Архитектурная акустика. Акустика помещений реферат

Реферат Архитектурная акустика

Реферат на тему:

План:

Введение
• 1 Строительная акустика
  • 1.1 Звукопередача во внешней оболочке здания
  • 1.2 Звукопередача в стенах
  • 1.3 Шумы оборудования
• 2 Акустика интерьера
• 3 История
• 4 Теории
  • 4.1 Волновая теория
  • 4.2 Геометрическая теория

Введение

Архитектурная акустика — наука, изучающая законы распространения звуковых волн в закрытых (полуоткрытых, открытых) помещениях, отражение и поглощение звука поверхностями, влияние отражённых волн на слышимость речи и музыки, методы управления структурой звукового поля, шумовыми характеристиками интерьеров и т. п.

Цель этой науки — создание приёмов проектирования залов с заранее предусмотренными хорошими условиями слышимости.

Первоначально архитектурная акустика занималась проектированием оперных театров и концертных залов. В дальнейшем, по мере развития техники и роста городов (особенно в XIX веке), первоочередными её задачами стали подавление шума в многоквартирных домах, звукоизоляция производственных помещений и вопросы сохранения здоровья рабочих, а также организация помещений увеселительных заведений, создающих существенный уровень шума.

Развитие транспорта и увеличение его скоростей в XX веке вовлекли в сферу архитектурной акустики ландшафтное проектирование, вопросы архитектурного дизайна жилых массивов в целом, их транспортных артерий, вокзалов и проектирование крупных торговых площадей. Развитие авиации также привнесло свои задачи.

В настоящее время архитектурная акустика в массовом применении включает в себя акустику студийных помещений для звукозаписи, акустику жилых комнат, домашних кинотеатров и акустику увеселительных заведений.

Проблемы изоляции помещений от проникающих извне звуков выделены в настоящее время в самостоятельную область — строительную акустику.

1. Строительная акустика

1.1. Звукопередача во внешней оболочке здания

Анализ передачи шума от внешней оболочки строения к интерьеру и наоборот. Главные пути проникновения шума в здание — крыши, карниз, стены, окна, дверь.

1.2. Звукопередача в стенах

В наибольшей степени определяет свойства приватности помещения, комфорт спальных комнат

1.3. Шумы оборудования

2. Акустика интерьера

Находящийся в закрытом помещении слушатель воспринимает, помимо непосредственно доходящего до него прямого звука от источника, ещё и ряд его запаздывающих повторений, возникающих в результате отражения от стен, потолков и иных поверхностей, и следующих друг за другом с малыми интервалами.

Так как при отражениях часть звуковой энергии поглощается, более поздние повторы оказываются слабее. После выключения источника звука количество отражённой энергии в помещении убывает до тех пор, пока она не будет поглощена. Процесс постепенного затухания звука называется реверберацией.

Продолжительность реверберации — важнейший параметр, определяющий акустическое качество помещения. Излишне длительное затухание уменьшает чёткость звучания и разборчивость речи, а звучание музыки становится ритмически неопределённым. При короткой реверберации речь звучит глухо, а музыкальное исполнение (особенно композиции со значительным числом инструментов) утрачивает слитность и выразительность.

Даже при оптимальном значении времени реверберации акустические свойства зала могут очень различаться на различных направлениях из-за различия в путях, которые проходят отражения от источника звука до слушателя.

Оптимальные параметры реверберации существенно отличаются не только для речи и музыки, но принципиально зависят от характера и жанра музыкальных произведений. Для камерной, симфонической и эстрадной музыки, вообще говоря, нужны различные оптимальные условия.

Исходя из этого, акустическое проектирование концертных залов (включающее в себя выбор площади и формы зала, размещение слушателей, применение материалов для стен, рассеивающих и поглощающих конструкций, установка отдельных элементов и т. п.) требует в большинстве случаев компромиссных решений.

В залах большой вместимости условия слышимости улучшают применением систем звукоусиления с электронными способами получения искусственной реверберации. Это позволяет контролировать свойства зала в более широких пределах.

Пример электроакустически оснащенного зала универсального назначения (конгрессы, концерты, опера, звуковой кинопоказ) — большой зал Дворца съездов в Московском Кремле (6000 мест).

