Федеральное агентство связи

Федеральное агентство связи

Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики

Кафедра РВиТВ

Курсовой проект

«Проектирование и расчет акустических параметров помещений»

Выполнил: ст-т III курса, ф-та МРМ,

гр. РА-85, Беседа А. С.

Проверил: Катунин Г. П.

Новосибирск 2011г.

Содержание

Введение…………………………………………………………..................................4

1 Анализ геометрических параметров помещения…………………………………..5

2 Проект передней стены, расположения дверей, кресел ипроходов ……………...6

2.1 Проект авансцены…………………………………………………………………..6

2.2 Проект портала……………………………………………………………………..6

2.3 Расположение кресел………………………………………………………………6

2.4 Проект основных и дополнительных проходов …………………………………7

2.5 Проект дверей ……………………………………………………………………...8

3 Определение количества зрителей, исходя из наличия свободного пола …...…...8

4 Определение количества зрителей, исходя из наличия объема...………………...8

4.1 Определение объема помещения …………………………………………………9

4.2 Определение объема авансцены …………………………………………………..9

4.3 Определение объема подъема …………………………………………………….9

5 Определение времени запаздывания………………………………………………10

6 Определение площади всех поверхностей и свободного объема помещения ….11

7 Расчет требуемой частотной характеристики и времени реверберации ………..12

7.1 Определение необходимого времени реверберации для средней частоты...…12

7.2 Расчет требуемого фонда поглощения ……………………………………….....12

7.3 Определение основного фонда поглощения ……………………………………13

7.4 Определение требуемого дополнительного фонда поглощения ……………...15

7.5 Определение времени реверберации помещения ………………………………15

7.6 Выбор дополнительных звукопоглощающих материалов …………………….15

8 Расчет системы звукоусиления ……………………………………………………17

8.1 Выбор и расчет требуемых параметров звукового поля ……………………….17

8.2 Выбор системы звукоусиления (озвучения) и типа излучателей ……………..18

8.3 Расчет звукового поля с учетом размещения излучателей …………………….19

8.4 Диаграммы направленности излучателей ………………………………………22

8.5 Выбор типа микрофонов и звукоусилительной аппаратуры …………………..23

Заключение ……………………………………………………………………………24
Введение

Акустический расчет помещения является неотъемлемой частью проектирования различных помещений так или иначе связанных со звуком, будь то театр, кинотеатр или актовый зал. В данной работе будет производиться расчет драматического театра исходя из его размеров. Предстоит разместить в зале слушателей, обработать поверхности различными звукопоглощающими материалами, разместить систему звукоусиления; и все это для того, чтобы зал был пригоден для оперных постановок. Это значит, что в зале должна хорошо различаться музыка, и в то же время потребуется воспроизводить голос. Так же следует отметить и тот факт, что во всем зале, как в его начале, так и в его конце должен быть равномерный (на сколько это возможно) уровень громкости, причем такой, чтоб было все слышно, и в то же время не было слишком громко. Все это необходимо воплотить в данном курсовом проекте.

1 Анализ геометрических параметров помещения

Мое помещение представляет собой прямоугольник. Используется в качестве драматического театра.

Хар-ка имеющегося помещения:

l=27 м;

b=15 м;

h=10 м;

где

l – длина помещения;

b – ширина помещения;

h – высота помещения;

Проверим, выполняется ли приведенное выше соотношение:

l:b:h=27/10: 15/10: 10/10=2,7:1,5:1.

По данным мы имеем:

Стены – штукатурка гипсовая гладкая по кирпичной стене окрашенная;

Пол – линолеум;

Потолок – сосновая панель толщиной 19мм;

В помещении имеется 3 окна размером 3,0х2,0 и 4 двери, выполненные из монолитной лакированной древесины, размером 2,5х2,4.

2 Проект передней стены, расположения дверей, кресел и дополнительных проходов

2.1 Проект авансцены

Выберем глубину авансцены l_ав.сц.=2 м, а ее высоту h_ав.сц.=1 м.

2.2 Проект портала

Выберем размеры портала таким образом, чтобы верхняя его часть закрывала осветительные приборы, а боковые части закрывали бы от слушателей звуковую аппаратуру (рис 2.1).

