 10 м.
Однако, как уже говорилось выше, резонансный режим возникает только в том случае, если расстояние между двумя параллельными массивными рефлексивными поверхностями без остатка вмещает целое количество полуволн (1,2,3,4,5...).
Следовательно, резонанс возникает не только на основной резонансной частоте соответствующего линейного размера, но также и на кратных ей частотах, то есть, на частотах гармоник основного резонанса. Каждая последующая гармоника представляет собой значение, полученное путём умножения значения частоты основного резонанса на число, соответствующее порядковому номеру конкретной гармоники. То есть, для рассматриваемого случая:
- частота основного резонанса (она же является частотой первой гармоники) соответствует 34 Гц.;
- частота второй гармоники, соответственно, 68 Гц. (34 х 2 = 68 Гц.). В данном случае тот же линейный размер вмещает уже не одну, а две полу-волны;
- частота третьей гармоники - 102 Гц. (34 х 3 = 102 Гц.). Тот же линейный размер вмещает уже три полу-волны;
- частота четвёртой - 136 Гц. (34 х 4 = 136 Гц.). В том же самом линейном размере - четыре полуволны.
На практике гармоники выше четвёртого порядка уже не рассматриваются, поскольку не считаются проблемными.
Звуковая волна, подобно синусоиде, состоит из амплитудных пиков (без разницы - направленных вверх или вниз), в которых значения звукового давления максимальны, и точек пересечения с изолинией (нулевой линией), в которых значения амплитуды равны нулю. Соответственно, в пиках синусоиды значения SPL максимальны, а в "0" точках амплитуды синусоиды - минимальны
Непосредственно у отражающих поверхностей (в рассматриваемом случае - поверхностей фронтальной и тыловой стен) значения амплитуды всегда максимальны!
На основной резонансной частоте точка с минимальным значением звукового давления располагается посередине расстояния между двумя пиками, расположенными у поверхности параллельных стен, то есть, по центру комнаты.
А поскольку основная резонансная частота, по сути, является и первой гармоникой, то можно сделать вывод о том, что на основной резонансной частоте и на частотах всех нечётных гармоник (3,5, и т.д.) по центру соответствующего линейного размера комнаты значение звукового давления всегда будет иметь "0" значение.
А вот на частотах чётных гармоник (2,4 и т. д.) по центру соответствующего линейного размера звуковое давление всегда будет иметь максимальное значение.
Понятно что, чем выше порядок гармоники, тем выше её частота. Поэтому в соответствующем линейном размере будет сосредоточено уже большее, чем 2 области с максимумами звукового давления и более, чем 1 область с минимумами звукового давления, поскольку в данном размере уже вмещается не 1/2 длины звуковой волны, а 2,3,4 и т.д. половин длин звуковых волн.
В практическом аспекте важно понимать, что смещаясь, например, от области максимума SPL к области минимума на этой частоте, мы легко можем оказаться в области максимума другой моды этого же линейного размера... Но ведь, на самом деле, помимо этого там же одновременно присутствуют ещё и моды, установившиеся в поперечном (между боковыми стенами) и вертикальном (между полом и потолком) линейных размерах комнаты... .
Но, чем, собственно, отличаются различные моды, одновременно существующие в одном линейном размере комнаты? .
Давайте размышлять вместе .
Возьмём к примеру (для простоты расчётов) линейный размер 5 м. Понятно, что длина волны основного резонанса будет составлять 10 м. (5 х 2), то есть, будет соответствовать частоте 34 Гц. (340 : 10). Соответственно, в данном линейном размере также будут присутствовать и моды с частотами: 68, 102, 136 Гц. и т.д. с длинами волн, соответственно: 5, 3,3 и 2,5 м. и т.д., являющиеся гармониками основного резонанса с частотой 34 Гц.
Заметьте, что существование всех этих мод обусловлено вполне понятным моментом, а именно, их длины волн кратны значению линейного размера комнаты .
Тогда, что же мешает, например, второй или, скажем, третьей, или, допустим, четвёртой гармоникам существовать автономно, то есть, вне зависимости от первой гармоники, суть, основного резонансного режима? Получается - ничего, поскольку каждый из перечисленных резонансных режимов устанавливается вполне самостоятельно в соответствии с законами акустической физики. И ярким тому доказательством является "флаттер", являющийся, с моей точки зрения, одной из высших гармоник комнатных резонансов, только происходящий на СЧ... .
Поясню. В случае сложного широкополосного музыкального сигнала, захватывающего спектр всех гармоник, естественно, будут возбуждаться резонансные режимы на всех гармонических частотах. А, если, например, звуковой сигнал достаточно узкополосный и захватывает только частоту, скажем второй моды, то, логически, он будет возбуждать исключительно резонанс на частоте 68 Гц. .
Однако, это слишком упрощённый, чисто теоретический, подход... На самом деле, при, так сказать, изолированном возбуждении одной из гармоник в реальных условиях, параллельно таки "заводятся" и "родственные" резонансные режимы, но соотношение между их интенсивностью (амплитудами) будут отличаться от традиционного, типа: первая гармоника - самая мощная, вторая - чуть слабее..., а последняя - самая слабая... То есть, конкретно в данном случае, самой интенсивной будет уже вторая гармоника (но эта картина также во многом зависит от соотношения линейных размеров комнаты...) .
Таким образом, концептуально, гармоники являются относительно независимыми друг от друга .