Акустичний Розсіювач: Як Schroeder QRD Розсіює Звук за Фазою

Акустична диффузія проти поглинання

Приміщення часто обладнають звукоізоляційними панелями, які виконують одну з двох суттєво різних функцій. Поглиначальні панелі знижують акустичну енергію, перетворюючи її на тепло за допомогою пористих або резонансних матеріалів – це корисно для контролю надлишкового ревербування та ехо. Дифузори роблять навпаки: вони майже повністю зберігають акустичну енергію, але розсіюють її у багатьох напрямках замість того, щоб відбивати її як єдиний, узгоджений відбиття. Це контролює флітерне ехо та кольорове спотворення за допомогою комбінування без значного зниження звукового тиску, як це роблять важкі поглиначальні панелі.

Шредеровський розсіювач: фаза, а не форма

Інсайт Манфреда Шредера з 1975 року полягав у тому, що для розсіювання звуку не потрібна складна вигнута поверхня — потрібно контролювати фазу відбитого фронту хвилі на поверхні. Квадратична залишкова диффузор (QRD) – це серія вузьких комірок різної, ретельно підібраної глибини, вирізаних у плоску панель; кожна комірка діє як невеликий закритий органічний трубка, відбиваючи звук із фазовою затримкою, встановленою її глибиною. Вибір глибин комірок відповідно до квадратичної послідовності залишків робить таку взаємодію відбитих фронтів, що розсіює енергію у широкому, статистично рівномірному потоці напрямків, а не в одну дзеркальну відбиття.

s_n = n^2 mod N (N просте; класична послідовність QRD) глибина комірки d_n пропорційна s_n, масштабована так, щоб максимальна глибина становила lambda_design / 2 n = 0, 1, 2, ... N-1 (індекс комірки по одному періоду розсіювача) Просте N встановлює як кількість комірок на період, так і, через призначену довжину хвилі, смугу пропускання, в якій розсіювач добре працює — більший N та глибші комірки поширюють продуктивність на нижчі частоти, але це призводить до фізично більш глибокої панелі.

s_n = n^2 mod N            (N prime; classic QRD sequence)
well depth d_n proportional to s_n, scaled so max depth = lambda_design / 2

n = 0, 1, 2, ... N-1  (well index across one period of the diffuser)

Дизайн частотного діапазону

Робочий діапазон QRD обмежений з обох боків геометрією. Нижній межа частоти встановлюється найглибшою ямою: яма ефективно дифрагує лише для довжин хвиль, які порівнянні або коротші за приблизно вдвічі її глибину, тому нижче цієї частоти панель починає поводитися більше як плоский відбивач. Висока межа частоти встановлюється шириною ями: коли довжина хвилі стає малою порівняно з шириною однієї ями, звук починає бачити яму як локально плоску поверхню і дифракція руйнується простим відбиттям. Отже, хороші конструкції QRD обирають ширину ями та максимальну глибину разом, щоб обмежити цільовий октавний або два діапазони частот кімнатної проблеми, найчастіше в межах кількох сотень Гц до кількох тисяч Гц, де найбільш чутні дзеркальні ехо та комбіноване фільтрування.

Вивчення діаграми поляризації енергії

Продуктивність розсіювача зазвичай відображається як діаграма поляризації енергії: надсилають фіксований тестовий сигнал на панель з фіксованого кута та малюють, скільки відбитої енергії приходить в кожному куті навколо півкола. Плоский, високовідбивний панель створює єдину гостру лоб (відбиття), а добре розроблений QRD поширює цю ж енергію на значно більш рівномірний, майже сферичний шаблон без сильної окремої лобу — що точно відповідає візуальному підпису хорошого розсіювання, оскільки жодна позиція прослуховування не отримує надмірно сильного відбитого копію звуку.

Коефіцієнт розсіювання

Для перетворення полярного діаграми на числове значення, що відповідає стандартам акустики приміщення (AES-4id, ISO 17497), визначається нормалізований коефіцієнт розсіювання – показник рівномірного розподілу енергії на виміряних кутах відносно плоскій опорній поверхні. Цей коефіцієнт масштабується від приблизно 0 (вся енергія в одному специкулярному лобі, як у стіни) до близького до 1 (енергія розподілена рівномірно по всіх кутах). Зазвичай він подається у вигляді кривої залежності від частоти, оскільки продуктивність дифузора – обмежена глибиною та шириною добре (як зазначено вище) – ніколи не є однаковою на всіх частотах. Маркетингові специфікації панелей зазвичай недооцінюють величину падіння коефіцієнта за межами їх розрахованого діапазону.

Часті запитання

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте Acoustic Diffuser і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.