صدى

تحتاج هذه المقالة إلى مصادر إضافية للتحقق . يُرجى المساعدة في تحسين هذه المقالة عن طريق إضافة مصادر موثوقة . قد يتم الطعن في المواد غير الموثقة وإزالتها. البحث عن المصادر:  "Reverberation" – الأخبار  · الصحف  · الكتب  · العلماء  · JSTOR ( أغسطس 2021 ) ( تعرف على كيفية ومتى تزيل هذه الرسالة )

الارتداد (يُختصر عادةً إلى صدى )، في علم الصوتيات ، هو استمرار الصوت بعد إنتاجه. ^[1] ينشأ الارتداد عندما ينعكس صوت أو إشارة. يتسبب هذا في تراكم العديد من الانعكاسات ثم تحللها حيث يمتص الصوت بواسطة أسطح الأشياء في الفضاء - والتي قد تشمل الأثاث والأشخاص والهواء. ^[2] يكون هذا أكثر وضوحًا عندما يتوقف مصدر الصوت ولكن تستمر الانعكاسات ، وتتناقص سعتها ، حتى يتم الوصول إلى الصفر.

يعتمد الصدى على التردد: يحظى طول الاضمحلال أو وقت الصدى باعتبار خاص في التصميم المعماري للمساحات التي تحتاج إلى أوقات صدى محددة لتحقيق الأداء الأمثل لنشاطها المقصود. ^[3] بالمقارنة مع الصدى المميز ، الذي يمكن اكتشافه بحد أدنى 50 إلى 100  مللي ثانية بعد الصوت السابق، فإن الصدى هو حدوث انعكاسات تصل في تسلسل أقل من حوالي 50 مللي ثانية. مع مرور الوقت، تقل سعة الانعكاسات تدريجيًا إلى مستويات غير ملحوظة. لا يقتصر الصدى على المساحات الداخلية كما هو موجود في الغابات وغيرها من البيئات الخارجية حيث يوجد الانعكاس.

يحدث الصدى بشكل طبيعي عندما يغني الشخص أو يتحدث أو يعزف على آلة موسيقية صوتيًا في قاعة أو مساحة أداء ذات أسطح عاكسة للصوت. ^[4] يتم تطبيق الصدى بشكل مصطنع باستخدام تأثيرات الصدى ، والتي تحاكي الصدى من خلال وسائل بما في ذلك غرف الصدى ، والاهتزازات المرسلة عبر المعدن، والمعالجة الرقمية. ^[5]

على الرغم من أن الصدى يمكن أن يضيف طبيعية إلى الصوت المسجل عن طريق إضافة شعور بالمساحة، إلا أنه يمكن أن يقلل أيضًا من وضوح الكلام ، خاصةً عندما يكون هناك ضوضاء أيضًا. غالبًا ما يبلغ الأشخاص الذين يعانون من فقدان السمع، بما في ذلك مستخدمو أجهزة السمع ، عن صعوبة في فهم الكلام في المواقف الصاخبة التي يتردد فيها صدى الصوت. يعد الصدى أيضًا مصدرًا مهمًا للأخطاء في التعرف التلقائي على الكلام .

إزالة الصدى هي عملية تقليل مستوى الصدى في الصوت أو الإشارة.

زمن الصدى هو مقياس للوقت المطلوب لـ"تلاشي" الصوت في منطقة مغلقة بعد توقف مصدر الصوت.

عندما يتعلق الأمر بقياس زمن الصدى بدقة باستخدام عداد، يتم استخدام مصطلح T ₆₀ ^[6] (اختصار لزمن الصدى 60 ديسيبل). يوفر T ₆₀ قياسًا موضوعيًا لزمن الصدى. يتم تعريفه على أنه الوقت الذي يستغرقه مستوى ضغط الصوت لتقليل بمقدار 60  ديسيبل ، والذي يتم قياسه بعد انتهاء إشارة الاختبار الناتجة فجأة.

غالبًا ما يتم ذكر زمن الارتداد كقيمة واحدة إذا تم قياسه كإشارة ذات نطاق عريض (20 هرتز إلى 20 كيلو هرتز). ومع ذلك، نظرًا لكونه يعتمد على التردد، فيمكن وصفه بدقة أكبر من حيث نطاقات التردد (أوكتاف واحد، أوكتاف 1/3، أوكتاف 1/6، إلخ). نظرًا لكونه يعتمد على التردد، فإن زمن الارتداد المقاس في نطاقات ضيقة سيختلف اعتمادًا على نطاق التردد الذي يتم قياسه. من أجل الدقة، من المهم معرفة نطاقات الترددات التي يتم وصفها بواسطة قياس زمن الارتداد.

