Реверберация

	Короткий образец эффекта реверберации Чистый сигнал, за которым следуют различные версии реверберации (с более длительным временем затухания).
Проблемы с воспроизведением этого файла? См. Справку по СМИ .

В психоакустике и акустике реверберация - это постоянство звука после его создания. ^[1] Реверберация, или реверберация , создается, когда звук или сигнал отражаются, вызывая многочисленные отражения, которые накапливаются, а затем затухают, поскольку звук поглощается поверхностями объектов в пространстве, включая мебель, людей и воздух. . ^[2] Это наиболее заметно, когда источник звука останавливается, но отражения продолжаются, их амплитуда уменьшается, пока не будет достигнут ноль.

Реверберация зависит от частоты: длительность затухания или время реверберации требует особого внимания при архитектурном проектировании пространств, которым необходимо иметь определенное время реверберации для достижения оптимальных характеристик для предполагаемой деятельности. ^[3] По сравнению с отдельным эхо , которое обнаруживается минимум через 50–100  мс после предыдущего звука, реверберация - это возникновение отражений, которые приходят в последовательности менее примерно 50 мс. Со временем амплитуда отражений постепенно уменьшается до незаметного уровня. Реверберация не ограничивается внутренними помещениями, поскольку она существует в лесу и других наружных средах, где существует отражение.

Реверберация возникает естественным образом, когда человек поет, говорит или играет на музыкальном инструменте акустически в зале или помещении для выступлений со звукоотражающими поверхностями. ^[4] Звук реверберации часто добавляется электронным способом к вокалу певцов и музыкальным инструментам . Это делается как в системах живого звука, так и в звукозаписях с использованием блоков эффектов . Единицы эффектов, которые специализируются на создании эффекта реверберации, обычно называются реверберацией.

В то время как реверберация обычно добавляет естественности записанному звуку, добавляя ощущение пространства, реверберация может снизить разборчивость речи , особенно когда также присутствует шум. Пользователи слуховых аппаратов часто сообщают о проблемах с пониманием речи в шумных и реверберирующих ситуациях. Реверберация - очень важный источник ошибок при автоматическом распознавании речи . Дереверберация - это процесс уменьшения уровня реверберации звука или сигнала.

Время реверберации [ править ]

Уровень звука в реверберирующей полости, возбуждаемой импульсом, как функция времени (очень упрощенная диаграмма).

Время реверберации - это время, необходимое для «затухания» звука в замкнутом пространстве после того, как источник звука остановился.

Когда дело доходит до точного измерения времени реверберации с помощью измерителя, используется термин T ₆₀ ^[5] (сокращение от Reverberation Time 60 дБ). T ₆₀ обеспечивает объективное измерение времени реверберации. Он определяется как время, необходимое для снижения уровня звукового давления на 60  дБ , измеренное после резкого прекращения генерируемого тестового сигнала.

Время реверберации часто указывается как одно значение, если измеряется как широкополосный сигнал (от 20 Гц до 20 кГц). Однако, поскольку он зависит от частоты, его можно более точно описать в терминах частотных диапазонов (одна октава, 1/3 октавы, 1/6 октавы и т. Д.). Время реверберации, измеренное в узких полосах частот, зависит от частоты и будет отличаться в зависимости от измеряемой полосы частот. Для точности важно знать, какие диапазоны частот описываются измерением времени реверберации.

В конце 19 века Уоллес Клемент Сабин начал эксперименты в Гарвардском университете, чтобы исследовать влияние поглощения на время реверберации. Используя переносной духовой шкаф и органные трубы в качестве источника звука, секундомер и свои уши, он измерил время от прерывания источника до неслышимости (разница примерно 60 дБ). Он обнаружил, что время реверберации пропорционально размерам комнаты и обратно пропорционально количеству присутствующего поглощения.

