Акустический расчет помещения музыкально-драматического театра

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО КУЛЬТУРЕ И КИНЕМАТОГРАФИИ

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

КИНО И ТЕЛЕВИДЕНИЯ»

Кафедра акустики и звукотехники

Пояснительная записка к курсовому проекту

на тему: «Акустический расчет помещения музыкально-драматического театра»

Санкт-Петербург

Реферат

Курсовой проект выполнен на 32 листах, включает в себя:

4чертежа;

15 таблиц;

4 рисунка.

Целью данного проекта является акустический расчет помещения театрально концертного зала с заданным в ТЗ количеством зрителей, расчет уровня шумов в данном помещении, выбор системы звукоусиления, подходящей по всем параметрам.

Техническое задание

Назначение помещения: музыкально-драматический театр.

Число зрителей (слушателей) n=840человек.

Требуемый уровень звукового поля Lтр = 100дБ.

Допустимая неравномерность поля уровней прямого звука ?L = 6 дБ.

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.

1. Определение размеров и формы проектируемого зала

.1 Расчет объема и средних размеров зала

Основными требованиями, выполнение которых способствует обеспечению высокого акустического качества помещения драматического театра, являются:

. Величина воздушного объема:

Общий объем помещения рассчитывается из его назначения и вместимости. Требование по величине удельного объема на одного слушателя лежит в пределах от 4,5 (для кинотеатров) до 9 (для залов музыкальных театров). Из СНиП узнаем значение для зала драматического театра малой вместимости.. При превышении заданного значения в зале может наблюдаться избыточная реверберация (гулкость).

Исходя из количества зрителей (n=800),найдем объем зала:

. Общие пропорции линейных размеров:

В первом приближении, как правило, форма помещения принимается прямоугольной, хотя в данном случае, автор проекта немного отступил от рациональности в пользу эстетики. Выбрана трапецеидальная форма зала со сторонами: l = 19,5 (высота трапеции), b1 = 31,5(меньшее основание), b2= 42, h= 11 (усреднённая высота).

Учитывая нестандартную форму помещения, его объем составляет

Определим полную площадь поверхностей помещения:

(2623 - с учётом профиля потолка см. Приложение 1).

1.2 Построение профилей поверхностей помещения

1.2.1 Построение профиля пола

Необходимость профилирования (подъема) поверхности пола зрительного зала обусловлена тем, что слушатель (зритель) должен свободно наблюдать за происходящим на сцене. Для этого каждый следующий ряд располагается относительно предыдущего так, чтобы прямой луч от источника на сцене проходил на 15-20 см выше макушки впереди сидящего зрителя. В данном проекте примем разницу между соседними рядами -20 см.

Построение профиля пола показано в Приложении 1.

1.2.2 Построение профиля потолка и стен

Профилированный потолок, как правило, рекомендуется для залов музыкальных и драматических театров. Профиль потолка рассчитывается таким образом, чтобы обеспечить энергией первых отражений слушателей, для которых прямой энергии от естественного источника на сцене недостаточно для осуществления комфортных условий восприятия. В данном случае было принято решение усложнить профиль с целью формирования большей диффузностиакустического поля, что способствует уменьшению неравномерности звукового давления, развиваемым первичным источником прямого звука (без использования системы звукоусиления). Профилирование производится с учетом геометрического контроля отражений. Профиль потолка показан вместе с профилем пола (Приложение 1).

1.2.3 План зала

Очертания плана зала выбираются из общего количества зрительских мест и наиболее целесообразного их размещения в партере и на балконах.

При этом необходимо учитывать, что в театральных залах, как правило, наилучшие, с точки зрения видимости, места располагаются в центральной части зала. Поэтому делать проход в центральной части зрительских мест в этих случаях нецелесообразно.

При выборе профилировки поверхностей плана зала необходимо также иметь в виду, что боковые отражения, приходящие к слушателям сравнительно с небольшими временами запаздывания (t<15...30 мс), весьма благоприятно сказываются на общем качестве звучания, усиливая так называемые эффекты «прозрачности» и «пространственного впечатления» звука.

Ширина проходов между рядами, количество и ширина дверей в зале выбираются исходя из санитарных норм и норм противопожарной безопасности.

План зала приведен в виде чертежа с обозначением размеров в Приложении 2.

