Designing Sound

66
Acoustics
wavelengths for sounds in our hearing range is large, spanning from a few cen-
timeters to several meters, so the tendency for a surface to offer diffuse reflection
depends on the relative scale of its irregularity and the wavelength (frequency)
of sound hitting it. A stone wall may behave diffusely for high frequencies but
appear like a flat surface to low frequencies (with longer wavelengths). The
ideal diffuser is somewhat like a coastline or rocky cliff face, having a random
relief over a wide range of scales but also self-similarity in the distribution of
its randomness. We call this a
Perlin noise surface
. In the presence of a dif-
fuse reflector, a sound from any location will seem to emit from everywhere on
the diffuse surface. In acoustic engineering, diffusion can be desirable to reduce
room resonance and reduce discrete echo effects, but if the surface is diffuse
and also highly reflective we get an unwelcome “woolly” or “muddy” effect.
Ground Effects
Ground effects occur by destructive or constructive interference of reflections
from uneven ground. They happen most when the source is close to the ground.
There is a correspondence between the attenuation or amplification, the relief
of the terrain, and the wavelength of the sound. In other words, the mechanism
means that the effect is dependent on the source frequency and height, and it
appears to be strongest below 4m for most of the audio spectrum. The more
uneven the terrain the stronger the frequency-dependent attenuation effects,
with grass or rocky ground producing a greater effect than smooth hard ground.
This suggests that the effect is increased by multiple reflections. Undulating
ground with dips in the 10m to 100m range significantly attenuate low frequen-
cies below 100Hz, small rocks and grassland produce a dip in the 200Hz to 1kHz
range, while frequencies above 5kHz behave more like light rays and travel in a
straight line unimpeded by ground effects (see Angelo Farina’s models). Solid,
even ground tends to produce a single reflection that adds to the direct wave,
giving a 3dB amplification for most frequencies. We will see later that when the
source is moving this can lead to a sweeping filter effect. As with diffraction,
a surface with regular relief, such as a ploughed field, a line of houses, or a
corrugated steel panel can produce a sharp notch or band filter effect, block-
ing or enhancing one small window of frequencies depending on the listener’s
location.