Оптимальное время реверберации для пространства, в котором воспроизводится музыка, зависит от типа музыки, которая должна воспроизводиться в этом пространстве. Помещения, используемые для речи, обычно требуют более короткого времени реверберации, чтобы речь могла быть понятнее. Если отраженный звук от одного слога все еще слышен при произнесении следующего слога, может быть трудно понять, что было сказано. ^[6] «Кот», «Кэб» и «Кэп» могут звучать очень похоже. С другой стороны, если время реверберации слишком короткое, могут пострадать тональный баланс и громкость. Эффекты реверберации часто используются в студиях для придания звукам глубины. Реверберация изменяет воспринимаемую спектральную структуру звука, но не меняет высоту звука.

Основные факторы, влияющие на время реверберации в комнате, включают размер и форму корпуса, а также материалы, использованные при строительстве помещения. На время реверберации также может влиять любой объект, помещенный в корпус, включая людей и их вещи.

Измерение времени реверберации [ править ]

Исторически время реверберации можно было измерить только с помощью самописца уровня (устройство для построения графиков, которое отображает уровень шума в зависимости от времени на ленте движущейся бумаги). Раздается громкий шум, и по мере того, как звук затухает, на индикаторе уровня появляется отчетливый наклон. Анализ этого наклона показывает измеренное время реверберации. Некоторые современные цифровые шумомеры могут выполнять этот анализ автоматически. ^[7]

Существует несколько методов измерения времени реверберации. Импульс можно измерить, создав достаточно громкий шум (который должен иметь определенную точку отсечки). Источники импульсного шума, такие как холостой выстрел из пистолета или взрыв воздушного шара, могут использоваться для измерения импульсной характеристики комнаты.

В качестве альтернативы, сигнал случайного шума, такой как розовый шум или белый шум, может генерироваться через громкоговоритель, а затем отключаться. Это известно как прерванный метод, а результат измерения известен как прерванный ответ.

Двухпортовая измерительная система также может использоваться для измерения шума, вносимого в пространство, и сравнения его с тем, что впоследствии измеряется в пространстве. Представьте себе звук, воспроизводимый громкоговорителем в комнате. Можно сделать запись звука в комнате и сравнить с тем, что было отправлено в громкоговоритель. Два сигнала можно сравнить математически. Эта двухпортовая измерительная система использует преобразование Фурье для математического определения импульсной характеристики помещения. По импульсной характеристике можно рассчитать время реверберации. Использование двухпортовой системы позволяет измерять время реверберации с сигналами, отличными от громких импульсов. Можно использовать музыку или записи других звуков. Это позволяет проводить измерения в комнате после присутствия публики.

При некоторых ограничениях даже простые источники звука, такие как хлопки в ладоши, могут использоваться для измерения реверберации ^[8]

Время реверберации обычно указывается как время затухания и измеряется в секундах. Может быть или не быть какого-либо указания полосы частот, используемой при измерении. Время затухания - это время, за которое сигнал ослабнет на 60 дБ ниже исходного звука. Часто бывает трудно ввести в комнату достаточно звука, чтобы измерить затухание в 60 дБ, особенно на более низких частотах. Если затухание линейное, достаточно измерить падение на 20 дБ и умножить время на 3 или падение на 30 дБ и умножить время на 2. Это так называемые методы измерения T20 и T30.

Измерение времени реверберации RT ₆₀ определено в стандарте ISO 3382-1 для служебных помещений, стандарте ISO 3382-2 для обычных помещений и ISO 3382-3 для офисов с открытой планировкой, а также в стандарте ASTM E2235.

Концепция времени реверберации неявно предполагает, что скорость затухания звука является экспоненциальной, так что уровень звука регулярно снижается со скоростью такого количества дБ в секунду. В реальных помещениях такое бывает нечасто, в зависимости от расположения отражающих, рассеивающих и поглощающих поверхностей. Более того, последовательные измерения уровня звука часто дают очень разные результаты, так как фазовые различия в возбуждающем звуке накапливаются в заметно разных звуковых волнах. В 1965 году Манфред Р. Шредер опубликовал «Новый метод измерения времени реверберации» в Журнале Американского акустического общества.. Он предложил измерять не мощность звука, а энергию, интегрируя ее. Это позволило показать изменение скорости распада и освободить акустиков от необходимости усреднять многие измерения.

