Акустические особенности речи

 

 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:

 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 , 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.

 

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:

 

 

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.

 

где l_k – 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