close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

Базарнов Никита Геннадьевич. Моделирование звукового поля в аудитории

код для вставки
Аннотация.
Выпускная квалификационная работа на тему «Моделирование звукового
поля в аудитории» (архитектурно-акустическое проектирование аудитории и
расчёт
системы
звукоусиления
для
неё)
содержит
63
страницы
текста,11рисунков, 11 таблиц,13 используемых источников литературы.
Ключевые
слова:
проектирование
зрительных
залов,
система
звукоусиления, время реверберации, коэффициент звукопоглощения, усилитель
звука.
За последние годы отмечается значительный рост качества систем
звукоусиления и звуковоспроизведения. Применяются новые технологии в
изготовлении звукопоглощающих материалов. Современные архитектурные
сооружения предназначенные для использования в качестве конференц-залов,
лекционных залов, заловдраматических театров возводятся в соответствии с
современными требованиями в разборчивости речи. Всвязи с этим возникает
необходимость в реконструкции построенных ранее помещений, дабы
удовлетворять современным стандартам разборчивости речи, в частности, в
лекционных аудиториях. Сказанное позволяет сделать вывод об актуальности
тематики настоящей выпускной квалификационной работы.
Объектом исследования выпускной квалификационной работы является
проблема разборчивости речи в помещении большого объёма.
Предмет
исследования
составляем
архитектурно
акустическое
проектирование помещения с целью использования его в качестве лекционной
аудитории.
Целью выпускной квалификационной работы является создание проекта
реконструкция помещения с целью использования его в качестве лекционной
аудитории и расчёт системы звукоусиления для этой аудитории.
Достижение поставленной цели предполагает решение следующих задач:
1. Систематизировать
теоретические
сведения
акустическом проектировании зрительных залов.
1
о
архитектурно-
2. Сформировать методику архитектурно-акустического проектирования
помещения с целью использования его в качестве аудитории.
3. Сформировать методику проектирования системы звукоусиления в
лекционной аудитории.
4. Произвести расчёт и сравнительный анализ существующего времени
реверберации с оптимальным значением для данного объёма помещения.
5. Произвести реконструкцию помещения(если это требуется).
6. Рассчитать коэффициент разборчивости речи.
7. Спроектировать систему звукоусиления.
Основными результатами работы являются:
1. Систематизация теоретических знаний о архитектурно-акустическом
проектировании зрительных залов.
2. Создание методики реконструкции помещения для использования его в
качестве аудитории.
3. Реконструкция
помещения
с
целью
достижения
требуемого
коэффициента разборчивости речи в нем.
4. Выбор типа и проектирование системы звукоусиления для аудитории.
5. Расчёт и сборку усилителя звука для данной системы звукоусиления.
2
Оглавление.
Введение………………………………………………………………………….5
Глава 1.Литературный обзор
1.Архитектурно-акустического проектирования зрительных
залов ……………………………………………………………………………..8
2. Формирования систем звукоусиления в зрительных залах ....................... 10
Глава 2.Методика исследований, проектирования и
расчёта
1.Теоретические основы методики проектирования зрительных
залов
1.1 Требования к размерам и форме зала…………………………………………11
1.2 Применение геометрических (лучевых) отражений и их построение...12
1.3 Определение рекомендуемого времени реверберации………………...15
1.4 Расчет времени реверберации проектируемого зала…………………...16
1.5 Проверка разборчивости речи в зале…………………………………….18
2. Проектирование системы звукоусиления
2.1 Определение требуемой акустической мощности громкоговорителей и
уровня прямого звука………………………………………………………………..19
2.2 Выбор типа системы звукоусиления и типа громкоговорителя………..21
2.3 Проектирование усилителя звука……………………………………….22
2.4 Определение
звукового
поля
с
учетом
размещения
громкоговорителей…………………………………………………………23
2.5 Выбор типа микрофона…………………………………………………..23
Глава 3.Результаты расчёта и их обсуждение
1. Планировка помещения…………………………………………………….25
1.1 Выбор размеров и формы помещения…………………………………..25
1.2 Планировка авансцены и портала……………………………………….25
1.3 Планировка основных и дополнительных проходов, окон и дверей....26
2.Определение возможного количества зрителей в зале………………...............26
3
3.Построение лучеграммы………………………………………………….....27
4.Расчет площадей звукопоглощающих поверхностей……………………...29
5.Определение реверберационных характеристик помещения
5.1 Определение оптимального времени реверберации и требуемого
фонда поглощения………………....................................................................30
5.2 Анализ существующей обработки зала и расчёт существующего
времени реверберации…......................................................................................31
5.3
Выбор
варианта
акустической
обработки
и
расчёт
времени
реверберации. Определение коэффициента разборчивости речи……………36
6.Расчет системы звукоусиления
6.1 Расчет требуемой акустической мощности громкоговорителей и уровня
прямого звука……………………………………………………………...42
6.2 Расчет системы звукоусиления и типа громкоговорителя…………....42
6.3 Расчет звукового поля с учетом размещения громкоговорителей…….46
6.4 Выбор типа микрофона…………………………………………………...50
6.5 Выбор
типа,
проектирование,
сборка
и
измерение
параметров
усилителя звука…………………………………………………………....51
Заключение..........................................................................................................59
Список литературы…………………………………………………………………..60
Приложение……………………………………………………………………………62
4
Введение.
На протяжении последних лет отмечается значительный рост качества
систем
звукоусиления
и
звуковоспроизведения.
Применяются
новые
технологии в изготовлении звукопоглощающих материалов. Современные
архитектурные сооружения предназначенные для использования в качестве
конференц-залов, лекционных залов, кинотеатров, залов драматических театров
возводятся в соответствии с современными требованиями в разборчивости
воспроизводимой речи. Акустические требования к пригодностипомещений для
использования в качестве лекционных аудиторий растут. В связи с этим
возникает необходимость в реконструкции построенных ранее помещений,
дабы
удовлетворять
современным
стандартам
разборчивости
речи.Так
например большая аудитория МГУ им. Ломоносова подлежит реконструкции
из за своих неудовлетворительных акустических характеристик. Сказанное
позволяет сделать вывод об актуальности тематики настоящей выпускной
квалификационной работы.
Архитектурно-акустическое
проектирование
лекционных
аудиторий
подразделяется на 2 типа проектирования:
1. С использованием системы обратной связи.
2. Без использования системы обратной связи.
Наиболее значительный вклад в решение проблемы разборчивости речи в
помещении внесли следующие учёные: М.А Сапожков, У.К. Сэбин, C.F.Eyring,
В.О. Кнудсен.
Объектом исследования выпускной квалификационной работы является
проблема разборчивости речи в помещении большого объёма.
Предмет
исследования
составляем
архитектурно
акустическое
проектирование помещения с целью использования его в качестве лекционной
аудитории.
Целью выпускной квалификационной работы является создание проекта
реконструкция помещения с целью использования его в качестве лекционной
аудитории и расчёт системы звукоусиления для этой аудитории.
5
Достижение поставленной цели предполагает решение следующих задач:
1. Систематизировать
теоретические
сведения
о
архитектурно-
акустическом проектировании зрительных залов.
2. Сформировать методику архитектурно-акустического проектирования
помещения с целью использования его в качестве аудитории.
3. Сформировать методику проектирования системы звукоусиления в
лекционной аудитории.
4. Произвести расчёт и сравнительный анализ существующего времени
реверберации с оптимальным значением для данного объёма помещения.
5. Произвести реконструкцию помещения(если это требуется).
6. Рассчитать коэффициент разборчивости речи.
7. Спроектировать систему звукоусиления.
Структуру выпускной квалификационной работы определяют следующие
элементы: введение, основная часть в трёх главах, заключение и список
литературы.
Во введении обоснована актуальность выбранной тематики выпускной
квалификационной работы, выделены объект и предмет исследования,
сформулирована цель и основные задачи, описана структура работы.
В
первой
главе
приводятся
исторические
сведения
развития
архитектурной акустики, приводятся сведения о задаче архитектурноакустического проектирования помещения и общем алгоритме её решения со
ссылками на авторов.
Вторая
глава
посвящена
формированию
методики
архитектурно-
акустического проектирования аудитории и методики проектирования системы
звукоусиления.
Приведено
Приведены
теоретическое
основные
требуемые
обоснование
методики
расчётные
создания
формулы.
проекта
реконструкции.
В третьей главе описываетсярасчётная работапо проекту реконструкции.
Производится расчёт и сборка усилителя звука для данного помещения, выбор
типа микрофона и типа громкоговорителей.
6
В заключении подведены итоги работы, изложены основные выводы.
Список
литературы
содержит
источники,
написании работы.
7
используемые
при
Глава 1.
Литературный обзор.
1. Архитектурно-акустического проектирования зрительных залов.