Уравнение Сабина [ править ]

Уравнение реверберации Сабины было разработано в конце 1890-х годов эмпирическим путем . Он установил взаимосвязь между Т ₆₀ комнаты, ее объемом и ее общим поглощением (в сабинах ). Это определяется уравнением:

${\ displaystyle T_ {60} = {\ frac {24 \ ln 10 ^ {1}} {c_ {20}}} {\ frac {V} {Sa}} \ приблизительно 0,1611 \, \ mathrm {s} \ mathrm {m} ^ {- 1} {\ frac {V} {Sa}}}$.

где c ₂₀ - скорость звука в комнате (при 20 ° C), V - объем комнаты в м ³ , S - общая площадь поверхности комнаты в м ² , a - средний коэффициент поглощения поверхностей комнаты, и произведение Sa - полное поглощение в сабинах.

Общее поглощение в сабинах (и, следовательно, время реверберации) обычно изменяется в зависимости от частоты (которая определяется акустическими свойствами пространства). Уравнение не принимает во внимание форму помещения или потери от звука, распространяющегося по воздуху (что важно для больших помещений). Большинство комнат поглощают меньше звуковой энергии в нижних частотных диапазонах, что приводит к увеличению времени реверберации на низких частотах.

Сабина пришла к выводу, что время реверберации зависит от отражательной способности звука от различных поверхностей внутри зала. Если отражение когерентное, время реверберации зала будет больше; звук потребует больше времени, чтобы погаснуть.

Время реверберации RT ₆₀ и объем V помещения имеют большое влияние на критическое расстояние d _c (условное уравнение):

${\displaystyle d_{\mathrm {c} }\approx 0{.}057\cdot {\sqrt {\frac {V}{RT_{60}}}}}$

где критическое расстояние измеряется в метрах, объем измеряется в м³, а время реверберации RT ₆₀ измеряется в секундах .${\displaystyle d_{c}}$${\displaystyle V}$

Коэффициент поглощения [ править ]

Коэффициент звукопоглощения материала - это число от 0 до 1, которое указывает долю звука, поглощаемую поверхностью, по сравнению с долей, которая отражается обратно в комнату. Большое, полностью открытое окно не будет отражать отражения, поскольку любой звук, достигающий его, будет проходить прямо, и никакой звук не будет отражаться. Он имел бы коэффициент поглощения 1. И наоборот, толстый гладкий окрашенный бетонный потолок был бы акустическим эквивалентом зеркала и имел бы коэффициент поглощения, очень близкий к 0.

Реверберация в музыкальной композиции и исполнении [ править ]

Некоторые композиторы используют эффект реверберации в качестве основного звукового ресурса, имеющего сопоставимое значение с сольным инструментом. Например, Полин Оливерос , ^[9] Энрике Мачадо ^[10] и многие другие. Чтобы использовать реверберирующие свойства комнаты, композиторы должны исследовать и исследовать звуковой отклик этого конкретного окружения, который будет влиять и вдохновлять на создание музыкального произведения.

Создание эффектов реверберации [ править ]

Исполнитель или продюсер живой или записанной музыки часто вызывает реверберацию в своем произведении. Было разработано несколько систем для создания или моделирования реверберации.

Камерные ревербераторы [ править ]

Первые эффекты реверберации, созданные для записей, использовали реальное физическое пространство как естественную эхо-камеру . Динамик будет воспроизводить звук, а затем микрофон будет забрать его снова, включая эффекты реверберации. Хотя это все еще распространенная техника, для нее требуется отдельная звукоизолированная комната, а изменить время реверберации сложно.

