เสียงก้อง

ตัวอย่างสั้นๆ ของเอฟเฟ็กต์เสียงก้อง

สัญญาณสะอาด ตามด้วยเสียงก้องในรูปแบบต่างๆ

---

มีปัญหาในการเล่นไฟล์นี้หรือไม่? ดูวิธีใช้สื่อ

เสียงก้อง (หรือเรียกอีกอย่างว่าเสียงก้อง ) ในอะคูสติกคือการคงอยู่ของเสียงหลังจากมีเสียงเกิดขึ้น ^[1]เสียงสะท้อนถูกสร้างขึ้นเมื่อเสียงหรือสัญญาณถูกสะท้อน ทำให้เกิดการสะท้อนจำนวนมากและสลายตัวเมื่อเสียงถูกดูดซับโดยพื้นผิวของวัตถุในอวกาศ ซึ่งอาจรวมถึงเฟอร์นิเจอร์ ผู้คน และอากาศ ^[2]สิ่งนี้จะสังเกตเห็นได้ชัดเจนที่สุดเมื่อแหล่งกำเนิดเสียงหยุดลงแต่การสะท้อนกลับดำเนินต่อไปแอมพลิจูด ของเสียง ลดลง จนกระทั่งถึงศูนย์

เสียงก้องขึ้นอยู่กับความถี่: ความยาวของเสียงก้องหรือเวลาเสียงก้อง ได้รับการพิจารณาเป็นพิเศษในการออกแบบสถาปัตยกรรมของพื้นที่ ซึ่งจำเป็นต้องมีเวลาเสียงก้องเฉพาะเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุดสำหรับกิจกรรมที่ตั้งใจไว้ ^[3]เมื่อเปรียบเทียบกับเสียงสะท้อนที่แตกต่างกัน ซึ่งสามารถตรวจพบได้อย่างน้อย 50 ถึง 100  มิลลิวินาทีหลังจากเสียงก่อนหน้า เสียงก้องคือการเกิดขึ้นของการสะท้อนที่มาถึงในลำดับที่น้อยกว่าประมาณ 50 มิลลิวินาที เมื่อเวลาผ่านไป ความกว้างของแสงสะท้อนจะค่อยๆ ลดลงจนถึงระดับที่สังเกตไม่เห็น เสียงสะท้อนไม่ได้จำกัดเฉพาะพื้นที่ในร่มเท่านั้น เนื่องจากมีอยู่ในป่าและสภาพแวดล้อมกลางแจ้งอื่นๆ ที่มีการสะท้อนอยู่

เสียงก้องเกิดขึ้นตามธรรมชาติเมื่อบุคคลร้องเพลง พูด หรือเล่นเครื่องดนตรีแบบอะคูสติกในห้องโถงหรือพื้นที่การแสดงที่มีพื้นผิวสะท้อนเสียง ^[4]เสียงก้องถูกนำมาใช้อย่างประดิษฐ์ขึ้นโดยใช้ เอ ฟเฟ็กต์เสียงก้อง ซึ่งจำลองเสียงก้องผ่านวิธีการต่างๆ รวมถึงห้องสะท้อนเสียงการสั่นสะเทือนที่ส่งผ่านโลหะ และการประมวลผลแบบดิจิตอล ^[5]

แม้ว่าเสียงก้องจะเพิ่มความเป็นธรรมชาติให้กับเสียงที่บันทึกโดยการเพิ่มความรู้สึกที่ว่าง แต่ก็สามารถลดความเข้าใจในการพูดได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีเสียงรบกวน ผู้ที่สูญเสียการได้ยิน รวมถึงผู้ใช้เครื่องช่วยฟังมักจะรายงานปัญหาในการเข้าใจคำพูดในสถานการณ์ที่มีเสียงดังก้องกังวาน เสียงก้องยังเป็นสาเหตุสำคัญของข้อผิดพลาดในการรู้จำเสียงอัตโนมัติ

เสียงก้องเป็นกระบวนการลดระดับเสียงก้องในเสียงหรือสัญญาณ

เวลาก้องกังวาน

ระดับเสียงในโพรงเสียงก้องที่กระตุ้นด้วยพัลส์ โดยเป็นฟังก์ชันของเวลา (แผนภาพที่ง่ายมาก)

เวลาก้องกังวานคือการวัดเวลาที่จำเป็นเพื่อให้เสียง "จางหายไป" ในพื้นที่ปิดหลังจากแหล่งที่มาของเสียงหยุดลง