3. История

В открытых театрах и других строениях Древней Греции и Рима уже можно заметить результаты применения примитивных акустических знаний. Уже тогда строители сознательно достигали очень хорошей слышимости в помещениях с большим количеством слушателей.

Считается, что современная архитектурная акустика начинается с работ учёного XIX века У. Сэбина, который показал, что в замкнутом помещении постепенно ослабевающие отражения звука сливаются в гул и сопровождают всякий звук. Он и установил, что скорость затухания этого гула является наиболее существенным показателем слышимости.

4. Теории

В архитектурной акустике применяют две основных теории распространения звука:

• Волновая, более строгая, точная, но в ряде случаев расчёты по ней оказываются излишне громоздкими.
• Геометрическая — упрощённая, более удобная для технических расчётов.

4.1. Волновая теория

Более строгая теория, дающая наиболее точные результаты.

4.2. Геометрическая теория

Для представления направления распространения и границ потока звуковой энергии используются прямые лучи.

Геометрические представления тем более правомерны, чем меньше длина звуковой волны по сравнению с размерами препятствия. Практически это означает, что наибольшую точность геометрическая теория даёт в области средних и верхних звуковых частот.

wreferat.baza-referat.ru

Курсовой проект - Акустика и озвучение универсального речевого помещения

Доступные файлы (1):

1.doc

Техническое задание

Рассчитать и спроектировать акустику и озвучение речевого помещения по следующим данным:

1. Назначение помещения: воспроизведение речи в естественном и озвученном виде.
2. Параметры помещения:

Тип вентиляции: принудительная

3. Тип системы озвучивания: распределенная
4. Коэффициент осевой концентрации: 24

Реферат

В пояснительной записке приведен расчет размеров универсального речевого помещения, расчет оптимального времени реверберации и необходимого для его обеспечения звукопоглощения. Также здесь приведен расчет собственных частот в НЧ области, чтобы проверить наличие тембральных искажений, расчет звукоизоляции помещения от внешних шумов, расчет равномерности звукового поля при искусственном озвучении, а также расчет устойчивости системы звукоусиления.

Пояснительная записка составлена на 40 листах, содержит 14 таблиц и 19 рисунков.

Введение

Акустическое проектирование помещений заключено в определении пропорций и формы помещения и акустической обработки внутренних поверхностей этого помещения. При определении формы помещения необходимо учитывать характер отражений звуковых волн от внутренних поверхностей помещения, за счет которых формируется диффузность звукового поля. При акустической обработке внутренних поверхностей необходимо обеспечить требуемое значение эффективности в заданном диапазоне частот.

Одними из самых важных параметров, по которым оценивается качество воспроизведения звука, являются разборчивость, отношение сигнал–шум, отсутствие паразитной обратной связи. При этом, не должно быть допущено существенного различия в разборчивости, в тембральной окраски и в качестве звука, излучаемого одним источником, в разных местах проектируемого помещения. Поэтому по всей площади зрительских мест должно быть достигнуто однородное распределение звука и правильный баланс громкостей отдельных источников.

В залах с большой вместимостью, как правило, не хватает звуковой мощности при естественном воспроизведении. При этом не обеспечивается нормальная слышимость в довольно большой зоне расположения слушателей. Поэтому, для обеспечения нормальной слышимости во всем зале, необходимо применять искусственную систему озвучивания. При проектировании такой системы необходимо обеспечить равномерность звукового поля и необходимую устойчивость выбранной системы, которая рассчитывается после выбора и установки громкоговорителей и микрофонов.

Таким образом, учитывая все вышесказанное, можно производить проектирование залов разной вместимости с возможностью использования системы звукоусиления, так и без нее.^

1. Определение объема и средних размеров зала.

Общий объем зрительного зала рассчитывается исходя из его назначения и вместимости, в соответствии с существующими рекомендациями. Тип вентиляции определяет удельный объем зала Vуд. При принудительной вентиляции на одного зрителя приходится 4-5 м3. Следовательно, Vуд=4000-5000 м3.

Ф (1.1)орма зала, как правило, изначально принимается прямоугольной, а затем, при необходимости, корректируется. Для расчета размеров помещения используется геометрический модуль зала:

где h – высота зала

l – длина зала

b – ширина зала.Объем зала примем равным V = 5000 м3 исходя из санитарных норм, а геометрический модуль g = 1,638

Размеры эквивалентного прямоугольного зала длина l, ширина b и высота h вычисляем по формулам:

Такими габаритами будет обладать зал, если не учитывать время запаздывания отраженного от поверхностей зала звука. Оно не должно превышать 50 мс, так как, будет отрицательно влиять на восприятие аудиопрограмм находящимися в зале зрителями. В случае, полученном выше, если не менять форму зала, это условие не выполняется, поэтому необходимо изменить форму потолка и боковых стен.

