Odbicia fal dźwiękowych
Fale dźwiękowe rozchodzące się w pomieszczeniach natrafiając na przeszkody mogą się od nich odbić. Te odbicia mogą mieć charakter lustrzany (pierwszy schemat: kąt padania jest równy kątowi odbicia) lub też łączyć się z rozproszeniem dźwięku (trzeci schemat: fala padająca pod określonym kątem jest odbijana we wszystkich kierunkach). W sposób lustrzany odbijają fale dźwiękowe gładkie powierzchnie a w sposób rozproszony chropowate lub z rozrzeźbioną powierzchnią. To, jaki charakter będzie miało odbicie zależy od relacji między długością fali a rozmiarami ew. elementów rozpraszających. W praktyce, ze względu na duży zakres długości fal dźwiękowych (w zależności od częstotliwości od 1,7 mm do 17 m), zwykle mamy do czynienia z odbiciem mieszanym – składowe dźwięku o pewnych częstotliwościach ulegają odbiciu z rozproszeniem a inne odbiciu lustrzanemu (schemat drugi).
Jeśli powierzchnia odbijająca dźwięk będzie wklęsła (np. sklepienie kolebkowe, kopuła, absyda itp.) to fale dźwiękowe odbite od tej powierzchni będą ogniskowały się (nakładały) w pewnym konkretnym miejscu w przestrzeni pomieszczenia. W tym miejscu poziom dźwięku będzie bardzo wysoki, a winnych miejscach pomieszczenia nastąpi niedobór fal odbitych mogący powodować niedostateczną słyszalność dźwięku. Ogniskowanie dźwięku jest zwykle wadą akustyczną pomieszczenia.
Z kolei wypukłe powierzchnie zapewniają pożądane rozproszenie fal dźwiękowych w pomieszczeniu.
Pochłanianie dźwięku
Fala dźwiękowa może także ulec pochłonięciu przez materiał na który pada. Mechanizm pochłaniania dźwięku przez materiały może być różny (inny w przypadku materiałów porowatych, inny w przypadku materiałów perforowanych a jeszcze inny w przypadku membranowych). To, że materiał pochłania dźwięk nie znaczy, że go „magazynuje”, zwiększając dźwiękoizolacyjność przegrody, na której jest zainstalowany. Część energii fali dźwiękowej jest rzeczywiście zamieniana na energię cieplną ale większość przenika przez materiał dźwiękochłonny do kolejnego ośrodka. Istotą pochłaniania dźwięku jest redukcja odbić fal dźwiękowych od danej powierzchni.
W każdym pomieszczeniu do słuchacza dochodzi dźwięk bezpośredni (dobiegający bezpośrednio od źródła dźwięku) a także dźwięki odbite od powierzchni ograniczających to pomieszczenie oraz od obiektów w nim znajdujących się. Fale dźwiękowe odbite przemierzają dłuższą drogę a więc docierają do słuchacza z opóźnieniem. Fale te są coraz słabsze ponieważ tracą część swojej energii przy każdym odbiciu i przy każdym metrze pokonanej drogi. W związku z tym po wyłączeniu źródła dźwięku słuchacz jeszcze przez pewien czas słyszy zanikające odbicia dźwięku. Odbicia te mogą przybierać formę echa lub pogłosy (często w tym samym pomieszczeniu występują oba zjawiska równocześnie).
Echo
Poszczególne odbicia docierają do słuchacza w pewnych odstępach czasowych. Jeśli odstęp między dwoma odbiciami wynosi 50 ms lub więcej to słyszy on je wyraźnie jako dwa osobne dźwięki. Mamy wtedy do czynienia ze zjawiskiem echa, które zawsze jest traktowane jako wada akustyczna pomieszczenia. Szczególnym przypadkiem jest tzw. trzepoczące echo powstające w pomieszczeniu pomiędzy dwoma równoległymi, płaskimi i twardymi powierzchniami. Jest ono bardzo dobrze słyszalne jeśli pozostałe powierzchnie w tym pomieszczeniu są pokryte materiałami dźwiękochłonnymi.
Pojedyncze echo może też być bardzo dobrze słyszalne jeśli w większym pomieszczeniu pozostawi się jedną płaską ścianę wykończoną twardymi materiałami (odbijającymi dźwięk) i ściana ta będzie oddalona od słuchacza o więcej niż 8-9 m. Jeśli w pomieszczeniu występuje echo to można się tego zjawiska pozbyć instalując na odbijającej dźwięk powierzchni materiały lub ustroje pochłaniające i/lub rozpraszające dźwięk.