เมื่อต้องการวัดเวลาเสียงก้องอย่างแม่นยำด้วยเครื่องวัด คำว่าT ₆₀ ^[6] (ตัวย่อสำหรับเวลาเสียงก้องกังวาน 60 dB) จะถูกนำมาใช้ T ₆₀ให้การวัดเวลาเสียงก้องตามวัตถุประสงค์ ถูกกำหนดเป็นเวลาที่ระดับความดังของเสียงลดลง 60  เดซิเบลวัดหลังจากสัญญาณทดสอบที่สร้างขึ้นสิ้นสุดลงอย่างกะทันหัน

เวลาก้องมักจะระบุเป็นค่าเดียวหากวัดเป็นสัญญาณแถบความถี่กว้าง (20 Hz ถึง 20 kHz) อย่างไรก็ตาม ขึ้นอยู่กับความถี่ จึงสามารถอธิบายได้อย่างแม่นยำมากขึ้นในแง่ของแถบความถี่ (หนึ่งอ็อกเทฟ 1/3 อ็อกเทฟ 1/6 อ็อกเทฟ ฯลฯ) ขึ้นอยู่กับความถี่ เวลาในการก้องกังวานที่วัดในแถบความถี่แคบจะแตกต่างกันไปตามแถบความถี่ที่วัดได้ เพื่อความแม่นยำ สิ่งสำคัญคือต้องทราบช่วงความถี่ใดที่อธิบายโดยการวัดเวลาเสียงก้อง

ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 Wallace Clement Sabineเริ่มการทดลองที่ Harvard University เพื่อตรวจสอบผลกระทบของการดูดซับต่อเวลาก้องกังวาน เขาใช้หีบลมแบบพกพาและท่อออร์แกนเป็นแหล่งกำเนิดเสียงนาฬิกาจับเวลาและหูของเขา เขาวัดเวลาตั้งแต่การหยุดชะงักของแหล่งที่มาไปจนถึงการไม่ได้ยิน (ความแตกต่างประมาณ 60 เดซิเบล) เขาพบว่าเวลาก้องกังวานเป็นสัดส่วนกับขนาดห้องและแปรผกผันกับปริมาณการดูดซับที่มีอยู่

เวลาเสียงสะท้อนที่เหมาะสมสำหรับพื้นที่ซึ่งเล่นเพลงจะขึ้นอยู่กับประเภทของเพลงที่จะเล่นในพื้นที่นั้น ห้องที่ใช้สำหรับพูดโดยทั่วไปต้องการเวลาเสียงก้องที่สั้นลงเพื่อให้สามารถเข้าใจคำพูดได้ชัดเจนยิ่งขึ้น หากยังคงได้ยินเสียงสะท้อนจากพยางค์ หนึ่ง เมื่อพูดพยางค์ถัดไป อาจเป็นเรื่องยากที่จะเข้าใจสิ่งที่พูด ^[7] "Cat", "cab" และ "cap" อาจฟังดูคล้ายกันมาก ในทางกลับกัน หากเวลาก้องกังวานสั้นเกินไป โทนัลบาลานซ์และความดังอาจลดลง เอฟเฟ็กต์เสียงก้องมักใช้ในสตูดิโอเพื่อเพิ่มความลึกให้กับเสียง เสียงก้องจะเปลี่ยนโครงสร้างสเปกตรัมที่รับรู้ของเสียง แต่จะไม่เปลี่ยนระดับเสียง

ปัจจัยพื้นฐานที่ส่งผลต่อเวลาเสียงก้องของห้อง ได้แก่ ขนาดและรูปร่างของตู้ รวมถึงวัสดุที่ใช้ในการสร้างห้อง วัตถุทุกชิ้นที่วางอยู่ภายในคอกสามารถส่งผลต่อเวลาเสียงก้องได้ รวมถึงผู้คนและสิ่งของในนั้นด้วย

การวัด

กำหนดค่า T20 โดยอัตโนมัติ - ทริกเกอร์ 5dB - การวัด 20dB - เฮดรูม 10dB ถึงระดับเสียงรบกวน

ในอดีต เวลาเสียงก้องสามารถวัดได้โดยใช้เครื่องบันทึกระดับเท่านั้น (อุปกรณ์วางแผนซึ่งแสดงกราฟระดับเสียงเทียบกับเวลาบนแถบกระดาษเคลื่อนที่) มีเสียงดังเกิดขึ้น และเมื่อเสียงเงียบลง ร่องรอยบนเครื่องบันทึกระดับจะแสดงความชันที่ชัดเจน การวิเคราะห์ความชันนี้จะแสดงเวลาก้องกังวานที่วัดได้ เครื่อง วัดระดับเสียงแบบดิจิตอลที่ทันสมัยบางรุ่นสามารถทำการวิเคราะห์นี้ได้โดยอัตโนมัติ ^[8]

