Etterklang - Reverberation

Reverb på en gitar

Etterklang , i psykoakustikk og akustikk , er en vedvarende lyd etter at lyden er produsert. En etterklang, eller etterklang , oppstår når en lyd eller et signal reflekteres og får mange refleksjoner til å bygge seg opp og deretter forfalle når lyden absorberes av overflatene til gjenstander i rommet - som kan inkludere møbler, mennesker og luft. Dette er mest merkbart når lydkilden stopper, men refleksjonene fortsetter, amplituden reduseres til null er nådd.

Etterklang er frekvensavhengig: lengden på forfallet, eller etterklangstiden, får spesiell omtanke i den arkitektoniske utformingen av rom som må ha spesifikke etterklangstider for å oppnå optimal ytelse for den tiltenkte aktiviteten. I forhold til et distinkt ekko , som kan påvises på minst 50 til 100  ms etter forrige lyd, er etterklang forekomsten av refleksjoner som kommer i en sekvens på mindre enn omtrent 50 ms. Etter hvert som tiden går, reduseres amplituden til refleksjonene gradvis til ikke-merkbare nivåer. Etterklang er ikke begrenset til innendørs områder som det finnes i skoger og andre utemiljøer hvor refleksjon eksisterer.

Etterklang oppstår naturlig når en person synger, snakker eller spiller et instrument akustisk i en hall eller forestillingsrom med lydreflekterende overflater. Etterklang brukes kunstig på bruk av etterklangseffekter , som simulerer reverb ved hjelp av ekkokamre , vibrasjoner sendt gjennom metall og digital behandling.

Selv om etterklang kan tilføre innspilt lyd naturlighet ved å legge til en følelse av plass, kan det også redusere taleforståelsen , spesielt når det også er støy. Personer med hørselstap, inkludert brukere av høreapparater , rapporterer ofte vanskeligheter med å forstå tale i etterklangende, bråkete situasjoner. Etterklang er også en betydelig kilde til feil ved automatisk talegjenkjenning .

Dereverberasjon er prosessen med å redusere nivået av etterklang i en lyd eller et signal.

Etterklangstid

Lydnivå i et etterklangelig hulrom opphisset av en puls, som en funksjon av tiden (veldig forenklet diagram)

Etterklangstid er et mål på tiden som kreves for at lyden skal "forsvinne" i et lukket område etter at lydkilden har stoppet.

Når det gjelder nøyaktig måling av etterklangstid med en meter, brukes begrepet T 60 (en forkortelse for etterklangstid 60 dB). T 60 gir en objektiv måling av etterklangstid. Det er definert som tiden det tar før lydtrykksnivået reduseres med 60  dB , målt etter at det genererte testsignalet brått avsluttes.

Etterklangstid oppgis ofte som en enkelt verdi målt som et bredbåndssignal (20 Hz til 20 kHz). Siden den er frekvensavhengig, kan den imidlertid beskrives mer presist når det gjelder frekvensbånd (en oktav, 1/3 oktav, 1/6 oktav, etc.). Etter at frekvensen er avhengig, vil etterklangstiden målt i smale bånd variere avhengig av frekvensbåndet som måles. For presisjon er det viktig å vite hvilke frekvensområder som beskrives ved en etterklangstidsmåling.

På slutten av 1800 -tallet startet Wallace Clement Sabine eksperimenter ved Harvard University for å undersøke virkningen av absorpsjon på etterklangstiden. Ved å bruke en bærbar vindkiste og orgelpiper som lydkilde, stoppeklokke og ører, målte han tiden fra avbrudd av kilden til uhørlighet (en forskjell på omtrent 60 dB). Han fant ut at etterklangstiden er proporsjonal med romdimensjoner og omvendt proporsjonal med mengden absorpsjon som er tilstede.

Den optimale etterklangstiden for et rom der musikk spilles avhenger av hvilken type musikk som skal spilles i rommet. Rom som brukes til tale trenger vanligvis en kortere etterklangstid, slik at talen kan forstås tydeligere. Hvis den reflekterte lyden fra en stavelse fremdeles høres når den neste stavelsen blir talt, kan det være vanskelig å forstå hva som ble sagt. "Cat", "cab" og "cap" kan alle høres veldig like ut. Hvis derimot etterklangstiden er for kort, kan tonebalanse og lydstyrke lide. Etterklangseffekter brukes ofte i studioer for å tilføre dybde til lyder. Etterklang endrer den oppfattede spektralstrukturen til en lyd, men endrer ikke tonehøyden.

