Раздел 2. Акустический расчет помещения.
Акустический расчет помещения включает в себя определение оптимального времени реверберации, расчет необходимого звукопоглощения, выбор звукопоглощающих материалов и составление эскиза размещения звукопоглощающих материалов, расчет структуры ранних отражений, расчет на наличие тембральных искажений и расчет уровня шума в зале.
2.1 Определение оптимального времени реверберации и его частотной характеристики.
Акустическая обработка помещения производится для обеспечения оптимального времени реверберации, которое определяется исходя из назначения зала и его объема, в соответствии с которыми время реверберации может иметь различные значения, выбираемые с помощью кривых:
Рисунок 2.1 - Кривые оптимального времени реверберации
Проектируемое помещение должно быть пригодно как для использования с естественными источниками звука, так и при использовании озвучивания. Причем для обоих этих режимов рекомендуемые величины времени реверберации существенно различаются. Но, так как при использовании искусственных источников звука, имеется возможность производить регулировки различных параметров звука, а при использовании естественных источников звука этого сделать не возможно, то оптимальное время реверберации будем выбирать для речевых помещений.
С учетом всего вышесказанного, согласно кривым 6,7 на рис.2.1, выбираем оптимальное время реверберации на частоте 500Гц равное 1.07±10% с.
На низких частотах оптимальное время реверберации должно быть больше на 10-20%, поэтому частотная характеристика оптимального времени реверберации будет выглядеть:
Рисунок 2.2 - Частотная характеристика оптимального времени реверберации
2.2 Предварительный расчет времени реверберации и звукопогло-щения на частоте 125, 500 и 2000Гц.
Для расчета времени реверберации необходимо рассчитать средний коэффициент поглощения в помещении и определить необходимое количество вводимого звукопоглощающего материала.
При расчетах будем считать, что боковые стены до 2м покрыты деревянными панелями, выше 2м – оштукатурены и покрашены; потолок, козырек и низ балкона – окрашенные бетонные плиты; пол под зрительскими местами и в проходах покрыт ковровой дорожкой; сами места имеют мягкую основу; выходные двери зала прикрыты бархатными занавесками; сцена сделана из досок, покрытых паркетом.
Итак, составим табл. 2.1, в которую, для всех перечисленных выше поверхностей, занесем величину их площадей и коэффициентов поглощения на соответствующих частотах, а затем по формуле (2.1) рассчитаем средние значения коэффициентов поглощения на этих частотах и тоже занесем их в эту таблицу:
(2.1)
где
коэффициенты
поглощения поверхностей в зале
соответствующие
площади этих поверхностей
S – площадь всех поверхностей в зале
Таблица 2.1 – Предварительный расчет поглощения
Поверхность |
S, м2 |
обработка |
А |
aS |
а |
aS |
а |
aS |
125 Гц |
500 Гц |
2000 Гц |
||||||
Потолок: |
|
|||||||
|
443,86 |
бетон окрашенный |
0,01 |
4,44 |
0,01 |
4,44 |
0,02 |
8,88 |
бок. Стена: |
|
|
|
|
|
|
|
|
стена выше 2м |
445,1 |
кирпич оштук. окр |
0,01 |
4,45 |
0,02 |
8,90 |
0,04 |
15,58 |
стена ниже 2м |
112,72 |
деревянная панель |
0,25 |
28,18 |
0,06 |
6,76 |
0,04 |
4,51 |
Портьеры |
14 |
Бархат |
0,10 |
1,40 |
0,50 |
7,00 |
0,72 |
10,08 |
вентиляция |
1,28 |
железная решетка |
0,30 |
0,38 |
0,50 |
0,64 |
0,50 |
0,64 |
пол: |
|
|||||||
Кресла |
261,4 |
Мягкое |
0,15 |
39,21 |
0,20 |
52,28 |
0,30 |
78,42 |
Пол |
113,9 |
ковровая дорожка |
0,02 |
2,28 |
0,07 |
7,97 |
0,29 |
33,03 |
Сцена |
57,26 |
паркет по дереву |
0,10 |
5,73 |
0,12 |
6,87 |
0,06 |
3,44 |
задн. Стена: |
|
|||||||
окна аппаратных |
0,64 |
Стекло |
0,30 |
0,19 |
0,15 |
0,10 |
0,06 |
0,04 |
Портьеры |
10 |
Бархат |
0,10 |
1,00 |
0,50 |
5,00 |
0,72 |
7,20 |
вентиляция |
0,8 |
железная решетка |
0,30 |
0,24 |
0,50 |
0,40 |
0,50 |
0,40 |
Стена |
120,93 |
кирпич оштук.окр |
0,01 |
1,21 |
0,02 |
2,42 |
0,04 |
4,23 |
балкон: |
|
|||||||
Кресла |
82,08 |
Мягкое |
0,15 |
12,31 |
0,20 |
16,42 |
0,30 |
24,62 |
Пол |
29,28 |
ковровая дорожка |
0,02 |
0,59 |
0,07 |
2,05 |
0,29 |
8,49 |
торец балкона |
17,4 |
бетон окрашенный |
0,01 |
0,17 |
0,01 |
0,17 |
0,02 |
0,35 |
низ балкона |
112,18 |
бетон окрашенный |
0,01 |
1,12 |
0,01 |
1,12 |
0,02 |
2,24 |
перед. Стена: |
|
|||||||
торец сцены |
14,4 |
паркет по дереву |
0,10 |
1,44 |
0,12 |
1,73 |
0,06 |
0,86 |
Стена |
77,25 |
кирпич оштук.окр |
0,01 |
0,77 |
0,02 |
1,55 |
0,04 |
2,70 |
сумма |
1914,5 |
|
|
105,1 |
|
125,8 |
|
205,7 |
аср |
|
|
0,055 |
|
0,066 |
|
0,107 |
|
Из приведенной таблицы видно, на сколько различается средний коэффициент поглощения на разных частотах. Теперь, зная среднее значение коэффициента поглощения для всех частот, по формуле Эйринга можно определить стандартное время реверберации:
(2.2)
где
– площадь внутренней поверхности зала
с учетом подъема пола и балкона
–
среднее значение коэффициента
поглощения
V – объем зала
Подставляя полученные значения коэффициента звукопоглощения из табл. 2.1 и рассчитанные в первом разделе значение габаритных показателей зала в формулу (2.2), получим частотную характеристику времени реверберации акустически необработанного зала, данне расчетов занесем в табл. 2.2:
Таблица 2.2 - Частотная характеристика времени реверберации в необработанном зале
частота, Гц |
125 |
500 |
1000 |
время
реверберации
|
7,330 |
6,090 |
3,641 |
,
с
Как видим, значения времени реверберации получилось значительно больше оптимального времени реверберации, указанного в пункте 2.1. В связи с этим, чтобы приблизить величину времени реверберации в рассчитываемом зале к оптимальной, необходимо произвести дополнительную акустическую обработку внутренних поверхностей зала.
2.3 Расчет необходимой акустической обработки и частотной характеристики времени реверберации.
Исходя из величины оптимального времени реверберации можно определить величину площади, которая требует обработки. Для того из формулы (2.2) выразим и найдем его значение:
Как видим, полученное значение среднего коэффициента поглощения намного больше рассчитанного в п.2.2. Теперь, зная его, можно произвести предварительный расчет необходимой для обработки площади. Для этого необходимо выбрать материалы, которыми будем обрабатывать поверхности зала.
Итак, для обеспечения оптимального времени реверберации будем использовать два поглотителя, характеристики которых представлены в табл. 2.3
Таблица 2.3 - Характеристики звукопоглотителей
f, Гц |
125 |
250 |
500 |
1000 |
2000 |
4000 |
ЭЗП |
0,55 |
0,74 |
0,85 |
0,89 |
0,78 |
0,75 |
РЗП |
0,85 |
0,45 |
0,22 |
0,10 |
0,08 |
0,05 |
Средний коэффициент
поглощения выбранных поглотителей на
500Гц
составляет
.
Зная его, можно определить необходимую
для обработки площадь. Для этого
воспользуемся следующим выражением:
(2.3)
где
- среднее значение коэффициента
поглощения необходимое для обеспечения
оптимального времени реверберации
-
среднее значение коэффициента поглощения,
полученное после предварительного
расчета
Выразим из (2.3)
и найдем ее значение:
м2
Полученное значение – величина площади, требуемой обработки поглотителями, без учета площади под их крепления, которая составляет 20% от их площади. Следовательно, окончательная площадь обрабатываемой поверхности составит приблизительно 1000 м2.