2. Акустический расчет зала

.1 Определение оптимального времени реверберации и его частотной характеристики

Исходя из объема и назначения зала, определяем оптимальное время реверберации Топтдля частоты 500 Гц и его частотную характеристику.

Получено предварительное значение = 1,3 с.

График частотной зависимости Топт(f)изображен на Рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Частотная характеристика Топт

2.2 Расчет фонда поглощения

Определим коэффициенты поглощения поверхностей помещения.

В этой формуле для каждой из перечисленных частот, с;

- площадь всех ограничивающих помещение поверхностей (стен, потолка), м2;

- объем зала, м3;

? - коэффициент затухания звука в воздухе, м-1;

Таблица 2.1 - Зависимость ? от частоты

?, м-1f, Гц100020004000

Для всех выбранных частот определяют оптимальный фонд поглощения:

Таблица 2.2 - Оптимальный фонд поглощения

f, Гц1252505001000200040001,431,31,31,31,31,30,280,310,310,310,280,23746,45810,45810,45810,45743,43601,87

В соответствии с полученными значениями Аопт для помещения выберем тип звукопоглощающих материалов и их площади, которыми обрабатываются все внутренние поверхности зала. При расчете общего поглощения необходимо учитывать и поглощение объектов, таких, как кресла, столы, декорации и т.п., за исключением слушателей. Расчет будем проводить для пустого зала, поскольку его заполненность зрителями не всегда определена, а из-за достаточно сильного влияния на общее поглощение, может оказаться непредсказуемой.

2.2.1 Выбор звукопоглощающих материалов и конструкций, их площадей и местоположения

Выберем тип звукопоглощающих материалов и их площади, которыми обрабатываются все внутренние поверхности зала. Пренебрегаем дверьми и вентиляционными отверстиями, так как их площадь очень мала по отношению к общей площади помещения.

Таблица 2.3 - Звукопоглощающие материалы

Наименование покрытияS, м2Общее поглощение, м3125 Гц250 Гц500 Гц1000 Гц2000 Гц4000 ГцПол:Кресла (Кожа)4800,1480,1257,60,1781,60,1781,60,1257,60,148Паркет (на шпоньках)2220,244,40,1533,30,1226,640,122,20,0817,760,0715,54Потолок:Брекчия d=50 мм1540,3350,820,4467,760,69106,20,88135,50,92141,680,69106,26Штукатурка6110,0212,220,0212,220,0212,220,0318,330,0424,440,0424,44Задняя стена:Щиты Бекеши d =150 мм2320,76176,320,67155,440,51160,2455,680,1330,160,1534,8Асбоцемент N4 d=50 мм b=50мм1720,62106,640,59101,480,5187,720,4272,240,2746,440,234,4Асбоцемент N9 d=50 мм b=50мм500,28140,7939,50,98490,7350,47500,2814Проем сцены, декорации2780,255,60,383,40,383,40,383,40,383,40,383,4Стены:Асбоцемент N4 d=50 мм b=50мм1820,62112,840,59107,380,5192,820,4276,440,2749,140,236,4Брекчия d=50 мм2420,3379,860,44106,480,69166,980,88212,960,92222,640,69166,98A700,7764,56822,64793,37696,76561,70,270,290,310,300,270,211,541,391,281,331,391,372.2.2 Определение расчетного времени реверберации и сравнение его с оптимальным временем реверберации

Строим временную зависимость времени реверберациис учетом выбранных звукопоглотителей

Рисунок 2.2 - Расчетное время реверберации

2.2.3 Корректировка фонда поглощения при недопустимых отличиях расчетного и оптимального времен реверберации

Время реверберации рассчитанное с учетом выбранной обработки удовлетворяет условиям, и вписывается в положенные пределы +/- 10% от оптимального времени реверберации. Следовательно, данный пункт не требует своего выполнения.

2.3 Расчет уровня проникающих шумов и разработка рекомендаций по его уменьшению

В соответствии с расположением помещения(Приложение 3) определяем уровни шума за каждой из его преград и, исходя из величины собственной звукоизоляции преграды , находим уровень проникающих шумов.

