Акустические особенности речи

 

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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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:

где   

 

 

 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:

 

где i – номер звуковой волны пришедшей в точу приема

k – количество звуковых  волн, пришедших в точку приема  за 50мс 

  = (0,05 - t_i)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:

 

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 N_ш 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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Раздел 3. Озвучение зала.

 

 

3.1 Расчет неравномерности звукового поля

 

Для обеспечения в  зале комфортных условий восприятия звука необходимо обеспечить равномерность  звукового поля как по горизонтали, так и по вертикали за счет ориентации осей излучателей и выбора места их расположения.

По техническому заданию система озвучения зала должна быть распределенной, при этом, если в процессе расчета неравномерности получится система с сосредоточенными параметрами – это значительно улучшит получаемую картину. Поэтому допускается переход от системы с распределенными параметрами к системе с сосредоточенными параметрами.

При расчете неравномерности  по вертикали будем рассматривать  только один громкоговоритель, так как второй будет расположен симметрично первому во второй половине зала.

Неравномерность звукового  поля в зале не должна превышать ±3 дБ относительно осей излучателей. Поэтому первым, что необходимо проделать – определить место, где будет расположен громкоговоритель и ориентацию его оси. Для этого по формуле (3.1) необходимо рассчитать неравномерность для каждого ряда:

 

где r₀ – расстояние от центра громкоговорителя до ряда, в который направлена ось

r_k – расстояние от центра громкоговорителя до ряда, в котором рассчитывается неравномерность озвучения

R(θ_k) – характеристика направленности громкоговорителя

θ_k – угол между осью громкоговорителя  и местом, в котором рассчитывается неравномерность озвучения

 

 

Для озвучения зала будем использовать рупорные громкоговорители. Характеристика направленности рупорных громкоговорителей аппроксимируется эллипсом и  рассчитывается по формуле (3.2):

 

 

 

где – эксцентриситет эллипса

 

 

 

Для расчета значения эксцентриситета эллипса воспользуемся  формулой (3.3):

 

 

В которую подставим  заданное в техническом задании  значении коэффициента осевой концентрации Ω (КОК) и выражение для характеристики направленности (3.2). Далее, после несложных вычислений, получим выражение для нахождения эксцентриситета характеристики направленности излучателей:

 

 

Подставив в это выражение  значение КОК, получим:

 

 

Теперь, приступим к выбору места расположения ГГ и их ориентации, опираясь на то, что уровень во всех местах зала не должен отклоняться на 3 дБ от уровня в месте ориентации оси. После непродолжительного графического поиска ориентации оси, удовлетворяющей заданным условиям, было выбрано изображенное на рис. 3.1 расположение положение ГГ:

Рисунок 3.1 - Расположение и направленность ГГ в продольном разрезе

 

   Таким образом, осевое расстояние r_oc будет равно 25,4 м. Далее, измеряя расстояния до рядов и вычисляя по формуле (3.2) значения радиус-векторов характеристики направленности, приняв величину 94 дБ за требуемый уровень звукового давления на оси громкоговорителя, рассчитаем неравномерность озвучения в зале. Результаты этих расчетов занесем в табл. 3.1.

Таблица 3.1 - Расчет неравномерности  озвучения в вертикальной плоскости

номер ряда	rk, м	Θk, град	R(Θk)	р, Па	N,дБ	ΔN, дБ
1	7,6	36	0,313	1,048	94,4	0,4
2	8,3	31	0,378	1,161	95,3	1,3
3	9	28	0,426	1,206	95,6	1,6
4	9,7	24	0,501	1,316	96,4	2,4
5	10,5	22	0,544	1,320	96,4	2,4
6	11,3	19	0,615	1,385	96,8	2,8
7	12,1	17	0,666	1,400	96,9	2,9
8	12,9	15	0,718	1,418	97,0	3,0
9	13,7	14	0,745	1,385	96,8	2,8
10	14,5	12	0,799	1,403	96,9	2,9
11	15,3	11	0,826	1,374	96,7	2,7
12	16,9	9	0,876	1,320	96,4	2,4
13	17,8	8	0,899	1,286	96,2	2,2
14	18,6	6	0,941	1,288	96,2	2,2
15	19,5	6	0,941	1,228	95,8	1,8
16	20,3	5	0,958	1,202	95,6	1,6
17	21,2	4	0,973	1,168	95,3	1,3
18	22	3	0,984	1,139	95,1	1,1
19	22,9	2	0,993	1,104	94,8	0,8
20	23,7	1	0,998	1,072	94,6	0,6
21	24,6	1	0,998	1,033	94,3	0,3
22	25,4	0	1,000	1,002	94,0	0,0
23	20,6	10	0,851	1,052	94,4	0,4
24	21,5	11	0,826	0,978	93,8	-0,2
25	22,4	12	0,799	0,908	93,1	-0,9
26	23,3	13	0,772	0,844	92,5	-1,5
27	24,3	13	0,772	0,809	92,1	-1,9
28	25,2	14	0,745	0,753	91,5	-2,5