صدى

تاريخيًا، كان قياس زمن الصدى يتم فقط باستخدام مسجل مستوى الصوت (جهاز رسم بياني يرسم مستوى الضوضاء مقابل الزمن على شريط من الورق المتحرك). يُصدر الجهاز ضوضاء عالية، ومع تلاشي الصوت، يُظهر الرسم البياني على مسجل مستوى الصوت ميلًا واضحًا. يكشف تحليل هذا الميل عن زمن الصدى المقاس. بعض أجهزة قياس مستوى الصوت الرقمية الحديثة قادرة على إجراء هذا التحليل تلقائيًا. ^{[ 8 ]}

توجد عدة طرق لقياس زمن الصدى. يمكن قياس النبضة الصوتية عن طريق إحداث ضوضاء عالية بما يكفي (مع ضرورة وجود نقطة قطع محددة). يمكن استخدام مصادر ضوضاء نبضية ، مثل طلقة مسدس فارغة أو انفجار بالون، لقياس استجابة الغرفة للنبضة الصوتية.

بدلاً من ذلك، يمكن توليد إشارة ضوضاء عشوائية ، مثل الضوضاء الوردية أو الضوضاء البيضاء ، عبر مكبر صوت، ثم إيقاف تشغيلها. تُعرف هذه الطريقة بالطريقة المتقطعة، وتُعرف النتيجة المقاسة بالاستجابة المتقطعة.

يمكن استخدام نظام قياس ثنائي المنافذ لقياس الضوضاء المُدخلة إلى حيز ما ومقارنتها بما يتم قياسه لاحقًا في ذلك الحيز. لنفترض صوتًا يُعاد إنتاجه بواسطة مكبر صوت في غرفة. يمكن تسجيل الصوت في الغرفة ومقارنته بما تم إرساله إلى مكبر الصوت. يمكن مقارنة الإشارتين رياضيًا. يستخدم نظام القياس ثنائي المنافذ هذا تحويل فورييه لاستنتاج استجابة النبضة للغرفة رياضيًا. ومن استجابة النبضة، يمكن حساب زمن التردد. يتيح استخدام نظام ثنائي المنافذ قياس زمن التردد بإشارات أخرى غير النبضات العالية، مثل الموسيقى أو تسجيلات الأصوات الأخرى. وهذا يسمح بإجراء القياسات في الغرفة بعد حضور الجمهور.

في ظل بعض القيود، يمكن استخدام مصادر صوتية بسيطة مثل التصفيق باليد لقياس الصدى ^{[ 9 ].}

يُشار عادةً إلى زمن التردد بزمن التلاشي، ويُقاس بالثواني. وقد يُذكر نطاق التردد المستخدم في القياس أو لا. زمن التلاشي هو الوقت اللازم لانخفاض مستوى الإشارة بمقدار 60  ديسيبل عن مستوى الصوت الأصلي. غالبًا ما يصعب إدخال كمية كافية من الصوت إلى الغرفة لقياس تلاشي بمقدار 60  ديسيبل، خاصةً عند الترددات المنخفضة. إذا كان التلاشي خطيًا، يكفي قياس انخفاض قدره 20  ديسيبل وضرب الزمن في 3، أو انخفاض قدره 30  ديسيبل وضرب الزمن في 2. تُعرف هاتان الطريقتان باسم T20 وT30.

تم تعريف قياس زمن الصدى RT _{60 في معيار} ISO 3382-1 لمساحات الأداء، ومعيار ISO 3382-2 للغرف العادية، ومعيار ISO 3382-3 للمكاتب ذات المخطط المفتوح، بالإضافة إلى معيار ASTM E2235.

يفترض مفهوم زمن التردد ضمنيًا أن معدل اضمحلال الصوت أُسّي، بحيث يتناقص مستوى الصوت بانتظام، بمعدل معين بالديسيبل في الثانية. لكن هذا لا ينطبق غالبًا على الغرف الحقيقية، نظرًا لاختلاف توزيع الأسطح العاكسة والمشتتة والماصة للصوت. علاوة على ذلك، غالبًا ما تُسفر القياسات المتتالية لمستوى الصوت عن نتائج متباينة للغاية، إذ تتراكم اختلافات الطور في الصوت المُثير لتُشكّل موجات صوتية مختلفة بشكل ملحوظ. في عام ١٩٦٥، نشر مانفريد ر. شرودر بحثًا بعنوان "طريقة جديدة لقياس زمن التردد" في مجلة الجمعية الصوتية الأمريكية . اقترح فيه قياس طاقة الصوت، لا قوته، من خلال تكاملها. وقد مكّن هذا من إظهار التباين في معدل الاضمحلال، وأغنى علماء الصوت عن الحاجة إلى حساب متوسط ​​العديد من القياسات.

طُوِّرت معادلة سابين للصدى في أواخر تسعينيات القرن التاسع عشر بطريقة تجريبية . وقد وضع علاقة بين درجة حرارة الغرفة (T60 ₎ ، وحجمها، وامتصاصها الكلي للصوت (بوحدة سابين ). وتُعطى هذه العلاقة بالمعادلة التالية:

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

حيث c ₂₀ هي سرعة الصوت في الغرفة (عند 20  درجة مئوية)، و V هو حجم الغرفة بالمتر ^المكعب ، و S هي المساحة السطحية الكلية للغرفة بالمتر ^المربع ، و a هو متوسط ​​معامل امتصاص أسطح الغرفة، و Sa هو إجمالي الامتصاص بوحدة سابين.

يتغير إجمالي امتصاص الصوت (وبالتالي زمن الصدى) في وحدات السابين عمومًا تبعًا للتردد (الذي تحدده الخصائص الصوتية للمكان). ولا تأخذ المعادلة في الحسبان شكل الغرفة أو فقدان الصوت أثناء انتقاله عبر الهواء (وهو أمر مهم في المساحات الكبيرة). تمتص معظم الغرف طاقة صوتية أقل في نطاقات الترددات المنخفضة، مما يؤدي إلى زيادة زمن الصدى عند هذه الترددات.

خلصت سابين إلى أن زمن ارتداد الصوت يعتمد على انعكاس الصوت من الأسطح المختلفة الموجودة داخل القاعة. فإذا كان الانعكاس متماسكًا، فسيكون زمن ارتداد الصوت في القاعة أطول، وسيستغرق الصوت وقتًا أطول للتلاشي.

يؤثر زمن التردد RT ₆₀ وحجم الغرفة V بشكل كبير على المسافة الحرجة d c ₍ المعادلة الشرطية):

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

حيث المسافة الحرجة${\displaystyle d_{c}}$يُقاس الحجم بالمتر.${\displaystyle V}$يتم قياسها بالمتر المكعب، ويتم قياس زمن التردد RT ₆₀ بالثواني .

اقترح كارل إف. إيرينغ من مختبرات بيل معادلة زمن التردد الصوتي لإيرينغ عام 1930. ^{[ 10 ]} تهدف هذه المعادلة إلى تقدير زمن التردد الصوتي بدقة أكبر في الغرف الصغيرة ذات الامتصاص الصوتي العالي نسبيًا، والتي وصفها إيرينغ بأنها غرف "ميتة". تميل هذه الغرف إلى أن يكون زمن التردد الصوتي فيها أقل من الغرف الأكبر حجمًا والأكثر حيوية صوتيًا. تتشابه معادلة إيرينغ في شكلها مع معادلة سابين، ولكنها تتضمن تعديلات لتحويل حد الامتصاص إلى مقياس لوغاريتمي . الوحدات والمتغيرات المستخدمة في المعادلة هي نفسها المستخدمة في معادلة سابين. يُعطى زمن التردد الصوتي لإيرينغ بالمعادلة التالية:

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

طُوِّرت معادلة إيرينغ من المبادئ الأساسية باستخدام نموذج مصدر الصورة لانعكاس الصوت، على عكس منهج سابين التجريبي . تتفق النتائج التجريبية التي حصل عليها سابين عمومًا مع معادلة إيرينغ، إذ تتطابق المعادلتان في الغرف ذات الصدى العالي، وهو النوع الذي عمل فيه سابين. مع ذلك، تصبح معادلة إيرينغ أكثر دقة في الغرف الصغيرة ذات الامتصاص العالي للصوت. ونتيجةً لذلك، تُستخدم معادلة إيرينغ غالبًا لتقدير زمن التردد في غرف التحكم باستوديوهات التسجيل أو غيرها من بيئات الاستماع الحساسة ذات الامتصاص العالي للصوت. تميل معادلة سابين إلى المبالغة في تقدير زمن التردد في الغرف الصغيرة ذات الامتصاص العالي للصوت. لهذا السبب، غالبًا ما تستخدم حاسبات زمن التردد المتاحة لبيئات استوديوهات التسجيل الصغيرة، مثل استوديوهات التسجيل المنزلية ، معادلة إيرينغ.

معامل امتصاص الصوت لمادة ما هو رقم بين 0 و1، يشير إلى نسبة الصوت الذي يمتصه سطح المادة مقارنةً بنسبة الصوت المنعكس إلى الغرفة. فالنافذة الكبيرة المفتوحة بالكامل لا تعكس الصوت، إذ يمر أي صوت يصل إليها مباشرةً إلى الخارج دون أن ينعكس. وبالتالي، يكون معامل امتصاص الصوت فيها 1. في المقابل، يُعد السقف الخرساني السميك الأملس المطلي بمثابة مرآة صوتية، ويكون معامل امتصاص الصوت فيه قريبًا جدًا من الصفر.

تعتمد معاملات الامتصاص على التردد، ويتم الإبلاغ عنها عادةً عند ترددات مركز نطاق الأوكتاف القياسية وهي 125، 250، 500، 1000، 2000، و4000 هرتز. ^{[ 11 ]} ويمكن اشتقاق تصنيف رقمي واحد يُسمى معامل امتصاص الصوت الموزون ( αw ₎ من القيم المعتمدة على التردد وفقًا للمعيار ISO 11654. ^{[ 12 ]}

الطريقة المختبرية القياسية لقياس معاملات الامتصاص هي ISO 354 ، والتي تستخدم غرفة صدى لتحديد معامل الامتصاص عند السقوط العشوائي من خلال قياس تغير زمن الصدى بعد وضع عينة الاختبار في الغرفة. ^{[ 13 ]} وهناك طريقة بديلة تستخدم أنبوب المعاوقة (ISO 10534-2) لقياس معامل الامتصاص عند السقوط العمودي لعينات صغيرة من المواد. ^{[ 14 ]} قد تتجاوز القيم المقاسة في غرفة الصدى 1.0 لأن تأثيرات حيود الحواف تزيد من مساحة الامتصاص الفعالة لتتجاوز الأبعاد الفيزيائية للعينة.