Акустика помещений

Реверберация

Когда источник излучает звуковые волны в замкнутом помещении, происходит сложный процесс формирования звукового поля помещения за счет отражения звуковых волн от потока, пола, стен. В точку нахождения приемника звука сначала приходит прямой звук, затем с некоторой задержкой первые отраженные звуки, затем с бОльшей задержкой вторые отраженные звуки и т.д. При каждом отражении часть звуковой энергии поглощается, а часть достигает приемника и накладывается на прямой звук.

Происходит постепенный процесс нарастания плотности энергии в точке расположения приемника. За счет поглощения энергия более поздних отражений уменьшается и по истечении определенного плотность энергии в точке приемника стабилизируется.
При отключении источника происходит постепенный процесс спада энергии: сначала пропадает прямой звук, затем первые отражения и далее последующие отражения. Этот процесс спада энергии называется реверберацией, а время, в течение которого он происходит время реверберации.

Время реверберации – время в течение, которого звуковая энергия в точке затухает на 60дБ.

Время реверберации зависит от геометрии помещения и материалов отделки помещения (коэффициенты поглощения альфа и отражения бета).

Реверберация влияет на разборчивость речи и чистоту восприятия звука. Недостаточное время реверберация приводит к резкому отрывистому звучанию, лишённому музыкальной «сочности». Избыточная длительность реверберации приводит к неприятной гулкости, «пустоте» помещения. Искусственно создаваемая реверберация в определённых пределах способствует улучшению качества звучания, создавая ощущение приятного «резонанса» помещения.

Шумы помещения

Шумы в помещении присутствуют всегда: шумы, проникающие с улицы и из смежных помещений, шумы инженерных систем помещения, шумы, создаваемые людьми в помещении и т.д.

Как было сказано выше, шумы затрудняют восприятие речи. Допустимые уровни шумов в помещениях различного назначения регулируются нормативными документами, в частности СНиП 23-03-2003 “Защита от шума”.

Приведены выдержки из документа, относящиеся к рассматриваемыми нами помещениями (учебные кабинеты, аудитории учебных заведений, конференц-залы).

6.1 Нормируемыми параметрами постоянного шума в расчетных точках являются уровни звукового давления L, дБ, в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000 и 8000 Гц. Для ориентировочных расчетов допускается использование уровней звука LА, дБА.
6.2 Нормируемыми параметрами непостоянного (прерывистого, колеблющегося во времени) шума являются эквивалентные уровни звукового давления Lэкв, дБ, и максимальные уровни звукового давления Lмакс, дБ, в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000 и 8000 Гц.

Допускается использовать эквивалентные уровни звука LАэкв, дБА, и максимальные уровни звука LAмакс, дБА. Шум считают в пределах нормы, когда он как по эквивалентному, так и по максимальному уровню не превышает установленные нормативные значения.

Назначение помещений или территорий Уровень звукового давления (эквивалентный уровень звукового давления) L, дБ, в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами, Гц Уровень звука LA (экви-валентный уровень звука LAэкв), дБА Макси-мальный уровень звука LAмакс, дБА
31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
7 Классные помещения, учебные кабинеты, аудитории учебных заведений, конференц-залы, читальные залы библиотек, зрительные залы клубов и кинотеатров, залы судебных заседаний, культовые здания 79 63 52 45 39 35 32 30 28 40 55

Примечания

  1. Допустимые уровни шума в помещениях, приведенные в поз. 1, 5 - 13, относятся только к шуму, проникающему из других помещений и извне.
  2. Допустимые уровни шума от внешних источников в помещениях, приведенные в поз. 5 - 12, установлены при условии обеспечения нормативного воздухообмена, т.е при отсутствии принудительной системы вентиляции или кондиционирования воздуха, должны выполняться при условии открытых форточек или иных устройств, обеспечивающих приток воздуха. При наличии систем принудительной вентиляции или кондиционирования воздуха, обеспечивающих нормативный воздухообмен, допустимы уровни внешнего шума у зданий (поз. 15 - 17) могут быть увеличены из расчета обеспечения допустимых уровней в помещениях при закрытых окнах.
  3. При тональном и (или) импульсном характере шума допустимые уровни следует принимать на 5 дБ (дБА) ниже значений, указанных в таблице.
  4. Допустимые уровни шума от оборудования систем вентиляции, кондиционирования воздуха и воздушного отопления, а также от насосов систем отопления водоснабжения и холодильных установок встроенных (пристроенных) предприятий торговли и общественного питания следует принимать на 5 дБ (дБА) ниже значений указанных в таблице. При этом поправку на тональность шума не учитывают.
  5. Допустимые уровни шума от транспортных средств (поз. 5, 7 - 10, 12) разрешается принимать на 5 дБ (5 дБА) выше значений, указанных в таблице.

Залы без звукоусиления

При проектировании помещений, предназначенных для речевых программ, исходят из следующего:

  • Обеспечения максимальной разборчивости речи.
  • Сохранения естественного тембра речи.
  • Обеспечения правильной локализации звукового образа.

Выполнение следующих факторов обеспечивают высокий процент разборчивости речи:

  • Высокий уровень прямого звука на местах слушателей и максимальное отношение уровня прямого звука к реверберирующему (к отражениям, пришедшим к слушателям позже 80 мс).
  • Небольшое время реверберации помещения (для речевых помещений составляет от 0,4 до 1,2 секунд в зависимости от объема помещения).
  • Высокий уровень первых отражений, пребывающих в течение первых 80 мсек.
  • Низкий уровень шумов.
  • Отсутствие эха.

Уровень звукового давления, который может создать голос оратора, в среднем составляет 86 дБ. Исходя из этого, размеры речевых залов с естественной акустикой не должны превышать в длину 20 метров (L<= 20 м); ширина <=15 м; высота <=7,5 м.

Рекомендуемая геометрия лекционного зала

Рекомендуемая геометрия лекционного зала

Звукоусиление

Обеспечение хороших акустических характеристик помещения, в основном, достигается архитектурным дизайном. Но архитектурные меры ограничены:

  • Средства обеспечения акустики портят дизайн
  • Меры для достижения требуемой акустики требуют дополнительных вложений

Для воздействия на определенные акустические параметры помещений, следовательно, для улучшения акустических характеристик – разборчивости и пространственного впечатления используются системы звукоусиления (системы озвучивания).

Система озвучивания помещения, в котором слушатель воспринимает и естественный звук оратора, и звук через систему озвучивания (оратор и слушатель в одном помещении) называют обычно системой звукоусиления.

Системой озвучивания называют комплекс электроакустических устройств, состоящих из излучателей, микрофонов, усилителей, различных корректоров и др., установленных специальным образом и предназначенных для воспроизведения звуковых сигналов (речи и музыки) с достаточным уровнем громкости для всех слушателей.

Система звукоусиления считается работающей оптимально, если невозможно отличить, создано ли звуковое событие самим источником, или системой звукоусиления.
Хорошая система звукоусиления должна быть “невидимой” и “неслышной”.

Другая задача звукоусиления – создание звуковых явлений, например, неестественно измененных сигналов, в минимальной степени подверженных влиянию особенностей помещения. Для этого необходимо максимально подавить воздействие акустических характеристик помещения с помощью направленного звука.

Уменьшить время реверберации помещения система звукоусиления не может, но может усилить компоненту прямого звука с помощью направленных громкоговорителей. Можно варьировать следующими компонентами звукового поля:

  • Прямым звуком
  • Первоначальными отражениями, влияющими на прямой звук
  • Первоначальными отражениями, влияющими на реверберацию
  • Реверберацией

Полезным нормативным документом, определяющим общие электроакустические требования к системам звукового обеспечения, является “Руководство по проектированию систем звукового обеспечения на строящихся и реконструируемых объектах г. Москвы”. Руководство определяет общие электроакустические требования к системам звукового обеспечения административных и общественных зданий и сооружений и иных видов объектов г. Москвы.

Психоакустические исследования показывают, что разборчивость речи напрямую зависит от соотношения речи и шума (источник www.shure.ru)

  • Если уровень речи относительно фонового шума составляет 0…10 дБ, разборчивость будет от неприемлемой, до плохой;
  • Если уровень речи относительно фонового шума составляет 10…20 дБ, разборчивость будет от плохой до неудовлетворительной;
  • Если уровень речи относительно фонового шума составляет 20…30 дБ, разборчивость будет от неудовлетворительной, до хорошей;
  • Если уровень речи относительно фонового шума составляет 30…50 дБ, разборчивость будет от хорошей, до отличной;

Например, оратор развивает на расстоянии 1 м уровень звукового давления 80 дБ, на расстоянии 32 м этот уровень будет равен 50 дБ ( при каждом удвоении расстояния уровень уменьшается на 6 дБ). Если уровень шумов в помещении 40-45 дБ, то речь будет практически неслышна и неразборчива.

Системы звукоусиления можно разделить на 3 группы: сосредоточенная и распределенная.

Сосредоточенные системы, в которых звук к слушателю приходит почти из одной точки. Зональные системы состоят из ряда сосредоточенных излучателей, каждый из которых работает на свою зону. Распределенные системы, в которых громкоговорители расположены таким образом, чтобы уровень поля в каждой точке определяется суммарным действием всех или большинства излучателей.
ЗА Совмещение “зрительного и звукового” образа Возможность озвучивания больших площадей Возможность озвучивания больших площадей
ПРОТИВ Трудность обеспечения малой неравномерности звукового поля Большая неравномерность звукового поля
Опасность возникновения эха
Невозможность совмещение “зрительного и звукового” образа