С самого детства мне всегда было интересно, почему, когда я пою в маленькой комнате (то есть в ванной!), всякий раз, когда я касаюсь определенной частоты, вся комната сочувственно вибрирует.
Какие параметры заставляют акустическое тело (будь то комната, камера или что-то еще) резонировать с определенной нотой?
Есть ли способ воспроизвести резонанс в других акустических телах? Мне интересно, можем ли мы поместить инструмент в коробку, которая меняет свой размер в соответствии с воспроизводимой высотой звука, чтобы усилить его и заставить его резонировать таким диким образом.
Из-за динамики, называемой комнатными модами .
Комнатные моды — это совокупность резонансов, которые существуют в комнате, когда комната возбуждается акустическим источником, например громкоговорителем. (...) каждая частота связана с одним или несколькими измерениями комнаты или их делителем.
Для простоты предположим, что в комнате 6 параллельных стен (правильная призма или куб), и сосредоточимся на одном типе мод помещения: осевом (потому что он самый простой и преобладает над другими модами). Расчеты комнатных режимов более сложных форм могут стать очень сложными и очень быстрыми.
Важными параметрами являются размеры и форма помещения, а также длина волны звука. При совпадении длины волны звука и размеров помещения будет резонанс. Подобно тому, как струна будет резонировать с определенными частотами в зависимости от ее длины (и натяжения, материалов и т. д.).
Чтобы сделать комнату резонирующей:
Измерьте одно измерение комнаты: высоту, длину или ширину. Для формулы, которую мы используем, мы будем измерять ее в метрах.
Найдите частоту, длина волны которой в два раза превышает длину одного из трех измерений вашей комнаты. Это проще, чем кажется, просто используйте эту формулу:
Частота = 1/2 x 343 м/с / размер комнаты, которую вы только что измерили.
Где 343 м/с — скорость звука в метрах в секунду (приблизительно, поскольку она непостоянна и зависит от многих факторов). Если вы хотите использовать другую единицу измерения длины, вы можете преобразовать скорость звука в выбранную вами единицу измерения. , и используйте эту единицу измерения для измерения комнаты и расчетов.
Воспроизведите (или спойте, если это в пределах вашего вокального диапазона) эту частоту в этой комнате.
Например, предположим, что расстояние между стенами вашей спальни составляет 4 метра. Нам нужна частота 1/2 x 343 м/с / 4 м = 42 Гц (между E и F).
Меньшие комнаты резонируют с более высокими частотами. Вот почему вы заметили это в ванной, используя свой голос, поскольку в маленькой комнате может быть мода комнаты в диапазоне частот человеческого голоса. С одним метром между стенами: 1/2 x 343 м/с / 1 м = 171,5 Гц (очень близко к F).
Данная комната также имеет более высокие резонирующие частоты. Если 42 Гц — это резонирующая частота вашей спальни: тогда 42 Гц * 2 = 84 Гц, 42 Гц * 3 = 126 Гц и т. д. также являются резонирующими частотами комнаты. 1 Поскольку нижние резонирующие частоты комнаты обычно очень низкие, их легче заставить резонировать.
F = 1/2 * 343 м/с * квадратный_корень ( n ^ 2 / l ^ 2 + p ^ 2 / w ^ 2 + q ^ 2 / h ^ 2 ).
Ответ JCPedroza верен для квадратной комнаты, но я думаю, стоит отметить, что форма комнаты - это не только ее размеры. Например, квадратная комната с открытым окном будет вести себя иначе, чем если бы окно было закрыто. В акустике мы часто моделируем реакцию комнаты как цепь. Если разбить пространство на части, каждую часть можно представить как элемент схемы. Можно провести множество аналогий, но, например, трубка с воздухом действует как акустический индуктор, а ящик с воздухом действует как акустический конденсатор. Если вы нарисуете эквивалентную репрезентативную схему для интересующей вас геометрии и проведете анализ схемы, вы сможете точно понять, что произойдет.
Так как же происходит резонанс? Ну, большая пустая комната будет иметь большую акустическую емкость, но также маленькую акустическую индуктивность. Когда конденсатор и катушка индуктивности соединены друг с другом, они начинают перебрасывать энергию друг к другу. Есть одна частота, на которой выплескивание достигает максимума, и это резонансная частота. Вот почему вы будете слышать резонансную частоту комнаты громче, чем обычно (при омега = 1/sqrt(LC)). Существуют уравнения, которые можно использовать для измерения акустической индуктивности и емкости помещения, но это довольно трудоемкий процесс.
Две комнаты могут иметь одинаковую резонансную частоту, но одна может звучать дольше, чем другая. При анализе цепей мы называем это добротностью резонатора, и она зависит от сопротивления в цепи. Вы можете увеличить сопротивление, разместив в комнате кучу мебели, ковров или звуковых панелей, что приведет к прекращению звона намного раньше, поскольку они будут рассеивать энергию и предотвращать ее попадание обратно в конденсатор или катушку индуктивности. В электрической цепи это рассеивается в виде тепла, а в комнате со звуковой волной это также рассеивается в виде тепла!
Одна из форм явления называется « стоячая волна ». Применительно к комнатам или акустическим пространствам его иногда называют « резонансным комнатным режимом ».
Вот ссылка на статью в журнале Audioholics Magazine , в которой обсуждается, как эти явления влияют на акустику помещения.
Мне интересно, сможем ли мы сделать инструмент, который меняет свой размер в зависимости от сыгранного тона, чтобы усиливать его и резонировать таким диким образом.
Так работает большинство духовых инструментов. Есть довольно немного, таких как фанфары, которые в основном неопределенны в отношении своих резонансов.
И у натуральных труб тоже нет ни клапанов, ни отверстий, но тем не менее резонансы.
Майкл Мартинес