Stojaté vlnění
V případě, že zvuk narazí na nějakou překážku, dochází k odrazu vlny. Tato odražená vlna má stejnou fázi jako vlna dopadající, ale opačný směr šíření. Ačkoliv to zní jako jednoduchá poučka, má za důsledek změnu v rozložení akustického tlaku v prostoru. Vlivem opačného šíření vln dochází k jejich postupnému sčítání a odečítání, kdy v určitých bodech prostoru vznikají uzly – akustický tlak se zde nemění a kmitny – akustický tlak zde má největší výchylku. Tomuto jevu se říká stojaté vlnění a jeho grafické znázornění lze pozorovat na animaci na Obr. 1.
Obr. 1: Animace sčítání primární a odražené vlny (nahoře, uprostřed) spolu s konečným rozložením hladiny akustického tlaku (dole)
Prostorový hřebenový filtr
Toto nerovnoměrné rozložení akustického tlaku v prostoru je navíc dále zhoršeno tím, že jednotlivá místa, kde se nacházejí minima a maxima jsou závislá na kmitočtu (a tím pádem i na vlnové délce). Tento efekt zobrazuje obrázek níže. Pro představu vlnová délka vlnění o kmitočtu 400 Hz odpovídá 86 cm a kmitočtu 2000 Hz odpovídá 17,2 cm. Vzniká tak prostorový hřebenový filtr, kdy v bodě posluchače dochází k zesílení určitých kmitočtů a zeslabení jiných. Takový případ nemusí nastat pouze v případě odrazů od stěn či stropu, ale i například jako důsledek nevhodného umístění reproduktorů vůči stolu. Především v místech, kde je přesnost poslechu na prvním místě je důležité s tímto efektem počítat.
Obr. 2: Prostorové rozložení akustického tlaku při zrcadlovém odrazu pro dva různé kmitočty
Ohyb a difrakce
Dalším důležitým jevem je ohyb vlnění na hranách a překážkách. V případě překážky záleží na poměru velikosti překážky k vlnové délce dopadajícího zvukového vlnění. Pak mohou nastat dva základní scénáře. Pokud je vlnová délka podstatně větší nežli překážka, dochází k “obtékání” a rozložení akustického tlaku v prostoru se příliš nemění. Naopak pokud je vlnová délka menší nebo srovnatelná s rozměry překážky, dochází k odrazu a lomu vlnění, čímž vzniká akustický stín za překážkou.
Obr. 3: Porovnání difrakce o překážku pro dva různé kmitočty
Posledním jevem, který je důležitý pro pochopení chování vln v prostoru je difrakce na štěrbině. Pokud se například v nějaké stěně nachází otvor, prochází samozřejmě zvukové vlnění touto “zkratkou”. Důležité je ale to, v jaké podobě dané vlnění opustí tuto stěnu, tak jak zobrazuje obrázek níže. V tomto příkladu zůstává vlnová délka stejná jako v ukázkách výše a rozměr otvoru odpovídá 27,5 cm. Pokud je rozměr otvoru výrazně menší než-li vlnová délka, chová se na druhé straně ovor jako zdroj zvuku s kulovou charakteristikou, tedy že se zvuk šíří do celého poloprostoru za otvorem relativně rovnoměrně. Naopak pokud je otvor větší nebo shodný s vlnovou délkou, je zvukové vlnění tvarováno do úzkého paprsku.
Obr.4: Porovnání difrakce na štěrbině pro dva různé kmitočty
Ze všech těchto vlastností zvukového vlnění je zřejmé, že nízké kmitočty se v prostoru chovají jinak, nežli kmitočty vysoké. Proto se při zkoumání a popisu zvukového pole používají dva základní přístupy. Pro nízké kmitočty se používá takzvaná Vlnová akustika. Tento přístup je matematicky poměrně složitý, neboť počítá se zvukovým vlněním složitými rovnicemi. Pro vysoké kmitočty se používá zase Geometrická akustika, kdy jsou zvukové vlny nahrazeny hustou sítí paprsků, jejichž výpočet je podstatně snazší. Tento princip využívají i profesionální akustické programy (např. EASE nebo ODEON), které díky tomu umožňují i auralizaci daného návrhu (poslech dozvuku dané místnosti, čistě na základě počítačových výpočtů). Program vyšle několik tisíc paprsků z místa zdroje, kdy následně sleduje dráhu, místa odrazu a útlum na jednotlivých kmitočtech během jejich cesty. Ve zjednodušení lze tuto metodu použít i bez použití počítačů. Stačí pouze brát v potaz to, že zvuky se odráží stejným způsobem jako světelný paprsek. Hladké povrchy se pak chovají jako zrcadlo a členité povrchy zase jako matný povrch, neboť dochází k “rozrážení” zvukového vlnění do více směrů. Tímto způsobem se dají velmi snadno najít místa prvotních odrazů, které způsobují největší zkreslení v místě posluchače. Stačí si sednout do místa, kde bude probíhat poslech, a někoho požádat, ať posouvá zrcátko po stěně na které chceme nalézt odraz. V moment, kdy v zrcátku spatříte reproduktor, je vhodné do tohoto bodu umístit absorpční, případně difuzní prvek.
V dalším článku budou probrány speciální jevy, ke kterým dochází v prostorech bez akustických úprav nebo při jejich nevhodném návrhu.