2. Построение профилей потолка и пола. План зала.

Глубина сцены выбрана равной ^ , а длина – 12,6м. На сцене имеются 2 двери в служебные помещения. От сцены до первого ряда оставляем проход 1,8м.

Так как вместимость зала должна быть большой, то устанавливаем кресла, занимающие минимальное место. Выбираем мягкие кресла, ширина которых составляет 0,4м, длина сидения 0,5м, высота от пола до верхней части спинки – 1м. Расстояние между спинками соседних рядов – 0,9м.

1. Построение профиля пола.

^ Таким образом, подъем пола начинается с восьмого ряда, там он составляет 2см. В конце зала подъем пола относительно соседних рядов составляет около 15см. Под зрительными местами, как показано на рис.1.1, пол имеет ступенчатую структуру, в проходах же – ровную наклонную поверхность, покрытую ковровой дорожкой (рис.1.3а). На балконе же, в связи с более крутым подъемом, проходы имеют ступенчатую структуру (рис.1.3б).

1.2.2 Построение профиля потолка.

При ровном потолке, как показано на рис.1.1, зрители, сидящие в задней части зала, не будут обеспечены энергией первых отражений. А энергии прямых волн от естественного источника на сцене не достаточно для получения комфортных ощущений восприятия. Поэтому необходимо изменять профиль потолка.

Для данного зала будет использоваться две потолочных наклонных поверхности. Первая – козырек, расположенный над источником, который дает отражения на все ряды зрительного зала, кроме первых четырех, не нуждающихся в дополнительных отражениях. Вторая – горизонтальная плоскость, протягивающаяся практически по всему потолку над зрителями. Она дает отражения во вторую часть зала, начиная с 8 ряда и заканчивая последним балконным. Отражения от этой поверхности не получают только зрители двух рядов под балконом. В итоге получим профиль потолка показанный ниже:

Рисунок 1.2 – Построение профиля потолка1.2.3 Построение плана зала.

Длина зоны зрительских мест составляет 23м. Посредине нее имеется центральный проход шириной 1,2м, соединяющий выходы в правой и левой стене зала. Этот проход делит зал на две части:

• первая часть, которая имеет расширение с обеих сторон от сцены к центральному проходу с 10,3м до 17,4м. Это расширение необходимо для того, чтобы за счет него создавался необходимый угол, позволяющий получить наилучшую картину ранних отражений от боковых стен, показанных на рис.1.3а. В этой зоне расположено 11 рядов. В первом ряду расположено 28 мест, в следующем ряду на одно место больше, и так до 11 ряда, в котором, таким образом будет располагаться 38 мест. С обеих сторон этой зрительской зоны имеются боковые проходы, ширина которых составляет 1,1м.
• вторая часть, посредине которой имеется проход от центрального прохода к выходу в задней стене. Этот проход делит эту часть на две равные зрительные зоны. В каждой из них имеется по 11 рядов с 18 местами в каждом. С обеих сторон зрительской зоны имеются проходы от центрального прохода к задней стене шириной 1м. Между задней стеной и зрительскими местами также имеется проход такой же ширины. План зала показан на рис.1.3а.

мест

Оставшиеся места разместим на балконе в 6 рядах по 38 мест в каждом. В результате, общее число зрительских мест в зале составляет 987 мест. Полученный результат отличается от заданного количества мест на 13 мест, что допустимо. На балконе, также как и в зале, вдоль зрительских мест имеются два боковых прохода шириной 1,1м. Между задней стеной и местами имеется проход шириной в 1м, посредине задней стены – вход на балкон. План балкона показан на рис.1.3б

Рисунок 1.3 – План зала. Ранние отражения (а). План балкона (б).

3. Определение окончательных габаритов зала.

