Акустический расчет помещения программа

ГЛАВНАЯ

|

КОМПАНИЯ

|

МАТЕРИАЛЫ

|

УСЛУГИ

|

ЦЕНЫ

|

ОБЪЕКТЫ

|

СТАТЬИ

|

ФОРУМ

|

КОНТАКТЫ

Акустические on-line калькуляторы

Оптимизация расположения громкоговорителей в комнате прямоугольной формы

Для достижения высокого качества звуковоспроизведения, акустические характеристики комнаты для прослушивания необходимо приблизить к определенным оптимальным значениям. Это достигается формированием "акустически правильной" геометрии помещения, а также с помощью специальной акустической отделки внутренних поверхностей стен и потолка.

Но очень часто приходится иметь дело с комнатой, форму которой изменить уже невозможно. При этом собственные резонансы помещения могут крайне негативно повлиять на качество звучания аппаратуры. Вважным инструментом для снижения влияния комнатных резонансов является оптимизация взаимного расположения акустических систем относительно друг друга, ограждающих конструкций и зоны прослушивания.

Предлагаемые калькуляторы предназначены для расчетов в прямоугольных симметричных помещениях с низким фондом звукопоглощения.

Применение на практике результатов данных расчетов позволит уменьшить влияние комнатных мод, улучшить тональный баланс и выровнять АЧХ системы "АС-комната" на низких частотах.
Необходимо отметить, что результаты расчетов не обязательно приводят к созданию "идеальной" звуковой сцены, они касаются только коррекции акустических дефектов, вызванных, прежде всего, влиянием нежелательных комнатных резонансов.
Но результаты расчетов могут стать хорошей отправной точкой для дальнейшего поиска оптимального месторасположения АС с точки зрения индивидуальных предпочтений слушателя.

Методология расчетов основана на стереофоническом принципе расположения громкоговорителей, рекомендациях по реализации принципа «Золотого сечения» Джорджа Кардаса (George Cardas) и общей теории психоакустики. Более подробно о данной методике можно узнать из статьи "Расположение громкоговорителей в комнате прямоугольной формы".

Определение площадок первых отражений

Слушатель, находящийся в комнате для прослушивания музыки, воспринимает не только прямой звук, излучаемый акустическими системами, но и отражения от стен, пола и потолка. Интенсивные отражения от некоторых участков внутренних поверхностей комнаты (площадок первых отражений) взаимодействуют с прямым звуком АС, что приводит к изменению частотной характеристики звука, воспринимаемого слушателем. При этом на некоторых частотах происходит усиление звука, а некоторых его значительное ослабление. Этот акустический дефект, называемый "гребенчатой фильтрацией", приводит к нежелательному "окрашиванию" звука.

Калькулятор "Расчет месторасположения площадок первых отражений"

Расчет резонатора Гельмгольца

Калькулятор "Расчет резонатора Гельмгольца"

Расчет панельного НЧ-поглотителя конверсионного типа (НЧКП)

Калькулятор "Расчет панельного поглотителя"

Расчет размеров студийных помещений в соответствии с рекомендациями EBU/ITU, 1998

В 1998 году данная формула была принята в качестве стандарта Европейским Радиовещательным Союзом (European Broadcasting Union, Technical Recommendation R22-1998) и Международным Телекоммуникационным Союзом (International Telecommunication Union Recommendation ITU-R BS.1116-1, 1998) и рекомендована к применению при строительстве студийных помещений и музыкальных комнат прослушивания.
Соотношение выглядит следующим образом:

1.1w/h 2 *mod(p), где

	Расчет диффузора Шредера по проектной частоте
	Расчет диффузора Шредера по проектной ширине ячейки

Соответствие размеров студийных и музыкальных комнат международным стандартам

Калькулятор "Соответствие размеров студийных и музыкальных комнат международным стандартам"

Расчет аксиальных комнатных мод

Калькулятор аксиальных мод в комнате прямоугольной формы

Как близко должны располагаться соседние модальные частоты, чтобы избежать проблемы окрашивания звука? Исследования Кристофера Гилфорда (Christopher LS Gilford, "The Acoustic Design of Talks Studios and Listening Rooms") показали, что если аксиальные моды отстоят друг от друга на 20 Гц и более, то они считаются акустически изолированными. Они не будут возбуждаться через связь вследствие перекрывания полос, а будут действовать независимо. В таком изолированном состоянии аксиальная мода может реагировать на компонент сигнала, имеющий близкую частоту, усиливая его.

Нулевой интервал между модальными частотами также является источником окрашивания. Нулевой интервал означает, что две модальные частоты совпадают (т.н вырожденные моды), что придает этим частотным составляющим чрезвычайную выразительность.

Наличие изолированных мод служит источником провалов, а нулевой интервал между модальными частотами часто приводит к образованию пиков на амплитудно-частотной характеристике. Высокая неравномерность АЧХ на частотах ниже 300 Гц является причиной возникновения нежелательных акустических дефектов, таких как "коробчатое" звучание и "гудение" баса.

Предлагаемый калькулятор позволяет также рассчитать радиус гулкости помещения (т.н. ближнее поле) и характерные зоны в звуковом диапазоне, ограниченные частотами F1-F5.

Диапазон частот F1-F2
Зона давления. Комнатные резонансы отсутствуют, нет усиления звука модами.

Диапазон частот F2-F3
Зона комнатных резонансов. Действуют законы волновой акустики. Диапазон ограничен сверху частотой Шредера.

Диапазон частот F3-F4
Переходная зона. Длина звуковой волны слишком велика для законов геометрической акустики, но мала для законов волновой акустики. Дифракция и диффузия звуковых волн.

Диапазон частот F4-F5
Зона отражения звуковых волн. Действуют законы геометрической акустики.

Калькулятор применим для оценки проблемных модальных частот только в комнатах простой прямоугольной формы с невысоким фондом звукопоглощения.

Калькулятор "Упрощенный анализ аксиальных мод"

Время реверберации (Т,сек), введенное В. Сэбином (Wallace Sabine) еще в конце позапрошлого века, до сих пор остается одной из важнейших акустических характеристик помещения. Время, в течение которого уровень звукового давления уменьшается на 60 дБ после прекращения звучания источника, называется временем стандартной реверберации и характеризует степень гулкости помещения.

Помещение с большим значением времени реверберации воспринимается как «живое» (часто это церкви, спортзалы, бассейны), помещения с малым значением времени реверберации характеризуются как «заглушенные» (студии звукозаписи, дикторские кабинки).

В общем случае, снижение времени реверберации приводит к улучшению ясности и артикуляции речи, т.е увеличению степени акустического комфорта. Уменьшение времени реверберации достигается применением звукопоглощающих покрытий стен, пола и потолка.

Данный акустический калькулятор предназначен для оценки времени реверберации в помещении в зависимости от его назначения, а также для предварительного подбора необходимого количества звукопоглощающих материалов.
Помимо использования внутренней базы данных звукопоглощающих материалов, программа позволяет вводить коэффициенты поглощения любых произвольных материалов, взятых из справочной литературы.
Таблица коэффициентов звукопоглощения

Проведение расчетов в предлагаемом калькуляторе подразумевает ввод данных в диалоговом режиме и дальнейшее выведение результатов на экран в виде диаграммы. Расчет времени реверберации производится по методике, изложенной в СНиП 23-03-2003 "Защита от шума" в октавных полосах частот по формуле Эйринга (Carl F. Eyring):

Т (сек) = 0,163*V / (−ln(1−α)*S + 4*µ*V)

V – объем зала, м3
S – суммарная площадь всех ограждающих поверхностей зала, м2
α — средний коэффициент звукопоглощения в помещении
µ — коэффициент, учитывающий поглощение звука в воздухе

Полученное расчетное время реверберации графически сравнивается с рекомендуемым (оптимальным) значением. Оптимальным называют такое время реверберации, при котором звучание музыкального материала в данном помещении будет наилучшим или при котором разборчивость речи будет наивысшей.

Оптимальные значения времени реверберации нормируются соответствующими международными стандартами:

DIN 18041 Acoustical quality in small to medium-sized rooms, 2004
EBU Tech. 3276 – Listening conditions for sound programme, 2004
IEC 60268-13 (2nd edition) Sound system equipment — Part 13, 1998

АРМ «Акустика» предназначена для автоматизации деятельности при проведении оценки акустического воздействия источников шума на нормируемые объекты на территории и в помещениях.

Программа, может быть использована при проведении проектных работ по размещению новых объектов с учётом существующей градостроительной ситуации, оценки влияния шума существующих объектов на окружающую среду, а также оценки эффективности проектируемых мероприятий по снижению уровней внешнего шума. Также АРМ «Акустика» является базовой платформой для расширяющих её функционал модулей. В настоящий момент доступен модуль «Внутренний шум» для расчёта распространения шума внутри зданий.

Свидетельство № 2012612812 от 21.03.2012 (АРМ Акустика, Версия 3) о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Расчёты производятся в соответствии с существующими методиками, справочниками и нормативными документами. Это подтверждено экспертным заключением НИИСФ РААСН и экспертным заключением ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в городе Санкт-Петербург».

Список реализованных в программе методик расчёта.

Возможности программы

— вывод подробного отчёта с ходом и результатами расчёта акустического воздействия в Microsoft Excel (для каждой операции расчёта в отчёте приводятся формулы и ссылки из нормативной документации);

— расчёт требуемого снижения уровней звуковой мощности источников шума;

— редактируемый каталог шумовых характеристик оборудования в комплекте;

— встроенная система автоматических обновлений программы;

Сложности проектирования систем профессионального звука

Обеспечение качественной и равномерной акустической картины при установке профессиональной системы звукоусиления зачастую становится чрезвычайно сложной задачей. Особенно это касается концертных залов и стадионов, где отчётливость и ясность воспроизводимых звуков является важнейшим условием успешного проведения музыкальных мероприятий.

Акустическая картина зала зависит от множества различных факторов: формы и размеров помещения, системы звукоусиления, материалов, использованных при строительстве зала, характера звучащей музыки или речи, заполненности зала слушателями. Для помещений различного назначения необходимо обеспечивать индивидуальные акустические условия, при этом принимая во внимание архитектурные особенности зданий, ограниченность в выборе места установки акустических систем, специфические особенности каждого помещения. Учёт всех этих факторов без специального компьютерного моделирования — задача практически невыполнимая. Тем более, без использования специализированных программ невозможно вычислить с достаточной точностью необходимые параметры.

Для моделирования акустической картины помещения разработано множество программных пакетов. Одним из самых удачных продуктов в этой сфере является программа EASE.

Создание макета помещения в EASE

Сначала в программе EASE создается архитектурная модель помещения, для каждой поверхности указывается отделочный материал. При этом выбору правильных материалов нужно уделить особое внимание, так как отражающие свойства каждой поверхности по своему влияют на реверберационную картину помещения, формируя ранние и поздние отражения.

На следующем этапе выбирается акустическая система для озвучивания помещения, находится её оптимальное расположение путём предварительных компьютерных расчётов. Главной задачей акустической системы является создание в зрительской зоне максимально равномерного звукового поля с достаточной громкостью.

При подготовке в программе EASE макета озвучивания, например, концертного зала наглядно отображается профессиональная акустика в соответствии с выбранным местом её расположения. На подвесе над сценой размещены 4 акустические системы CSQ-15K — по две колонки с каждой стороны. Ещё две CSQ-12K расположены непосредственно на сцене — для подзвучивания центра зрительской зоны с двух сторон.

После того, как макет полностью готов, проводится результирующее вычисление акустических свойств помещения. Это является главным результатом всего компьютерного моделирования в программе расчёта звука — EASE. Оно даёт исчерпывающее представление о звуковой картине зала, и, как следствие, о том, правильно ли подобрана акустическая система, правильно ли она расположена, необходима ли дополнительная акустическая обработка поверхностей зала.

Основные параметры оценки акустических свойств помещения

Основными параметрами, определяющими акустические свойства помещения, являются: время реверберации, уровень акустического давления прямого звука, уровень акустического давления общего звука, коэффициент разборчивости речи Rasti, коэффициент потери согласных Alcons, коэффициент музыкальной ясности С80 и коэффициент речевой ясности C50.

Время реверберации — параметр, определяющий скорость затухания основных и отражённых акустических колебаний в помещении. Фактически, это время, за которое отражённый звук ослабевает до определённого уровня относительно уровня прямого звука. Оптимальное время реверберации зависит от характера музыки или речи, звучащей в помещении, и определяется, в первую очередь, его назначением. Например, для отчётливого звучания речи необходимо, чтобы время реверберации имело достаточно малое значение. Вместе с тем, слишком короткое время реверберации может негативно отразиться на тембровой окраске и громкости звуков, и в случае громкой динамичной музыки — должно быть значительно больше. Время реверберации зависит, главным образом, от формы и размеров помещения, а также от поглощающих свойств его поверхностей. Также на него влияет заполненность зала слушателями и любые объекты, находящиеся в зале.

Уровень прямого звука — громкость источника звука без учёта реверберационной составляющей. Значение уровня прямого звука определяется только системой звукоусиления, которая должна обеспечить равномерное покрытие прямым звуком всей зрительской зоны. Покрытие прямым звуком считается приемлемым, если неравномерность его уровня не превышает 10 дБ в зрительской зоне.

Уровень общего звука — громкость источника звука с учётом реверберации помещения. Общий звук должен покрывать всю зрительскую зону без провалов. Громкость общего звука определяется, в первую очередь, прямым звуком, который усиливается реверберационной составляющей. При этом требования к неравномерности общего звука выше, чем к неравномерности прямого, и она не должна превышать 6 дБ.

Коэффициент разборчивости речи Rasti — быстрый индекс передачи речи. Является упрощённым вариантом индекса передачи речи (STI). Индекс вычисляется на основе семейства кривых частотно-контрастных характеристик и содержит информацию о характере искажения сигнала помещением. Разборчивость считается достаточной, если коэффициент превышает 0,6.

Коэффициент потери согласных Alcons — оценка потерь артикуляции согласных. Согласные сильнее влияют на разборчивость речи, чем гласные. Поэтому, если согласные звучат чётко, то и речь в целом понимается намного лучше. Коэффициент Alcons не должен превышать 10 % для приемлемой разборчивости речи.

Коэффициенты музыкальной (C80) и речевой ясности (C50) — определяют разборчивость отдельных звуков в общем музыкальном потоке. Эти параметры зависят не только от акустических характеристик помещения, так как отдельные воспроизводимые звуки могут быть подчеркнуты аппаратно, за счёт возможностей профессиональной системы звукоусиления. Тем не менее, оценка музыкальной и речевой ясности важна, так как не все музыкальные мероприятия проводятся с использованием специальных эффектов. Ярким примером этого служат камерные концерты.

Результаты акустического моделирования в EASE

На основе вычисленных акустических свойств помещения программа EASE позволяет сформировать графики времени реверберации как с учётом акустической обработки помещения, так и без неё.

Как видно из графиков, использование специальных акустических материалов способно значительно уменьшить время реверберации и нивелировать неравномерность его значений. Таким образом, помещение лишается излишней гулкости на низких частотах, повышается разборчивость речи и музыки. Вместе с тем, слишком малое значение времени реверберации негативно сказывается на объёмности звуков и пространственных характеристиках помещения. Поэтому важно понимать, какое звучание должно быть у каждого конкретного помещения, чтобы можно было найти необходимые компромиссы при его акустической обработке.

Основные результаты акустического расчёта концертного зала в программе EASE представляются в графическом виде.

Как видно из графиков, акустические параметры концертного зала, полученные в результате моделирования, удовлетворяют предъявляемым к ним требованиям. Неравномерность уровней сигнала Direct SPL и Total SPL не превышают 9 и 5 дБ соответственно, коэффициент разборчивости речи Rasti имеет значения от 0,69 до 0,75, коэффициент потери согласных Alcons составляет 4—5 %, значения коэффициентов музыкальной (C80) и речевой ясности (С50) находятся в пределах 9. 12 и 6. 11 дБ соответственно. Для данных акустических параметров это отличные показатели.

Отличных результатов удалось добиться за счёт моделирования акустической обработки помещения, направленной на уменьшение нежелательных отражений. Однако важно помнить, что это, в свою очередь, влечёт за собой ухудшение неравномерности уровня звукового сигнала в помещении, негативно влияет на ощущение объёма, зачастую мешает адекватному восприятию пространственной картины зала. В связи с этим, акустическое оформление помещения — это всегда поиск компромисса, который осуществляется, в первую очередь, исходя из требований к акустике конкретного помещения.

Пример акустического моделирования спортивного бассейна

Одними из наиболее сложных объектов для профессионального озвучивания являются спортивные бассейны. Отражение звука от водной глади бассейна и от облицовочного кафеля сильно ухудшают акустические условия помещения. Вместе с тем, для проведения спортивных мероприятий требуется как исключительное качество звучащей музыки, так и высокая разборчивость и ясность речевых объявлений. Поэтому необходимо обратить особое внимание на акустическое оформление поверхностей, не покрытых кафелем, а так же на правильное размещение систем профессионального звукоусиления.

Пример демонстрирует расчёт озвучивания спортивного бассейна, в котором планируется проводить соревнования по синхронному плаванию.

Озвучивание водной глади бассейна обеспечивается 12-ю акустическими системами SQ-15K, подвешенными с обеих сторон от ванны бассейна. Озвучивание трибун также осуществляется моделями SQ-15K, подвешенными группами по три акустические системы над каждой из трибун.

Добиться приемлемой звуковой картины и уменьшить количество нежелательных поздних отражений удалось благодаря использованию звукопоглощающих потолочных материалов. Это позволило нивелировать отрицательное влияние отражений от водной глади и облицовочного кафеля на акустические условия в здании бассейна и в разы уменьшить излишне большое время реверберации помещения.

На представленных ниже графиках показаны результаты акустического моделирования спортивного бассейна в программе EASE.

	— создание пространственной схемы расположения объектов расчёта с использованием ГИС-интерфейса, использование растровых изображений и файлов DXF в качестве топоосновы;
	— визуальный интерфейс пользователя, позволяющий проектировать план местности, застройку и объекты расчёта в двумерном и трёхмерном режимах;
	— учёт нерегулярного рельефа местности любой сложности, возможность построения мостов, эстакад, транспортных развязок, сложных по форме сооружений;
	— вычисление шумовых характеристик транспортных потоков (по СП 276.1325800.2016, ОДМ 218.2.013-2011, ГОСТ 33325-2015);
	— вычисление шумовых характеристик вентиляционных систем и снижений в элементах вентсети по СП 271.1325800.2016, Руководство по расчету и проектированию шумоглушения вентиляционных установок — М. Стройиздат, 1982;
	— расчёт распространения шума на территории от точечных, линейных и полигональных источников шума по положениям ГОСТ-31295.1,2-2005;
	— расчёт проникающего в помещение внешнего шума;
	— построение и визуализация вертикальных разрезов, двумерных и трёхмерных шумовых карт эквивалентного и максимального уровней звука, а также уровней звукового давления в октавных полосах 31.5…8000 Гц;
	— построение полей на фасадах зданий;
	— печать графических результатов в метрическом масштабе;