Пластинчатые ревербераторы [ править ]

В пластинчатой ​​реверберационной системе используется электромеханический преобразователь , похожий на динамик в громкоговорителе, для создания вибрации в большой пластине из листового металла . Движение пластины улавливается одним или несколькими контактными микрофонами , выход которых представляет собой звуковой сигнал, который может быть добавлен к исходному «сухому» сигналу. В конце 1950-х годов Elektro-Mess-Technik (EMT) представила EMT 140. ^[11] Популярная в студиях звукозаписи, эта система внесла свой вклад во многие популярные записи, такие как альбомы Beatles и Pink Floyd, записанные в Abbey Road Studios в 1960-х, и другие записаны Биллом Портером в RCA Studio B в Нашвилле. ^{[ необходима цитата ]} Ранние устройства имели один звукосниматель для моно выхода, а более поздние модели имели два звукоснимателя для использования в стерео. Время реверберации можно регулировать с помощью демпфирующей подушки из акустической плитки в обрамлении. Чем ближе пэд демпфирования, тем короче время реверберации. Однако накладка никогда не касается пластины. В некоторых номерах также был пульт дистанционного управления. ЕМТ 140 весит 400 фунтов (180 кг), 600 фунтов (270 кг) в транспортном ящике производителя.

Пружинные ревербераторы [ править ]

Система пружинной реверберации использует преобразователь на одном конце пружины и датчик на другом, аналогично тем, которые используются в пластинчатой ​​реверберации, для создания и улавливания колебаний внутри металлической пружины . В 1939 году Лоренс Хаммонд получил патент на пружинную механическую систему реверберации. ^[12] Орган Хаммонда включал встроенный пружинный ревербератор.

Пружинные ревербераторы когда-то широко использовались в полупрофессиональной записи и часто включаются в гитарные усилители из-за их скромной стоимости и небольшого размера. Одно из преимуществ перед более сложными альтернативами состоит в том, что они позволяют создавать специальные эффекты; например, их раскачивание вперед и назад создает грохочущий звук, вызванный столкновением пружин друг с другом.

Цифровые ревербераторы [ править ]

Цифровые ревербераторы используют различные алгоритмы обработки сигналов для создания эффекта реверберации. Поскольку реверберация в основном вызывается очень большим количеством эхо-сигналов, простые алгоритмы реверберации используют несколько схем задержки обратной связи для создания большой затухающей серии эхо-сигналов. Более совершенные генераторы цифровой реверберации могут имитировать реакцию конкретной комнаты во временной и частотной области (используя размеры комнаты, поглощение и другие свойства). В мюзик-холле прямой звук всегда сначала достигает уха слушателя, потому что он следует по кратчайшему пути. Вскоре после прямого звука появляется реверберирующий звук. Время между ними называется «предварительная задержка».

Реверберация, или неформально «реверберация» или «глагол», является одним из наиболее широко используемых звуковых эффектов и часто встречается в гитарных педалях, синтезаторах , блоках эффектов , цифровых звуковых рабочих станциях (DAW) и плагинах VST .

Реверберация свертки [ править ]

Реверберация свертки - это процесс, используемый для цифрового моделирования реверберации. Он использует операцию математической свертки , предварительно записанный аудиосэмпл импульсной характеристики моделируемого пространства и звук, который должен быть отражен, для создания эффекта. Запись импульсной характеристики сначала сохраняется в системе цифровой обработки сигналов . Затем он свертывается с входящим звуковым сигналом для обработки.

См. Также [ править ]

• Дереверберация
• Акустический резонанс
• Микширование звука (записанная музыка)
• Экспоненциальный спад
• Комната реверберации

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

• Реверберация - Гиперфизика
• База данных измеренных импульсных характеристик помещения для создания реалистичных эффектов реверберации
• Объяснение и сравнение Spring Reverb Tanks
• Уход и кормление резервуаров Spring Reverb