Далее, после покрытия поглотителями задней и боковых стен, начиная с 2м от уровня пола, части потолка, торцевой и нижней частей балкона, как показано на рис. 2.3, по формуле (2.1) рассчитаем значения коэффициентов поглощения поверхностей зала для ансамбля частот с 200Гц через октаву до 2000Гц. Результаты расчетов занесем в табл. 2.4.
Таблица 2.4 - Акустическая обработка зала
поверхность |
S, м2 |
обработка |
а |
aS |
а |
aS |
а |
aS |
а |
aS |
а |
aS |
А |
aS |
|||
125 Гц |
250 Гц |
500 Гц |
1000 Гц |
2000 Гц |
4000 Гц |
||||||||||||
потолок: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
отраж. поверхн. |
309,6 |
бетон окраш. |
0,01 |
3,1 |
0,01 |
3,1 |
0,01 |
3,1 |
0,02 |
6,2 |
0,02 |
6,2 |
0,02 |
6,2 |
|||
неотраж. поверхн |
107,4 |
ЭЗП |
0,55 |
59,1 |
0,74 |
79,5 |
0,85 |
91,3 |
0,89 |
95,6 |
0,78 |
83,8 |
0,75 |
80,5 |
|||
Крепления погл |
26,9 |
дерево |
0,25 |
6,7 |
0,15 |
4,0 |
0,06 |
1,6 |
0,05 |
1,3 |
0,04 |
1,1 |
0,04 |
1,1 |
|||
бок. Стена: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
стена середина |
135,9 |
РЗП |
0,85 |
115,5 |
0,45 |
61,2 |
0,22 |
29,9 |
0,10 |
13,6 |
0,08 |
10,9 |
0,05 |
6,8 |
|||
стена у потолка |
220,1 |
ЭЗП |
0,55 |
121,1 |
0,74 |
162,9 |
0,85 |
187,1 |
0,89 |
195,9 |
0,78 |
171,7 |
0,75 |
165,1 |
|||
стена ниже 2м |
112,7 |
деревянная панель |
0,25 |
28,2 |
0,15 |
16,9 |
0,06 |
6,8 |
0,05 |
5,6 |
0,04 |
4,5 |
0,04 |
4,5 |
|||
портьеры |
14,0 |
бархат |
0,10 |
1,4 |
0,30 |
4,2 |
0,50 |
7,0 |
0,50 |
7,0 |
0,72 |
10,1 |
0,65 |
9,1 |
|||
вентиляция |
1,3 |
железная решетка |
0,30 |
0,4 |
0,42 |
0,5 |
0,50 |
0,6 |
0,50 |
0,6 |
0,50 |
0,6 |
0,50 |
0,6 |
|||
Крепления погл |
89,0 |
дерево |
0,25 |
22,3 |
0,15 |
13,4 |
0,06 |
5,3 |
0,05 |
4,5 |
0,04 |
3,6 |
0,04 |
3,6 |
|||
пол: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
кресла |
261,4 |
мягкое |
0,15 |
39,2 |
0,20 |
52,3 |
0,20 |
52,3 |
0,25 |
65,4 |
0,30 |
78,4 |
0,30 |
78,4 |
|||
Пол |
113,9 |
ковровая дорожка |
0,02 |
2,3 |
0,05 |
5,7 |
0,07 |
8,0 |
0,11 |
12,5 |
0,29 |
33,0 |
0,48 |
54,7 |
|||
Сцена |
57,3 |
паркет по дереву |
0,10 |
5,7 |
0,12 |
6,9 |
0,12 |
6,9 |
0,08 |
4,6 |
0,06 |
3,4 |
0,06 |
3,4 |
|||
задн. cтена: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
окна аппаратных |
0,6 |
стекло |
0,30 |
0,2 |
0,20 |
0,1 |
0,15 |
0,1 |
0,10 |
0,1 |
0,06 |
0,0 |
0,04 |