Итак, после построения профилей пола и потолка зала, после изменения формы боковых стен, изменились габариты зала, полученные в первом пункте данного раздела. На рис.1.1 – рис.1.3 представлены скриншеты из программы для проектирования и черчения AutoCad2009. Все размеры, показанные на предложенных рисунках, являются окончательными и не подлежат дальнейшему изменению, так как они были получены с учетом материалов последующих разделов пояснительной записки.

Таким образом, окончательные габаритные размеры проектируемого зала имеют следующие величины:

длина: ^

ширина: 17,4м

высота: 11,7м

Объем зала, при этом, уменьшится с 5000м3 до 4755м3. Площадь внутренней поверхности зала составит 1914м2.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:

^

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 реверберации2.2 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^ покрыты деревянными панелями, выше 2 – 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

^ Таблица 2.1 – Предварительный расчет поглощения

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:^

частота, Гц	125	500	1000
время реверберации , с	7,330	6,090	3,641

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.^ 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^

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.

^

^ 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^

Рисунок 2.4 - Частотная характеристика времени реверберацииКак 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 залаПо 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:^

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 разрезНа 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 10-4Вт/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 звукаРезультаты вычислений сведем в табл. 2.7:^

Как 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.

^ 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)де

(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 звукаДалее, пользуясь данными из табл. 2.7, рассчитаем значения коэффициентов четкости для рассматриваемых мест. Результаты сведем в табл. 2.8^

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 воздухеПоскольку 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 частотДля 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 слухаИз 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 помещенииДля 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.^

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

gendocs.ru

Акустические свойства помещения

"Со звуками на открытом воздухе звукорежиссеру приходится сталкиваться достаточно редко. Обычно художественные программы исполняются в помещениях: студиях, на сценах театров, концертных залов. Акустические свойства помещения существенно влияют на характер звучания исполняемой в нем музыки и речи. В помещениях акустическое поле формируется не только прямой волной, идущей от исполнителя по кратчайшему пути, но и после отражений от стен, потолка, пола и находящихся в помещении предметов. При каждом новом отражении часть звуковой энергии звуковой волны поглощается отражающими поверхностями и воздушной средой, а часть ее, в виде частых и убывающих по величине повторений, воздействует на слух, накладываясь на основной (прямой) звук и придавая ему привычную для слушателей протяженность и окраску.

Таким образом, в помещении, где расположен источник звука, поле звуковых волн формируется из прямой и отраженных волн, образующих так называемое диффузное (рассеянное) звуковое поле. Причем, первые отраженные волны следуют друг за другом дискретно, хотя и с малыми задержками, но с ростом времени в формировании звукового поля начинают принимать участие волны, претерпевшие разное число отражений и имеющих самые различные фазовые соотношения. При этом затухание звука теряет дискретный характер и становится непрерывным, слитным, что поясняется рисунок.

Именно звуковые отражения, когда источник звука выключен, поддерживают поле и звук не пропадает мгновенно, а замирает в течение какого-то определенного для данного помещения времени. Такое постепенное замирание звука в помещении, иначе - послезвучание, называется реверберацией. От скорости замирания звука зависит время существования отзвука в помещении, так называемое время реверберации. Это время тем больше, чем меньше звуковой энергии при отражениях поглощается ограничивающими помещение поверхностями и расположенными в нем предметами.

Естественно, что поглощение звука зависит от размеров помещения, свойств материалов, покрывающих стены, потолок и пол, а также от степени заполнения помещения различными предметами. Например, гладкие крашеные маслом стены, застекленные окна, паркет, полированная мебель - хорошие отражатели звука. Энергия звуковых волн при отражении от таких поверхностей теряется небольших количествах. Наоборот, ковры, мягкая мебель, тяжелые матерчатые драпировки – хорошие поглотители; наличие их в помещении резко сокращает время реверберации.

Гулкие помещения имеют большое время реверберации, в них энергия звуковой волны спадает медленно. В таких помещениях речь теряет разборчивость, музыка звучит более пространственно, расплывчато. В сильно заглушенных помещениях, где логлощение звуковой энергии отражающими поверхностями идет быстро и время реверберации мало, речь и музыка звучат глухо, звук лишается сочности и естественной окраски.