มีหลายวิธีในการวัดเวลาเสียงก้อง สามารถวัดแรงกระตุ้นได้โดยการสร้างเสียงดังเพียงพอ (ซึ่งจะต้องมีจุดตัดที่กำหนดไว้) อาจใช้แหล่งกำเนิด เสียงกระตุ้นเช่น เสียง ปืน เปล่า หรือลูกโป่งแตกเพื่อวัดการตอบสนองแรงกระตุ้นของห้อง

อีกทางเลือกหนึ่งสัญญาณรบกวนแบบสุ่มเช่น สัญญาณ รบกวนสีชมพูหรือ สัญญาณ รบกวนสีขาวอาจถูกสร้างขึ้นผ่านลำโพง แล้วปิดลง วิธีการนี้เรียกว่าวิธีการขัดจังหวะ และผลลัพธ์ที่วัดได้เรียกว่าการตอบสนองที่ถูกขัดจังหวะ

นอกจากนี้ยังสามารถใช้ระบบการวัดแบบสองพอร์ตเพื่อวัดสัญญาณรบกวนที่ส่งเข้ามาในพื้นที่และเปรียบเทียบกับสิ่งที่ถูกวัดในภายหลังในพื้นที่ พิจารณาเสียงที่สร้างโดยลำโพงในห้อง สามารถบันทึกเสียงในห้องและเปรียบเทียบกับเสียงที่ส่งไปยังลำโพงได้ สัญญาณทั้งสองสามารถเปรียบเทียบกันได้ทางคณิตศาสตร์ ระบบการวัดสองพอร์ตนี้ใช้การแปลงฟูริเยร์เพื่อให้ได้มาซึ่งการตอบสนองทางคณิตศาสตร์ของห้อง จากการตอบสนองของอิมพัลส์ สามารถคำนวณเวลาก้องกังวานได้ การใช้ระบบสองพอร์ตทำให้สามารถวัดเวลาเสียงสะท้อนด้วยสัญญาณอื่นที่ไม่ใช่สัญญาณดัง สามารถใช้เพลงหรือการบันทึกเสียงอื่นๆ ได้ สิ่งนี้ทำให้สามารถวัดผลในห้องได้หลังจากที่ผู้ชมอยู่

ภายใต้ข้อจำกัดบางประการ แม้กระทั่งแหล่งกำเนิดเสียงง่ายๆ เช่น การตบมือก็สามารถใช้วัดเสียงก้องได้^[9]

เวลาก้องมักจะระบุเป็นเวลาสลายตัวและวัดเป็นวินาที อาจมีหรือไม่มีข้อความของแถบความถี่ที่ใช้ในการวัดก็ได้ เวลาเสื่อมเสียงคือเวลาที่สัญญาณใช้ในการลดลงต่ำกว่าเสียงต้นฉบับ 60 เดซิเบล มักจะเป็นเรื่องยากที่จะฉีดเสียงเข้าไปในห้องให้เพียงพอเพื่อวัดการลดลงของเสียงที่ 60 เดซิเบล โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ความถี่ต่ำ หากการสลายตัวเป็นเส้นตรง ก็เพียงพอแล้วที่จะวัดการลดลงของ 20 dB แล้วคูณเวลาด้วย 3 หรือการลดลงของ 30 dB แล้วคูณเวลาด้วย 2 นี่คือวิธีการวัดที่เรียกว่า T20 และ T30

การ วัดเวลาเสียงก้องRT _{60 ถูกกำหนดไว้ใน} มาตรฐาน ISO 3382-1 สำหรับพื้นที่ปฏิบัติงานมาตรฐาน ISO 3382-2 สำหรับห้องธรรมดา และISO 3382-3 สำหรับสำนักงานแบบเปิดโล่ง รวมถึงมาตรฐาน ASTM E2235

