Трасуйте звукові промені через 2D плани концертних залів. Симуляція використовує геометричну акустику (метод променів) для моделювання ранніх відбиттів, обчислення часу реверберації RT60 та візуалізації ехограми — акустичного відгуку приміщення.
На високих частотах звук поводиться як промені. Промені відбиваються від стін за законом відбиття (кут падіння = кут відбиття). Енергія зменшується з кожним відбиттям залежно від коефіцієнта поглинання стін. Послідовність приходів до слухача формує імпульсну характеристику приміщення.
Оберіть форму залу: Прямокутний (Бостон), Віяловий (типовий аудиторіум) або Vineyard (Берлінська філармонія). Перетягуйте джерело (червоне) та приймач (зелений). Налаштуйте поглинання, кількість променів та максимум відбиттів, натисніть «Трасувати».
Воллес Клемент Сабін, батько архітектурної акустики, відкрив що час реверберації пропорційний об'єму приміщення поділеному на загальну площу поглинання: RT60 = 0,161 V / A. Його вимірювання 1895 року в Гарвардському музеї Фогг поклали початок науці акустики приміщень.
Цей інструмент моделює акустику концертного залу за допомогою геометричного трасування променів — того самого високочастотного наближення, що лежить в основі справжніх програм для акустичного проєктування. Точкове джерело випромінює до 360 звукових променів, які відбиваються від стін залу за законом відбиття, втрачаючи енергію при кожному відбитті відповідно до обраного коефіцієнта поглинання. Промені, що проходять у межах 0,8 м від слухача, фіксуються, а зворотне інтегрування Шредера отриманої ехограми дає RT60, чіткість C80 та розбірливість D50 для трьох класичних форм залу.
Звук розглядається як промені, що дзеркально відбиваються від прямих стін, причому їхня енергія множиться на (1 − поглинання) при кожному відбитті. Час приходу обчислюється за швидкості звуку 343 м/с. Енергочасова ехограма зворотно інтегрується (метод Шредера) для оцінки RT60 за нахилом спаду від −5 дБ до −25 дБ, тоді як співвідношення ранньої та пізньої енергії дають C80 (поділ на 80 мс) і D50 (поділ на 50 мс).
Оберіть форму залу кнопками Прямокутний, Віяловий або Vineyard. Клікніть або перетягуйте на плані, щоб розмістити червоне джерело та зелений приймач. Повзунками задайте кількість променів (20–360), поглинання стін (5–80%) та максимальну межу відбиттів (2–30), а потім натисніть «Трасувати», щоб перерахувати промені, метрики та ехограму.
Воллес Клемент Сабін заснував архітектурну акустику 1895 року, вивівши формулу RT60 = 0,161 V / A, де V — об'єм приміщення, а A — загальне поглинання. Бостонський симфонічний зал, прямокутний пресет тут, став першим концертним залом, спроєктованим за його рівняннями, і досі лишається одним із найкращих за звучанням залів у світі.
RT60 — це час реверберації, тобто кількість секунд, за яку звук згасає на 60 децибел після зупинки джерела. Це найважливіша характеристика залу: приблизно від 1,8 до 2,2 секунди підходить для симфонічної музики, тоді як коротший час близько 1 секунди сприяє розбірливості мовлення. Симуляція оцінює його за нахилом кривої спаду Шредера між −5 дБ і −25 дБ, екстрапольованим до −60 дБ.
Джерело випромінює промені, рівномірно розподілені по всьому колу. Кожен промінь перетинається з усіма стінами, щоб знайти найближче влучання, а потім відбивається за законом відбиття (кут падіння дорівнює куту відбиття) відносно нормалі до стіни. Його енергія множиться на одиницю мінус коефіцієнт поглинання при кожному відбитті, а трасування зупиняється, коли досягнуто межі відбиттів або енергія падає нижче 0,1 відсотка.
Обидві величини порівнюють ранній звук із пізнішими відбиттями. C80 (чіткість) — це співвідношення в децибелах енергії, що приходить протягом 80 мс, до тієї, що приходить пізніше, і показує, наскільки виразними будуть музичні деталі. D50 (розбірливість) — це відсоток загальної енергії, що приходить протягом 50 мс, і тісно пов'язаний із розбірливістю мовлення. Вищі значення будь-якої з них означають чіткіший, менш «каламутний» звук.
Це навчальне наближення у двох вимірах. Геометрична акустика чинна для частот, довжина хвилі яких мала порівняно з розмірами залу, тож вона добре передає ранні відбиття та тенденції реверберації, але ігнорує дифракцію, розсіювання на стінах, поглинання повітрям і третій вимір. Справжні інструменти проєктування додають ці ефекти, проте основний метод трасування променів і обчислення RT60, показаний тут, у принципі такий самий.
Геометрія визначає, де і коли відбиття досягають слухача. Прямокутний зал створює сильні бічні відбиття від паралельних стін, яким широко приписують багате відчуття огорнутості залів на кшталт Бостонського та Віденського. Віялова форма розсіює звук назовні, але послаблює ці бічні відбиття, тоді як vineyard огортає слухачів терасованими блоками, розсіюючи енергію з багатьох кутів. Перемістіть джерело та приймач, щоб побачити, як кожне планування змінює ехограму й метрики.