Grunnleggende faktorer som påvirker romets etterklangstid inkluderer størrelsen og formen på skapet, samt materialene som brukes i konstruksjonen av rommet. Hvert objekt plassert i kabinettet kan også påvirke denne etterklangstiden, inkludert mennesker og deres eiendeler.

Mål

Automatisk bestemmelse av T20 -verdi - 5dB utløser - 20dB måling - 10dB takhøyde til støygulv.

Historisk sett kan etterklangstid bare måles ved hjelp av en nivåopptaker (en plottingsenhet som viser støynivået mot tiden på et bånd av papir i bevegelse). En høy støy blir produsert, og når lyden dør bort, vil sporet på nivåopptakeren vise en tydelig skråning. Analyse av denne skråningen avslører den målte etterklangstiden. Noen moderne digitale lydnivåmålere kan utføre denne analysen automatisk.

Det finnes flere metoder for å måle etterklangstid. En impuls kan måles ved å lage en tilstrekkelig høy støy (som må ha et definert avskjæringspunkt). Impulsstøykilder, slik som en blank pistolskudd eller ballong skur kan brukes til å måle impulsresponsen til et rom.

Alternativt kan et tilfeldig støysignal som rosa støy eller hvit støy genereres gjennom en høyttaler og deretter slås av. Dette er kjent som den avbrutte metoden, og det målte resultatet er kjent som den avbrutte responsen.

Et målesystem med to porter kan også brukes til å måle støy som innføres i et rom og sammenligne det med det som deretter måles i rommet. Tenk på lyd som er gjengitt av en høyttaler inn i et rom. En innspilling av lyden i rommet kan gjøres og sammenlignes med det som ble sendt til høyttaleren. De to signalene kan sammenlignes matematisk. Dette målesystemet med to porter bruker en Fourier -transformasjon for å matematisk avlede impulsresponsen til rommet. Fra impulsresponsen kan etterklangstiden beregnes. Ved å bruke et to-portssystem kan du måle etterklangstid med andre signaler enn høye impulser. Musikk eller innspillinger av andre lyder kan brukes. Dette gjør at målinger kan tas i et rom etter at publikum er til stede.

Under noen begrensninger kan til og med enkle lydkilder som håndklap brukes til måling av etterklang

Etterklangstid oppgis vanligvis som forfallstid og måles i sekunder. Det kan være en uttalelse om frekvensbåndet som brukes i målingen. Forfallstid er tiden det tar signal å redusere 60 dB under originallyden. Det er ofte vanskelig å injisere nok lyd inn i rommet for å måle et forfall på 60 dB, spesielt ved lavere frekvenser. Hvis forfallet er lineært, er det tilstrekkelig å måle et fall på 20 dB og multiplisere tiden med 3, eller et fall på 30 dB og multiplisere tiden med 2. Dette er de såkalte T20- og T30-målemetodene.

RT 60 måling av etterklangstid er definert i ISO 3382-1-standarden for ytelsesrom, ISO 3382-2-standarden for vanlige rom og ISO 3382-3 for kontorer i åpen plan, samt ASTM E2235-standarden.

Begrepet etterklangstid antar implisitt at forfallshastigheten til lyden er eksponentiell, slik at lydnivået reduseres regelmessig, med en hastighet på så mange dB per sekund. Det er ikke ofte tilfellet i virkelige rom, avhengig av plasseringen av reflekterende, spredende og absorberende overflater. Videre gir suksessiv måling av lydnivået ofte svært forskjellige resultater, ettersom faseforskjeller i den spennende lyden bygger seg opp i spesielt forskjellige lydbølger. I 1965 publiserte Manfred R. Schroeder "A new method for Measuring Reverberation Time" i Journal of the Acoustical Society of America . Han foreslo å måle, ikke kraften i lyden, men energien, ved å integrere den. Dette gjorde det mulig å vise variasjonen i forfallshastigheten og for å frigjøre akustikere fra nødvendigheten av å måle mange målinger i gjennomsnitt.