0,0 |
|||
портьеры |
10,0 |
бархат |
0,10 |
1,0 |
0,30 |
3,0 |
0,50 |
5,0 |
0,50 |
5,0 |
0,72 |
7,2 |
0,65 |
6,5 |
|||
вентиляция |
0,8 |
железная решетка |
0,30 |
0,2 |
0,42 |
0,3 |
0,50 |
0,4 |
0,50 |
0,4 |
0,50 |
0,4 |
0,50 |
0,4 |
|||
Стена |
96,8 |
ЭЗП |
0,55 |
53,2 |
0,74 |
71,6 |
0,85 |
82,2 |
0,89 |
86,1 |
0,78 |
75,5 |
0,75 |
72,6 |
|||
Крепления погл |
24,2 |
дерево |
0,25 |
6,0 |
0,15 |
3,6 |
0,06 |
1,5 |
0,05 |
1,2 |
0,04 |
1,0 |
0,04 |
1,0 |
|||
балкон: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
торец балкона |
13,9 |
ЭЗП |
0,55 |
7,7 |
0,74 |
10,3 |
0,85 |
11,8 |
0,89 |
12,4 |
0,78 |
10,9 |
0,75 |
10,4 |
|||
низ балкона |
89,7 |
ЭЗП |
0,55 |
49,4 |
0,74 |
66,4 |
0,85 |
76,3 |
0,89 |
79,9 |
0,78 |
70,0 |
0,75 |
67,3 |
|||
кресла |
82,1 |
мягкое |
0,15 |
12,3 |
0,20 |
16,4 |
0,20 |
16,4 |
0,25 |
20,5 |
0,30 |
24,6 |
0,30 |
24,6 |
|||
Пол |
29,3 |
ковровая дорожка |
0,02 |
0,6 |
0,05 |
1,5 |
0,07 |
2,0 |
0,11 |
3,2 |
0,29 |
8,5 |
0,48 |
14,1 |
|||
Крепления погл |
25,9 |
дерево |
0,25 |
6,5 |
0,15 |
3,9 |
0,06 |
1,6 |
0,05 |
1,3 |
0,04 |
1,0 |
0,04 |
1,0 |
|||
перед. cтена: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
торец сцены |
14,4 |
паркет по дереву |
0,10 |
1,4 |
0,12 |
1,7 |
0,12 |
1,7 |
0,08 |
1,2 |
0,06 |
0,9 |
0,06 |
0,9 |
|||
Стена |
77,3 |
кирпич оштук.окраш. |
0,01 |
0,8 |
0,01 |
0,8 |
0,02 |
1,5 |
0,03 |
1,9 |
0,04 |
2,7 |
0,04 |
3,1 |
|||
|
сумм: |
1914,5 |
|
|
544,2 |
|
590,2 |
|
600,5 |
|
626,0 |
|
609,9 |
|
615,9 |
||
аср |
|
0,284 |
0,308 |
0,314 |
0,327 |
0,319 |
0,322 |
||||||||||
Рисунок 2.3 – Акустическая обработка поверхностей зала ЭЗП и ЭРП
Далее, получив значения коэффициентов поглощения на требуемых частотах, по формуле (2.2) рассчитаем значения времени реверберации на этих частотах и построим частотную характеристику времени реверберации. Результаты вычислений занесем в табл. 2.5
Таблица 2.5 - Частотная характеристика времени реверберации
частота, Гц |
125 |
250 |
500 |
1000 |
2000 |
4000 |
время реверберации Т, с |
1,238 |
1,123 |
1,100 |
1,045 |
1,079 |
1,066 |
Рисунок 2.4 - Частотная характеристика времени реверберации
Как видим из
рис.2.4,
полученная частотная характеристика
времени реверберации соответствует
требованиям
на всех на рассматриваемых частотах,
причем ее отклонение от требуемого
значения не значительно.
