Мнимые источники. На рис. 17 и 18) мы видели отражение звукового импульса от стен помещения. Рассмотрим теперь эти отражения более подробно, представляя себе при этом вместо мгновенного звукового импульса непрерывный звук. На рис. 22 показано, что до слушателя доходит сначала прямой звук от источника, а затем — звук, отраженный от стены RQ.
Рисунок 22. Акустические изображения (мнимые источники), образованные отражением звука от стен помещения.
Рисунок 23. Схема двукратного отражения звука от стен помещения.
Отраженный звук как бы исходит от мнимого источника S1 (акустического изображения источника), расположенного позади стены RQ на таком же расстоянии, на каком действительный источник находится передней. Подобно этому звук приходит к слушателю и от мнимых источников S2 и S3 На рис. 23 показано двукратное отражение звука перед приходом его к слушателю. Звук, вышедший из источника S, распространяется после отражения в точке В так, как если бы он исходил из точки Ś. Затем звук отражается в точке С и приходит к слушателю так, как если бы он исходил из точки S4 которая является изображением S, «зеркально отраженным» стеной ОР.
По рис. 22 и 23 читатель может представить себе более сложные отражения, со множеством мнимых источников, расположенных на все увеличивающихся расстояниях от источника. В помещении с весьма сильно отражающими стенами может произойти несколько сотен таких отражений, прежде чем все помещение равномерно заполнится звуком. Следует помнить, что звуковые волны ослабляются благодаря их сферическому расширению, как это показано на рис. 17 и 18; кроме того, часть их энергии поглощается при каждом отражении. Поэтому волны в конце концов ослабляются настолько, что слушатель их больше не воспринимает.
Пользуясь картиной мнимых источников, можно представить действительный звук, воспринимаемый слушателем, при помощи следующего наглядного приема. Прежде всего построим все изображения источника звука и отраженные изображения стен помещения (как, например, на рис. 23). Затем представим себе, что одинаковые звуки с одной и той же энергией одновременно начинают испускаться источником и всеми его изображениями. Сначала к слушателю придет звук непосредственно от самого источника, затем — звук от ближайших изображении, затем — от более далеких и, наконец, на пределе слышимости, — самые слабые звуки от наиболее удаленных мнимых источников.
Рисунок 24. Импульсы звука, приходящие к слушателю непосредственно от источника и после отражения от стен.
Здесь нужно учитывать ослабление звука вследствие сферического расширения волн, а также некоторую потерю энергии, «поглощаемой» при каждом прохождении через изображение стены (например, через изображение ŔQ́ на рис. 23); это поглощение надо считать равным энергии, фактически поглощаемой при отражении от стены RQ.
Таким образом, оказывается, что к слушателю приходит не непрерывный поток звуков, но ряд отдельных звуков; следуя один за другим, они образуют результирующий звук, соответствующий установившемуся состоянию, при котором звуковая энергия, поглощаемая стенами, равна звуковой энергии, испускаемой источником. На рис. 24 изображен начальный момент этого явления. Предположим, что оратор начинает говорить в момент t=0 и звук его голоса приходит к слушателю через короткий промежуток времени t1 создавая постоянный поток звука с интенсивностью, изображаемой отрезком t1A. Еще через некоторое время к слушателю придет второй поток звуков с интенсивностью ВС1 направление этого потока будет соответствовать S1A(рис. 22); затем придет поток звуков с интенсивностью DE в направлении S2A и т. д. В действительности, однако, это явление не протекает скачкообразно: звуки речи требуют некоторого времени для своего образования, и интенсивность их нарастает постепенно.
Рисунок. 25. График скачкообразного спадания звука, приходящего к слушателю.
Кроме того, интервал между последовательными потоками звука обычно так мал, что ухо не воспринимает их раздельно. Поэтому фактическое восприятие звука соответствует в среднем пунктирной линии на рис. 24.
Рассмотрим теперь обратный процесс — замирание установившегося в помещении звука. Представим себе, что источник звука и все его изображения внезапно замолкли. Для слушателя раньше всего прекратится поток звука, идущий непосредственно от источника, затем звук от ближайшего мнимого источника и т. д., вплоть до слабейших звуков от наиболее отдаленного изображения. Такое спадание звука показано на рис. 25.
Это тот же график, что и на рис. 24, но в перевернутом положении.
Следующие четыре фигуры (26—29) графически иллюстрируют нарастание и спадание звука в действительных условиях.
Рисунок 26. Интенсивность звуков слова, произнесенного в помещении, быстро нарастает и медленно спадает.
Рисунок. 27. Кривая рис. 26, перестроенная на единицы уровня интенсивности, ближе соответствует слуховому ощущению.