แนวคิดเรื่องเวลาเสียงก้องสันนิษฐานโดยปริยายว่าอัตราการสลายตัวของเสียงเป็นแบบเลขชี้กำลัง ดังนั้นระดับเสียงจึงลดลงอย่างสม่ำเสมอในอัตราหลายเดซิเบลต่อวินาที ในห้องจริงมักไม่เกิดขึ้น ขึ้นอยู่กับการจัดการพื้นผิวสะท้อนแสง กระจายตัว และดูดซับ ยิ่งไปกว่านั้น การวัดระดับเสียงอย่างต่อเนื่องมักจะให้ผลลัพธ์ที่แตกต่างกันมาก เนื่องจากความแตกต่างของเฟสในเสียงที่น่าตื่นเต้นนั้นสร้างขึ้นในคลื่นเสียงที่แตกต่างกันอย่างเห็นได้ชัด ในปี 1965 Manfred R. Schroederได้ตีพิมพ์ "วิธีการวัดเวลาเสียงก้องแบบใหม่" ในวารสารของ Acoustical Society of America. เขาเสนอที่จะวัด ไม่ใช่พลังของเสียง แต่เป็นพลังงานโดยการบูรณาการเข้าด้วยกัน สิ่งนี้ทำให้สามารถแสดงความผันแปรของอัตราการสลายตัวและช่วยให้นักอะคูสติกเป็นอิสระจากความจำเป็นในการหาค่าเฉลี่ยของการวัดจำนวนมาก

สมการซาบีน

สมการการก้องกังวานของ ซาบีนได้รับการพัฒนาขึ้นในช่วงปลายทศวรรษที่ 1890 ในรูปแบบเชิงประจักษ์ เขาสร้างความสัมพันธ์ระหว่างT ₆₀ของห้อง ปริมาตร และการดูดซึมทั้งหมด (ในsabins ) สิ่งนี้ได้รับจากสมการ:

${\displaystyle T_{60}={\frac {24\ln 10^{1}}{c_{20}}}{\frac {V}{Sa}}\ประมาณ 0.1611\,\mathrm {s} \mathrm {m} ^{-1}{\frac {V}{สา}}}$.

โดยที่c ₂₀คือความเร็วของเสียงในห้อง (ที่ 20 °C), Vคือปริมาตรของห้องใน m ³ , Sพื้นที่ผิวทั้งหมดของห้องใน m ² , aคือสัมประสิทธิ์การดูดซับเฉลี่ยของพื้นผิวห้อง และ ผลิตภัณฑ์Saคือการดูดซึมทั้งหมดใน sabin

การดูดซับทั้งหมดใน sabin (และเวลาก้องกังวาน) โดยทั่วไปจะเปลี่ยนไปตามความถี่ (ซึ่งกำหนดโดยคุณสมบัติทางเสียงของพื้นที่) สมการนี้ไม่ได้คำนึงถึงรูปร่างของห้องหรือการสูญเสียจากเสียงที่เดินทางผ่านอากาศ (สำคัญในพื้นที่ขนาดใหญ่) ห้องส่วนใหญ่ดูดซับพลังงานเสียงได้น้อยลงในช่วงความถี่ต่ำ ส่งผลให้เวลาเสียงก้องนานขึ้นในความถี่ต่ำ

ซาบีนสรุปว่าเวลาเสียงก้องขึ้นอยู่กับการสะท้อนของเสียงจากพื้นผิวต่างๆ ภายในห้องโถง หากการสะท้อนสอดคล้องกัน เวลาการก้องกังวานของห้องโถงจะนานขึ้น เสียงจะใช้เวลามากขึ้นในการดับ

เวลาก้องกังวานRT ₆₀และปริมาตร Vของห้องมีอิทธิพลอย่างมากต่อระยะทางวิกฤต d _c (สมการแบบมีเงื่อนไข):

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

ซึ่งระยะวิกฤต${\displaystyle d_{c}}$มีหน่วยวัดเป็นเมตร ปริมาตร${\displaystyle V}$มีหน่วยวัดเป็น m³ และเวลาก้องกังวานRT ₆₀วัดเป็น วินาที

สมการอายริงก์

สมการเวลาเสียงก้องของอายริงก์เสนอโดยคาร์ล เอฟ. อายริงก์แห่งBell Labsในปี 1930 ^[10] สมการนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อประมาณเวลาเสียงก้องในห้องเล็กๆ ที่มีปริมาณการดูดซับเสียงค่อนข้างมาก ซึ่งอายริงก์ระบุว่าเป็นห้อง "ตาย" ห้องเหล่านี้มักจะมีเวลาก้องกังวานน้อยกว่าห้องถ่ายทอดสดขนาดใหญ่ที่มีเสียงมากกว่า สมการของอายริงก์มีรูปแบบคล้ายกับสมการของซาบีน แต่รวมถึงการดัดแปลงเพื่อปรับขนาดเทอม การ ดูดกลืน แบบ ลอการิทึม หน่วยและตัวแปรภายในสมการจะเหมือนกับที่กำหนดไว้สำหรับสมการของซาบีน เวลาก้องของอายริงก์กำหนดโดยสมการ:

${\displaystyle T_{60}\ประมาณ -0.161\ {\frac {V}{S\ln(1-a)}}}$.