Рисунок 2.1 – Проект портала

Масштаб 1:200

2.3 Расположение кресел

Подъем начинается с первого ряда, разница высот между предыдущим рядом и следующим 10 сантиметров.

Тогда высота подъема (см п.3):

h_{подъема}= N_рЯд × 0.15 (м); (2.1)

h_{подъема} =21×0,15=3,15 м

2.4 Проект основных и дополнительных проходов

Проход между авансценой и первым рядом кресел будет составлять 2 м, 2 боковых прохода по ширене –1 м.

Так как ширина ряда предполагается достаточно широкая, то зрителям средних мест будет трудно выйти после завершения сеанса или в случае чрезвычайных происшествий. Поэтому необходимо дополнительно спроектировать центральный продольный проход шириной 1 м и поперечный проход по середине после 10-го ряда шириной 2 м. (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 – План помещения

Масштаб 1:200

2.5 Проект дверей

Т.к. у нас драмтеатр, то, имеющиеся по данным, окна мы убираем. 4 двери располагаем по боковым стенам, по 2 двери на каждую стенку.

3 Определение количества зрителей, исходя из наличия свободного пола

Число зрителей Ns (кресел), которое можно разместить на имеющейся площади пола определяется по следующей формуле:

(шт), (3.1)

где

b – ширина помещения;

ш_пр2 – ширина всех поперечных проходов в помещении;

ш_кр – ширина кресла;

l – общая длина помещения;

l_сц - длина авансцены;

ш_пр1 – ширина всех поперечных проходов в помещении;

ш_норм – расстояние между спинками кресел в соседних рядах;

4 Определение количества зрителей, исходя из наличия объема

Число зрителей, которое можно разместить в данном помещении определяется по формуле:

, (4.1)

где

V_o - общий объем помещения,

V_ав.сц. - объем авансцены,

V_{подъема} - объем подъема пола,

V_норм - объем приходящийся на одного зрителя (удельный объем).

4.1 Определение объема помещения

Объем помещения определяется по формуле (из рисунка 2.2):

V_о =h×l×b (м³); (4.2)

где

h – высота;

l – длина;

b – шина;

V_о =27×15×10= 4050 м³;

4.2 Определение объема авансцены

Объем авансцены находится из выражения:

V_сц=h_сз×b×ш_сц (м³); (4.3)

где

h_сз- высота сцены;

ш_сц – ширина сцены;

V_сц=1 ×15×1=15 м³

4.3 Определение объема подъема

Подъем в трехмерном пространстве.

Объем подъема вычисляется как

(4.4)

где

l_{подъема} – длина поднятия;

h_{подъема}- высота подьема;

Определение свободного объема помещения:

(4.5)

V_св=3657 м³

Теперь определим число зрителей, исходя из свободного объема:

Сравнивая N_S и N_V, видим, что N_V больше. С нормами СЭС это не расходится.

5 Определение времени запаздывания

Для выявления акустических дефектов помещения строят его лучеграмму.

С помощью лучеграммы проверяется правильность выбора глубины балкона и высоты под балконного пространства. Лучи исходящие от источника звука на сцене и отраженные от потолка, должны свободно попадать в последние ряды под балконного пространства рис. 5.1.

Время запаздывания относительно прямого луча не должно превышать 70 мс.

, (5.1)

, (5.2)

Рисунок 5.1 - Построение лучеграммы

Масштаб 1:100

6 Определение площади всех поверхностей и свободного объема помещения

Суммарная площадь поверхностей находится по формуле:

(6.1)

где

2S_БОК.СТ –площадь боковой стены;

S_ЗАД.СТ – площадь задней стены;

S_СЦ- площадь сцены;

S_ДВ- площадь дверей;

S_ПОЛ.ЗР- площадь пола занятого зрителями;

S_ПОЛ.СВ- площадь свободного пола;

S_ПОТОЛ- площадь потолка;

S_{ЗАНОВЕС}- площадь занавеса;

S_ПОРТАЛ- площадь портала;

Вычисление площади стен:

(6.2)

где

S_{ПОДЪЕМАнаБС}- площадь подъема на боковую стену;

S_СЦнаБС- площадь сцены на боковую стену;

(6.3)

Вычисление площади проходов:

Площадь проходов находится достаточно просто:

Вычисление площади авансцены

S_СЦ =15×1+15×2=45 м²

Вычисление площади дверей

S_ДВ =4х6=24 м²

Вычисление площади пола занятого зрителями:

Под площадью пола занятого зрителями подразумевается то место, на котором будут располагаться кресла. Ее можно найти, используя полученные ранее результаты:

S_ПОЛ.ЗР =N_S×0,5×0,5 (м²) (6.4)

S_ПОЛ.ЗР = 80,5 м²

Вычисление площади портала и занавеса:

Площадь портала и занавеса, согласно рисунка 2.1, находятся как

S_ПОРТАЛ =1×15×2×11×1=37 м²;

S_{ЗАНОВЕС} = 11×15-37=128 м²;

Вычисление площади поверхности потолка:

S_ПОТОЛ =27×15=405 м²;

Теперь можно найти сумму всех поверхностей по 6.1:

7 Расчет требуемой частотной характеристики и времени реверберации

7.1 Определение необходимого времени реверберации для средней частоты

Время реверберации на частоте 500 Гц для драмтеатра составляет 1,4 с. Вначале задаются спадом характеристики на 5-10%. Окончательно его величина уточняется после выбора поглотителей.

7.2 Расчет требуемого фонда поглощения

По оптимальному времени реверберации определяют требуемый фонд поглощения:

(7.1)

Средний коэффициент поглощения можно определить, воспользовавшись формулой Эйринга:

(7.2)

где

V - свободный объем помещения, м³;

- общая площадь звукопоглощающих поверхностей, м²;

- показатель поглощения звука в воздухе;

Выведем из формулы :

(7.3)

Находим средний коэффициент поглощения и требуемый фонд поглощения.

Полученные данные сведем в таблицу 7.1

Таблица 7.1 – Расчет требуемого фонда поглощения

Определяемая величина	Оптимальное время ревербирации
Значения определяемых величин на частотах, Гц
Т/Т500	0,91	0,93	0,95	0,97		0,87	0,75	0,63
Toпт	1,274	1,302	1,33	1,358	1,4	1,218	1,05	0,882
Toпт +10%	1,401	1,432	1,463	1,493	1,54	1,339	1,155	0,97
Toпт-10%	1,146	1,171	1,197	1,222	1,26	1,096	0,945	0,793
µ(70%)					0,002	0,003	0,008	0,02
α'=Ln(1-αср)	-0,353	-0,346	-0,339	-0,332	-0,301	-0,331	-0,341	-0,289
αср	0,298	0,293	0,288	0,283	0,26	0,282	0,289	0,251
Атр	429,581	422,374	415,166	407,958	374,803	406,517	416,607	361,816

7.3 Определение основного фонда поглощения

Основной фонд поглощения Аo - фонд поглощения, создаваемый звукопоглотителями, наличие которых в зале обязательно (слушатели, пустые места, декорации, окна и т.п.). При этом расчет поглощения внутренних поверхностей помещения (свободный пол, проходы, стены, двери, авансцена и т.п.) производится или исходя из условий задания, или из условий обработки поверхностей обычными строительными материалами, которыми следует задаться.

Поглощение пола занятого креслами не учитывается. Считается, что поглощение на этой площади определяется или слушателями (задаются 70%-ным заполнением зала) или пустыми креслами (остальные 30% от вместимости помещения).

(7.4)

Пусть число зрителей Nзр - 322 человека, тогда число свободных кресел Nкресел - 80 штук. Полученные результаты запишем в таблицу 7.2.

Таблица 7.2 – Данные об используемых материалах

Наименование поглотителя	тип поглотителя	Si,м^2 Ni, шт; кол-во	Звуковое поглощение в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц
α	α·S	α	α·S	α	α·S	α	α·S	α	α·S	α	α·S	α	α·S	α	α·S
зрители в креслах	слушатель на кресле мягком и полумягком		-	-	0,250	56,25	0,300	67,5	0,400		0,450	101,25	0,450	101,25	0,400		-	-
кресло пустое	стул мягкий		-	-	0,05	4,025	0,09	7,245	0,12	9,66	0,13	1,465	0,15	12,075	0,16	12,88	-	-
пол	Линолеум, 5мм по тв. основ.	124,2	-	-	0,02	2,484	-	-	0,03	3,726	-	-	0,04	4,968	-	-	-	-
потолок	Сосновая панель 19мм		-	-	0,098	39,19	0,11	44,55	0,061	24,7	0,081	32,8	0,082	39,11	0,11	44,55	-	-
стены	Штукатурка гипсовая гладкая по кирпичной стене, окрашенная	597,85	-	-	0,012	7,17	0,013	7,77	0,017	10,16	0,02	11,957	0,023	13,75	0,025	14,94	-	-
двери	Древесина монолитная лакированная		-	-	0,03	0,72	0,02	0,48	0,05	1,2	0,04	0,96	0,04	0,96	0,04	0,96	-	-
занавес	Ткань бархатная 650 г/м		-	-	0,05	6,4	0,12	15,36	0,35	44,8	0,45	57,6	0,38	48,64	0,36	46,08	-	-
авансцена	Линолеум 5мм по тв. основ.		-	-	0,02	0,9	-	-	0,03	1,35	-	-	0,04	1,8	-	-	-	-
Ао, м^2	-	117,139	142,905	185,596	215,032	222,653	209,41	-
Атр, м^2	-	422,374	415,166	407,958	374,803	406,517	416,607	-
Атр,доп, м^2	-	305,235	272,261	222,362	159,771	383,864	207,197	-
φ=Атр,доп/Атр,доп500	-	1,372	1,224	1,000	0,718	1,726	0,931	-

7.4 Определение требуемого дополнительного фонда поглощения

Сравнивая требуемый А_тр и имеющийся у помещения основной А₀ фонды поглощения, определяют требуемый дополнительный фонд поглощения А_тр.доп:

А_тр.доп.=А_тр – А₀; (7.5)

Результаты вычислений внесем в таблицу 7.2.

7.5 Определение времени реверберации помещения

Считаем существующее время реверберации:

(7.6)

где

(7.7)

Результаты расчетов занесем в таблицу 7.2.

7.6 Выбор дополнительных звукопоглощающих материалов

По характеристикам [1, стр. 61] выбираем материалы: на потолок: пилообразные панели из деревоплиты, оклеенной пластиком. b= 100мм, h= 100мм. На стены пилообразные панели из деревоплиты, оклеенной пластиком. b=50мм, h=100мм. На пол ковер с полушерстяным ворсом высотой 8 мм.

Определяем фонд поглощения выбранного материала

(7.8)

а также

(7.9)

Все результаты для удобства заносятся в таблицу 7.4.

Так как материал полностью удовлетворяет предъявляемым к нему требованиям, то им можно обрабатывать внутренние поверхности нашего помещения.

Таблица 7.4– Расчет фонда поглощения

тип поглотителя	место размещения	Si,м^2	звуковое поглощение в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц
α	α*S	α	α*S	α	α*S	α	α*S	α	α*S	α	α*S	α	α*S	α	α*S
Пилообразные панели из деревоплиты, оклеенной пластиком. Ь= 100мм, h= 100мм.	потолок		-	-	0,76	307,8	0,47	190,35	0,29	117,45	0,14	56,7	0,02	8,1	0,02	8,1	-	-
Пилообразные панели из деревоплиты, оклеенной пластиком. Ь=50мм, h=100мм.	стены		-	-	0,31		0,70		0,95		0,69		0,59		0,50		-	-
Ковер с полушерстяным ворсом высотой 8 мм	пол		-	-	0,02	2,48	0,05	6,2	0,26	32,24	0,47	58,28	0,54	66,96	0,70	86,8	-	-
расчетный дополнительный фонд	-	403,28	406,55	434,69	321,98	252,06	244,9	-
требуемый дополнительный фонд	-	305,235	272,261	222,362	159,771	383,864	207,197	-
ΔA=Атр.доп-Арасч.доп	-	98,045	134,289	212,328	162,209	131,804	37,703	-

Таблица 7.5– Расчет фонда поглощения

Среднегеометрические частоты октавных полос,Гц
Ао'=Ао-Aобр	71,369	94,455	152,071	176,227	177,583	157,36
Ао'+Адоп.расч'	474,649	501,005	586,761	498,207	429,643	402,26
αср=(Ао'+Адоп.расч')/Sсумм	0,329	0,347	0,407	0,345	0,298	0,279
α'=Ln(1-αср)	-0,398	-0,426	-0,522	-0,423	-0,353	-0,327
Трасч,с	1,186	1,261	1,316	1,35	1,169	1,095

8 Расчет системы звукоусиления

8.1 Выбор и расчет требуемых параметров звукового поля

В помещении надо создать определенный уровень звукового поля.

Из [1, табл. 5.1, стр. 36, табл. 5.2] выбираем и сводим в таблица 8.1 следующие параметры: номинальный уровень звукового поля L_тр, допустимая неравномерность поля уровней прямого звука DL, допустимое изменение акустического отношения R_мин, R_макс, среднее значение акустического отношения R_ср, требуемый индекс усиления Q_{мс.треб}.

Таблица 8.1 – Требуемые параметры звукового поля

Таблица 8.2 – Расчетные параметры поля

Определяемая величина	Значение		Определяемая величина	Значение
Lтр, дБ			Rmin расч	1,194
DL, дБ			Rmаx расч	7,536
Rmin			Lпр.ср, дБ	89,979
Rmax			Lпр.мин, дБ	85,979
Rср			Lпр.макс, дБ	93,979
Qмс.треб, дБ	-12		Lд, дБ	94,751

Правильность выбора R_ср проверяется по формулам:

Полученные величины должны лежать в пределах, указанных в таблице 8.1.

Рассчитаем остальные параметры звукового поля:

- средний уровень прямого звука

L_пр.ср.=L_тр – 10lg(1+R_ср);

- минимальный и максимальный допустимые уровни прямого звука

;

;

- уровень диффузного звука

Все полученные значения введем в таблицу 8.2.

Теперь вычислим акустическую мощность излучателей, необходимую для создания диффузного поля

(8.1)

где A_f - звукопоглощение в зале на рассчитываемой частоте (500 Гц), определенное при акустическом расчете;

а также требуемую полную акустическую мощность излучателей

(мВт); (8.2)

(мВт)

где - средний коэффициент поглощения помещения на рассчитываемой частоте (500 Гц), определенный при акустическом расчете.

8.2 Выбор системы звукоусиления (озвучения) и типа излучателей

Будем использовать портальную систему с расположением звуковых колонок на боковых стенах.

После размещения излучателей относительно слушателей с помощью двух проекций определяется истинное максимальное расстояние до дальнего слушателя по акустической оси r_max. Зная r_max найдем требуемое среднее номинальное давление излучателя Р₁ (давление развиваемое излучателем на акустической оси на расстоянии 1м при подведении номинальной электрической мощности):

.

По найденному значению P_1треб из справочника выбираем тип излучателя. Необходимо, чтобы Р₁ излучателя было бы не меньше, чем Р_1треб.

Если Р₁ у излучателя меньше, чем Р_1треб, то можно применить сдвоенные (поставленные друг на друга) излучатели, при этом значение Р₁ удваивается.

Для звуковых колонок определяем требуемый коэффициент осевой концентрации:

, (8.3)

где Ра - требуемая полная акустическая мощность излучателей (мВт);

n - число отдельных излучателей.

Результаты, полученные при расчете для колонки сведем в таблицу 9.

Таблица 8.3 – Значения расчетных величин

r_макс, м	Р1треб, Па		Количество колонок n, штуки
26,2	10,43	1,156

С учетом предъявленных выше требований выбираем следующий тип звуковых колонок: 50К3-Т2. Их характеристики отражены в таблицах 8.4 и 8.5.

Таблица 8.4 – Характеристики звуковых колонок

тип	Номинальная мощность, Вт	Частотный диапазон, Гц	Номинальное звуковое давление, Па	Габариты, мм	ег	ев
50КЗ-2Т		80-12000	14,5	815х370х220	0,9	0,973

Таблица 8.5 – Акустические характеристики звуковых колонок

Коэффициенты осевой концентрации на частотах, Гц
9,8	11,0	16,5	16,7	16,7	16,7

8.3 Расчет звукового поля с учетом размещения излучателей

Расчет звукового поля производится в 6-и контрольных точках. Расчет проводился следующим образом: для излучателя во всех контрольных точках измеряется: r - расстояние от излучателя до точки; Q_г, Q_в - угол между акустической осью и направлением на точку в горизонтальной и вертикальной плоскостях. А затем по формулам:

(8.4)

(8.5)

находятся радиус-вектора R_г и R_в, через которые по формуле

(8.6)

находится Pi - звуковое давление создаваемое данным излучателем в данной точке.