В
данной
выпускной
квалификационной
работе
произведено
акустическое проектирование помещения с целью использования его в
качестве аудитории и разработана система звукоусиления для него.
Родоначальником
архитектурно-акустического
проектирования
помещений стал Джозеф Генри, определивший факторы, влияющие на
реверберацию и эхо, и спроектировавший на основе собственных теорийи
экспериментов новый лекционный зал Смитсоновского университета,
обладающий чрезвычайно удовлетворительными акустическими свойствами.
Количественному развитию архитектурной акустики было положено
начало У. К. Сэбином в 1895 г., когда он предпринял исследование акустики
Фоговского лекционного зала в Гарвардском университете. Он установил,
что время реверберация является наиболее важным параметром, влияющим
на акустическое качество помещения, и посвятил, соответственно, большую
часть остальной своей жизни количественному изучению нарастания и
затухания звука в закрытом помещении. Он вывел уравнение и определил
коэффициент поглощения строительных материалов, что сделало возможным
вычисление реверберационных свойств помещения как до, так и после
постройки и дал лучшее объяснение основных факторов, влияющих на
акустические свойства помещений. Работы У.К. Сэбина сделали возможным
не только проектирование, постройку или сообщение формы помещениям
таким образом, чтобы обеспечить их хорошими акустическими свойствами,
но и привлек также внимание других исследователей, которые продолжили
его незаконченную работу. Одним из таких ученых был Карл Эйринг,
который усовершенствовал формулу У.К. Сэбина для времени реверберации.
Основываясь, на трудах американского физика и акустика, профессора
Верна Оливера Кнудсена [13], который собрал в свою книгу многолетний
опыт Сябина и Генри,начинается акустический расчет помещенияс выбора
8
формы и геометрических размеров помещения. Размеры и форма заметно
влияют на акустические свойства помещения. Неправильный выбор размеров
помещения может привести не только к нерациональному использованию его
объема и неудобствами эксплуатационного характера, но и к нарушению
равномерности распределения звуковой энергии в нем.
Далее определяем оптимальное время реверберации и его частотные
характеристики. Частотная характеристика определяется на частотах 125,
250, 500, 1000, 2000, 4000 Гц.
Затем определяется основной фонд звукопоглощения, создаваемый
звукопоглотителями, наличие в зале которых обязательно. Выбираем тип
звукопоглотителей, их площадь и место размещения, чтобы обеспечить
диффузность поля и ликвидацию нежелательных отражений. Обычные
строительные материалы обладают малым коэффициентом поглощения,
поэтому для создания оптимальных акустических условий в помещении
приходиться применять специальные материалы и конструкции, обладающие
повышенной способностью поглощать звуковую энергию (абсорбенты).
Данные о коэффициентах поглощения материалов имеются в справочнике
по физике Еноховича А.С..На основе теории реверберации У. К. Сэбина в
Московском архитектурном институте Климухиным А.А. и Киселёвой Е.Г.
был разработан план проектирования зрительных залов по которому
формируется мой акустический расчёт помещения.
Важным требованием к любым трактам звукопередачи являются
оптимальность звучания и отсутствие его различных дефектов. К дефектам
звучания можно отнести: эхо, бубнение из-за резонансов отдельных
небольших
объемов,
резкое
изменение
времени
реверберации
из-за
резонансов, повышения уровня в отдельных точках помещения из-за
фокусировки энергии, создаваемой концентраторами энергии. Все эти
дефекты влияют на разборчивость речи в отдельных точках помещения и
снижают качество звучания любых передач. Поэтому они должны быть
9
устранены.Показателем верного или не верного архитектурно-акустического
проектирования помещения является коэффициент разборчивости речи.
Далее
рассчитывается
звукоусиления
включает
система
расчет
звукоусиления.
требуемой
Расчет
акустической
системы
мощности
громкоговорителя и уровня прямого звука, выбор системы усиления и типа
громкоговорителей.
2. Формирования систем звукоусиления в зрительных залах.
Из практики известно, что если помещение имеет объем свыше 2000 м3
или длину более 20 м, то голоса человека, как правило, уже не достаточно
для того, чтобы создать уровень громкости, необходимый для полной
понятности передаваемой речи в удаленных точках помещения. В этом
случаи необходимо применять звукоусилительную аппаратуру, состоящую
из микрофонов, усилителей и громкоговорителей. Но иногда приходиться
иметь дело с передачей информации в помещение, изолированного от
первичного источника звука. В таких случаях для передачи информации
применяется система озвучения, состоящая из вторичных источников звука
– громкоговорителей. Классическим примером использования системы
озвучения являются кинотеатры. Система озвучения являются частным
случаем системы звукоусиления (без наличия системы обратной связи).Так
как наше помещение будет использовано в качестве аудитории, то
необходимо
применение
звукоусиления
дипломного
в
микрофона
аудитории
руководителя
и
для
производился
труда
на
Сапожкова
помещений: проектирование и расчёт»[9].
10
лектора.
Расчёт
системы
основе
рекомендаций
М.А.
«Звукофикация
Глава 2.
Методика исследований, проектирования и расчёта.
1.Теоретические основы проектирования зрительных залов.
1.1 Требования к размерам и форме зала.
В данном случае проектируется аудитория. Исходя из многолетнего
опыта специалистов области проектирования компании UniSound [1],
оптимальным объёмом оптимальные объемы воздуха на одного зрителя
является 4 м3.
Что касается площади, приходящейся на одного слушателя, то она
определяется из санитарно-гигиенических норм и для всех типов залов
составляет 0,85 м2, с учётом проходов. Наиболее заметно ослабление звука у
последних рядов в аудитории, в которых кресла расположены на
горизонтальной
равномерности
плоскости
звукового
пола.
поля
С
целью
обычно
достижения
прибегают
к
большей
следующим
конструктивным решениям:

источники звука помещаются выше уровня аудитории (для
чего устраивается лекционная площадка, кафедра);

места слушателей располагаются на наклонной плоскости.
Так в аудиториях высоту поднятия кафедры выбирают в пределах 3060 см.
Поднятие пола осуществляют, начиная либо с первого ряда. При этом
каждый последующий ряд поднимают над предыдущим в аудиториях на
20см [4].
Оба эти мероприятия в сочетании не только улучшают слышимость для
второй половины зала, но и улучшают видимость.
Рассчитываемая аудитория имеет прямоугольную форму. Для залов без
балконов, в зависимости от длины помещения должно соблюдаться
11
следующее соотношение сторон с отклонением от нормы не более 10%,
представленное в таблице 1:
Таблица 1. – Рекомендуемое соотношение сторон для залов без
балконов.
Длина
15
20
25
30
3,3 : 2,2 : 1
3,9 : 2,2 : 1
4,3 : 2,4 : 1
4,6 : 2,5 : 1
зала, м
l:b:h
В это таблице:
l-длинна зала.
b-ширина зала .
h- высота зала.
1.2 Применение геометрических (лучевых) отражений и их построение.
Лучеграмма - это геометрическое построение хода звуковых лучей в
зале.
Лучеграмма необходима, чтобы определить дефекты звучания. В
каждую точку зала приходит прямой и отраженные лучи. Отраженная волна
поступает вместо приема с запаздыванием.
Допустимое время запаздывания для речевых выступлений составляет
30-35мс. Отраженные звуковые лучи, запоздавшие на время более 35мс., не
могут играть полезной роли, так как они уже не коррелированны с
первичным сигналом и создают звуковой фон, затрудняющий восприятие
сигнала в тем большей степени, чем выше уровень этого фона.
12
При ее построении источник звука обычно размещается на середине
сцены на расстоянии 1,2...1,5 м. от края авансцены. При этом считается, что
рот исполнителя располагается на высоте 1,6 м[3].
При построении геометрических отражений от плоскости удобен
прием, показанный на рис. 1а. Здесь используется мнимый источник Q1,
симметричный с действительным точечным источником Q по отношению к
отражающей плоскости и находящийся по другую ее сторону. Для
построения мнимого источника надо опустить из точки Q перпендикуляр QA
на отражающую плоскость и на продолжении его отложить отрезок AQ1,
равный отрезку QA . Прямые, проведенные из мнимого источника Q1, после
пересечения ими отражающей плоскости, удовлетворяют условию равенства
углов падения и отражения, то есть являются искомыми отраженными
лучами, создаваемыми действительным источником Q.
Рисунок 1. - Построение геометрических отражений звуковых лучей с
13
помощью мнимого источника.
а - отражение от плоскости;
б - отражение от кривой поверхности;
Q - источник звука;
Q1 - мнимый источник звука;
1 - прямые лучи;
2 – отраженные звуковые лучи.
Прямые и отраженные лучи должны попадать на плоскость,
проходящую через уши сидящих слушателей, т.е. на высоте 1,2 м. от пола.