สมการของอายริงก์ได้รับการพัฒนาจากหลักการแรกโดยใช้แบบจำลองแหล่งกำเนิดภาพของการสะท้อนเสียง ตรงข้ามกับวิธีการเชิงประจักษ์ของซาบีน ผลการทดลองที่ Sabine ได้รับโดยทั่วไปเห็นด้วยกับสมการของ Eyring เนื่องจากสูตรทั้งสองจะเหมือนกันสำหรับห้องที่มีชีวิตมาก ซึ่งเป็นประเภทที่ Sabine ทำงานอยู่ อย่างไรก็ตาม สมการของอายริงก์จะใช้ได้กับห้องขนาดเล็กที่มีการดูดซึมปริมาณมาก ด้วยเหตุนี้ สมการของอายริงก์จึงมักถูกนำมาใช้ในการประมาณเวลาเสียงก้องในสตูดิโอบันทึกเสียงห้องควบคุมหรือสภาพแวดล้อมการฟังที่สำคัญอื่น ๆ ที่มีการดูดซับเสียงในปริมาณสูง สมการของซาบีนมีแนวโน้มที่จะทำนายเวลาการก้องกังวานเกินจริงสำหรับห้องขนาดเล็กที่มีการดูดซับในปริมาณมาก ด้วยเหตุผลนี้ เครื่องคำนวณเวลาก้องกังวานสำหรับสภาพแวดล้อมของสตูดิโอบันทึกเสียงขนาดเล็ก เช่น สตูดิโอ บันทึกเสียงที่บ้านมักจะใช้สมการของ Eyring

ค่าสัมประสิทธิ์การดูดซึม

ค่าสัมประสิทธิ์การดูดซับของวัสดุเป็นตัวเลขระหว่าง 0 ถึง 1 ซึ่งระบุสัดส่วนของเสียงที่พื้นผิวดูดซับไว้ เทียบกับสัดส่วนที่สะท้อนกลับมายังห้อง หน้าต่างบานใหญ่ที่เปิดเต็มที่จะไม่ให้เสียงสะท้อนใด ๆ เนื่องจากเสียงใด ๆ ที่ไปถึงมันจะผ่านออกไปโดยตรงและจะไม่มีเสียงใดสะท้อนกลับ ซึ่งจะมีค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงเท่ากับ 1 ในทางกลับกัน เพดานคอนกรีตที่ทาสีเรียบและหนาจะเทียบเท่ากับเสียงของกระจก และมีค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงใกล้เคียงกับ 0 มาก

ในเพลง

แอตแลนติก อธิบายเสียงก้องว่าเป็น "เอฟเฟกต์เสียงที่เก่าแก่ที่สุดและเป็นสากลที่สุดในดนตรี" ซึ่งใช้ในดนตรีตั้งแต่เพลง ที่ราบในศตวรรษที่10 ^นักแต่งเพลงรวมถึง Bachเขียนเพลงเพื่อใช้ประโยชน์จากอะคูสติกของอาคารบางแห่ง บทสวดเกรโกเรียนอาจพัฒนาขึ้นเพื่อตอบสนองต่อเวลาที่มีเสียงก้องกังวานยาวนานในวิหารโดยจำกัดจำนวนโน้ตที่สามารถร้องได้ก่อนที่จะผสมผสานกันอย่างโกลาหล ^[5]

เสียงก้องประดิษฐ์ใช้กับเสียงโดยใช้เอ ฟเฟ กต์เสียงก้อง สิ่ง เหล่านี้จำลองเสียงก้องผ่านวิธีการต่างๆ รวมถึงห้องสะท้อนเสียงการสั่นสะเทือนที่ส่งผ่านโลหะ และการประมวลผลแบบดิจิตอล ^[5]

ดูเพิ่มเติม

• เสียงก้อง
• เสียงสะท้อนอะคูสติก
• การสลายตัวแบบเอกซ์โปเนนเชียล
• ห้องก้อง

อ้างอิง

ลิงค์ภายนอก

• เสียงก้อง - Hyperphysics
• ฐานข้อมูลการตอบสนองแรงกระตุ้นในห้องที่วัดได้เพื่อสร้างเอฟเฟกต์เสียงก้องที่เหมือนจริง
• Spring Reverb Tanks อธิบายและเปรียบเทียบ
• การดูแลและการให้อาหาร Spring Reverb Tanks Archived 2016-12-20 ที่Wayback Machine