Затем находится P_S - суммарное звуковое давление в контрольной точке:

. (8.7)

Найденное значение переводится в уровень L по формуле:

. (8.8)

Сравнивая полученные значения уровней звукового давления, находится неравномерность звукового поля DL, т.е. разность между максимальным и минимальным значением уровня звукового давления;

DL=L_макс - L_мин. (8.9)

Результаты представлены в таблице 8.6

Таблица 8.6 – Расчет звукового поля

№ излучателя	определяемые величины	Значение определяемых величин в расчетных точках
	r,м	11,1	12,9		14,7		25,9
Qг
Rг	0,85	0,9	0,83	0,95	0,82	0,97
Qв
Rв	0,48	0,54	0,34	0,92	0,73	0,42
Р1,Па	0,53	0,54	0,31	0,86	0,34	0,21
	r,м	17,6	13,5		15,1	28,5	26,1
Qг
Rг	0,68	0,72	0,73	0,86	0,95	0,97
Qв
Rв	0,48	0,54	0,34	0,92	0,73	0,42
Р1,Па	0,26	0,41	0,18	0,75	0,35	0,22
P∑	0,59	0,67	0,35	0,84	0,48	0,3
L, дБ	89,41	90,52	84,88	92,48	87,62	83,54
дельта L	8,94

Рисунок 5.3 – Размещение громкоговорителей в зале и характеристические точки.

Масштаб 1:200

8.4 Диаграммы направленности излучателей

Расчет диаграмм направленности в горизонтальной и вертикальной плоскости производится по формулам

(8.10)

(8.11)

Рисунок 5.1 -Диаграмма направленности звуковой колонки 50КЗ-2Т в вертикальной плоскости

Рисунок 5.2 -Диаграмма направленности звуковой колонки 50КЗ-2Т в горизонтальной плоскости

8.5 Выбор типа микрофонов и звукоусилительной аппаратуры

Выбор типа микрофона производится исходя из требуемой частотной характеристики и устойчивости системы звукоусиления. Последнее характеризуется диаграммой направленности микрофона, условиями его размещения и определяется индексом выигрыша q по диффузному полю (разность уровней чувствительности микрофона к звуку от первичного источника и к диффузному звуку).

Необходимый индекс выигрыша по диффузному звуку микрофона q_тр будет:

q_тр = Q_{мс.треб} +18+ 10lgR_ср (3.17)

дБ.

Из справочника выбирается остронаправленный конденсаторный микрофон КМС-19-05. Его параметры приводятся в таблице 8.7

Таблица 8.7– Параметры микрофона

Номинальный диапазон частот, Гц	Неравномерность АЧХ, дБ	Внутреннее сопротивление, Ом	Чувствительность холостого хода, мВ/Па
20-20000

Теперь подберем звукоусилительную аппаратуру. В зале работают две звуковые колонки мощностью по 50 Вт. В связи с этим можно использовать усилительную станцию CS200х (2X85) при сопротивлении 4 Ом, имеющую два канала. Каждый канал рассчитан на работу от двух микрофонов, звукоснимателя и от одного внешнего источника программы. Диапазон частот данного усилителя 20 –20000 Гц.

Заключение

В данном проекте была проведена работа по исправлению акустических недостатков зала, для дальнейшего использования его в качестве театра оперы и балета. Также проведена работа по расчету звукоусилительной аппаратуры.

При работе над курсовым проектом "Акустический расчет драматического театра” приобретаются необходимые навыки по расчету помещений и систем звукоусиления, которые, возможно, пригодятся в будущем. Результаты расчета показали, что акустические недостатки зала данного в задании, устранить удалось.

Литература

1. Катунин Г.П., Лапаев О. А. Акустический расчет помещений. Учебное пособие. -Новосибирск: СибГУТИ, 2000.

2. Катунин Г.П., Лапаев О. А. Громкоговорители. Учебное пособие. - Новосибирск: СибГАТИ, 1997.

3. Катунин Г.П. Микрофоны. Учебное пособие. - Новосибирск: СибГАТИ, 1995.

Дата добавления: 2015-09-30