في أواخر القرن التاسع عشر، بدأ والاس كليمنت سابين تجارب في جامعة هارفارد للتحقيق في تأثير الامتصاص على زمن الارتداد. باستخدام صندوق نفخ محمول وأنابيب أورغن كمصدر للصوت وساعة توقيت وأذنيه، قام بقياس الوقت من انقطاع المصدر إلى عدم القدرة على السمع (بفارق حوالي 60 ديسيبل). وجد أن زمن الارتداد يتناسب طرديًا مع أبعاد الغرفة ويتناسب عكسيًا مع كمية الامتصاص الموجودة.

يعتمد وقت الصدى الأمثل للمساحة التي تُعزف فيها الموسيقى على نوع الموسيقى التي سيتم تشغيلها في المساحة. تحتاج الغرف المستخدمة للكلام عادةً إلى وقت صدى أقصر حتى يمكن فهم الكلام بشكل أكثر وضوحًا. إذا كان الصوت المنعكس من مقطع لفظي واحد لا يزال يُسمع عند نطق المقطع اللفظي التالي، فقد يكون من الصعب فهم ما قيل. ^[7] قد تبدو "Cat" و"cab" و"cap" متشابهة جدًا. من ناحية أخرى، إذا كان وقت الصدى قصيرًا جدًا، فقد يتأثر التوازن اللوني والصوت. غالبًا ما تُستخدم تأثيرات الصدى في الاستوديوهات لإضافة عمق إلى الأصوات. يغير الصدى البنية الطيفية المدركة للصوت ولكنه لا يغير درجة الصوت.

تتضمن العوامل الأساسية التي تؤثر على زمن صدى الغرفة حجم وشكل العلبة وكذلك المواد المستخدمة في بناء الغرفة. يمكن أن يؤثر كل شيء يوضع داخل العلبة أيضًا على زمن صدى الغرفة، بما في ذلك الأشخاص ومتعلقاتهم.

تاريخيًا، لم يكن من الممكن قياس زمن الارتداد إلا باستخدام مسجل مستوى (جهاز رسم بياني يرسم مستوى الضوضاء مقابل الوقت على شريط من الورق المتحرك). يتم إنتاج ضوضاء عالية، ومع اختفاء الصوت، سيظهر الأثر الموجود على مسجل المستوى منحدرًا واضحًا. يكشف تحليل هذا المنحدر عن زمن الارتداد المقاس. يمكن لبعض أجهزة قياس مستوى الصوت الرقمية الحديثة إجراء هذا التحليل تلقائيًا. ^[8]

توجد عدة طرق لقياس زمن الارتداد. يمكن قياس النبضة عن طريق إحداث ضوضاء عالية بدرجة كافية (يجب أن يكون لها نقطة قطع محددة). يمكن استخدام مصادر الضوضاء النبضية مثل طلقة مسدس فارغة أو انفجار بالون لقياس استجابة النبضة للغرفة.

بدلاً من ذلك، قد يتم توليد إشارة ضوضاء عشوائية مثل الضوضاء الوردية أو الضوضاء البيضاء من خلال مكبر صوت، ثم يتم إيقاف تشغيلها. يُعرف هذا باسم الطريقة المتقطعة، وتُعرف النتيجة المقاسة باسم الاستجابة المتقطعة.

يمكن أيضًا استخدام نظام قياس ثنائي المنفذ لقياس الضوضاء التي يتم إدخالها إلى مساحة ومقارنتها بما يتم قياسه لاحقًا في المساحة. ضع في اعتبارك الصوت الذي يتم إعادة إنتاجه بواسطة مكبر صوت في غرفة. يمكن إجراء تسجيل للصوت في الغرفة ومقارنته بما تم إرساله إلى مكبر الصوت. يمكن مقارنة الإشارتين رياضيًا. يستخدم نظام القياس ثنائي المنفذ هذا تحويل فورييه لاستنباط استجابة النبضة للغرفة رياضيًا. من استجابة النبضة، يمكن حساب وقت الصدى. يسمح استخدام نظام ثنائي المنفذ بقياس وقت الصدى بإشارات أخرى غير النبضات العالية. يمكن استخدام الموسيقى أو تسجيلات الأصوات الأخرى. يسمح هذا بأخذ القياسات في الغرفة بعد حضور الجمهور.

في ظل بعض القيود، يمكن استخدام مصادر الصوت البسيطة مثل التصفيق لقياس الصدى ^[9]

يُشار عادةً إلى زمن الارتداد باعتباره زمن اضمحلال ويُقاس بالثواني. وقد يكون هناك أو لا يكون هناك أي بيان لنطاق التردد المستخدم في القياس. زمن الاضمحلال هو الوقت الذي تستغرقه الإشارة للتضاؤل ​​بمقدار 60 ديسيبل عن الصوت الأصلي. غالبًا ما يكون من الصعب ضخ ما يكفي من الصوت في الغرفة لقياس اضمحلال بمقدار 60 ديسيبل، وخاصة عند الترددات المنخفضة. إذا كان الاضمحلال خطيًا، فيكفي قياس انخفاض بمقدار 20 ديسيبل وضرب الوقت في 3، أو انخفاض بمقدار 30 ديسيبل وضرب الوقت في 2. هذه هي ما يسمى بطرق القياس T20 وT30.

تم تعريف قياس وقت صدى RT ₆₀ في المعيار ISO 3382-1 لمساحات الأداء، والمعيار ISO 3382-2 للغرف العادية، والمعيار ISO 3382-3 للمكاتب المفتوحة، بالإضافة إلى معيار ASTM E2235.

يفترض مفهوم زمن الارتداد ضمناً أن معدل اضمحلال الصوت يكون أسيًا، بحيث يتضاءل مستوى الصوت بانتظام، بمعدل عدد معين من الديسيبل في الثانية. وهذا ليس هو الحال غالبًا في الغرف الحقيقية، اعتمادًا على ترتيب الأسطح العاكسة والمشتتة والممتصة. وعلاوة على ذلك، غالبًا ما تسفر القياسات المتتالية لمستوى الصوت عن نتائج مختلفة جدًا، حيث تتراكم الاختلافات في الطور في الصوت المثير في موجات صوتية مختلفة بشكل ملحوظ. في عام 1965، نشر مانفريد ر. شرودر "طريقة جديدة لقياس زمن الارتداد" في مجلة الجمعية الصوتية الأمريكية . واقترح قياس، ليس قوة الصوت، ولكن الطاقة، من خلال دمجها. وقد جعل هذا من الممكن إظهار التباين في معدل الاضمحلال وتحرير خبراء الصوتيات من ضرورة حساب متوسط ​​العديد من القياسات.

تم تطوير معادلة صدى سابين في أواخر تسعينيات القرن التاسع عشر بطريقة تجريبية . وقد أسس علاقة بين T ₆₀ للغرفة وحجمها وامتصاصها الكلي ( بالسابين ). وهذا يُعطى بالمعادلة:

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

حيث c ₂₀ هي سرعة الصوت في الغرفة (عند 20 درجة مئوية)، V هو حجم الغرفة بالمتر ^المكعب ، S هي المساحة السطحية الكلية للغرفة بالمتر ^المربع ، a هو متوسط ​​معامل الامتصاص لسطح الغرفة، وحاصل ضرب Sa هو الامتصاص الكلي بالسابين.

يتغير الامتصاص الكلي في السابينات (وبالتالي زمن الصدى) بشكل عام اعتمادًا على التردد (الذي يتم تحديده من خلال الخصائص الصوتية للمساحة). لا تأخذ المعادلة في الاعتبار شكل الغرفة أو الخسائر الناجمة عن الصوت المنتقل عبر الهواء (وهو أمر مهم في المساحات الأكبر). تمتص معظم الغرف طاقة صوتية أقل في نطاقات التردد المنخفضة مما يؤدي إلى أوقات صدى أطول عند الترددات المنخفضة.

وخلصت سابين إلى أن زمن الارتداد يعتمد على انعكاس الصوت من الأسطح المختلفة المتاحة داخل القاعة. فإذا كان الانعكاس متماسكًا، فإن زمن الارتداد في القاعة سيكون أطول؛ وسيستغرق الصوت وقتًا أطول حتى يتلاشى.

