Акустический расчет помещений

Размещено на http://allbest.ru

Акустический расчет помещений

Введение

звук реверберация поглощение

Курс “Электроакустика и радиовещание” является одним из основных, изучаемых студентами специальности РРТ. Звук является неотъемлемой частью телевизионных программ. К настоящему времени более 98% населения России охвачено телевизионным вещанием, объем среднесуточного телевизионного вещания составляет около 800 ч.

Одной из основных задач техники звукового вещания в настоящее время является повышение качества. Наиболее реальный путь ее решения - использование цифровых методов обработки и передачи сигналов.

Заключением всего курса “Электроакустики и радиовещания” является выполнение курсового проекта .

В данном курсовом проекте по радиовещанию и акустике требуется произвести необходимую планировку зала многоцелевого назначения, рассчитать требуемую акустическую обработку внутренних поверхностей проектируемого помещения помещения, его звукоизоляцию и систему звукоусиления.

1.Выбор и расчет оптимального времени реверберации

1.1 Определение количества слушателей

Определим количество слушателей, которых можно разместить в заданном помещении. Для лучшего зрительного и звукового образа установим сцену (эстраду) размерами 8,5*2*0.6 м

Общая площадь пола составляет:

Площадь, занимаемая эстрадой составит:

Свободная площадь пола:

Определим количество зрителей, исходя из свободной площади пола:

чел.

Общий объем помещения:

Объем эстрады и пространства над ней:

Свободный объем помещения:

Учитывая назначение зала и рекомендации [1], примем объем воздуха приходящегося на одного слушателя равным

Определим количество зрителей, исходя из объема помещения:

чел.

Учитывая, что будем считать, что зал может вместить 102 чел.

1.2 Распределение слушателей в зале

По заданию необходимо построить зал многоцелевого назначения, это может быть и аудитория и конференц-зал. Поэтому форму помещения выбираем прямоугольную. Ряды столов и стульев в зале разместим таким образом, чтобы между ними был проход не менее 1 м. Для этого по центру зала сделаем проход шириной 1 м, а от боковых стенок на протяжении 7 рядов проход шириной 1.1 м, далее проход сужается до 0.6 м на протяжении 4 рядов. Столы располагаются симметрично относительно центрального прохода и на расстоянии 1,5 м от сцены. Столы сделаны из ДСП без передних крышек длиной 1.1 м и шириной 0.5 м. Первые 8 рядов состоят из 4 парт, а последние 3 ряда по 6 парт в ряду. Расстояние между двумя соседними рядами составляет 0.5 м. Вход и выход в зал осуществляется через две двери ДВП ,с уплотняющими прокладками, шириной 1,6 м и высотой 2.2 м, одна расположенна на стене смежной с административным помещением, и вторая на стене смежной с коридором . В зале имеется 4 окна которые выходят на тихую улицу. Необходимый уровень светового потока будет обеспечиваться лампами дневного света. План помещения изображен на рис. 1.2.1

Рисунок 1.2.1 План помещения

Определим объем помещения без учета пространства над эстрадой:

Определим свободный объем помещения:

Определим площадь всех ограждающих поверхностей:



Площадь потолка определяется:

Площадь пола сцены:

,

где l_сц - длина сцены.

Площадь боковой поверхности сцены:

,

где h_сц - высота сцены.

Площадь свободного пола:

где S_парт - площадь занимаемая одной партой.

Площадь всех окон:

,

где N_окон - количество окон;

l_окна и b_окна - размеры одного окна.

Площадь дверей

.

Площадь стены 1-4:

.

Площадь стены 1-2:

,

Площадь стены 2-3:

Площадь стены 3-4:

1.3 Определение оптимального времени реверберации

Оптимальное время реверберации определим для частоты 500 Гц. