Технічні науки/6

Технічні науки/6. Електротехніка і радіоелектроніка

Орлюк А.О.

Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут", Україна

Дослідження акустичних характеристик глядацької зали НАДТ ім. І.Франка

Сучасному інженеру доводиться мати справу із проблемою оптимізації акустичних умов в приміщеннях різного призначення. Це має свої особливості і потребує зв’язку між фізичними характеристиками приміщень і суб’єктивною оцінкою якості звучання, з одного боку, та архітектурним вирішенням приміщення, його форми, розмірів, оздоблення - з іншого. Завданням цього проекту є дослідження акустичних характеристик глядацької зали театру та, на основі аналізу об’єктивних показників, надання рекомендацій щодо покращення акустичного стану приміщення. У сучасному вигляді приміщення характеризується не достатньо задовільним звучанням програм.

Будівля театру зведена по класичній схемі: дві значні за об'ємом функціональні зони - сценічна коробка і глядацька частина - розділені портальною стіною з сценічним прорізом. Планшет сцени являє собою дерев'яний настил з бруса. Сцена піднята на 1,2 м над рівнем першого ряду місць партеру. Сценічний об'єм впливає на акустику зали своїм загальним звукопоглинанням, що визначається середнім коефіцієнтом звукопоглинання прорізу в портальній стіні. В цілому конфігурація лож і балконів має сприяти ефективному розсіюванню звукових хвиль і підвищенню дифузності звукового поля. Підлога в залі (по площі партеру) виконана з підвищенням від бар'єру сцени до торцевої стіни на 0.6 м. Перед сценічним порталом, на рівні планшета сцени, улаштована оркестрова яма.

Апаратура, що використовувалась, відповідає вимогам стандартів на проведення акустичних вимірювань вимірювань і має діючі свідоцтва про державну повірку згідно з ГОСТ 8.002-71,проведену в ДП «Укрметртестстандарт».. Установка включала системи передачі, приймання та аналізу звукових сигналів. Звуковий сигнал «білого» шуму моделювався за допомогою програми «Мatlab» та піддавався цифровій фільтрації. Сформований смуговий сигнал через звукову карту подавався на підсилювач потужності і випромінювався в приміщення системою звукових колонок. Джерелом імпульсного звуку слугував постріл з сигнального пістолета. Вимірювальний мікрофон, враховуючи повну симетрію зали, розташовувався в точках 1-8 на висоті 1,3 м від рівня підлоги.

$C:\Users\Артем\Desktop\Диплом\точки вим.jpg$

Рис.1 Вимірювальні точки

Зала театру ім. І.Франка за своїм призначенням відноситься до залів музично-драматичних театрів. Значення оптимального часу реверберації можна знайти:

; (1)

де V- об’єм приміщення.

Для даної зали театру об'ємом V=5332 м³ згідно з рекомендаціями [1] оптимальним значенням часу реверберації в діапазоні середніх частот (500 - 1000 Гц) є: Т_опт=1,31 с ±10%. В цілому частотна характеристика часу реверберації має бути близькою до рівномірної ,але для залів з музичними програмами бажаним є незначне збільшення значень часу реверберації на низьких частотах (до 20% на частоті 125 Гц). Для залів з мовними програмами допускається таке ж зменшення часу реверберації в діапазоні високих частот (до 20 % на частоті 4000 Гц). Зауважимо, що зменшення часу реверберації на високих частотах є неминучим об'єктивно через поглинання звуку в повітрі і більш високих значень коефіцієнтів звукопоглинання убранства зали. Для виправлення можливих акустичних дефектів і досягнення необхідного часу реверберації використовуються звукопоглинальні матеріали, розміщені на поверхнях, від яких не потрапляють до глядачів малозапізнюючи перші відбиття. Результати вимірювань часу реверберації в залі театру наведені в таблиці 1.

Таблиця 1 Час реверберації в точках зали при відкритих кріслах

Точка вимірювання

Значення часу реверберації (с) в октавних смугах частот (Гц)

125

250

500

1000

2000

4000

8000

1.5

1.45

1.7

1.6

1.5

1.1

0.75

1.9

1.8

1.6

1.4

1.1

0.75

1.8

1.7

1.6

1.4

0.7

1.6

1.8

1.85

1.7

1.4

1.1

0.71

1.65

1.6

1.8

1.7

1.5

1.1

0.78

1.6

1.8

1.7

1.45

1.1

0.7

1.7

1.6

1.38

1.1

0.7

1.6

1.8

1.7

1.6

1.4

1.1

0.77

Рис 2 Середнє значення часу реверберації (с) в октавних смугах частот (Гц) виміряного в партері.

Одна з найважливіших характеристик звукового поля - ступінь його дифузності, яка характеризується таким параметром як однорідність. Із даних таблиці видно, що в центральній частині партеру до підбалконної пазухи нерівномірність звукового поля не перевищує 6 дБ, окрім частот 250 Гц та 8000 Гц ( на величину 1.5 дБ – 2 дБ). У лівому партері нерівномірність перевищує 6 дБ на частотах 500 та 8000 Гц (на величину 2 дБ).

Таблиця 2 Нерівномірність звукового поля по площі місць партеру

Середньогеометричні частоти октавних смуг, Гц

125

250

500

1000

2000

4000

8000

Нерівномірність, дБ

(ряди 7-12,точки 2-4, центральний партер)

7.5

Нерівномірність, дБ

(ряди 7-12,точки 6-8, боковий партер)

Для візуалізації проілюструємо розподіл рівнів звукового тиску (рис.3):

$C:\Users\Артем\Desktop\Диплом\Level 500.jpg$

Рис.3 Розподіл рівнів звукового тиску

Експериментально встановлено, що всі глядацькі місця, які знаходяться на відстані більшій ніж 8 м від джерела звуку, повинні забезпечуватися ранніми інтенсивними фронтальними і боковими звуковими відбиттями. На відстані меншій 8 м достатньо інтенсивності прямого звуку для хорошого сприйняття програм. Ранні інтенсивні звукові відбиття з оптимальним часом запізнення покращують чутність і розбірливість мови, додають ясність звучанню музики та сприяють створенню просторового відчуття її сприйняття.

При розміщенні джерела звуку по центру авансцени ранніми відбиттями звуку охоплюється задня половина партеру з часом запізнення в центрі зали від 47 мс до 44 мс, що є близьким до оптимального. Вертикальні огородження лож виконують в основному роль розсіювальних елементів. Джерело звуку знаходиться на поздовжній осі сцени на відстані 4 м від сценічного прорізу. При такому розміщенні джерела звуку центральна частина партеру не забезпечується боковими відбиттями звуку.

Структура відбиття звуку від стелі:

1) Джерело звуку знаходиться на авансцені при такому розташуванні джерела звуку фронтальні звукові відбиття надходять на всі глядацькі місця партеру, бельетажу і ярусу. Якщо границя корисності перших інтенсивних відбиттів характеризується величиною запізнення 50 мс для музичних програм і 30 мс для драматичних, то в перші 5-6 рядів партеру надходять відбиття з часом запізнення 42 мс, а що стосується мовних - то час запізнень відбиттів значно перевищує оптимальні значення практично по всій довжині партеру.

2)Джерело звуку знаходиться в глибині сцени на відстані 4 м від сценічного прорізу. Чим глибше буде розташоване джерело звуку на сцені, тим більшою буде зона слухацьких місць в передній частині партеру, не охоплених відбиттями.

3) Джерело звуку знаходиться в оркестровій ямі. Перші відбиття звуку оркестру від стелі охоплюють усі ряди партеру, бельетажу, і ярусу, причому час запізнень відбиттів в передній половині партеру суттєво перевищує оптимальне.

Висновки:

1) Очікувана частотна характеристика часу реверберації не знаходиться в області допустимих значень.Тому доцільне коригування часу реверберації. А саме розташування мембранних поглиначів на поверхнях від яких не потрапляють до глядачів малозапізнючі перші відбиття;

2) Однорідність звукового поля по всій площі глядацької зали не перевищує 6 дБ, що свідчить про задовільність;

3) В даному приміщенні потребує коригування структура відбиттів звуку в залі. Рекомендується встановити над порталом сцени деку,що призведе до зменшення часу запізнення відбитого звуку.

Література:

1.Дідковський В.С., Луньова С.А Основи архітектурної і фізіологічної акустики. – К.: Аванпострим. – 2001. – 422 с.

2. Алдошина И.А., Приттс Р. Музыкальная акустика. – С.-П.: Композитор. – 2006.-715 с.

3.Акустика: Справочник/под ред. М.А. Сапожкова. – М.:Радио и связь – 1986.- 412 с.

4.ГОСТ 24146-89 Зрительные залы. Метод измерения времени реверберации.

5. ГОСТ 17168-82 Фильтры электронные октавные и третьоктавные. Общие технические требования и методы испытания.