يؤثر زمن الصدى 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 يتم قياس المسافة الحرجة بالأمتار، ويتم قياس الحجم بالمتر المكعب، ويتم قياس زمن الصدى RT ₆₀ بالثواني . ${\displaystyle d_{c}}$${\displaystyle V}$

تم اقتراح معادلة زمن صدى إيرينغ بواسطة كارل إف إيرينغ من مختبرات بيل في عام 1930. ^[10] تهدف هذه المعادلة إلى تقدير زمن صدى الصوت بشكل أفضل في الغرف الصغيرة ذات الكميات الكبيرة نسبيًا من امتصاص الصوت، والتي حددها إيرينغ على أنها غرف "ميتة". تميل هذه الغرف إلى أن يكون لديها أزمنة صدى أقل من الغرف الأكبر والأكثر حيوية صوتيًا. معادلة إيرينغ مماثلة في الشكل لمعادلة سابين، لكنها تتضمن تعديلات لتوسيع مصطلح الامتصاص لوغاريتميًا . الوحدات والمتغيرات داخل المعادلة هي نفسها تلك المحددة لمعادلة سابين. يتم إعطاء زمن صدى إيرينغ بالمعادلة:

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

تم تطوير معادلة إيرينغ من المبادئ الأولى باستخدام نموذج مصدر الصورة لانعكاس الصوت، على عكس النهج التجريبي لسابين . تتفق النتائج التجريبية التي حصلت عليها سابين بشكل عام مع معادلة إيرينغ حيث تصبح الصيغتان متطابقتين للغرف الحية للغاية، وهو النوع الذي عملت فيه سابين. ومع ذلك، تصبح معادلة إيرينغ أكثر صحة للغرف الأصغر ذات كميات كبيرة من الامتصاص. ونتيجة لذلك، غالبًا ما يتم تنفيذ معادلة إيرينغ لتقدير وقت الصدى في غرف التحكم في استوديو التسجيل أو بيئات الاستماع الحرجة الأخرى ذات كميات عالية من امتصاص الصوت. تميل معادلة سابين إلى المبالغة في التنبؤ بوقت الصدى للغرف الصغيرة ذات كميات عالية من الامتصاص. لهذا السبب، غالبًا ما تستخدم حاسبات وقت الصدى المتاحة لبيئات استوديو التسجيل الأصغر، مثل استوديوهات التسجيل المنزلية ، معادلة إيرينغ.

معامل الامتصاص للمادة هو رقم بين 0 و1 يشير إلى نسبة الصوت الذي يمتصه السطح مقارنة بالنسبة التي تنعكس إلى الغرفة. لن تقدم النافذة الكبيرة المفتوحة بالكامل أي انعكاس حيث أن أي صوت يصل إليها سيمر مباشرة ولن ينعكس أي صوت. سيكون معامل الامتصاص لهذا هو 1. وعلى العكس من ذلك، فإن السقف الخرساني السميك الأملس المطلي سيكون المعادل الصوتي للمرآة ويكون معامل الامتصاص قريبًا جدًا من 0.

وصفت مجلة The Atlantic صدى الصوت بأنه "أقدم وأكثر تأثيرات الصوت شيوعًا في الموسيقى"، وقد استُخدم في الموسيقى منذ وقت مبكر من القرن العاشر في أغاني السهول . ^[5] كتب الملحنون بما في ذلك باخ موسيقى لاستغلال صوتيات بعض المباني. ربما تطورت الترانيم الغريغورية استجابة لوقت صدى الصوت الطويل في الكاتدرائيات ، مما حد من عدد النغمات التي يمكن غنائها قبل المزج بشكل فوضوي. ^[5]

يتم تطبيق الصدى الاصطناعي على الصوت باستخدام تأثيرات الصدى . تحاكي هذه التأثيرات الصدى من خلال وسائل تشمل غرف الصدى ، والاهتزازات المرسلة عبر المعدن، والمعالجة الرقمية. ^[5]

• إزالة الصدى
• الرنين الصوتي
• الاضمحلال الأسي
• غرفة صدى الصوت

• الصدى - الفيزياء الفائقة
• قاعدة بيانات لاستجابات نبضات الغرفة المقاسة لتوليد تأثيرات صدى واقعية
• شرح ومقارنة خزانات Spring Reverb
• العناية بخزانات صدى الزنبرك وتغذيتها Archived 2016-12-20 at the Wayback Machine