Pogłos
Jeśli poszczególne odbicia dźwięku docierają do słuchacza w bardzo krótkich odstępach czasowych (<50ms) to nie jest on w stanie odseparować tych dźwięków od siebie - słyszy tylko płynne zanikanie dźwięku. Zjawisko pogłosu w pomieszczeniu tworzą właśnie wielokrotnie odbite fale dźwiękowe stopniowo zanikające po wyłączeniu źródła dźwięku. Pogłos zależy od wielu czynników:
W większości zwykłych pomieszczeń w budynkach użyteczności publicznej pogłos jest zjawiskiem niepożądanym, które należy ograniczyć do minimum. Głównym problemem jaki powoduje nadmierny pogłos to słaba Zrozumiałość mowy. Oczywiście są też i pomieszczenia, które powinny być do pewnego stopnia pogłosowe (np. sale koncertowe, operowe, kościoły itd).
Pogłosowość pomieszczenia mierzy się parametrem zwanym Czas Pogłosu T(s)
Zanik przestrzenny dźwięku w pomieszczeniu
Zazwyczaj poziom dźwięku spada wraz ze wzrostem odległości od jego źródła. Jednym z parametrów służącym do opisu tego zjawiska jest zanik przestrzenny dźwięku z podwojeniem odległości od źródła DL2. W przestrzeni otwartej, pozbawionej elementów odbijających dźwięk DL2 = 6 dB co oznacza, że poziom dźwięku spada o 6 dB z każdym podwojeniem odległości od źródła. Wynika to z niezakłóconego, przestrzennego rozproszenia energii dźwiękowej. We wnętrzach jest nieco inaczej. Poziom dźwięku opada w podobnym tempie w najbliższym otoczeniu źródła, tam gdzie dominuje dźwięk bezpośredni tego źródła (czyli w tzw. polu bezpośrednim). Pozostała przestrzeń w pomieszczeniu jest tzw. polem pogłosowym, gdzie dominują dźwięki odbite. Poziom dźwięku w polu pogłosowym wszędzie jest taki sam lub bardzo zbliżony. Stąd zanik przestrzenny dźwięku w pomieszczeniach jest zwykle dużo słabszy niż w przestrzeni otwartej. Stosując w pomieszczeniu dużo materiałów dźwiękochłonnych możemy zbliżyć wartość DL2 do 6 dB a dodatkowe użycie ekranów akustycznych (przesłaniających źródła dźwięku) może jeszcze zwiększyć jego wartość.
Szybki zanik przestrzenny dźwięku jest istotny np. na korytarzach czy klatkach schodowych (dźwięk nie „niesie się” tak po budynku) lub w biurach otwartych (gdzie główną uciążliwością dla pracowników są dźwięki rozmów prowadzonych w dalszych częściach biura). Na ilustracjach powyżej przedstawiono zasięg przestrzenny dźwięku (kolor czerwony) w pomieszczeniach szpitalnych. Znaczące ograniczenie zasięgu dźwięku na dolnym obrazku wiąże się z użyciem w korytarzu materiałów dźwiękochłonnych.
Wzmocnienie dźwięku w pomieszczeniu
Ponieważ do słuchacza znajdującego się w pomieszczeniu fale dźwiękowe docierają nie tylko bezpośrednio od źródła ale także poprzez odbicia od ścian, sufitów itd. (czyli na dźwięk bezpośredni pochodzący ze źródła rzeczywistego nakładają się dźwięki dobiegające z wielu źródeł pozornych) można mówić, że pomieszczenie wzmacnia dźwięk w nim wytwarzany. Poziom dźwięku mierzony w pomieszczeniu w pewnej odległości od źródła (ale w polu pogłosowym) może być nawet o kilkanaście decybeli wyższy od poziomu wytworzonego przez to samo źródło w przestrzeni otwartej. Stopień wzmocnienia dźwięku w pomieszczeniu zależy od jego chłonności akustycznej, im ta chłonność jest większa tym w pomieszczeniu jest ciszej. Dla pola pogłosowego możemy wyliczyć redukcję poziomu dźwięku wynikającą ze zwiększenia chłonności akustycznej:
gdzie:
∆L - zmiana poziomu dźwięku
A - chłonność akustyczna po zmianie
A0 - wyjściowa chłonność akustyczna
Komora bezechowa, duża chłonność akustyczna materiału, którym pokryte są powierzchnie tego pomieszczenia sprawia, że nie ma tu odbić dźwięku (tak jak w przestrzeni otwartej). Do mikrofonu dociera tylko dźwięk bezpośredni od źródła.
Pomieszczenie pogłosowe, powierzchnie tego pomieszczenia wykończone są twardym, gładkim materiałem, bardzo dobrze odbijającym. Do mikrofonu dociera nie tylko dźwięk bezpośredni od źródła ale także wielokrotne odbicia dźwięku. Poziom dźwięku wytwarzany przez to samo źródło będzie nawet kilkanaście decybeli wyższy.
W praktyce, dzięki wprowadzeniu dźwiękochłonnych materiałów wykończeniowych do hałaśliwych pomieszczeń (np. stołówki szkolnej czy szkolnego korytarza) możemy uzyskać redukcję poziomu dźwięku o przeszlo 10 dB. I to bez ingerencji w zachowanie „źródeł dźwięku”!
Przykład: Stołówka, Zespół Szkolno-Przedszkolny nr 2 w Legionowie