Для сравнения помещений по их акустическим свойствам введено понятие времени стандартной реверберации. Временем стандартной реверберации Т называется время, которое необходимо для того, чтобы плотность звуковой энергии в помещении после выключения источника звука снизилась до одной миллионной части своей начальной величины, т.е. уменьшилась бы на 60 дБ. Это - первая и основная характеристика акустических свойств помещения

Опыт звукозаписи показал, что лучшее звучание или оптимальное (наиболее выгодное) время реверберации не одинаково для студий разных размеров и различного назначения. Ориентировочно, оптимальное время реверберации студии может быть определено по кривой, приведенной на рисунке.

Оно равно 0,35-0,5 с для речевых дикторских студий малого объема и доходит до 2 с для больших концертных студий.

Некоторое уменьшение оптимального времени реверберации для литературно-драматических студий связано с необходимостью сохранения максимальной четкости (разборчивости) текста, которая ухудшается при большой реверберации.

Второй важной характеристикой акустических свойств студии является частотная характеристика времени реверберации или зависимость времени стандартной реверберации от частоты звукового сигнала. Энергия колебаний различных частот звукового диапазона поглощаются одними и теми же материалами по-разному. Например, ковры, мягкая мебель, драпировки, да и сами слушатели, заполняющие концертный зал, поглощают энергию более высоких частот сильнее, чем низких. Помещения, в которых преобладают подобные поглотители, будут иметь время реверберации большее на низших звуковых частотах и меньшее на высших.

Это приводит к значительному искажению тембра звука. Звучание будет глухим и бубнящим. Студии и концертные залы должны иметь определенную частотную характеристику времени реверберации.

При обзоре акустических характеристик студий и концертных залов нельзя обойти вниманием роль ранних дискретных отражений звука и влияние времени запаздывания прихода к слушателю каждой из этих волн по сравнению с прямым звуком. Впечатление слушателя о размерах зала определяется именно этими временами запаздывания.

Иногда в плохих студиях наблюдается очень нежелательный эффект, получивший название порхающего эха или флаттер-эффекта. Флаттерэффект возникает, когда имеются две гладкие параллельные стены, или потолок и пол, между которыми находится источник звука. В этом случае в точку приема приходят два первых отражения. Если, при этом, разность их путей от ограждающих поверхностей превышает 18-20 м, то возникает эхо. Оно особенно подчеркивается за счет сдвига фаз, проявляющихся во взаимном усилении или ослаблении звука (интерференции звуковых волн). В результате многократного отражения в точке приема звук периодически усиливается, а на коротких импульсных звуках, в зависимости от частотных компонент эха и интервала между ними, приобретает характер дребезга, треска или ряда последовательных и затухающих сигналов эха.

При оценке акустических свойств студии, принимают во внимание и еще один ее параметр: диффузность звукового поля. Под диффузностью звука понимают равномерность распределения энергии отраженных волн по всему объему помещения, при котором уровень звуковых волн, приходящих в данный момент из разных направлений, одинаков, а фазы случайны. Для улучшения диффузности при строительстве студий прибегают к расчленению больших отражающих поверхностей полуколоннами круглой или прямоугольной формы, применяют кессонные потолки, подвесные отражатели. Для этих же целей иногда используют непараллельные стены и потолок с полом.

Попытки записать или передать в эфир музыкальные произведения, исполняемые большими коллективами из студий, не рассчитанных на такой состав, приводят к ухудшению качества звучания.

Как известно, первыми искусственными ревербераторами были появившиеся в 30-е годы эхо-камеры. Это были специальные помещения при студиях звукозаписи, обычно коридоры в подвалах. На одном конце комнаты устанавливался громкоговоритель, а на другом — микрофон. На громкоговоритель подавался сигнал, а снятый с микрофона сигнал подмешивался к прямому. Таким образом, принцип параллельной обработки, используемый в современных ревербераторах, ведет свое начало еще от эхо-комнат.

Первой электромеханической системой реверберации явился пружинный ревербератор, до настоящего времени все еще встречающийся в гитарных комбиках. Его устройство в каком-то смысле аналогично эхо-комнате (на одном конце электромеханический преобразователь, на другом конце — механоэлектрический), только средой распространения волн вместо воздуха служила пружина. В силу особенностей распространения колебаний в пружине (преимущественно продольные), звуковой сигнал на выходе механоэлектрического преобразователя мало напоминает исходный, но в сочетании с прямым сигналом суммарное звучание действительно похоже на реверберированное.

Следом появились другие электромеханические устройства — листовые ревербераторы. Их звук реверберации был более правдоподобен, но при подаче сложного и высокоуровневого сигнала (например, с нескольких каналов микшера) они давали заметные искажения. Да и в силу громоздкости конструкции использование листовых ревербераторов было ограничено.

Однако, несмотря на несовершенство, пружинные и листовые ревербераторы оставили свой след в звукозаписи, сформировали определенную эстетику звучания, и до сих пор их саунд имитируется почти всеми цифровыми ревербераторами.

Первые электронные ревербераторы представляли собой специальные магнитофоны со сквозным каналом и несколькими головками воспроизведения. Сигнал с выхода усилителя воспроизведения подавался обратно на вход усилителя записи. Строго говоря, ревербераторами их называли неправильно, на самом деле это были многоотводные задержки, так как их сигнал представлял собой ряд затухающих повторов. Регулируя уровень каждого повтора и скорость движения ленты, можно было менять характер эффекта.

Наконец, появились цифровые ревербераторы. По методу обработки сигнала они являются в определенной степени аналогами магнитофонных ревербераторов, только значительно более сложными по архитектуре. Основой «машины» обработки является многоотводная цифровая линия задержки, на которую подается оцифрованный входной сигнал, и она аналогична ленте в магнитофоне. Однако в цифровом приборе количество отводов сигнала может быть неограниченно большим.

Для удобства пользователя в программах заложены основные характеристики разных помещений, от маленьких комнат до огромных залов и пещер. Отдельно заложена информация о структуре ранних отражений, отдельно — о собственно реверберационном хвосте. Изменение параметров звучания также производится раздельно для этих двух групп.

Одним из важнейших параметров является Pre-Delay (предзадержка) — временной интервал между приходом к слушателю прямого сигнала и появлением самого первого отраженного сигнала.

Еще один важный параметр — характер затухания ранних отражений, выражающийся в огибающей.

Не менее важна и диффузность. Следует отметить, что в дорогих моделях диффузность создается путем увеличения количества самих отражений. Каждый импульс как бы распадается на гроздь из нескольких близко расположенных. В недорогих моделях просто изменяются интервалы между самими отражениями без изменения их количества. Это, конечно, упрощает алгоритм и разгружает процессор обработки сигнала, но упрощается и звук — он становится коротким и тонально окрашенным.

Наряду с множеством достоинств цифровых ревербераторов, у них есть существенный недостаток — это некоторая предсказуемость, монотонность, излишняя стабильность получаемого звучания, отличающая его от реверберации в реальных помещениях.

Для имитации живости звучания разработаны различные способы. В простейших случаях «оживление» производится введением небольшой модуляции времени задержки специальным инфранизким FM-сигналом, при этом модулируются частота и глубина (как в синтезаторе). В «навороченных» дорогих аппаратах применяются сложные случайные алгоритмы для придания «живости» звучанию — Randomization. Они меняют случайным образом спектр компонентов реверберационного процесса, что делает звучание похожим на реальный зал."- писал Борис Меерзон "Спектры и тембр, акустика помещений и студий". "Звукорежиссёр"

xn--b1agadcjl6asejas6j.xn--p1ai

Реферат Акустика

Реферат на тему:

План:

Введение
• 1 Основные направления современной акустики
ПримечанияЛитература

Введение

Аку́стика (от греч. ἀκούω (аку́о) — слышу) — наука о звуке, изучающая физическую природу звука и проблемы, связанные с его возникновением, распространением, восприятием и воздействием. Акустика является одним из направлений физики (механики), исследующее упругие колебания и волны от самых низких (от 0 Гц) до высоких частот.[1]

Акустика является междисциплинарной наукой, использующей для решения своих проблем широкий круг дисциплин: математику, физику, психологию, архитектуру, электронику, биологию, медицину, гигиену, теорию музыки и другие.

Иногда под акустикой также понимают акустическую систему — электрическое устройство, предназначенное для преобразования тока переменной частоты в звуковые колебания при помощи электро-акустического преобразования. Также термин акустика применим для обозначения колебательных свойств какой-либо системы, например «акустика помещения».

Термин «акустика» в 1701 году впервые использовал (фр. acoustique) Жозеф Савёр.

1. Основные направления современной акустики

• Общая (физическая) акустика — теория излучения и распространения звука в различных средах, теория дифракции, интерференции и рассеяния звуковых волн. Линейные и нелинейные процессы распространения звука.
• Геометрическая акустика — раздел акустики, предметом изучения которого являются законы распространения звука. В основе лежит представление о том, что звуковые лучи — это линии, касательные к которым совпадают с направлением распространения энергии акустических колебаний.
• Архитектурная акустика — законы распространения звука в закрытых (полуоткрытых, открытых) помещениях, методы управления структурой поля и т. д.
• Строительная акустика — защита от шума зданий, промышленных предприятий (расчёт конструкций и сооружений, выбор материалов и т. д.).
• Психоакустика — основные законы слухового восприятия, определения связи объективных и субъективных параметров звука, определения законов расшифровки «звукового образа».
• Музыкальная акустика — проблемы создания, распространения и восприятия звуков, используемых в музыке.
• Биоакустика — теория восприятия и излучения звука биологическими объектами, изучение слуховой системы различных видов животных и др.
• Электроакустика — раздел прикладной акустики, занимающийся теорией, методами расчёта и созданием электроакустических преобразователей
• Аэроакустика (авиационная акустика) — излучение и распространение шумов в авиационных конструкциях.
• Гидроакустика — распространение, поглощение, затухание звука в воде, теория гидроакустических преобразователей, теория антенн и гидроакустических эхолокаторов, распознавание движущихся объектов и др.
• Акустика транспорта — анализ шумов, разработка методов и средств звукопоглощения и звукоизоляции в различных видах транспорта (самолётах, поездах, автомобилях и др.)
• Медицинская акустика — разработка медицинской аппаратуры, основанной на обработке и передаче звуковых сигналов (слуховые аппараты, диагностические приборы)
• Ультразвуковая акустика — теория ультразвука, создание ультразвуковой аппаратуры, в том числе ультразвуковых преобразователей для промышленного применения в гидроакустике, измерительной технике и др.
• Квантовая акустика (акустоэлектроника) — теория гиперзвука, создание фильтров на поверхностных акустических волнах
• Акустика речи — теория и синтез речи, выделение речи на фоне шумов, автоматическое распознавание речи и т. д.
• Цифровая акустика — связана с созданием микропроцессорной (аудиопроцессорной) и компьютерной техники.

Интересными направлениями исследования в акустике на макроскопическом уровне являются

• распространение звука в движущихся средах
• рассеяние звука на неоднородностях среды и распространение звука в неупорядоченных средах
• характер макроскопических течений в поле звуковой волны
• поведение вещества в поле сильной ультразвуковой волны, кавитационные явления

На микроскопическом уровне упругое колебание среды описывается фононами — коллективными колебаниями атомов или ионов. В металлах и полупроводниках такие колебания ионов приводят и к колебаниям электронной жидкости, то есть, на макроскопическом уровне, звук может порождать электрический ток. Подраздел акустики, изучающий такие явления и возможности их использования, называется акустоэлектроникой.

Другое близкое по духу направление исследования — акустооптика, то есть изучение взаимодействия звуковых и световых волн в среде, в частности, дифракция света на ультразвуке.

Примечания

1. Акустика - slovari.yandex.ru/~книги/БСЭ/Акустика/ — статья из Большой советской энциклопедии

Литература

• Аннотация - lib.mexmat.ru/books/6470 // Лепендин Л. Ф. Акустика. — 1978. — 448 с.
• Дж. В. Стрэтт (Лорд Рэлей) Теория звука. пер. с англ. в 2-х томах. М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1940. - т. 1 - 500 с., т. 2 - 476 с.
• Маньковский В.С. Акустика студий и залов для звуковоспроизведения. - М.: Искусство, 1966. - 376 с.
• Алдошина И., Приттс Р. Музыкальная акустика. Учебник. — СПб.: Композитор, 2006. — 720 с. ISBN 5-7379-0298-6

Категории: Акустика.

wreferat.baza-referat.ru

Смотрите также

• 
  Реферат самоочищение почвы
• 
  Реферат про агапкина
• 
  Столбцовое делопроизводство реферат
• 
  Реферат про зонт
• 
  Реферат балеты прокофьева
• 
  Этика эпикура реферат
• 
  Холодовые травмы реферат
• 
  Ультрафиолетовая спектроскопия реферат
• 
  Социализм коммунизм реферат
• 
  Реферат франклин бенджамин
• 
  Реферат современные микропроцессоры