Sabine ligning

Sabines etterklangsligning ble utviklet på slutten av 1890 -tallet på en empirisk måte. Han etablerte et forhold mellom T 60 i et rom, dets volum og dets totale absorpsjon (i sabiner ). Dette er gitt av ligningen:

.

hvor c 20 er lydhastigheten i rommet (ved 20 ° C), V er rommets volum i m 3 , S totale romarealet i m 2 , a er den gjennomsnittlige absorpsjonskoeffisienten for romoverflater, og produktet Sa er den totale absorpsjonen i sabiner.

Den totale absorpsjonen i sabiner (og dermed etterklangstid) endres generelt avhengig av frekvens (som er definert av de akustiske egenskapene til rommet). Ligningen tar ikke hensyn til romform eller tap fra lyden som beveger seg gjennom luften (viktig i større mellomrom). De fleste rom absorberer mindre lydenergi i de lavere frekvensområdene, noe som resulterer i lengre etterklangstid ved lavere frekvenser.

Sabine konkluderte med at etterklangstiden avhenger av refleksjonsevnen til lyd fra forskjellige overflater tilgjengelig inne i gangen. Hvis refleksjonen er sammenhengende, vil etterklangstiden i salen bli lengre; lyden vil ta mer tid å dø ut.

Etterklangstiden RT 60 og volumet V i rommet har stor innflytelse på den kritiske avstanden d c (betinget ligning):

der kritisk avstand måles i meter, volum måles i m³, og etterklangstid RT 60 måles i sekunder .

Eyring ligning

Eyrings etterklangstidsligning ble foreslått av Carl F. Eyring fra Bell Labs i 1930. Denne ligningen tar sikte på å bedre estimere etterklangstiden i små rom med relativt store mengder lydabsorpsjon, identifisert av Eyring som "døde" rom. Disse rommene har en tendens til å ha lavere etterklangstid enn større, mer akustisk levende rom. Eyrings ligning er i form lik Sabines ligning, men inkluderer modifikasjoner for å logaritmisk skalere absorpsjonsbegrepet . Enhetene og variablene i ligningen er de samme som de som er definert for Sabines ligning. Eyring -etterklangstiden er gitt av ligningen:

.

Eyrings ligning ble utviklet ut fra de første prinsippene ved bruk av en bildekildemodell for lydrefleksjon, i motsetning til Sabines empiriske tilnærming. De eksperimentelle resultatene oppnådd av Sabine stemmer generelt overens med Eyrings ligning siden de to formlene blir identiske for veldig levende rom, typen som Sabine jobbet i. Imidlertid blir Eyrings ligning mer gyldig for mindre rom med store mengder absorpsjon. Som et resultat blir Eyring -ligningen ofte implementert for å estimere etterklangstiden i kontrollrom i innspillingsstudioer eller andre kritiske lyttemiljøer med store mengder lydabsorpsjon. Sabine-ligningen har en tendens til å over-forutsi etterklangstid for små rom med store mengder absorpsjon. Av denne grunn bruker ofte etterklangstidsberegnere for mindre innspillingsstudiomiljøer, for eksempel hjemmeopptaksstudier , Eyrings ligning.

Absorpsjonskoeffisient

Absorpsjonskoeffisienten til et materiale er et tall mellom 0 og 1 som angir andelen lyd som absorberes av overflaten sammenlignet med andelen som reflekteres tilbake til rommet. Et stort, helt åpent vindu ville ikke gi refleksjon, ettersom lyden som nådde den ville passere rett ut og ingen lyd ville bli reflektert. Dette ville ha en absorpsjonskoeffisient på 1. Omvendt vil et tykt, glatt malt betongtak være den akustiske ekvivalenten til et speil og ha en absorpsjonskoeffisient veldig nær 0.

I musikk

Atlanterhavet beskrev etterklang som "uten tvil den eldste og mest universelle lydeffekten i musikken", brukt i musikk så tidlig som på plainsangen fra1000-tallet. Komponister inkludert Bach skrev musikk for å utnytte akustikken til visse bygninger. Gregoriansk sang kan ha utviklet seg som svar på den lange etterklangstiden til katedraler , noe som begrenset antall noter som kan synges før det blandes kaotisk.

Kunstig etterklang brukes på lyd ved hjelp av reverb -effekter . Disse simulerer reverb gjennom virkemidler inkludert ekkokamre , vibrasjoner sendt gjennom metall og digital behandling.

Se også

Referanser

Eksterne linker