Приложения. Дисциплина: «Звукофикация театров и концертных залов»
Курсовой проект Дисциплина: «Звукофикация театров и концертных залов»
Тема: Звукофикация универсального зала по типовому проекту 2С-06-6/69.
Руководитель проекта: ________________ Аджигитов М.Р. Консультант по графической части: _____________Соколова А.Н. Исполнитель: студент группы 4РТ _____________ Сидоров С.С.
Москва 2011 год.
ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ МОСКВЫ ТЕАТРАЛЬНО ХУДОЖЕСТВЕННЫЙ КОЛЛЕДЖ №60
СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 210313
Утверждено решением предметной комиссии РТ «26» февраля 2012г. Председатель________ (Борзых Т.Н.) Задание Для курсового проектирования по учебной дисциплине: «Звукофикация театров и концертных залов»
Студенту группы 4 РТ Сидорову Сидору Сидоровичу Тема: Звукофикация универсального зала по типовому проекту 2С-06-6/69. Содержание проекта: ВВЕДЕНИЕ 1. АНализ акустических условий зрительного зала 1.1.Анализ требуемых акустических условий зала 1.2.Методика построения зала в программе EASE 4.1 1.3.Выбор материалов 1.4.Расчет времени реверберации 1.5.Расчет акустических параметров зала 1.6.Размещение зрительских мест и план эвакуации 1.7.Акустическая реконструкция 1.8.Расчет акустических параметров зала после реконструкции 2. Звукофикация 2.1.Разработка структурной схемы комплекта оборудования 2.2.Разработка системы служебной связи и трансляции 2.3.Расчет электрической мощности для громкоговорителей 2.4.Выбор и размещение оборудования 2.5.Прокладка кабелей 2.6.Рекомендации звукорежиссеру 2.7.Вывод
Дата выдачи задания 26.02.2012 г. Дата сдачи курсового проекта ______2012 г.
Руководитель курсового проекта ____________________(___________________________) РЕФЕРАТ В данном проекте приведен пример звукофикации универсального зала городского дома культуры для проведения в нем в течение 50% времени эксплуатации драматических спектакле и 50% эстрадных концертов. Для этого модель зала была построена в программе EASE 4.1, с помощью которой был произведен анализ акустических условий зрительного зала. На основании полученных результатов были подобраны материалы для акустического оформления, выявлены акустические дефекты помещения и произведена реконструкция. Далее была произведена разработка структурной схемы комплекта оборудования, а также расчет электрической мощности выходного канала системы звукоусиления, и были подобраны соответствующие громкоговорители и вся система звукоусиления. Пояснительная записка составлена на ____листах, имеет ____приложений, _____рисунков и ____таблиц.
СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ АНализ акустических условий зрительного зала Анализ требуемых акустических условий зала 1.1.1. Определения требуемых значений акустических параметров зала. 1.1.2. Оригинал проекта. Анализ формы и архитектурно-акустических свойств помещения. 1.1.3.Последовательность действий и определение результата работы. Методика построения зала в программе EASE 4.1 1.2.1. Последовательность выполнения действий и особенности работы с программой EASE 4.1. Выбор материалов Расчет времени реверберации Расчет акустических параметров зала Размещение зрительских мест и план эвакуации Акустическая реконструкция Расчет акустических параметров зала после реконструкции Звукофикация Разработка структурной схемы комплекта оборудования Разработка системы служебной связи и трансляции Расчет электрической мощности для громкоговорителей Выбор и размещение оборудования Прокладка кабелей Рекомендации звукорежиссеру Вывод Список используемой литературы
Зрительные залы театров и концертных залов должны соответствовать определенным требованиям как со стороны архитектурно-строительных норм, так и со стороны акустических условий, которых необходимо достичь для оптимального восприятия звуковых программ: желаемого времени реверберации, пространственного впечатления, прозрачности музыки, разборчивости речевых программ и других акустических параметров.
1.1.Анализ требуемых акустических условий зала
1.1.1. Определения требуемых значений акустических параметров зала. Чтобы достичь хорошего звучания необходимо обеспечить определенные акустические параметры зала: достаточный уровень звукового давления (SPL), степень диффузности и неравномерность звукового поля, разборчивости, прозрачности и другие. В зале универсального назначения (клубах, домах культуры, актовых залах и др.) должна быть обеспечена хорошая слышимость музыки в натуральном звучании и со звукоусилением при хорошей разборчивости. Многие из этих требований взаимоисключающие (классическая музыка требует большого времени реверберации, что приводит к снижению разборчивости речи), поэтому приходится идти на разумный компромисс и (или) использование электроакустических средств оперативного изменения акустической обстановки (применять амбиофонические системы, системы искусственной реверберации и др.), уменьшая собственное время реверберации до необходимого для речи. Термин «Диффузность звукового поля» связан с допущением равновероятности прихода отраженных от поверхностей помещения волн в любую точку пространства. Предполагают, что за счет идеального рассеивания звука по случайным направлениям плотность звуковой энергии в зале равномерна, отраженные волны приходят со всех сторон, а фазы волн различны, т.е. отзвуки некогерентны. Исследования, проводимые рядом акустических лабораторий, подтвердили явную зависимость качества исполняемых оркестровых произведений от степени диффузности звукового поля: чем лучше рассеивание, тем более сочное, насыщенное звучание в зале. Степень диффузности звукового поля должна иметь средние значения, т.к. при слишком больших показателях наблюдается значительное ухудшение разборчивости, а при недостаточной диффузности – ухудшение прозрачности звучания и качественных характеристик звучания музыкальных программ. Оптимальное время реверберации (Топт) определяется среднестатистическим временем реверберации для однотипных по назначению и объему зрительных залов, в которых получены акустические
Ориентировочное значение оптимального времени реверберации вычисляется по формуле: Топт = 0,3 lg Vсв – 0,05 (универсальные залы) Топт = 1.2 с Данный зал из типового проекта городского дома культуры рассчитан на 1200 человек. После построения модели зала в программе EASE 4.1 был получен свободный объем помещения. Vсв =15406,49 м. Номинальный уровень звукового давления Lном на зрительских местах. Для универсального зала = max 117 дБ. Неравномерность звукового поля (разница между максимальным звуковым давлением и минимальным) должна составлять не более 6 дБ, но неравномерность напрямую зависит от времени реверберации, которое, в свою очередь, непосредственно влияет на диффузность. При том, увеличение среднего времени реверберации способствует снижению неравномерности поля и повышению степени диффузности.
1.1.2. Оригинал проекта. Анализ формы и архитектурно-акустических свойств помещения. В приложении 1 приведен оригинал проекта. Форма помещения показана на Рис. 1.1.2.1. и 1.1.2.2.
Рис 1.1.2.1. Вид зала сбоку
Рис 1.1.2.2. Вид зала сверху.
По проекту данный зал имеет прямоугольную форму и является симметричным. С двух сторон от зеркала сцены находятся колонны, направляющие первые интенсивные отражения в зрительскую зону. Проектом уже предусмотрена оркестровая яма, в которой размещается симфонический оркестр. Длина зрительного зала 45,46 м. Ширина зрительного зала 22,04 м. Основные пропорции зрительного зала должны удовлетворять существующим нормам (в том числе противопожарной безопасности и др.) Исходя из требований к акустике, могут быть рекомендованы следующие правила: - соотношение осно
- при невозможности выполнения предыдущего требования, следует принимать отношение высоты к ширине и ширины к длине 0,5-1, то есть:
- если эти отношения или одно из них меньше 0,5, то значительно уменьшается диффузность звукового поля. Если отношение больше 1 (например, широкий зал малой длины), то получается нежелательное запаздывание отражений от боковых стен и, вследствие направленности источников звука, ухудшается слышимость на боковых местах: Расчет: H/B = 16,36 / 22,04 = 0,74, B/L = 22,04 / 25,46 = 0,88 Из расчетов видно, что зал соответствует правилу «золотого сечения», следовательно, архитектурная реконструкция не требуется.
1.1.3. Последовательность действий и определение результата работы. Чтобы оценить исходные акустические характеристики зала необходимо построить его трехмерную модель в программе ЕASE 4.1. Затем, проанализировав полученные параметры и сделав определенные выводы произвести реконструкцию. Подобрать необходимые материалы, которые будут соответствовать заданным акустическим требованиям. Прежде всего, необходимо достичь оптимального времени реверберации в заполненном зрителями зале (на 75% занятых мест). После чего в программе произвести расчет акустических параметров реконструированного помещения, рассчитать мощность выходного канала звуковоспроизведения и подобрать громкоговорители. В результате работы нужно получить зал, пригодный для прослушивания любых видов звуковых программ.
1.2.1. Последовательность выполнения действий и особенности работы с программой EASE 4.1. Изометрическая проекция зала представлена в приложении 2. На рисунке 1.2.1.1. приведен результат построения зала в программе.
Рис 1.2.1.1. Программа EASE 4.1. (Electro Acoustic Simulator for Engineers – Электроакустический симулятор для инженеров), используется для проектирования, реконструкции и расчета акустических параметров залов различного назначения. Это программное обеспечение – важнейший инструмент верификации при проектировании архитектурно-акустических условий и установок звукофикации. Оно позволяет моделировать акустические процессы в
Для этого необходимо создать в компьютере 3-ехмерные акустические модели помещений, в которых рассчитываются самые различные параметры, например, время реверберации или импульсные характеристики, осуществляется оценка распределения звукового давления установок звукофикации, разборчивости речи и много другого. Очень легко можно изменить компоновку и материалы стен, а также громкоговорители, чтобы оптимизировать результаты.
1.3. Выбор материалов. Подбор материалов очень важен для создания необходимой акустики помещения. Акустические материалы, применяемые для обработки отражающих поверхностей зала, позволяют выбрать оптимальное решение интерьера и обеспечить заданное время реверберации. Для оценки поглощающих свойств материалов в строительной практике применяют коэффициент звукопоглощения α, значение которого расположено в пределах от 0 до 1. Материал, имеющий α = 0, является полностью отражающим, а α = 1 – полностью поглощающим.
По избирательным свойствам поглощения различают высокочастотные, среднечастотные и низкочастотные покровные материалы и конструкции. К высокочастотным относят, в основном, пористые плиты из стеклянной, капроновой или минеральной ваты, различного вида драпировки, ворсистые ковры. К среднечастотным и низкочастотным – материалы и конструкции, в которых применяются преимущественно колеблющиеся поверхностные пластины – экраны и внутренние воздушные объемы (резонаторы). Способы размещения звукопоглощающих материалов на поверхностях стен и потолка разнообразны. Они зависят от назначения помещений, заданных акустических условий, интерьера зрительного зала, экономических соображений и др. Многолетняя практика эксплуатации зрелищных сооружений показала, что сосредоточение всех поглощающих материалов и конструкций только на потолке или на стенах (а подобные случаи не так уж редки) приводит к значительному ухудшению временной структуры звука и, как правило, к «переглушиванию» зала, потере четкости и красоты звучания. Выбирая звукопоглощающие материалы и конструкции, следует иметь в виду, что поглотители, размещенные на вогнутых поверхностях, менее эффективны, чем размещенные на плоскости (из-за различия углов падения звуковых волн на их поверхность).
Согласно теории, задняя стена зала должна быть поглощающей, дабы избежать нежелательных отражений на последние ряды зрителей. Пол – поглощающий. Все выпуклые поверхности должны иметь отражающие рассеивающие характеристики (козырек, портальные колоны). Оркестровая яма должна быть приглушенна, рекомендуется на пол положить паркет, а стены обтянуть тканью. В таблице 1.3.1. приведены выбранные материалы для данного проекта.
Использованные материалы.
Таблица 1.3.1.
1.4. Расчет времени реверберации На рисунке 1.4.1. Представлено полученное время реверберации после наложения поверхностей по теоретическим данным.
Рис. 1.4.1. На графике показано рекомендованное время реверберации – 1.2 с (красная прямая линия в центре). Черные изогнутые линии – это пределы, в которых должно находиться время реверберации. Синяя линия – это полученное время реверберации после наложения материалов. На низких частотах виден сильный подъем, что является недопустимым и требует исправления. Справа в таблице приведено
Для проверочного акустического расчета зала и выявления его акустических дефектов необходимо установить звукоизлучатели сферического фронта волны в тех местах, где ориентировочно будут установлены портальные громкоговорители. После этого рассчитать все акустические параметры для пустого зала, и, проанализировав соответствие полученных значений требуемым, принять решение о проведении архитектурной акустической реконструкции и корректировки расположения отражающих и поглощающих поверхностей. В случае если в зале планируется звучание речи или вокала без звукоусиления, например драмтеатр, необходимо произвести симуляцию реверберационного процесса, установив на сцене звукоизлучатель модели “human”, имеющий частотную характеристику звукового давления аналогичную человеческому голосу, на высоте 1,5 м от пола сцены. Затем следует произвести расчет всех параметров акустики для этого звукоизлучателя. Анализ суммарного звукового давления Total SPL. Анализ приведен в приложении 24. Суммарное звуковое давление показывает общую сумму прямого и отраженного звукового давления. Для всех громкоговорителей максимальное суммарное звуковое давление = 116,37 dB, минимальное = 112,89 dB. Полученные значения не превышают требуемый уровень в зале. Анализ приведен в приложении 25
Анализ приведен в приложении 26. Небольшая разница между максимальным минимальным значениями говорит о хорошей равномерности звукового поля. Измерение прозрачности звука (С Calculation) С7 (локализация) – показывает отношение уровней прямого звука и отражений (D/R) со временем разделения 7мс. Значения выше –15 дБ означают хорошую локализацию (хорошее отношение D/R). Чем значение ближе к 0дБ, тем лучше локализация. С7 для звукоизлучателей: max = -1,44 dB, min = -14,2 dB Анализ приведен в приложении 3
Анализ приведен в приложении 4 С50 – параметр для измерения разборчивости. Показывает отношение прямого и отраженного звука после 50 мс. Любое значение выше 0db с нормальным временем реверберации (от 0,8 до 2с) означает хорошую разборчивость. С50 для звукоизлучателей: max = 2,35 dB, min = -3,23 Анализ приведен в приложении 5 С50 для человека: max = 9,81 dB, min = -0,61 Анализ приведен в приложении 6 Поскольку минимальное значение данного параметра не входит в допустимые пределы в подбалконной зоне и на задних рядах балкона, необходимо компенсировать данный недостаток с помощью внедрения дополнительного плана. С80 – коэффициент прозрачности. Показывает отношение прямого и отраженного звука после 80 мс. Для хороших акустических условий помещения, значение не должно превышать 8 дБ в любой области. Результат расчета представлен в приложении 7.
С80 для звукоизлучателей: max = 4,65dB, а min = 0,51dB Анализ приведен в приложении 7 С80 для человека: max = 11,5 dB, min = 2,28 Анализ приведен в приложении 8 На задних рядах наблюдается превышение максимального параметра для человека, что так же, как и для параметра C50 будет исправлено с помощью внедрения дополнительного звукового плана. D/R Ratio (измерение коэффициента D/R) Этот коэффициент показывает отношение уровня прямого звука к отраженному (dB). Нулевая отметка означает, что в данной области уровни одинаковые. Меньше 0 dB, означает, что преобладает отраженный звук. Больше 0 dB – прямой. Результат расчета показан в приложении 7. Для звукоизлучателей: max = -0,52dB, а min = -11,95 dB. Анализ приведен в приложении 9 Для человека: max = 9,03 dB, -8,91 dB Анализ приведен в приложении 10 В зале преобладает отраженный звук. Critical distance (критическое расстояние) Этот параметр показывает коэффициент прямого и отраженного звука на расстоянии от громкоговорителей. Это расстояние от данного громкоговорителя в данном помещении, на котором энергия прямого звука равна энергии отраженного. На графике это области с коэффициентом 1. Значения больше 1 означает, что уровень отраженного звука на этом расстоянии от громкоговорителей превышает уровень прямого звука. Меньше 1 – преобладает прямой звук.
При измерении данного параметра для звукоизлучателя со сферическим фронтом волны, как в данном случае, он становится объективной характеристикой акустики помещения, называемой «радиусом реверберации» - это расстояние от источника, на котором энергия прямого звука равна энергии отраженного. В данном помещении радиус реверберации составляет 4 м. Для звукоизлучателей: min = 1,6, max = 3,96 Анализ приведен в приложении 12 Для человека: min = 0,35, max = 2,79 Анализ приведен в приложении 13
"Arrival Time (First)" - это разница во времени между началом излучения источника и прибытием звуковой волны в заданную точку помещения и измеряется в миллисекундах. Этот параметр используется для задания задержек громкоговорителям. На рисунке в приложении 9. Для звукоизлучателей: max = 81,14 мс, а min = 17,74 мс. Анализ приведен в приложении 14 Для человека: max = 86,51 мс, min = 13,23 мс. Анализ приведен в приложении 15 На основании данного анализа необходимо задать задержку для громкоговорителей дополнительного плана, которые находятся на следующих расстояниях от основного плана и будут требовать задания следующих значений задержки: Для боковых подбалконных громкоговорителей (S7, S9) на расстоянии 22 м, задержка будет равна 51 мс, а для центрального – 55 мс. Для потолочных громкоговорителей (S5, S6) на расстоянии 17 м, задержка будет равна 56 мс.
Lspk Overlap (перекрытие громкоговорителей). "Lspk Overlap" показывает, какое количество громкоговорителей воздействует на данную область, в данный момент. Значение 1 показывает, что перекрытий нет. Значение больше 1 показывает кол-во перекрытий. Обычно значения больше 1,5 означают, что в данной области может присутствовать гребенчатая частотная характеристика в связи с нежелательной интерференцией. Результат расчета представлен в приложении 16. max = 2, min = 1,12.
Articulation Loss (потеря артикуляции)
Для звукоизлучателей: max = 10,02, min = 6,34 Анализ приведен в приложении 17 Для человека: max = 21,55, min = 5,34 Анализ приведен в приложении 18
Несмотря на то, что в данном зале должно быть предусмотрено воспроизведение речевых программ без звукоусиления, полученные параметры показывают, что это невозможно. Это объясняется очень большим объемом помещения. Этот недостаток будет компенсироваться звукоусилением речевых программ через дополнительные звуковые планы. RaSTI (коэффициент быстрой передачи речи) Еще один из способов измерения разборчивости. Шкала изменяется в пределах от 0 до 1.
Для громкоговорителей: max = 0,61, min = 0,52 Анализ приведен в приложении 19 Для человека: max = 0,64, min = 0,38
1.6. Размещение зрительских мест и план эвакуации. По проекту зал рассчитан на 1200 мест. Рассчитаем кол-во зрителей по формуле: N = Vобщ/Vуд, где Vобщ – объем зала без сценического пространства, а Vуд = 4,6 м3/чел. Количество зрителей = 7090,45(м3)/4,6 (м3/чел) = 1541 чел Рассчитываем количество рядов, исходя из того, что шаг (D) стульев от спинки до спинки составляет от 0,8 до 1,2 м. Для этого необходимо разделить длину (L) зала от края оркестровой ямы до задней стенки на величину шага, при этом надо вычесть из длины зала расстояние прохода перед сценой 1,5. Поскольку рассчитанное из удельного объема количество зрителей значительно превышает заданное по проекту, за величину шага примем минимальное значение = 0,8 м. n = (L – 1,5)/D = 17,92/0,8 = 22 ряда. Количество мест в ряду рассчитываем, исходя из того, что на 1 человека приходится от 0,5 до 1м. Ширину зала (b) делим на эту величину. При этом из ширины надо вычесть расстояние 2-х проходов по 1 м. n = b-2/0,5= (22,04-2)/0,5 = 40 мест. Получилось 22 ряда по 40 мест = 880 зрителей. Далее, считаем количество зрителей на б
Суммарное количество зрителей в зале равно 1200. В зале должны быть предусмотрены выходы для эвакуации зрителей при пожаре с учетом того, что на каждые 50 человек приходится 0,5 м. Ширина проходов не должна быть меньше, чем ширина дверных проемов. На каждые 10 см ширины проходы должно быть не больше 10 зрителей. Ширина прохода должна быть не меньше 1м. Таким образом, суммарная ширина дверей и проходов должна быть не менее 12 м, следовательно, ширина каждой двери должна составлять 2 м. План эвакуации представлен в приложении 21 и 22.
1.7. Акустическая реконструкция. Данный зал не нуждается в архитектурной реконструкции в связи с тем, что расчеты акустических параметров сферических источников показали
По типовому проекту был предусмотрен отражающий козырек. Расчет козырька приведен в приложении 23. После посадки в зал зрителей на деревянных креслах время реверберации сильно упало. Поэтому путем замены материалов необходимо вернуть время реверберации в допустимые пределы. В таблице 1.6.1. представлены новые материалы. Таблица 1.6.1.
Новое время реверберации представлено на рисунке 1.6.2.
Рис 1.6.2. По графику видно, что удалось достичь необходимого результата. Время реверберации входит в допустимые пределы с изменениями по частот
|
, 
.
