Акустические особенности речи

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:

Число мест: 1000

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

Основными факторами достижения качества акустики помещения являются средства архитектурной акустики и системы звукоусиления.

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.

 

 

 

 

 

Раздел 1. Определение  размеров и формы зала.

 

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 V_уд. При принудительной вентиляции на одного зрителя приходится 4-5 м³. Следовательно, V_уд=4000-5000 м³.

Форма 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 5м, 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.

Вследствие того, что  рассчитываемый зал имеет большую  длину, в задней его части необходимо делать подъем пола, чтобы сидящие  там зрители имели возможность  беспрепятственно следить за происходящим на сцене. Для построения подъема, на сцене размещается источник звука. Затем, от него проводятся лучи к каждому ряду, и замеряется расстояние между лучами к соседним рядам. Это расстояние не должно превышать 12 – 15см. В противном случае необходимо поднимать уровень пола до тех пор, пока это расстояние не будет удовлетворять заданным условиям. В результате получим:

Рисунок 1.1 - Построение подъема 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 потолка

 

1.2.3 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.

Таким образом, суммарное  число зрительских мест составляет:

 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: 28м

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:

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:

 

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