Формула
расчёта
времени
запаздывания
отраженного
сигнала
относительно прямого луча:
,
зв
где Сзв = 340 м/с - скорость звука;
AB- длина луча падающего на отражающую поверхность от источника
звука, в метрах;
BC- длина луча отражающегося от поверхностидо расчетной точки, в
метрах;
AC-. длина пути прямого звука, в метрах.
При примыкании задней стены зала к потолку под углом 900 может
возникнуть так называемое театральное эхо– отражение звука от потолка и
стены в направлении к источнику звука, приходящее с большим
запаздыванием. Для устранения этого следует предусматривать наклонную
часть потолка у задней стены или обработку части потолка у задней стены
звукопоглощающими материалами.
14
1.3 Определение оптимального времени реверберации.
Рекомендуемое
время
реверберации
зависит
от
назначения
помещения и его объёма и определяется по графику.
График зависимости оптимального времени реверберации от объёма
помещения на частоте 500 Гц представлен на рисунке 2 .
Так
как
помещение
используется
в
качестве
аудитории,
соответственно, следует рассматривать прямую1 (рисунок 2).
Допустимое отклонение от оптимальной величины:
- на средних частотах (500-4000 Гц) не более, чем на10%;
-нанизких частотах(125Гц)не более чем на20%.
После того, как определено оптимальное время реверберации на
средних частоте (500Гц) , необходимо его скорректировать по
частотному спектру воспроизводимых в зале сигналов. Здесь могут
быть предложены следующие рекомендации:
Для лекционных аудиторий, конференц-залов рекомендуется
не изменять время реверберации на частотах(500-2000 Гц), на частоте
125 Гц уменьшить на 20% , а на частотах 4000 и выше Гц уменьшить
на
5%.Это
сделано
для
того
что
бы
обеспечить
лучшую
разборчивость речи[10].
Рисунок 2. Оптимальное время реверберации для частоты 500 Гц для
15
то,
помещений различного назначения: 1 - аудитории, кинотеатры, залы
заседаний; 2 - оперные театры;3 - концертные залы; 4 - залы с органной
музыкой
1.4 Расчёт времени реверберации для проекта реконструкции.
Расчёт времени реверберации в помещении начинается с расчёта
требуемого
фонда
звукопоглощения
для
оптимального
времени
реверберации.
В соответствии с формулой Эйринга:
Топт
где V - объем помещения, м3;
∑
,
_
∑
,
ср
- общая площадь внутренних поверхностей, м2;
- показатель поглощения в воздухе;
ср -
средний коэффициент звукопоглощения внутренней поверхности зала на
данной частоте;
Топт- оптимальное время реверберации, с.
Сначала определяем вспомогательный коэффициент
ln 1
:
ср
Выразив из формулы Эйринга получаем :
.
.
∑
Затем определяем средний коэффициент звукопоглощения в помещении
ср :
 ср  1  e   
Далее определяем требуемый фонд поглощения Атр который должен
быть создан в помещении:
Атр=
ср
∗
∑.
Следующим шагом является анализ существующей обработки зала. Расчет
существующего времени реверберации.
16
Вычисления проводят при заполнении зала слушателями на 70% и на
100%.Чтобы время, реверберации менее зависело от процента заполнения
мест, целесообразно оборудовать зал мягкими или полумягкими креслами,
обитыми воздухопроницаемой тканью. В залах с жесткими креслами,
обладающими
незначительным звукопоглощением, время реверберации
мало заполненного зала сильно возрастает по сравнению с заполненным. Для
залов с небольшим количеством зрителей (до 500 человек)
условием
необходимости установки мягких и полумягких кресел с можно пренебречь в
целях экономической конструктивности.
Затем определяем основной фонд поглощения Ао.Основной фонд
поглощения определяется путём замеров. Для подсчёта существующего
времени реверберации находиться коэффициент
αср
А
∑
ср :
.
Затем так же по формуле Эйринга рассчитываем существующее время
реверберации в данном помещении.
Далее производится сравнительный анализ оптимального времени
реверберации и существующего по частотному диапазону. Принимается
решении об обработки помещения существующими звукопоглощающими
материалами. Выбор типа поглотителя осуществляется исходя из отклонений
во времени реверберации по частотному спектру(см. [5] выбор типа
поглотителя).
После
реконструкции(если
это
требуется)
помещения
так
же
производиться расчёт времени реверберации уже реконструированного
помещения и значения сравниваются с оптимальным значением. Если время
реверберации реконструированного помещения совпадает с оптимальным
для данного помещения с погрешностью в 10% то реконструкция выполнена
верно.
17
1.5 Проверка разборчивости речи в зале.
Результирующий эффект восприятия звука в помещении, с точки
зрения его разборчивости, зависит от величины относительного воздействия
на слушателя полезной и "бесполезной" частей звуковой энергии. К полезной
звуковой энергии относится энергия прямого звука и первых его полезных
отражений (со временем запаздывания до 20 миллисекунд). К "бесполезной"
- вся остальная звуковая энергия и "бесполезной" она названа условно, так
как фактически она представляет собой реверберирующий фон в помещении.
Для лекционных залов и залов драматических театров разборчивость речи на
местах зрителей имеет наиболее важное значение.
Коэффициент разборчивости речи Кр определяется по формуле :
где А – эквивалентная площадь поглощения в зале в
диапазоне 500-2000 Гц, м2 (берется из таблицы расчета времени
реверберации);
-
средний
коэффициентзвукопоглощения
помещения
на
определённой частоте;
r0- расстояние между источником звука и рассматриваемой
точкой, м;
r1, r2…rn- длина пути первых отражений от источника звука до
рассматриваемой точки, пришедших в течение 20 миллисекунд,м;
1, 2,
…
n
– коэффициенты звукопоглощения поверхностей
от которых пришли первые полезныеотражения.
Минимальной величиной Кр считается 0,2, что соответствует
80%
артикуляции,
т.е.
зрители
правильно
произнесенных звуков.
2. Проектирование системы звукоусиления.
18
слышат
80%
2.1 Определение требуемой акустической мощности громкоговорителей и
уровня прямого звука.
Проектирование системы звукоусиления начинается с определения
уровня требуемого звукового давления Lтр исходя из назначения помещения.
Таблица 2 – Требуемые параметры звукового поля.
Назначение установки
Lтр,
ΔL,
дБ
дБ
Акустическое
отношение
Rмин
Rмакс
≤6
≥1
8-10
Воспроизведение музыки, подусиление 94-96 ≤ 6
≥1
8-10
≥1
4-6
≥ 0,5
4-6
Воспроизведение
музыки
и 100
театральных эффектов
солистов
Усиление
речи,
воспроизведение 94-96 ≤ 8
музыки
Усиление речи
80-86 ≤ 8
Далее определяется среднее акустическое отношение в пределах
допустимых значений и неравномерность уровня звукового поля в
помещении .
Плотность энергии в помещении состоит из двух составляющих:
плотности энергии прямогопр и отраженногоотрзвуков. Поле отраженного
звука называется диффузным. Отношение же диффузное составляющей поля
к составляющей прямого поля называют акустическим отношением:
R
 отр
 пр
.
Если акустическое отношение велико(более 6), то речь становится
неразборчива. Если же акустическое отношение несколько больше 0,5, то
речь становится более разборчивой. Поэтому стремятся для речевых передач
19
обеспечить акустическое отношение в пределах 1- 4.Необходимо проверить
правильность выбора среднего акустического отношения по формулам:
  Rср  10
Rmin
0 , 05 L
  Rср  10
Rmax
0 , 05 L
Эти величины должны лежать в интервале [Rmin; Rmax]
Величина неравномерности уровня звукового поля ΔL должна быть не
больше 8 дБ . Определяется неравномерность как:
L=Lmax-Lmin
где Lmax, Lmin- максимальный и минимальный уровни прямого звука.
Большая неравномерность может привести к тому, что если в одних
точках обеспечить минимальный уровень прямого звука, то в других точках
этот уровень может оказаться большим, что приведет к перегрузке слуха,
лишним расходам мощности и другим неприятностям.
Далее производиться расчёт среднего, минимального и максимального
уровней прямого звука в децибелах по формулам :
Lпр.ср= Lтр-10lg (1 + Rср);
L пр.min= Lпр.ср- 0,5 L;
L пр.max= Lпр.ср+ 0,5 L;
следующим шагом является расчёт уровня диффузного поля по
формуле:
Lд = Lтр– 10 lg(
ср
ср
).
После этого можно рассчитать акустическую мощность излучателей,
необходимую для создания диффузного поля по формуле:
Ра = А500 * 100,1*( Lд 96(дБ )) .
Зная акустическую мощность излучателей, необходимую для
создания диффузного поля можно рассчитать требующуюся полную
акустическую мощность излучателей по формуле:
20
Ра
где
ср
Р∗а
1
;
ср
- средний коэффициент звукопоглощения помещения на частоте
500Гц
2.2 Выбор типа системы звукоусиления и типа громкоговорителя.
При
небольшой
длине
озвучиваемой
площади
(до
25-30
м)
предпочтительнее применять сосредоточенную систему, обеспечивающую
единство слухового и зрительного образов. Громкоговорители обычно
размещают по бокам сцены.
Высота подвеса h излучателей должна выбираться такой, чтобы звук к
слушателю в последнем ряду приходил бы под углом не менее 50 к
плоскости, проходящей через уши сидящих слушателей. Иначе первая
половина рядов в значительной степени поглотит энергию звуковой волны.
В любом случае первые и последние ряды слушателей должны
попадать в диаграмму направленности в вертикальной плоскости с таким
расчетом, чтобы уровень звука везде был бы не менее чем
чем
макс
пр.мин
пр.мин
и не более
∆ .
В горизонтальной плоскости акустическая ось должна направляться с
таким расчетом, чтобы крайние места последнего ряда не выпали из
диаграммы направленности, и уровень в них был бы не менее
пр.мин .
После размещения излучателей относительно слушателей с помощью
двух проекций определяется истинное максимальное расстояние до дальнего
слушателя по акустической оси rmax.
Зная
требуемое
,для определения нужной акустической системы найдем
среднее
номинальное
давление
излучателя
р1(давление,
развиваемое излучателем на акустической оси на расстояние 1м при
подведении номинальной электрической мощности) по формуле:
p1 = rmax * 10
21
0 , 05*( Lпр мин 94 ( дБ ))
.
Далее
необходимо
определить
требуемый
коэффициент
осевой
концентрации для колонок. Расчёт производится по формуле:
2
15,7 * Р1
Ωтреб =
;
n * Ра
где
а
– требуемая полная акустическая мощность излучателей (мВт)
- количество отдельных излучателей.
По этим параметрам следует выбрать подходящую акустическую
систему.
2.3 Выбор типа усилителя звука для помещения используемого в качестве
аудитории.
Выбор усилителя звука начинается определения нужной подводимой
номинально выходной электрической мощности к акустической системе, для
обеспечения требуемого среднего номинального давления излучателя. Далее
производится выбор типа и класса проектируемого усилителя в зависимости
от
назначения.
Для
речевых
трактатов
требуется
усилитель
звука
максимально качественно усиливающий входной сигнал приходящий на него
от микрофона. Показателем качества усилителя является его коэффициент
нелинейных искажений (КНИ). Для речевых трактатов коэффициент
нелинейных искажений должен не превышать 7%для ламповых усилителей
и 2% для транзисторных. Коэффициент нелинейных искажений определяет
принадлежность усилителя к классу усилителей. Чем меньше КНИ тем выше
класс от AдоD, где класс А является самым качественным. Для усиления
речи в помещениях используют усилители только класса А или В.
Нелинейные искажения обусловлены нелинейностью вольт-амперных
характеристик активных элементов, например транзисторов, электронновакуумных
ламп
и
характеристик
намагничивания
магнитопровода
трансформаторов. При этих искажениях на выходе усилителя появляются
новые компоненты спектра частот, отсутствующие на входе. Уровень
нелинейных искажения оценивают коэффициентом нелинейных искажений.
22
Коэффициент
нелинейных
искажений
–
отношение
среднеквадратичной суммы заданных спектральных компонентов выходного
сигнала, отсутствующих в спектре входного сигнала, к среднеквадратичной
сумме заданных спектральных компонентов входного сигнала. Коэффициент
нелинейных искажений определяется с помощью измерений специальными
приборами.
Для усиления речи целесообразно использовать 2 типа усилителей.
Ламповые или транзисторные. Выбор производится исходя из требуемой
выходной мощность, конструктивных особенностей усилителя, требуемой
окраски звука, назначения помещения.
2.4Определение
звукового
поля
с
учетом
размещения
громкоговорителей.
На плане аудитории согласно централизованной системе озвучения
размещаем звуковые колонки и указываем их акустические оси (рисунок 6.2).
Затем намечаем расчетные точки, в которых ожидаются минимальные и
максимальные уровни звукового давления, а также промежуточные.
Расчетные точки намечаются только в одной половине зала, т.к. вторая
половина будет зеркальным отражением. В каждую расчетную точку на
плане зала из центров громкоговорителей, облучающих ее, проводим прямые
линии (рисунок 6.2). По этим линиям определяется расстояние ri от центра
излучателя до i-ой точки. По ним же определяются углы между
акустическими осями и направлением на i-тую точку в горизонтальной (г) и
вертикальной (в) плоскостях.
2.5Выбор типа микрофона.
Выбор типа микрофона производится из условий устойчивости
системы звукоусиления по требуемому виду его диаграммы направленности.
Вид её определяется требуемым значением индекса выбранного микрофона
по диффузному звуку «q».
23
Для системы звукоусиления с применением звуковых колонок индекс
«q» определяется по формуле:
q = 18+10lgRCP+Qмс
где Qмс – требуемый индекс усиления системы.
24
Глава 3.
Результаты расчёта и их обсуждение.
1.
Планировка помещения.
1.1.
Выбор размеров и формы помещения.
Размеры помещения аудитории:
l = 27,5 м.;
b = 15 м.;
h = 6 м.,
где l – длина помещения; b – ширина помещения; h – высота
помещения.
Проверим соотношение сторон по таблице 2.1. для среднего значения
между 25-30 м. (4,45:2,45;1), и точность соотношений не должна превышать
± 10%:
l : b : h = 27,5/6 : 15/6 : 6/6 = 4,58 : 2,5 : 1
Длина имеет разницу в 2,9% и ширина 2,04% от оптимального
соотношения. Видно, что параметры отклоняются не более чем на ± 10%, а
значит производить реконструкцию помещения не нужно.
1.2.
Планировка авансцены и портала.
Авансцена в аудитории, необходима для лучшей слышимости и
видимости, как для преподавателей так и для учащихся. Для этого
помещению необходима небольшая поладь. Возьмем:
высоту авансцены hасц. = 0,6 м.,(для аудитории достаточна поднятия
сцены на 30-60см.)
глубину авансцены lасц. = 2 м.
Конечные размеры сцены:
lсц. : bсц. : hсц. = 15:2:0,6 м.
1.3.
Планировка основных и дополнительных проходов, окон и
дверей.
Проход между первым рядом слушателей и сценой будет 2м.
25
Ширина
центрального
продольного
прохода
2м.,
центральный
поперечный проход после 10 ряда будет 2м.
Для того, чтобы людям было удобно выходить в дверь, оставим проход
между рядами шириной 0,5м. каждый, которые обеспечивают комфорт
студентам,
а
также
удовлетворяют
требованиям
противопожарной
безопасности.
В аудитории будет 3 двери размером 2,5 на 2м. Две двери будут
выходить в коридор, а одна в фойе. Также в зале предусмотрены пять окон,
размерами 3 на 2м, которые располагаются по стене выходящей на тихую
улицу.
2.
Определение возможного количества зрителей в зале.
В зале спроектируем 21 ряд с шагом 1 м, в каждом ряду по 20 мест. В
каждом ряду с учётом ширины проходов отводится 0,5 м на стул. Подъем
пола начиная после первого ряда, на 20 см. План аудитории представлен на
рисунке 3.
Исходя из количества рядов и кресел в зрительном зале, можно
разместить 420 человека.
Находим полный объем зрительного зала:
V3=27,5 * 15* 6 м3= 2475 м3.
Находим объем над сценой:
Vc=2* 15* 5,4 м3= 162 м3.
Находим объем под поднятым полом:
Vn= 22,5 * 15 * 4 * 0,5 м3= 675 м3.
Находим свободный объем зала:
VCB= (2475 + 162 – 675) м3 = 1962 м3.
Учитывая назначение зала, примем объем воздуха приходящийся на
одного человека равным 4 м3.
Уточним объем, приходящийся на одного зрителя:
V 
VСВ
1962 3

м  4,7 м3
N МЕСТ
420
26
Рисунок 3- Горизонтальный и вертикальный разрез зала.
3.Построение лучеграммы.
Определение времени запаздывания отраженного сигнала относительно
прямого луча:
,
зв
где Сзв = 340 м/с - скорость звука.
t1
4, 4  5,1  3,7
мс  17 ,1мс
340
t2 
6, 2  5,7  8, 2
мс  10 ,9 мс
340
t3 
7 ,8  7 , 4  13,3
мс  5,9 мс
340
t4 
10,7  6  9,1  15,5
мс  3,5 мс
340
27
t5 
21,2  2,9  22 ,6
мс  4, 4 мс
340
Так как высота зала менее 10м, то отражения от потолка для первых
рядов опасности не представляет. Время запаздывание t1-t5 не превышают
допустимых значений.
Рисунок 3.1-Лучеграмма аудитории в вертикальной плоскости
Построим лучеграмму в горизонтальной плоскости и определим время
запаздывания относительно прямого луча для нескольких точек нашего
помещения:
t1
6 .9  6  3,7
мс  27 ,05 мс  35 мс
340
t2
9 .5  6 .6  12 .5
мс  10 .6  35 мс
340
Из
расчётов
запаздывания
видим,
относительно
что
в
горизонтальной
прямого
луча
плоскости
удовлетворяет
время
условию
≤35мс.Таким образом лучи отраженные от боковых стен не будут создавать
эхо.
Графическое отображение лучеграммы в горизонтальной плоскости
приведено на рисунке 4.
28
Рисунок 4-лучеграмма в горизонтальной плоскости.
4. Расчет площадей звукопоглощающих поверхностей.
Определим площадь всех внутренних поверхностей:
∑
где
б.ст
б.ст -
пер.ст
з.ст
пола
пот
м2,
площадь боковых стен, м2;
2
пер.ст - площадь передней стены, м
;
2
з.ст - площадь задней стены, м
пола
;
- площадь пола, включающая площадь авансцены, площадь всех
проходов и всех зрительных мест, м2;
пот
- площадь потолка, м2;
Площади стен не включают в себя площади отражающих
поверхностей, таких как окна, двери.
S бок.ст.  2 * L * h    S lдверей  S окна
- часть боковых стен, закрытых поднятой частью пола.
  22,5  4  0,5 м 2  45 м 2 ;
S дверей  2(2,5 * 2) м 2  10 м 2
S дверей  2,5 * 2 м 2  5 м 2
29
S окна  5(3  2) м 2  60 м 2
S б .ст  (( 27,5  6  45  10)  (27,5  6  45  60)) м 2  170 м 2
S пер.ст  15  5,4  81м 2
S пот  27,5  15  412,5 м 2
S пола  27,5  15 м 2  412,5 м 2
S з.ст  b  h  S п. пола  S дверей  (15  6  (4  15)  (2,5  2)) м 2  25 м 2
S

 (170  81  25  412 ,5  412 ,5) м 2  1103 м 2 .
5.Опредилений реверберационых характеристик помещения.
5.1 Определение оптимального времени реверберации и расчет
требуемого фонда поглощения.
Определим оптимальное время реверберации для частоты 500 Гц.
Для данного объема помещения: Топт = 0,9с.
Определим оптимальное время реверберации в спектре частот 125-4000
(Гц)в соответствии с теорией.(см.теория определения времени реверберации в
спектре частот [10]).
Таблица 3 - Оптимальное время реверберации.
Величины
Топт,с
Значение величины на частотах, Гц
125
250
500
1000
2000
4000
8000
0,8
0,9
1,0
1,0
1,0
0,95
0,85
Определим требуемый фонд поглощения, в соответствии с формулой
Эйринга:
Топт
,
_
∑
ср
µ
,
где V - объем помещения, м3;
∑
- общая площадь внутренних поверхностей, м2;
- показатель поглощения в воздухе;
Топт- оптимальное время реверберации, с.
30
Сначала определяем вспомогательный коэффициент
.
Затем определяем αср.
 ср  1  e   
Далее определяем требуемый фонд поглощения Атр который должен
быть создан в помещениипо формуле:
Атр=
, м2.
Результаты вычислений сведены в таблицу 4.
Таблица 4 – Результаты расчета требуемого фонда поглощения
Значение величин на частотах,Гц
Велина
125
250
500
1000
2000
4000
Топт , с
0,8
0,9
1
1
1
0,95
394,85
350,98
315,88
315,88
315,88
332,51
7,85
15,7
31,96
4µV
-
-
-
α,
0,358
0,318
0,286
0,279
0,272
0,273
αср
0,301
0,273
0,249
0,244
0,238
0,239
Атр,м2
332,003 301,119 274,647 269,132 262,514 263,617
5.2 Анализ существующей обработки зала. Расчет существующего
времени реверберации.
Определяем основной фонд поглощения Ао,м2.Вычисления проводим
исходя из 70% заполнение аудитории и 100% заполнениеаудитории.
Результаты расчета основного и требуемого дополнительного фондов
поглощения для 70 % заполнение аудитории сведены в таблицу 5.1.
Результаты расчета основного и требуемого дополнительных фондов
поглощения для 100% заполнение аудитории сведены в таблицу 5.2.
Таблица 5.1 Расчет основного и требуемого дополнительных фондов при 70%
заполнение аудитории.
31
А0, м2
А треб., м2
А тр.доп., м2
32
101,72 263,617 161,9
97,567 262,514 164,95
103,97 269,132 165,16
122,23 274,647 152,42
173,86 301,119 127,26
0,6
0,04
0,07
2,1
0,6
0,04
0,08
2,4
0,6
0,04
0,1
3
0,75
0,05
0,12
3,6
0,3
0,02
0,15
4,5
0,45
0,03
0,02
0,6
15
8,76
0,08
8,76
0,08
10,95
0,1
13,14
0,12
16,43
0,15
2,19
0,02
109,5
5,56
0,02
5,56
0,02
5,56
0,02
5,56
0,02
2,78
0,01
2,78
0,01
278
12,375
0,03
16,0875
0,039
16,0875
0,039
13,2
0,032
9,075
0,022
8,25
0,02
412,5
1,5
0,05
1,8
0,06
3
0,1
4,5
0,15
6
0,2
9
0,3
30
6,68
0,04
6,68
0,04
6,68
0,04
8,35
0,05
3,34
0,02
5,01
0,03
167
21,4 103
0,17 0,35
20,2 103
0,16 0,35
16,4 103
0,13 0,35
15,1 88,2
0,12 0,3
11,3 73,5
0,09 0,25
6,3 58,8
0,05 0,2
126 294
Стул жесткий
Древесина
монолитная
3
Столы
лакированная
Переплеты
оконные
4
Окна
застекленные
Штукатурка
алебастровая,
гладкая по
деревянной
5 Потолок
обрешотке
Бетонная
стена,гладкая,
окрашенная
маслянной
6
Стены
краской
Пол
паркетный на
7 Проходы
шпонках
Древесина
монолитная
8
Двери
лакированная
Пол
Авансцен паркетный на
9
а
шпонках
30
Тип
поглотителя
Слушатель на
стуле
238,65 332,03 93,38
Наимено
вание
поглотит
№
еля
Студент
1
ы
Свободн
2 ые места
Звукопоглощение в октавных полосах
частот, Гц
250
500 1000 2000 4000
S, 125
м
α
α
α
α
α
α
2 α S α S α S α S α S α S
Таблица 5.2 Расчет основного и требуемого дополнительных фондов при
100% заполнение аудитории.
147
11,55
5,56
1,2
7,665
6,68
0,6
2,1
81,262 263,62 182,36
0,35
0,028
0,02
0,04
0,07
0,04
0,07
0,04
147
16,0875
5,56
1,8
8,76
6,68
0,6
2,4
73,6265 262,51 188,89
0,35
0,039
0,02
0,06
0,08
0,04
0,08
0,04
147
16,0875
5,56
3
10,95
6,68
0,6
3
76,2545 269,13 192,88
0,35
0,039
0,02
0,1
0,1
0,04
0,1
0,04
126
13,2
5,56
4,5
13,14
8,35
0,75
3,6
0,3
0,032
0,02
0,15
0,12
0,05
0,12
0,05
105
9,075
2,78
6
16,425
3,34
0,3
4,5
0,25
0,022
0,01
0,2
0,15
0,02
0,15
0,02
84
8,25
2,78
9
2,19
5,01
0,45
0,2
0,02
0,01
0,3
0,02
0,03
0,03
420
412,5
278
30
109,5
0,02
0,6
33
99,547 274,65 175,1
А тр.доп., м2
153,699 301,12 147,42
А треб., м2
219,75 332,03 112,28
А0, м2
167
Слушатель на
1 Зрители
стуле
Штукатурка
алебастровая,
гладкая по
деревянной
обрешотке
2 Потолок
Бетонная
стена,гладкая,
окрашенная
маслянной
3
Стены
краской
Переплеты
оконные
4
Окна
застекленные
Древесина
монолитная
5 Проходы лакированная
Древесина
монолитная
6
Столы
лакированная
Древесина
монолитная
лакиро7
Двери
ванная
Древесина
Авансцен монолитная
8
а
лакированная
15
Тип
поглотителя
30
Наимено
вание
поглотит
№
еля
Звукопоглощение в октавных полосах
частот, Гц
250
500 1000 2000 4000
S, 125
α
α
α
α
α
α
м
2 α S α S α S α S α S α S
Далее определяем существующее время реверберации при 70 % и
100 % заполнений аудитории в соответствии с формулой Эйринга:
Тсущ
,
_
αср
∑
µ
,
где V - объем помещения, м3;
S∑ - общая площадь внутренних поверхностей, м2;
- показатель поглощения в воздухе;
Тсущ- существующее время реверберации, с.
