5 Thiết kế mô hình nhận thức thính giác (auditory perception) cho NPC
5.1.3 Sự phản xạ âm thanh và âm vang (Reflection and Reverberation)
Khi một sóng âm thanh tiếp xúc với một bề mặt, nó sẽ bị phản xạ ngược lại tương tự như cách ánh sáng bị phản chiếu. Nếu bề mặt phản xạ nhẵn và phẳng, góc phản xạ bằng góc tới (tuân theo định luật phản xạ). Hướng của âm thanh bị phản xạ có thể dự đoán được. Tuy nhiên, nơi bề mặt gồ ghề (chứa nhiều chỗ lồi lõm), âm thanh sẽ bị tán xạ với nhiều hướng khác nhau, khó có thể tính toán trước.
Dựa trên tính chất vật liệu của bề mặt, một phần năng lượng âm thanh sẽ bị hấp thụ với mỗi lần phản xạ. Ngoài ra, một phần năng lượng âm thanh cũng có thể được phép đi qua bề mặt đó (transmit) (xem công thức phía dưới) (Doelle, 1972). Tuy nhiên, phản xạ, hấp thụ và sự truyền (transmision) đều phụ thuộc vào tần số, sự phụ thuộc vào tần số này thường bị bỏ qua đối với các mô hình thời gian thực (real-time model) để đánh đổi giữa độ chính xác và tốc độ xử lý.
Iincedent=Ire f lected+Iabsorbed+Itransmitted
Âm vang là sự kết hợp của nhiều sóng âm phản xạ trong một khoảng thời gian. Các sóng âm thanh trực tiếp sẽ đến được với người nghe trước tiên với điều kiện là giữa nguồn âm thanh và người nghe không có vật cản (occlusion). Tiếp nối các sóng âm thanh trực tiếp là các sóng âm đã bị phản xạ bởi các bề mặt trong môi trường. Những phản xạ này (còn được gọi là phản xạ chính hoặc phản xạ bậc nhất) đến tai người nghe trong vòng 80 - 100 mili giây đầu tiên sau sóng âm trực tiếp và góp phần vào việc mô tả môi trường xung quanh người nghe. Ví dụ, sự thiếu đi những sóng âm thanh phản xạ bậc nhất hay thời gian sóng âm phản xạ đến tai người nghe chậm cho thấy rằng người nghe đang ở trong một không gian mở hoặc ở trong môi trường được tạo bởi các vật liệu hấp thụ âm thanh (anechoic). Âm thanh phản xạ lớn biểu thị sự hiện diện của các bề mặt phản xạ âm tốt ví dụ như các bức tường.
Các sóng âm phản xạ đầu tiên được nối tiếp theo sau bởi các sóng âm phản xạ lần thứ hai, tức là phản xạ của phản xạ. Mỗi khi một sóng bị phản xạ, nó sẽ mất một phần năng lượng do hấp thụ (absorption) và truyền qua (transmision). Số lượng sóng âm phản xạ đó tăng dần theo cấp số nhân và hòa trộn với nhau đến khi không còn
có thể phân biệt được từng âm riêng lẻ nữa thì tạo thành âm vang. Hình bên dưới minh họa khái niệm phản xạ âm thanh. Các đường thẳng thể hiện đường đi của âm thanh trực tiếp và âm thanh bị phản xạ từ nguồn âm đến người nghe trong một căn phòng nhỏ hình chữ nhật.
Hình 28: Âm thanh trực tiếp và bị phản xạ đến tai người nghe (Cowan, 2020, trang 12).
Những con số trên hình trên cho biết thứ tự phản xạ, tức là số lần sóng âm thanh bị phản xạ trước khi đến người nghe. Các đường thẳng trở nên nhạt hơn sau mỗi phản xạ để thể hiện sự giảm năng lượng do sự hấp thụ năng lượng âm thanh bởi môi trường (ví dụ như không khí) và bề mặt tiếp xúc.