Таблица 2.4 - Расчет уровня шума в помещении

Наименование преградыПлощадь преграды Уровень шума за преградой Собственная ЗИ преграды Пол7029568,99280016,32Потолок7659568,99305145,99ЗадняяСтена4428068,995575,30Двери128056,003016,70Передняя стена2786068,990Левая стена2126068,990Правая стена2127068,99267,41

Уровень шума на данной частоте определяется по формуле:

594021)

и - соответственно плотности преграды и воздуха;

- толщина преграды;

- общий фонд поглощения помещения.

3. Выбор системы озвучивания и типов громкоговорителей

.1 Расчет требуемой акустической мощности громкоговорителей

Коэффициент осевой концентрации громкоговорителя .

= 100 дБ - требуемый уровень.= 19,5 м - длина зала.

зал реверберация акустический тракт

3.2 Выбор типа системы озвучения и определения геометрического положения громкоговорителей

Рисунок 3.1 - EVM CR 154

Выбираем 2 портальных громкоговорителя:154 представляет собой 2-х полосную высокопроизводительную акустику, для средних и длинных дистанций. Предназначена для очень качественного воспроизведения речи и музыки в сложных акустических условиях.

Технические характеристики:

Частотный диапазон -45Гц - 20кГц.

Мощность RMS: 400Вт.

Чувствительность: 98 дБ.

Номинальное сопротивление:8 Ом.

Размеры (H x W x D):710 x 450 x 500мм.

Вес 31 кг.

3.3 Расчет звукового поля

Расчет ведется для десятиточек равномерно расположенных в половине зала. Так как система озвучения проектируется симметрично относительно оси зала в горизонтальной плоскости(см.Приложение2), то расчета в половине поля будет достаточно. В этих точках мы находим уровни звуковых давлений и неравномерности звукового поля по прямому и отраженному звуку, а также определяем акустическое отношение, которое для музыкально-драматических театров находится в пределах от 1 до 10.

Из описания аппаратуры имеем чувствительность 98 дБ. Исходя из нее, можно найти

После найдем интенсивность в данных точках от левого и правого громкоговорителей

- расстояния от правого и левого громкоговорителей до точек.

После найдем суммарную интенсивность и её уровень для данных точек.

Таблица 3.1 - Расчёт ненаправленной системы озвучения

Точка, м,Вт/м2, м,Вт/м2,Вт/м2, дБ15,52027,50,79820,783,1729,76,4130,50,697,0678,493133,5733,50,544,1176,14416,52,22370,442,6674,245124,1925,50,935,1277,09614,52,87280,773,6475,61717,22,04300,672,7174,33813,33,41191,675,0877,06916,52,2222,51,193,4175,331021,51,31241,052,3573,72

Так как значение интенсивности отражённого звука, равное:

Вт/м2,

много больше значений интенсивности прямого звука, то акустическое отношение не будет удовлетворять условиям технического задания.

Для повышения уровня прямой энергии, принято решение, использовать дополнительную направленную акустическую систему типа звуковая колонка:

КЗ-13,:

Тогда, с учётом расположения и ориентации 20 таких звуковых колонок (см. Приложение 2), таблица расчёта уровней интенсивности звука в заданных точках примет следующий вид:

Таблица 3.2 - Направленная система и общей уровень звукового давления

Точка, м,Вт/м2, Вт/м2дБ, Вт/м2, Вт/м2, Вт/м2,

дБ,

дб,

дБ160,360,37115,621,290,490,51121,1116,9117,1260,360,36115,621,290,490,51121,1116,9117,1360,360,36115,621,290,490,51121,1116,9117,1460,360,36115,621,290,490,51121,1116,9117,156,20,340,34115,341,270,460,49121,0116,7116,967,30,250,25113,921,170,370,39120,7115,7116,075,60,420,42116,221,340,540,57121,3117,3117,5860,360,36115,621,290,490,51121,1116,9117,196,80,280,28114,541,210,410,43120,8116,1116,4105,40,450,45116,541,370,570,60121,4117,6117,8

- расстояние от звуковой колони до точки,

интенсивность прямого звука в точке( (0,1*100),) от направленной акустической системы,

- сумма всех интенсивностей (ненаправленной и направленной систем),

уровень прямой интенсивности (звукового давления) в данной точке,

- сумма отраженной и прямой интенсивности (на 125, 500 и 4000 Гц), и соответственно её уровень (), учитывая , развиваемую двумя EVM 154 (2*0,01*400 Вт) и двадцатью 100 КЗ-13 (20*0,1*100).

Таблица 3.3 - Интенсивность отражённого звука

f, Гц, Вт/м21250,270,925000,310,7640000,211,29

При S=2623м2

Зная

и ,

найдём акустическое отношение

в заданных точках на трёх частотах:

Таблица 3.4

f, Гц125500400012,532,083,5222,532,083,5232,532,083,5242,532,083,5252,702,223,7663,753,085,2172,201,813,0782,532,083,5293,252,684,52102,051,692,85

Полученное акустическое отношение полностью удовлетворяет требованиям технического задания (1 - 10).

Следует отметить, что для полноценного восприятия зрительно-слуховых образов, необходимо ввести задержку в тракт направленных акустических систем, так как без неё сигнал будет приходить от звуковых колонок раньше, чем от первичного источника звука, что нарушает зрительно-слуховой образ.

.3.1 Определение общей неравномерности звукового поля

Принимая самый низкий уровень за ноль, найдем неравномерность на каждой из трех частот:

По известной неравномерности найдем :

Таблица 3.5

f, Гц12550040000,040,030,03

Функция обращения в результате расчетов получилась очень небольшой, что является следствием малой неравномерности поля.

Это приведет к малому времени регенеративной реверберации, что является положительным свойством системы звукоусиления.

.3.2 Расчет времени реверберации помещения с учетом АОС

Регенеративное время реверберации вычисляется из соотношения:

Таблица 3.6

f, Гц12550040000,270,310,210,040,030,030,160,180,12

Рисунок 3.2 - Регенеративное время реверберации

Наличие в системах звукоусиления акустической обратной связи может вызвать на слух эффект, похожий на реверберацию, так как связан с воздействием на микрофон серии запаздывающих и постепенно ослабевающих сигналов. Этот эффект называется регенеративной реверберацией. В данной работе, время регенеративной реверберации имеет оптимальные значения.

4. Определение разборчивости речи

Окончательную оценку качества разработанной системы звукоусиления можно получить на основе субъективных экспертиз качества воспроизводимого ею звукового сигнала. В данном случае оказалось удобным использовать в качестве тестового сигнала речевой, главным критерием качества которого является понятность и, связанная с нею количественно, разборчивость речи. По величине разборчивости речи, получаемой с помощью системы звукоусиления, можно с уверенностью судить о качественных характеристиках тракта передачи и системы в целом.

Для расчета разборчивости речи необходимо знать спектральные уровни речи и мешающих шумов. В качестве примера такого шума в данном случае выбран разговорный. В таблице1 [2] приведены частотные зависимости спектральных уровней речи и разговорного шума.

.1 Определение рационального индекса передачи тракта

- спектральный уровень акустических шумов, дБ;

- спектральный уровень речевого сигнала у микрофона, дБ;

- расстояние между источником звука и микрофоном;

- максимальное значение акустического отношения, дБ;

- поправка на влияние реверберационных помех, дБ;

- поправка на отражение от головы, дБ;

- суммарный запас на превышение уровня полезного сигнала над уровнями акустических шумов, помех, неравномерность звукового поля и т.п.

Таблица 4.1

1252505001000200040003739404336324445,541,53325,518,56,0216,0216,0216,0216,0216,02150,02151,52147,52139,02131,52124,5213,7463,3933,0843,2333,7465,2125,7365,3054,8915,0965,7367,1701,5371,3911,2771,3331,3891,3713,1102,3891,7722,0792,3802,2820,811,82,74,25,49,6458,6958,4639,87512,31614,8524,3345,78411,01621,10419,16319,627

4.2 Определение фактического индекса передачи тракта

фактический индекс тракта;

- нормированный относительно частоты 1000Гц суммарный уровень неравномерности чувствительности тракта микрофон() плюс громкоговоритель (),дБ;

- постоянная составляющая индекса передачи тракта, обусловленная системой звукоусиления, дБ;

Для расчета необходимо знать частотные характеристики чувствительности микрофона и громкоговорителя. Эти величины, нормированные относительно частоты 1000 Гц, приведены в таблице 4.2.1.

Нормированные значения уровней чувствительности микрофона и громкоговорителя

Таблица 4.2

Элемент трактаНормированные уровни чувствительности микрофона и громкоговорителя125250500100020004000Микрофон -4-3-1000Громкоговоритель-3-2-100-1Суммарный нормированный уровень чувствительности тракта -7-5-200-1

Таблица 4.3 - Интенсивности речи на разных частотах

12525050010002000400057,362,964,961,557520,531,953,091,410,50,158

- суммарный уровень речи на оси на расстоянии от источника;

- интенсивность речи на оси.

Далее определяем суммарную интенсивность:

Суммарный уровень интенсивности:

Таблица 4.4 - Индексы передачи тракта

12525050010002000400024,1726,1729,1731,1731,1730,174,3345,78411,01621,10419,16319,627-19,84-20,39-18,15-10,07-12,01-10,54

4.3 Определение процентов формантной, слоговой и словесной разборчивости речи

Значение форматной разборчивости позволяет вычислить слоговую и словесную разборчивости, а по ним качественно оценить понятность речи при наличии в помещении системы звукоусиления. Такой косвенный метод позволяет избежать достаточно громоздкой, с точки зрения организации, процедуры субъективных измерений. Вместе с тем, полученные результаты вполне адекватно оценивают качественные характеристики системы звукоусиления.

Результаты расчетов коэффициентов разборчивости речи w, по значениям которых определяется форматная А и другие виды разборчивости речи, сводятся в таблицу 4.5.

Таблица 4.5 - Определение коэффициентов разборчивости речи

1252505001000200040004445,541,53325,518,575,6973,6968,1962,6955,6930,1764,3461,3955,6551,5747,0124,0237394043363264,3461,4155,7752,1347,3432,6411,3512,2812,4210,568,35-2,470,50,50,50,50,40,11

- спектральный уровень речи на выходе тракта;

- спектральный уровень помех, дБ;

- спектральный уровень акустических шумов, дБ;

- суммарный спектральный уровень помех и шумов;

- уровень ощущения речи, дБ;

- коэффициент разборчивости.

Суммируем все коэффициенты разборчивости с учетом весовых коэффициентов и определяется формантная разборчивость А:

Коэффициенты при w означают количество полос равной разборчивости в октаве. По значению определяем слоговую и словесную разборчивость.

,

Оценку понятности речи можно провести с помощью таблицы 9 [2], из которой выходит, что слоговая и словесная разборчивости соответствуют очень хорошей понятности. Слоговая разборчивость входит в пределы 60-80%, а словесная 98-100%.

Заключение

В данном курсовом проекте мною был реализован расчет и проектирование зала музыкально-драматического театра. Отмечу то, что было получено по каждому основному пункту расчета.

В первом разделе были определены размеры и форма проектируемого зала из соображений архитектурной эстетики и лучшей звукопередачи в нем. Далее, было рассчитано время реверберации которое необходимо иметь в помещении, и исходя из него помещение было акустически обработано.

В третьем разделе были выбраны акустические системы необходимые для озвучивания данного помещения и рассчитана неравномерность поля в помещении, также вычислено время регенеративной реверберации, которое оказалось удовлетворительным. Были получены отличные слоговая и словесная разборчивости, которые являются важнейшими критериями качества звука в будущем помещении, так как помещение предназначено и для музыкальных программ, и для проведения спектаклей, в которых необходимо обеспечить хорошую разборчивость.

В целом проект оказался увлекательным и познавательным, как с точки зрения профессионализма в данной области, так и с эстетической стороны.

Список используемой литературы

1. Смирнова Н.А. Акустические системы озвучивания помещений и архитектурная акустика. Методическое руководство по выполнению курсового проекта - СПб.: СПбГУКиТ, 2007.

. Смирнова Н.А. Акустические системы озвучивания помещений. Расчет разборчивости и определение понятности речи в помещениях с системой звукоусиления - СПб.: СПбГУКиТ, 2010.

. Смирнова Н.А. Акустические системы озвучивания помещений. Учебно-методическое пособие по выполнению учебно-исследовательской работы «Акустическая обратная связь в системах звукоусиления» - СПб.: СПбГУКиТ 2002.

. Вахитов Ш.Я., Ковалгин Ю.А., Фадеев А.А., Щевьев Ю.П. Акустика - М.: Горячая линия - Телеком, 2009.

Приложение 1

Приложение 2