Сначала определяем:
αср
А
∑
.
Результаты расчета времени реверберации соответствующего проекту
реконструкции 70 % заполнение аудитории сведены в таблицу 5.3.
Таблица 5.3 - Результаты расчета времени реверберации по проекту
реконструкции для зала заполненного зрителями на 70%.
Величины
Значение величин на частотах, Гц
125
250
А0, м2
93,38
αср
500
1000
2000
4000
127,26 152,42
165,16
164,95
161,9
0,085
0,115
0,138
0,150
0,149
0,146
α,
0,089
0,12
0,149
0,162
0,161
0,159
4µV
-
-
-
7,85
15,7
31,39
Тсущ, с
3,23
2,34
1,92
1,69
1,63
1,52
34
Результаты расчета времени реверберации по проекту реконструкции для
100 % заполнение аудитории сведены в таблицу 5.4.
Таблица 5.4 - Результаты расчета времени реверберации по проекту
реконструкции для зала заполненного зрителями на 100%.
Величины
Значение величин на частотах, Гц
125
250
500
1000
2000
4000
А0, м2
112,28 147,42
175,1
192,28
188,89
182,36
αср
0,102
0,134
0,159
0,175
0,171
0,165
α,
0,107
0,143
0,173
0,192
0,188
0,181
4µV
-
-
-
7,85
15,7
31,39
Т, с
2,68
2
1,66
1,49
1,52
1,58
Построим графики частотных характеристик требуемого оптимального
времени реверберации и соответствующего реконструкции (рисунок 5.1). Из
графиков частотных характеристик видно, что в проекте реконструкции,
предложенном
архитектором,
обработка
внутренних
поверхностей
строительными материалами далеко не обеспечивает время реверберации,
соответствующее оптимальным значениям.
Во всем спектре частот оно выше оптимального, что приведет к
недостаточной разборчивости речевого сигнала. Положение усугубляется
еще и тем, что на низких частотах имеется большой подъем частотной
характеристики, что приводит к искажению тембра звучания (звук будет
бубнящим),
дополнительному
ухудшению
разборчивости
речи
и
неустойчивости системы звукоусиления.
Таким образом, можно сделать заключение, что запланированная
архитектурная обработка внутренних поверхностей аудитории приводит к
тому, что аудитория будет не пригодна к эксплуатации.
35
Рисунок 5.1 – График частотных характеристик времени реверберации
5.3 Выбор варианта акустической обработки и расчет времени
реверберации. Определение коэффициента разборчивости речи.
Из таблиц 5.3 и 5.4 видно, что при обработке внутренних поверхностей
помещения, материалами предложенными архитектором невозможно
обеспечить оптимальное время реверберации. Для создания оптимальных
акустических условий предусмотрим следующие мероприятия.
Стены и заднюю часть потолка покроем декоративным бумажнослоистым пластиком, толщина 2-3мм,общей площадью 278 м2. Заднюю
часть потолка покроем минеральными плитами, металлический лист
толщиной 1,2мм, перфорация
по квадрату 33%, диметр 3мм, 100 м2 .
Авансцену застелем, безворсовой ковровой дорожкой, площадью 30 м2.
36
Результаты расчета дополнительного фонда поглощения сведены в
таблицу 5.5.
Все эти мероприятия необходимо обеспечить для того, чтобы
дополнительный фонд поглощения обеспечил требуемое время реверберации
с точностью ± 10 %.
Размещение звукопоглощающих материалов изобразим на рисунке 5.2.
На основании получившегося фонда поглощения определим частотную
характеристику времени реверберации. При определении общего фонда
поглощения
вычитаем
раннее
учтенное
поглощение
акустически
необработанных стен. Результаты расчетов для 70% заполнение аудитории
сведены в таблицу 5.6. Частотная характеристика расчетного времени
реверберации приведена на рисунке 5.3.
37
Таблица 5.5 - Расчет дополнительного фонда поглощения
5,56
14,4
85
105 101,72
-3,24
0,02
0,48
0,85
5,56
8,1
80
3,907 93,66 97,567
0,02
0,27
0,8
33,36
3,3
70
-2,69 106,7 103,97
0,12
0,11
0,7
75,06
2,1
50
0,27
0,07
0,5
130,66
1,5
39
0,47
0,05
0,39
216,84
0,6
18
38
-4,93 127,2 122,23
ΔА = (Атр.доп.- Арасч.доп.)
171,2 173,86
Арасчдоп м2
2,7
Атрдоп м2
3,21 235,4 238,65
0,02
0,18
278
30
Безворсовая
ковровая
Авансце дорожка,толщ
2
на
иной 3-5 мм
Минеральная
плита,металли
ческий лист
толщиной
1,2мм,перфор
ация по
квадрату
Задняя
33%,диаметр
часть
3мм
3 потолка
100
Тип
поглотителя
Декаративный
Задняя
бумажнои
слоистый
боковые пластик,толш
1
стены
иной 2-3мм
0,78
Звукопоглощение в октавных полосах
частот, Гц
250
500 1000 2000 4000
S, 125
м
a
a
a
a
a
a
2
a S a S a S a S a S a S
Место
размеще
ния
поглоти
№ теля
Рисунок 5.2 – Эскиз размещения специальных звукопоглощающих
облицовок.
39
Таблица 5.6 – Результаты расчета времени реверберации для 70% заполнение
аудитории студентами.
Величина
Аосн.=Аосн'Апогл,м2.
Адоп.,м2
АƩ=Аосн.
+Адоп.,м2
αср.=АƩ/SƩ
α'=ln(1-αср)
α'*SƩ
4μV
4μV +α'*SƩ
Трасч.,с.
∆Т,с
Топт.,с.
Значение в полосе частот (Гц)
125
250
500
1000
88
235,4
117,78
171,2
140
127
152,7
106,7
2000
4000
153,09
93,66
151,24
105
323,4 288,98
267 259,4 246,75 256,24
0,2932 0,26199 0,24207 0,2352 0,22371 0,23231
0,34701 0,3038 0,27716 0,2681 0,25323 0,26437
382,75 335,096 305,708 295,73 279,309 291,602
7,85
15,7
31,39
382,75 335,096 305,708 303,58 295,009 322,992
0,82529 0,94266 1,03327 1,0405 1,07075 0,97798
0,02529 0,04266 0,03327 0,0405 0,07075 0,02798
0,8
0,9
1
1
1
0,95
Рисунок 5.3- Частотная характеристика расчетного времени реверберации
40
Из результатов расчета видно, что при обработки аудитории, частотные
характеристики
Трас. при
70%
заполнении
аудитории
студентами,
вписывающиеся в допуски ±10% от Topt оказалось выполнимо.
В целом можно считать, что выбранный вариант обработки аудитории
дает
удовлетворительные
результаты.
Аудитория
будет
пригодна
к
эксплуатации как при 70% , так и при 100% заполнении ее студентами
соответственно.
Далее определим коэффициент разборчивости речи. Он определяется в
выбранных
расчётных
точка
для
рассматриваемого
спектра
частот.
Расчётные точки взяты под номерами 3, 4, 5 на рис. 6.2.
Результаты вычислений коэффициента разборчивости речи приведены в
таблице 5.66.
Таблица 5.66 Коэффициент разборчивости речи для спектра частот 125-2000
Гц.
Расчётные точки.
Частота, Гц
Т.4
Т.5
Т.3
125
0,6
0,37
0,22
500
0,57
0,41
0,29
2000
0,69
0,5
0,34
Во всех точках рассчитанный Кр > 0,2, следовательно разборчивость речи во
всех слушательских местах будет удовлетворительная.
41
6.Расчет системы звукоусиления.
6.1 Расчёт требуемой акустической мощности громкоговорителя и
уровней прямого звука.
Так как рассчитываемое помещение аудитория, то ее параметры
звукового поля можно отнести к усилению речи. Выбираем параметры из
таблицы 6.1.
Таблица 6.1 – Требуемые параметры звукового поля
Акустическое
Назначение установки
Lтр,
ΔL,
дБ
дБ
отношение
Rмин
Rмакс
≤6
≥1
8-10
Воспроизведение музыки, подусиление 94-96 ≤ 6
≥1
8-10
≥1
4-6
≥ 0,5
4-6
Воспроизведение
музыки
и 100
театральных эффектов
солистов
Усиление
речи,
воспроизведение 94-96 ≤ 8
музыки
Усиление речи
80-86 ≤ 8
Lтр= 83 - требуемый уровень звукового поля (дБ);
ΔL≤8
- допустимая неравномерность уровня поля прямого звука
(дБ);
Rмин=
0,5;
Rмакс=5
-
допустимое изменение
акустического
соотношения.