На рис. 2.5 изображена развертка зала с указанием расположения звукопоглощающих материалов:
Рисунок 2.5 - Развертка зала
По данным табл. 2.4 составим баланс звукопоглощения в зале. Численные значения занесем в табл. 2.6, а затем на рис. 2.6 проиллюстрируем эти данные:
Таблица 2.6 - Баланс звукопоглощения
материал |
aS материалов на разных частотах |
Площадь покрытия, м2 |
|||||
125 Гц |
250 Гц |
500 Гц |
1000 Гц |
2000 Гц |
4000 Гц |
||
бетон окрашенный |
3,10 |
0,01 |
3,10 |
0,01 |
3,10 |
0,02 |
309,6 |
Кирпич оштук.окр |
0,77 |
0,77 |
1,55 |
1,93 |
2,70 |
3,09 |
77,3 |
дерево (в т.ч крепления) |
69,67 |
41,80 |
16,72 |
13,93 |
11,15 |
11,15 |
278,7 |
РЗП |
115,54 |
61,17 |
29,90 |
13,59 |
10,87 |
6,80 |
135,9 |
ЭЗП |
290,37 |
390,68 |
448,75 |
469,87 |
411,79 |
395,96 |
527,9 |
Паркет по дереву |
7,17 |
8,60 |
8,60 |
5,73 |
4,30 |
4,30 |
71,7 |
железная решетка |
0,62 |
0,87 |
1,04 |
1,04 |
1,04 |
1,04 |
2,1 |
стекло |
0,19 |
0,13 |
0,10 |
0,06 |
0,04 |
0,03 |
0,6 |
бархат |
2,40 |
7,20 |
12,00 |
12,00 |
17,28 |
15,60 |
24,0 |
ковровая дорожка |
2,86 |
7,16 |
10,02 |
15,75 |
41,52 |
68,73 |
143,2 |
стулья мягкие |
51,52 |
68,70 |
68,70 |
85,87 |
103,04 |
103,04 |
343,5 |
Рисунок 2.6 - Баланс звукопоглощения
2.4 Расчет и построение структуры ранних отражений.
Приведенная в предыдущем подразделе методика дает информацию о соответствии «акустики зала» требованиям ГОСТ. Однако это не дает гарантию, что в зале не будет мест с неудовлетворительной акустикой, то есть для стопроцентной реализации удовлетворительной акустики места.
Модель Эйринга предполагает довольно редкие моменты отражения одновременно от всех поверхностей, она находится в противоречии с методом вычисления среднего времени пробега, так как последний предполагает неодновременность отражений от разных поверхностей. Однако это противоречие исправляет неадекватность модели Эйринга.
Акустика места не может быть оценена статистически, так как зависит от реальной структуры реверберационного процесса. В соответствии с этим, первые отражения от внутренних поверхностей зала должны приходить ко всем местам в зале до начала реверберационного процесса. Началом реверберационного процесса принято считать начальный промежуток времени, с момента возникновения звуковой волны, равный времени интеграции слуха. (16-20 Гц 50мс). Эти 50 мс и определяют начальную часть реверберационного процесса.
Чтобы при прослушивании аудиопрограмм зрители не испытывали дискомфорта, необходимо, чтобы первые отражения приходили к слушателям до начала реверберационного процесса. В соответствии с этим, при проектировании формы зала были выбраны пропорции, удовлетворяющие данному условию. Для более детального расчета, необходимо построить картину первых отражений, во всех плоскостях зала, для нескольких мест, расположенных в разных его частях. Рассчитаем временные задержки между приходом прямого сигнала и первыми его отражениями от всех поверхностей зала для четырех мест, расположенных в первом ряду, в одиннадцатом, последнем и на балконе.
Для построения картины первых отражений необходимо использовать как минимум две плоскости, поперечного рис. 2.7 и продольного рис. 2.8 разрезов зала.
Рисунок 2.7 - Первые отражения. Поперечный разрез.
Рисунок 2.8 - Первые отражения. Продольный разрез
На приведенных выше рисунках тонкими сплошными линиями изображены лучи, показывающие направление распространения звуковых волн от источника и их первых отражений к выбранным местам.
Расположение источника выбрано таким образом, чтобы показать картину первых отражений не только для данного его положения, но и, чтобы можно было мысленно представить ее и для других его положений. Его расположение соответствует одной трети ширины зала.
Расположение мест, к которым направлены лучи, выбрано таким образом, чтобы длина лучей в продольном разрезе была истинной. В поперечном же, так как зал имеет объем, длина лучей является не точной. Чтобы получить точную длину лучей, необходимо производить некоторые несложные, но объемные вычисления. Но в результате расхождения будут не значительными (около 0,5-1м), и на общую картину они не повлияют, исключением являются места на балконе. Для вычисления длины лучей в поперечном разрезе, необходимо было учитывать высоту балкона над плоскостью зрительских мест.
После измерения длин лучей, необходимо посчитать величины временных задержек между приходом к выбранным местам прямого звука и отраженного, а также их звуковые давления. После чего следует рассчитать уровни давлений.
Чтобы определить временную задержку между приходом прямого и отраженного луча, необходимо найти разницу между их длинами и поделить ее на скорость звука. Чтобы определить интенсивность в любой точке зала, необходимо знать ее величину на краю сцены. Известно, что при поставленной громкой речи оратора уровень звукового давления на краю сцены должен соответствовать 80дБ, что соответствует интенсивности 10-4 Вт/м2. Теперь, зная эту величину, по формуле (2.4) можно найти величину интенсивности в любой точке, а по формуле (2.5) - уровень звукового давления.
(2.4)
(2.5)
где lk – расстояние от k-той точки в зале до источника звука
Результаты вычислений сведем в табл. 2.7:
Таблица 2.7 - Первые отражения
№ |
направление луча |
отражение |
длина луча l, м |
разница ∆l, м |
время задержки ∆t, мс |
Интенсивность I, Вт/м2 |
уровень звукового давления N, dB |
|
до плоскости l', м |
от плоскости l'', м |
|||||||
первый ряд |
||||||||
1.0 |
прямой звук |
|
|
3,9 |
|
0,0 |
6,57E-06 |
68,2 |
1.1 |
передняя стена |
3,5 |
7,2 |
10,7 |
6,8 |
20,0 |
8,73E-07 |
59,4 |
1.2 |
правая стена 1 |
3,3 |
4,2 |
7,5 |
3,6 |
10,6 |
1,78E-06 |
62,5 |
1.4 |
левая стена |
8,9 |
9,7 |
18,6 |
14,7 |
43,2 |
2,89E-07 |
54,6 |
одиннадцатый ряд |
||||||||
11.0 |
прямой звук |
|
|
12,9 |
|
0,0 |
6,01E-07 |
57,8 |
11.1 |
передняя стена |
3,5 |
16,1 |
19,6 |
6,7 |
19,7 |
2,60E-07 |
54,2 |
11.2 |
правая стена 1 |
4,9 |
10,1 |
15,0 |
2,1 |
6,2 |
4,44E-07 |
56,5 |
11.4 |
левая стена |
10,2 |
13,6 |
23,8 |
10,9 |
32,1 |
1,77E-07 |
52,5 |
11.5 |
козырек |
6,7 |
15,9 |
22,6 |
9,7 |
28,5 |
1,96E-07 |
52,9 |
11.6 |
потолок |
10,2 |
11,9 |
22,1 |
9,2 |
27,1 |
2,05E-07 |
53,1 |
двадцать второй ряд (последний) |
||||||||
22.0 |
прямой звук |
|
|
23,1 |
|
0,0 |
1,87E-07 |
52,7 |
22.1 |
передняя стена |
3,5 |
27,8 |
31,3 |
8,2 |
24,1 |
1,02E-07 |
50,1 |
22.2 |
правая стена 1 |
6,5 |
19,7 |
26,2 |
3,1 |
9,1 |
1,46E-07 |
51,6 |
22.3 |
правая стена 2 |
13,2 |
13,7 |
26,9 |
3,8 |
11,2 |
1,38E-07 |
51,4 |
22.4 |
левая стена |
12,4 |
20,7 |
33,1 |
10,0 |
29,4 |
9,13E-08 |
49,6 |
22.5 |
козырек |
7,4 |
24,7 |
32,1 |
9,0 |
26,5 |
9,70E-08 |
49,9 |
двадцать восьмой ряд (балкон) |
||||||||
28.0 |
прямой звук |
|
|
23,9 |
|
0,00 |
1,75E-07 |
52,4 |
28.1 |
передняя стена |
3,6 |
28,3 |
31,9 |
8,0 |
23,53 |
9,83E-08 |
49,9 |
28.2 |
правая стена 1 |
6,6 |
20,3 |
26,9 |
3,0 |
8,77 |
1,38E-07 |
51,4 |
28.3 |
правая стена 2 |
13,6 |
14,0 |
27,6 |
3,7 |
10,77 |
1,32E-07 |
51,2 |
28.4 |
левая стена |
12,5 |
21,1 |
33,7 |
9,8 |
28,70 |
8,83E-08 |
49,5 |
28.5 |
козырек |
8,9 |
22,8 |
31,7 |
7,8 |
22,94 |
9,95E-08 |
50,0 |
28.6 |
потолок |
20,0 |
6,7 |
26,7 |
2,8 |
8,24 |
1,40E-07 |
51,5 |
К
ак
видно из приведенной таблицы, задержек
между приходами прямых и отраженных
лучей больших, чем 50мс,
нет. Следовательно, в этих местах будет
обеспечены требуемые условия для
комфортного восприятия звуковых
колебаний со сцены. Но того, что нет
задержек не достаточно, для точного
удостоверения в том, что условия для
комфортного восприятия звука со сцены
выполнены на рис.
2.9 покажем
структуру ранних отражений.
Рисунок 2.9 – Структура ранних отражений
Как видим из приведенных графиков, ни в одном ряду нет опасности услышать эхо, вследствие маленькой величины времени между приходами отраженных звуков в точку приема.
Для того, чтобы оценить акустику места удобно пользоваться коэффициентом четкости, определяемым, как отношение начальной энергии ревербарационного процесса к последующей. Временем, определяющим эту начальную энергию принято считать величину времени интеграции человеческого слуха, равную 50мс.
Измерительная
аппаратура позволяет автоматически
выделить энергию отражений, интегрируемую
в пределах
мс
из всей заполняющей зал энергии, а затем
определить коэффициент четкости. Не
имея аппаратуры, этот коэффициент можно
вычислить посредством формулы:
(2.6)
г
(2.7)
(2.8)
Величина
должна зависеть от координат точки
приема звука. Если подставить в формулу
(2.6)
одно лишь значение звукового давления
прямого звука, например, то зависимости
значения коэффициента от расположения
точки приема в зале не будет, во всех
точках величина D
будет
одинакова, поэтому, чтобы проследить
за акустикой места, в числителе и
знаменателе формулы (2.6)
необходимо
рассматривать энергии не одного
колебания, а суммы энергий прямого и
отраженных звуков, зафиксированных в
точке приема в течении 50мс
после прихода прямого звука. В соответствии
с этим, формула (2.8)
примет вид:
(2.9)
где i – номер звуковой волны пришедшей в точу приема
k – количество звуковых волн, пришедших в точку приема за 50мс
=
(0,05 - ti)мс –
временная задержка между приходом
прямого и i-го
отраженного звука
Далее, пользуясь данными из табл. 2.7, рассчитаем значения коэффициентов четкости для рассматриваемых мест. Результаты сведем в табл. 2.8
Таблица 2.8 - Определение акустики места в начале, середине и в коне зала.
Ряд |
1й |
11й |
22й |
28й |
||||
Энергии реверберационного процесса |
до 50мс |
после 50мс |
до 50мс |
после 50мс |
до 50мс |
после 50мс |
до 50мс |
после 50мс |
прямой звук |
1,36E-04 |
1,12E-04 |
1,25E-05 |
1,03E-05 |
3,89E-06 |
3,20E-06 |
3,63E-06 |
2,99E-06 |
передняя стена |
1,09E-05 |
1,93E-05 |
3,27E-06 |
5,73E-06 |
1,10E-06 |
2,38E-06 |
1,08E-06 |
2,27E-06 |
правая стена 1 |
2,91E-05 |
3,48E-05 |
8,08E-06 |
8,22E-06 |
2,47E-06 |
2,80E-06 |
2,37E-06 |
2,65E-06 |
правая стена 2 |
|
|
|
|
2,23E-06 |
2,73E-06 |
2,14E-06 |
2,58E-06 |
левая стена |
8,11E-07 |
8,60E-06 |
1,31E-06 |
4,55E-06 |
7,80E-07 |
2,27E-06 |
7,80E-07 |
2,18E-06 |
Козырек |
|
|
1,74E-06 |
4,82E-06 |
7,96E-07 |
2,28E-06 |
1,12E-06 |
2,28E-06 |
Потолок |
|
|
1,95E-06 |
4,95E-06 |
|
|
2,43E-06 |
2,67E-06 |
Σ |
1,77E-04 |
1,75E-04 |
2,88E-05 |
3,86E-05 |
9,48E-07 |
2,33E-06 |
1,36E-05 |
1,76E-05 |
D |
1,01 |
0,75 |
0,73 |
0,77 |
||||
2.5. Расчет спектра собственных частот помещения.
Помещение, обычно является последним звеном электроакустического тракта, при передаче звука. В помещении, как в распределенной колебательной системе, могут хорошо передаваться только колебания, у которых частота колебания равна собственной частоте колебания системы. Необходимо знать, как распределены собственные частоты по частотной шкале, а также могут ли возникнуть заметные на слух тембральные искажения.
Собственные частоты помещения вычисляются по формуле:
(2.10)
где n – количество полуволн, укладывающихся по длине l
p – количество полуволн, укладывающихся по ширине b
q – количество полуволн, укладывающихся по высоте h
с0 = 340 м/с – скорость звука в воздухе
Поскольку в области высоких частот наблюдается высокая плотность спектра, то расчеты будем проводить в низкочастотной области (20-100 Гц). Расчеты спектра собственных частот приведены на рис. 2.10
Рисунок 2.10 - Спектр собственных частот
Для определения возможности возникновения тембральных искажений необходимо вычислить так называемые «частотные окна» и сравнить их с частотной разрешающей способностью слуха. В [2] приведены кривые разрешающей способности слуха, выберем кривую при громкости 60 фон и переведем относительные величины на оси ординат в абсолютные, экстраполируем эту кривую до 20 Гц и отобразим ее на графике, изображенном на рис. 2.11, на этом же графике покажем расстояния между соседними частотами («частотные окна»).
Рисунок 2.11 - "Частотные окна" и частотная разрешающая способность слуха
Из полученного графика видно, что заметных на слух тембральных искажений в зале не будет. Так как все «частотные окна располагаются значительно ниже кривой разрешающей способности слуха.
2.6 Расчет уровня шума в помещении
Для определения уровня проникающего в помещение шума необходимо знать уровни шума за каждой из его преград и их собственную звукоизоляцию. Расположение помещения представлено на рис. 2.12.
Рисунок 2.12 - План расположения здания и его внутренних помещений
Данные для расчета шума в помещении представлены в табл. 2.9 Считаем, что под залом находится подвал, а над залом – чердак. Задняя стена в нижней половине примыкает к фойе, служебным помещениям и двум аппаратным (проекционной и звукотехнической), а в верхней – к фойе второго этажа.
Таблица 2.9 - Расчет уровня шума, проникающего в зал через снаружи
Наименование преграды |
толщина |
Площадь преграды Sk, м2 |
Уровень шума за преградой Nk, дБ |
Собственная звукоизоляция преграды Dk, дБ |
Nk - Dk, дБ |
|
|
||
Наружняя стена, выходящаяя на могистральную улицу |
2 кирпича |
90 |
90 |
60 |
30 |
1,00E+03 |
9,00E+04 |
||
Стены м/у залом и корридороами |
0.5 кирпич |
277 |
65 |
53 |
12 |
15,8 |
4,39E+03 |
||
Стена м/у залом, фойе и корридором второго этажа |
0.5 кирпич |
84,5 |
65 |
53 |
12 |
15,8 |
1,34E+03 |
||
Стена м/у залом и служебными помещениями фойе |
0.5 кирпич |
44 |
50 |
53 |
-3 |
0,5 |
2,21E+01 |
||
Стена м/у залом и киноаппаратной |
0.5 кирпич |
12 |
85 |
53 |
32 |
1,58E+03 |
1,90E+04 |
||
Стена м/у залом и аппаратной звукорежиссера |
0.5 кирпич |
12 |
75 |
53 |
22 |
158 |
1,90E+03 |
||
Стена м/у залом и служебными помещениями у сцены |
0.5 кирпич |
339 |
50 |
53 |
-3 |
0,5 |
1,70E+02 |
||
Пол (м/у залом и подвалом |
0,15 - 1,3 м |
432,5 |
55 |
60 |
-5 |
0,3 |
1,37E+02 |
||
Потолок (м/у залом и чердаком |
15 см |
444,5 |
70 |
55 |
15 |
31,6 |
1,41E+04 |
||
Окна в аппаратные (двойные) |
|
0,64 |
85 |
28 |
57 |
5,0E+05 |
3,21E+05 |
||
Двери в служебные помещения |
|
4 |
50 |
24 |
26 |
4,0E+02 |
1,59E+03 |
||
Выходные двери из зала |
|
20 |
65 |
45 |
20 |
1,0E+02 |
2,00E+03 |
Теперь рассчитаем общий уровень проникающего шума Nш в зале:
Уровень проникающего в помещение шума не должен превышать 35 дБ. Значение полученного уровня удовлетворяет этому условию, поэтому дополнительных мер по звукоизоляции помещения не требуется.