Анализ акустических параметров зала

В данном конкретном случае для достижения наилучших значений уровней звукового давления во всех точка озвучиваемой поверхности будем использовать распределённую систему.

Распределёнными называют системы, в которых звук к слушателю приходит от всех или большей части громкоговорителей с примерно одинаковым уровнем. Ряд громкоговорителей, расположенных так, что их акустические оси взаимно параллельны и направлены в одну сторону, образуют так называемую одномерную или линейную цепочку. В закрытых помещениях одномерная цепочка составляется из громкоговорителей, расположенных на одной или двух боковых стенах помещения, или на потолке в виде одной или двух цепочек. Двумерная распределенная система образуется громкоговорителями, расположенными по всему потолку.

Звуковые колонки (4 штуки) расположим в углах зала на высоте 4 м. Акустические оси колонок направим на точку, которая находится в центре зала на высоте 1,2 м (на уровне голов сидящих слушателей).

Высота установки громкоговорителей над уровнем голов слушателей равна:              

,

где — высота центра громкоговорителя над уровнем пола,

 — уровень  голов слушателей над полом.

Сделаем предварительный выбор типов громкоговорителей.

– требуемое звуковое давление: == 0,35 Па

  уровень прямого звука для  удаленной точки (для речи )

– расстояние от громкоговорителя до удалённой точки: 

где — длина зала, — ширина зала.

– номинальное звуковое давление для громкоговорителя, которое должно быть не менее:

 

где n = 4 – количество громкоговорителей.

По полученным данным выбираем колонки ILS30 (звуковая колонка обеспечивает высокую четкость звука. Корпус изготовлен из пластика с металлической решёткой. Комплектуется приспособлением для крепления к стене и  поворота в двух плоскостях. Применяется для озвучения помещений любой акустической сложности)  со следующими параметрами:

- номинальная мощность: 30 Вт

- чувствительность  88 дБ

- диапазон частот 100 Гц-18 кГц

- размеры (ШхВхГ) 22х40х20 см

2.   Расчет уровней звукового поля

 

Вычислим звуковое давление, которое создают в характерных точках зала  четыре громкоговорителя. Характерные точки и расположение громкоговорителей показаны на рис. 7 кружками и квадратами соответственно. Характерные точки расположены в разных концах и в центре зала и позволяют примерно оценить полный разброс громкости звучания громкоговорителей по всей площади зала.

Поскольку громкоговорители расположены симметрично, то расчёт можно провести только для одного громкоговорителя, сложив затем картины распределения звукового давления от четырёх громкоговорителей с учётом их расположения. Начало координат расположим в центре громкоговорителя, ось х направим горизонтально по диагонали зала, ось y — перпендикулярно ей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 8 — Расположение осей координат, характерных точек (круги) и громкоговорителей (квадраты) в зале

 

Координаты характерных точек показаны в таблице 8

Таблица 8

Координаты характерных точек

№  точки	x, м	y, м	z, м
1	10,61	10,61	-2,80
2	10,61	-10,61	-2,80
3	21,21	0,00	-2,80
4	31,82	10,61	-2,80
5	31,82	-10,61	-2,80

 

 

 

 

При расчётах учитываем, что оси громкоговорителей ориентированы в направлении головы слушателя, сидящего в центре зала. Высота подвеса громкоговорителей — 4 м, высота головы сидящего слушателя — 1,2 м. Поэтому угол наклона оси громкоговорителя к горизонтали составляет

 

Эксцентриситеты громкоговорителей в вертикальной и горизонтальной плоскостях:

 

 

 

где — высота и ширина громкоговорителя.

В таблице 6 показаны расчёты звуковых давлений, создаваемых в характерных точках одним из громкоговорителей. Расчёты для других громкоговорителей дадут аналогичные результаты с учётом симметрии их расположения.

В таблице показаны координаты характерных точек, координаты громкоговорителей, координаты точек в системе координат громкоговорителя, а также координаты точек в наклонной системе координат, где начало координат находится в точке подвеса громкоговорителя, а ось x направлена вдоль оси громкоговорителя:

 

 

 

 

 

 

Звуковое давление в каждой точке вычисляется по формуле

 

где — звуковой давление, создаваемое громкоговорителем на  акустической оси на расстоянии 1 м. В таблицах предполагается, что . При необходимости использовать громкоговорители с большим стандартным давлением, эти числа можно пропорционально скорректировать.

Таблица 9

Расчёт звукового давления для громкоговорителя 1

№  точки	Δx	Δy	Δz	u	v	w	p, Па
1	10,61	10,61	-2,80	10,85	10,61	-1,60	0,0297
2	10,61	-10,61	-2,80	10,85	-10,61	-1,60	0,0297
3	21,21	0,00	-2,80	21,39	0,00	-0,42	0,0614
4	31,82	10,61	-2,80	31,93	10,61	0,77	0,0436
5	31,82	-10,61	-2,80	31,93	-10,61	0,77	0,0436

 

 

В таблице 10 показаны звуковые давления, создаваемые в 5 характерных точках всеми 4 громкоговорителями.  Каждый квадрат 3х3 соответствует одному из громкоговорителей, каждая клетка этого квадрата соответствует одной характерной точке и содержит звуковое давление, создаваемое в этой точке соответствующим громкоговорителем.

Таблица 10

Картина звуковых давлений (Па), создаваемых громкоговорителями в характерных точках

0,029668		0,04356
	0,061395
0,029668		0,04356
0,04356		0,029668
	0,061395
0,04356		0,029668
0,029668		0,029668
	0,061395
0,04356		0,04356
0,04356		0,04356
	0,061395
0,029668		0,029668

 

 

В таблице 8 показано результирующее давление в 5 характерных точках. Сложение давлений, создаваемых отдельными громкоговорителями, производилось по формуле

 

Таблица 11

Суммарное звуковое давление от 4 громкоговорителей в 5 характерных точках

0,074533		0,074533
	0,12279
0,074533		0,074533

 

 

Как видно из таблицы, при стандартном давлении одиночного громкоговорителя 1 Па, в рассмотренных точках зала создаётся суммарное звуковое давление 0,12...0,18 Па. Чтобы суммарное звуковое давление центре зала достигло требуемых 0,4 Па, необходимо увеличить давление отдельного громкоговорителя до

 

Тогда распределение звукового давления в характерных точках станет таким, как показано в таблице 11. В таблице 12 показаны уровни звукового давления, рассчитанные по формуле

 

Таблица 12

Суммарное звуковое давление от 4 громкоговорителей в 8 характерных точках при  стандартном давлении громкоговорителя 3,25 Па

0,400245		0,400245
	0,659382
0,400245		0,400245

 

 

Таблица 13

Уровни звукового давления (дБ) от 4 громкоговорителей в 5 характерных точках при  стандартном давлении громкоговорителя 3,25 Па

86,05		86,05
	90,38
86,05		86,05

 

 

Неравномерность озвучения составляет 90,4 – 86,1 = 4,3 дБ, что приемлемо для воспроизведения речи.

Приложения

 

Приложение А

Расположение расчетных точек источника, отражения и приемника

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. А.1. Прямое распространение звука и первые отражения для приемника № 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованных источников

 

1.  Макриненко Л.И. Акустика помещений общественных зданий. — М.: Стройиздат, 1986. —173 с.