Выберем среднее акустическое отношение Rср. Его значение выбирают
в пределах 2-4. Возьмем Rср=1,9 и проверим правильность выбора, для этого
определим величины по формулам:
42
  Rср  10
Rmin
0 , 05 L
  Rср  10
Rmax
;
0 , 05 L
;
  1,9  10 0,05*8  0,77 ;
Rmin
  1,9  10 0, 05*8  4,7
Rmax
.
Эти величины должны лежать в интервале [Rmin; Rmax]
(0,77>0,5) и ′
′
(4,7<5)
Рассчитаем средний уровень прямого звука по формуле:
Lпр.ср= Lтр-10lg (1 + Rср) дБ ;
Lпр.ср  83  10 log(1  1,9)  78,34дБ
.
Рассчитаем минимальный и максимальный допустимые уровни
прямого звука по формулам:
пр.мин
пр.ср
0,5 ∙ ∆ ;
L пр.max= Lпр.ср+ 0,5 L;
Lпр.min  (78,34  0,5  8)дБ  78,34дБ
Lпр.max  (78,34  0,5  8)дБ  82,34дБ
Рассчитаем уровень диффузного поля по формуле:
Lд = Lтр– 10 lg(
ср
ср
);
1  1,9
Lд  (83  10 log(
))дБ  81,2дБ .
1,9
Рассчитаем акустическую мощность излучателей, необходимую для
создания диффузного поля:
Ра = А500 * 100,1*( Lд 96(дБ ))
где А500 – звукопоглощение в зале на рассчитываемой частоте,
определенное при акустическом расчете (на частоте 500Гц)
Ра = 275* 100,1*(81, 296) =9,1 мВт
43
Рассчитаем требуемую полную акустическую мощность излучателей,
формула:
Ра
где
ср
Р∗а
1
ср
- средний коэффициент поглощения помещения на частоте
500Гц
Ра =
6.2
Выбор
системы
9,1
= 12,12 мВт
1  0,249
звукоусиления
или
озвучения
и
типа
громкоговорителей.
В данном помещении целесообразно применить сосредоточенную
акустическую систему размещённую по бокам сцены так как длинна не
превышает 30 м. Высота подвеса 5 м, расстояние между излучателями 6 м.
Приведен эскиз размещения громкоговорителей (рисунок 6.1).
44
Рисунок 6.1- Эскиз размещения громкоговорителей
После размещения излучателей относительно слушателей с помощью
двух проекций определяется истинное максимальное расстояние до дальнего
слушателя по акустической оси rmax=26,7м.
Зная
,
найдем
требуемое
среднее
номинальное
давление
излучателя р1(давление, развиваемое излучателем на акустической оси на
расстояние 1м при подведении номинальной электрической мощности).
p1 = rmax * 10
0 , 05*( Lпр мин 94 ( дБ ))
 26,7 *10 0, 05( 74 ,3494 )  2,78 Па
Из таблицы выберем звуковые колонки соответствующие р .
Выберем колонки Симфония-003 с параметрами:
- номинальная мощность: 13 Вт
- номинальное звуковое давление: 7.6 Па
45
- полоса воспроизводимых частот 30…18000 Гц
- Эксцентриситеты:
- в горизонтальной плоскости – 0.7;
- в вертикальной плоскости – 0.973.
Коэффициенты осевой концентрации в спектре частот приведены в таблице
6.2.
Определим
требуемый
коэффициент
осевой
концентрации
для
звуковых колонок по формуле :
15,7 * р1
Ωтреб =
n * Ра
2
15,7 * 2,78 2
=5
Ωтреб =
2 *12,12
где
а
– требуемая полная акустическая мощность излучателей (мВт)
- количество отдельных излучателей
Если Ωкол
Ωтреб , то выбранная звуковая колонка обеспечит необходимую
акустическую мощность.
Из таблицы сопоставим Ωкол с Ωтреб в виде таблицы 6.2.
Таблица 6.2 – Таблица сравнения величин Ωкол с Ωтреб .
Ωкол
Ωтреб
5
Условие Ωкол
250
500
1000
2000
4000
6000
7,7
9,8
11
12,5
13,7
14
5
5
5
5
5
Ωтреб выполняется на всех частотах.
6.3 Расчет звукового поля с учетом размещения громкоговорителей.
Постоим ещё один эскиз размещения громкоговорителей и выберем
расчетные точки .
46
Рисунок 6.2. Звуковые лучи от колонок к нескольким точкам в зале.
Диаграмму направленности звуковых колонок можно рассчитать
самостоятельно, аппроксимируя звуковое поле колонки в виде полуэллипса.
Зная эксцентриситеты ег и ев эллипсов можно определить радиус-векторы Rг
и Rв:
RГ 
1 е2 Г
;
1  е 2 Г  cos 2  Г 
1  е2 В
RВ 
;
1  е 2 В  cos 2  В 
Рассчитаем для точки 4 (рис.6.2) для первого громкоговорителя.
47
RГ 
1  0,7 2
 0,72;
1  0,7 2  cos 2 300
 
1  0,9732
RВ 
 0,3;
1  0,9732  cos 2 400
 
Максимальное расстояние от громкоговорителя до точки упора его
акустической
оси
в
плоскость
проходящую
через
уши
слушателя
находящегося в расчётной точке:
rmax1  h 2  l 2  5 2  6 2  7,81 м;
где h– высота установки громкоговорителя;
l – расстояние между точкой упора акустической оси в плоскость
проходящую через уши слушателя и точкой установки громкоговорителя.
Звуковое
давление
в 4-той
точке,
развиваемое
данным
громкоговорителем определяется по формуле:
P
Pном  Rг  Rв 7.6  0.72  0.3

Па  0.21 Па;
rmax1
7.81
Аналогично делаем расчеты для второго громкоговорителя.
Звуковое
давление
в
4-ой
точке,
развиваемое
двумя
громкоговорителями определяется по формуле:
2
2
Р  Р1  Р2  0,212  0,12 Па  0,23 Па;
где Р1, Р2 – давления, создаваемые в 4-ой точке первым и вторым
громкоговорителями.
Полученное суммарное давление в 4-ой точке пересчитывается в
уровень звукового давления по формуле:
L4=20 lgP+ 94= 20 lg0,23 + 94 = 81,38 дБ;
Расчет уровней звукового давления в каждой расчетной точке приведен
в таблице 6.3
Таблица 6.3 Расчет звукового поля излучателей.
48
Номер
Определяемая
излучателя
величина
Значения величин по точкам
1
2
3
4
5
6
r, м
33,46
34,79
33,00
7,81
18,17
13,49
г,0
15
0
30
30
30
40
Rг
0,84
1,00
0,72
0,72
0,72
0,81
в, 0
0
0
0
40
10
40
Rв
1,00
1,00
1,00
0,30
0,40
0,30
Р, Па
0,19
0,22
0,17
0,21
0,12
0,14
r, м
36,90
34,79
39,66
22,56
28,11
15,62
г,0
15
0
30
50
25
40
Rг
0,84
1,00
0,72
0,97
0,99
0,81
в, 0
0
0
0
40
10
40
Rв
1,00
1,00
1,00
0,30
0,40
0,30
Р, Па
0,17
0,22
0,14
0,10
0,11
0,12
Р, Па
0,26
0,31
0,22
0,23
0,16
0,18
L, дБ
82,25
83,80
80,66
81,38
78,13
79,22
1
2
ΔL, дБ
3,25
Величина звукового поля во всех расчетных точках больше допустимого
минимального уровня LПР.MIN=78 дБ. Сравнивая полученные уровни, в
расчетных точках,
неравномерность звукового поля в аудитории ΔL не
превышает допустимых 8 дБ.
49
6.4Выбор типа микрофона.
Выбор типа микрофона производится из условий устойчивости
системы звукоусиления по требуемому виду его диаграммы направленности.
Вид её определяется требуемым значением индекса выбранного
микрофона по диффузному звуку «q».
Для системы звукоусиления с применением звуковых колонок индекс
«q» определяется по формуле:
q = 18+10lgRCP+Qмс
где Qмс – требуемый индекс усиления системы
Согласно таблице Qмс = -12дБ.
q = 18+10lg 1,9 -12 = 8,8 дБ.
Такое значение индекса «q» может удовлетворить микрофон с
кардиоидной характеристикой направленности, если позади говорящего
расположен протяженный, эффективный поглотитель, то в таком случае у
кардиоидного микрофона индекса «q» достигает 13 дБ.
У микрофонов с характеристикой в виде восьмерки - до 4,8 дБ.
Наибольший выигрыш получается при использовании микрофона с
суперкардиоидной характеристикой q= 17,4 дБ.
На практике в установках звукоусиления очень часто применяются
кардиоидные микрофоны. Они малогабаритны, сравнительно дешевы,
достаточно надежны и позволяют получить достаточно высокое значение
индекса усиления.
