3. Анализ акустических условий для прослушивания звуковых программ

Методика архитектурно-акустического моделирования

Для компьютерного анализа зала в программу компьютерного моделирования EASY вводятся геометрические и акустические параметры упрощенной модели зала; упрощение связано с уменьшением числа мелких поверхностей, описывающих зал, поскольку большое количество поверхностей приводит к увеличению расчетного времени, не давая существенного уточнения результатов. Основное внимание уделяется расчету частотной характеристики времени реверберации. При отклонении частотной характеристики от рекомендуемых значений проводится целенаправленное изменение обработки некоторых поверхностей, пока частотная характеристика времени реверберации не достигнет оптимальных значений.

При достижении желаемых результатов вырабатываются предложения по акустической обработке, включающие тип и конструкцию используемого звукопоглотителя, а также общую его площадь и возможные варианты размещения.

Программа позволяет нам избавиться от ручных расчетов, произвести все необходимые акустические исследования и получить параметры такие как: прямое звуковое давление (Direct SPL), потеря артикуляции (Articulation Loss / Alcons), производит измерение прозрачности звука (C Calculation) и др.

В результате работы нужно получить зал пригодный для прослушивания аудиозаписей , фонограмм кинофильмов .

Построение модели комнаты в программе EASE4.3

На рисунке рис. 1. представлен внешний вид компьютерной модели зала.

Данный зал имеет прямоугольную форму и не является симметричным из-за наличия мебели. Поэтому необходимо получить рефлектограммы для данного зала в 7 точках (соответственно местам слушателей).

Высота потолка 3 м.

Длина зрительного зала 7 м.

Ширина зрительного зала 3 м.

Объем зала

После построения модели зала в программе EASE был получен свободный объем помещения 63 м³ . При заполненности зала 7 зрителями свободный объем получается 9 м³ на зрителя, что считается допустимой величиной для зала для прослушивания фонограмм. Поэтому объем зала не нуждается в корректировке.

Выбор материалов

Правильный подбор материалов очень важен для создания необходимой акустики помещения.

Звукопоглощающие акустические материалы, применяемые для обработки отражающих поверхностей зала, позволяют выбрать оптимальное решение интерьера и обеспечить заданное время реверберации.

Для сравнительной оценки поглощающих свойств материалов в строительной практике применяют коэффициент звукопоглощения α

Звукопоглощающие материалы и отделочные панели по характеру звукопоглощения и конструктивным особенностям условно делят на следующие основные группы: пористые (минераловатные маты и плиты, тяжелые ворсистые занавеси, ковры и ковровые дорожки); резонансные конструкции со сплошным гибким покровным листом (панели из листов фанеры и дюралюминия, древесно-стружечные или асбестоцементные плиты); резонансные конструкции с перфорированным покровным листом, конструкции с переменным профилем поверхности.

По избирательным свойствам поглощения различают высокочастотные, среднечастотные и низкочастотные покровные материалы и конструкции (абсорбенты). К высокочастотным относят в основном пористые плиты из стеклянной, капроновой или минеральной ваты, различного вида драпировки, ворсистые ковры; к среднечастотным и низкочастотным – материалы и конструкции, в которых применяются преимущественно колеблющиеся поверхностные пластины – экраны и внутренние воздушные объемы (резонаторы).

Способы размещения звукопоглощающих материалов на поверхностях стен и потолка разнообразны. Они зависят от назначения помещений, заданных акустических условий, интерьера зрительного зала, экономически соображений и др.

Многолетняя практика эксплуатации зрелищных сооружений показала, что сосредоточение всех поглощающих материалов и конструкций только на потолке или стенах (а подобные случаи не так уж редки) приводит к значительному ухудшению временной структуры звука и, как правило, к «переглушиванию» зала, потере четкости и красоты звучания. Выбирая звукопоглощающие материалы и конструкции, следует иметь в виду, что поглотители, размещенные на вогнутых поверхностях, менее эффективны, чем размещенные на плоскости (из-за различия углов падения звуковых волн на их поверхность).

Кинотеатральные залы, предусмотрены для прослушивания звуковых дорожек фильмов, в которых уже прописана информация об акустических условиях в которых находится источник звука (вся эта информация содержится в цифровом треке Dolby Digital фильмокопии), к записанной в саундтреке пространственной информации добавляется пространственная информация самого кинозала.

Согласно теории, задняя стена зала должна быть поглощающей, дабы избежать нежелательных отражений на последние ряды зрителей. Пол – приглушенный чтобы не были слышны шаги опоздавших зрителей.

Все выпуклые поверхности должны иметь отражающие рассеивающие характеристики.

Материалы поверхностей зала

Место расположения	Название в EASE	Перевод названия	Краткая характеристика
Пол	Wooden floor with thin carpet	Деревянный пол с тонким ковром	Небольшое поглощение на частотах 100 -500 Гц (20%), Затем экспонециальный подъём поглащающей способноти до 60% на 4000Гц и до 10000 Гц - 60%
Потолок	Painted Nubby Open Plan ceiling Tile, Size: 2'x2' & 2'x4'x1" Type E-400 Mounting 1/3 Octave Data: 100 Hz-10KHz NRC=.95 Test#: A-40776	Окрашенная потолочная плитка	Сильное поглащение поглощение на частотах о 1000 до 10000 Гц , с небольшим ослаблением поглащения на частоте 500 Гц и на частотах 100-250 Гц
Стена передняя	Door holw	Древесный массив	Небольшое поглащение по всем частотам 0,1-0,15 %
Задняя стена	Concrete wall or floor (Smooth)	Бетон гладкий	Экспоненциальный рост поглащения от 0 Гц -1000Гц (0%-90%), далее Экспоненциальное падение до 50% на 10000 Гц,
Правая стена	Concrete wall or floor (Rough)	Шероховатый бетон	Слабое поглащение от 1500 до 10000 Гц до 10%
Левая стена	Concrete wall or floor (Smooth)	Гладкая Бетонная стена	Слабое поглащение от 2500 до 10000 Гц до 10%
дверь	Door,1 3/4"SOLID CORE WOOD	Деревянный массив	Небольшое поглащение по всем частотам 0,1-0,15%
Мягкая мебель	Draperies thick	Толстая драпировка	Поглощение 40-50% от 1000до10000Гц, слабое поглащение 100-250Гц
шкаф	DOOR HOLW	Дверной массив	Низкое поглащение по всему диапазону 0-1,6%

В таблице 1 приведены выбранные материалы для данного проекта.

Расчет времени реверберации

На рисунке 2 представлен график частотной характеристики времени реверберации после наложения поверхностей. На графике показано рекомендуемое время реверберации в стандарте THX 0.19 секунд (красная линия в центре). Черные изогнутые линии – это пределы, в которых должно находиться время реверберации. Синяя линия – это полученное время реверберации после наложения материалов.

Анализ частотно-временной характеристики показывает , что нужно провести коррекцию на частотах 200-1000 Гц - требуется повысить поглащение энергии. А на участке от 1500-10000 Гц поднять время реверберации на 0,01-0,04 с.

Расчет акустических параметров зала

Измерение прозрачности звука C Calculation

Этот расчёт определят качество звука в помещении.

С7 – показывает отношение прямого звука и отражений (D/R) со временем разделения 7 мс. Значения выше -15 дБ означают хорошую локализацию (хорошее отношение D/R). Чем значение ближе к 0 дБ, тем лучше локализация.

В приложении 1

на рисунках 15.1, 16.1 приведены результаты теста C7.

Max = -8.9 дБ min = -1.9 дБ. Локализация хорошая.

С50 – параметр для измерения разборчивости. Показывает отношение прямого и отраженного звука после 50 мс. Любое значение выше 0 дБ означает хорошую разборчивость.

В приложении 1 на рисунке 17.1,18.1 приведен результат теста С50.

Min = 11.85. max = 12.6 дБ.

Разборчивость хорошая.

D/R Ratio (измерение коэффициента D/R)

Этот коэффициент показывает отношение уровня прямого звука к отраженному в дБ. Нулевая отметка означает, что в данной области уровни одинаковые. Меньше 0 означает, что преобладает отраженный звук. Больше 0 – значит, преобладает прямой звук.

Результат расчета показан в приложении 1 рис. 6.1

Где max = -7.42 дБ. Min = -9.96 дБ. В зале преобладает отраженный звук.

Critical distance (критическое расстояние)

Этот параметр показывает коэффициент прямого и отраженного звука в расстоянии от громкоговорителей. Это расстояние в пространстве, где прямой и отраженный звук равны. На графике это области с коэффициентом 1. Значения больше 1 означают что уровень отраженного звука на этом расстоянии от громкоговорителей превышает уровень прямого звука. Меньше 1 – преобладает прямой звук.

Результат представлен в приложении 1 рис 4.1,5.1

Crit Min =1.2,Crit max= 2.7

По графику видно что преобладает отраженный звук звук

First Arrival Time (время прибытия прямого звука)

«Arrival time (first)» показывает время, в течение которого прямой звук от громкоговорителей доходит до данной области, и измеряется в миллисекундах. Этот параметр используется для задания задержек громкоговорителям.

В приложении 1 рис. 7.1 ,8.1 приведен график результата этого теста.

Max = 2.97 мс. min = 8.76 мс.

Lspk Overlap (перекрытие громкоговорителей)

«Lspk Overlap» показывает, какое количество громкоговорителей воздействует на данную область, в данный момент. Значение 1 показывает, что перекрытий нет. Значение больше 1 показывает количество перекрытий. Обычно значения больше 1.5 означают, что в данной области может присутствовать гребенчатая частотная характеристика в связи с нежелательной интерференцией.

Результат теста представлен в приложении 1 рис 2.1и 3.1

Мах = 2.77 min = 1.2 Это означает что на данную область при максимальном значении воздействуют 3 громкоговорителя, что в данной области может присутствовать гребенчатая характеристика, а так же можно ожидать различное поведение интерференции звука.

Articulation Loss/Alcons (потеря артикуляции)

Этот параметр необходимо рассчитывать в том случае, если в зале планируется воспроизведение речевых программ (лекторий, драматический театр).

Значения в процентах:

от 0% до 3% - отличное

от 3% до 7% - хорошее

от 7% до 11% - среднее

от 11% до 15% - плохое

от 15% и больше – неприемлемое

Результат расчета представлен в приложении 1 рис. 31.1,32.1

Max = 1.33% min = 1.13%. В нашем случае значение отличное

Total SPL (суммарное звуковое давление)

Этот расчёт говорит о распределении прямого звукового давления, исходящего от громкоговорителя с учетом отражений, и визуально отражает их качественные характеристики

Результат расчёта представлен в приложении 1 рис. 13.1, 14.1

На частоте 1000 Гц max =101.67, min = 99.98

Анализ рефлектограмм

Рефлектограмма показывает временную структуру отражений в зале и проверяет наличие нежелательного эхо (паузы между группами интенсивных отражений более 35 мс). Так как зал несимметричный для расчёта выбирается 7 точек. Координаты которых соответствуют местам зрителей.

Результат расчёта рефлектограмм представлен в приложении 1

рис. 35.1 -41.1