Типовая диаграмма направленности односторонне направленного (с
диаграммой «кардиоида») микрофона в полярных координатах приведена на
рисунке 6.22
50
Рисунок 6.22 - Типовая диаграмма направленности односторонне
направленного (с диаграммой «кардиоида») микрофона в полярных
координатах
Выберем конденсаторный микрофонBM-800, диапазон частот 20-19000
Гц, неравномерность АЧХ 5 дБ, внутренне сопротивление 200 Ом,
чувствительность холостого хода 1,5 мВ/Па. Индекс микрофона по
диффузному звуку 10 дБ.
6.5 Выбор принципиальной схемы и сборка усилителя звука.
Так как в зале работают колонки Симфония-003, то для усиления звука
целесообразно использовать усилитель с выходной мощностью 3-7 Вт на
канал что бы обеспечить запас по мощности. Для сборки была выбрана
принципиальная схема лампового усилителя. Выбор основывался на
свойстве лампового усилителя, которое заключается в наличии чётных
гармоник более высоких порядков в спектре выходного сигнала, которые
благоприятно влияют на восприятие речи человека [6]. Наличие этого
свойства у ламповых усилителей оставляет актуальным использование
ламповых усилителей до сих пор, несмотря на большие габариты
относительно небольшой срок службы и неудобства эксплуатационного
характера.
На основе приобретённых знаний и рекомендаций дипломного
руководителя
для
сборки
усилителя
звука
(УЗ)
была
выбрана
принципиальная схема представленная на рисунке 6.3,и схема блока питания
представленная на рисунке 6.4.
51
Данный однотактный усилитель разработан на основе ламп 6П3С в
основном каскаде и 6Н9С в предусилителе. Лампа 6П3С выбрана
из-за
своего спектра гармоник (относительно высокая вторая гармоника и низкая
третья) [6].Эта лампа разрабатывалась специально для использования в
звуковых трактах. Параметры лампы приведены в приложении. Сборка,
настройка УЗ была произведена на основе рекомендаций описанных в статье
Манакова А.И[12].При сборке была определена зависимость тембра
воспроизводимого звука от емкости конденсатора С3.Чем больше ёмкость
конденсатора, тем ниже тембр. Это позволяет настройку данного усилителя
под тембр голоса лектора если это необходимо.
Рисунок 6.3
52
Схема блока питания:
Рисунок 6.4
Основные технические характеристики усилителя:
 Потребляемая
 Выходная
мощность (при нагрузке 8 Ом) 5 Вт.
 коэффициент
 полоса
мощность: 22 Вт.
нелинейных искажений: 6.4%
рабочих частот на полной мощности от 30,2 Гц до более
20 кГц
 коэффициент
усиления по напряжению: 335,6

Определим зависимость амплитуды выходного от амплитуды входного
сигнала(на языке напряжений).Фиксированная частота 1000 Гц.
Uвх(действующее) изменяем от 0мВ до 300мВ.
Зависимость представлена на рисунке 6.5.
53
Таблица 6.3.Зависимость выходного напряжения от входного действующего
напряжения.
Uвх,мВ
0
10
20
30
40
50
60
70 80
Um вых,В 0 0,2 0,3 0,4 0,5 0,65 0,75 0,9
160
170 180 190 200 210 220
1,85 1,95
2
2,1
2,2
2,3
230
1 1,1
1,2
1,3
240 250 260 270
2,4 2,55 2,65
54
90 100 110 120 130 140 150
2,7
2,8
1,4
280
1,5
1,6
290
1,7
300
2,8 2,83 2,88 2,91
Um вых,В
Зависимость амплитуды выходного от амплитуды входного сигнала.
3,5
3
2,882,91
2,82,82,83
2,7
2,65
2,55
2,5
2,4
2,3
2,2
2
2,1
1,95
1,85
2
1,7
1,5
1,6
1,5
1,4
1,3
1,2
1
1,1
1
0,9
0,75
0,65
0,5
0,5
0,4
0,3
0,2
0
0
50
100
150
200
250
300
Рисунок 6.5.Зависимость амплитуды выходного от амплитуды входного
сигнала(на языке напряжений).
Коэффициент усиления Ku равен:
1.2
40
0.1√2
55
335,6
350
U вх,мВ
(коэффициент трансформации используемого трансформатора равен 40).
Определим амплитудно-частотные характеристики усилителя.
Uвх=const=100мВ
Зависимость амплитуды выходного сигнала от частоты представлена на
рис.6.6.
f,Гц
20
50
Lg,f
1,3 1,69
100 200
2
Uвых,В 0,65 0,97 1,05
500 1000 2000 5000 10000 15000 20000
2,3 2,69
1,1
1,1
3
3,3
3,69
4
4,18
4,3
1,15
1,15
1,15
1,15
1,1
1,1
56
Амплитудно‐частотная характериститка.
Um вых, B
1,4
1,2
1,15 1,15
1,1
1
1,15
1,15
1,1
1,11,1
1,05
0,97
0,8
0,6
0,65
0,4
0,2
0
0
1
2
3
4
5
6
lg,f
Рисунок 6.6.Зависимость амплитуды выходного сигнала от частоты.
Полоса рабочих частот:
Возьмём 70% от максимального выходного напряжения.
1,15 0,7=80,5мВ
lg f =1,48→ fн = 10
.
Гц
30,2 Гц
fв> 20 кГц
(fн-нижняя граница полосы рабочих частот,fв-верхняя граница полосы
рабочих частот).
Структурная схема звукоусилительной аппаратуры будет иметь
следующий вид:
57
Рисунок 6.5 – Структурная схема звукоусилительной аппаратуры
58
Заключение.
К основным результатам выпускной квалификационной работы можно
отнести:
1.
Систематизация
теоретических
знаний
о
архитектурно-
акустическом проектировании зрительных залов.
2.
Создание методики реконструкции помещения для использования
его в качестве аудитории.
3.
Реконструкция
помещения
с
целью
достижения
требуемого
коэффициента разборчивости речи в нем.
4.
Выбор типа и проектирование системы звукоусиления для
аудитории.
5.
Расчёт
и
сборку
усилителя
звука
для
данной
системы
звукоусиления.
В ходе работы был произведен анализ размеров имеющегося у нас
помещения и рассчитано оптимальное количество студентом вмещающихся в
аудитории. Определили оптимальное время реверберации и необходимое
звукопоглощение, подобрали звукопоглощающий материал, который бы
соответствовал нашему помещению. На последнем этапе работы произвели
расчет системы звукоусиления, спроектировали собрали и настроили
усилитель звука, который позволил получить необходимый уровень и
заданную равномерность звука. Таким образом поставленные задачи
выполнены, цель-достигнута.
59
Список используемой литературы.
1. Маньконский С. Акустика студий и залов для звуковоспроизведения.- :
Искусство, 1966.
2. Акустика: Справочник/Под ред. М.А.Сапожкова. - .: Радио и связь , 1989.
3. Смирнова Н.А. Акустические системы озвучивания помещений и
архитектурная
акустика:
Методическое
руководство
по
выполнению
курсового проекта для студентов заочного отделения специальностей
Звукорежиссура» и Аудиовизуальная техника .- СПб.: СПбГУКиТ, 2007.
4. Смирнова А. , Уваров К. Архитектурная акустика: Учебное пособие для
студентов заочного отделения специальности Звукорежиссура СПб .:
СПбГУКиТ, 2009.
5. Щевьев Ю.П , Наумов А.В. Звукопоглощающие свойства материалов:
Учебное пособие . - СПб.: СПб государственный академический институт
живописи, скульптуры и архитектуры имени И.Е.Репина, 2009.
6.
Лихницкий А. М. Когда лампалучше, чем транзистор.
”АудиоМагазин”
№ 1 (6) 96, с. 48.
7. Цыкин Г.С.,Усилитель электрических сигналов.1963.
8. Енохович А.С.,Справочник по физике.:Библиотека учителя физики.
Издательство «Просвещение» 1978.
9. Сапожков М.А. Звукофикация помещений: проектирование и расчёт.-M.:
Связь, 1979.-144 с.
10.Терещук Р.М., Терещук К.М., Седов С.А., Полупроводниковые приёмноусилительные устройства. Справочник радиолюбителя 3-е изд. -Библиогр.:
795-800.-(В перер).
11. Климухин А.А., Киселева Е.Г.Проектирование акустики зрительных
залов: учебно-методические указания к дипломной расчетно-графической
60
работе / А.А. Климухин, Е.Г. Киселева. — М.: МАРХИ, 2012. — 80 с.
12. Статья в журнале: Манаков А.И. Проектирование лампового усилителя
звуковой частоты на лампах 6н9с и 6п3с/А.И.Манаков//Радио-2008.№57(11).1-49.
61
Приложение.
Паспорт ламп используемых в основном каскаде УЗ.
62
63
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа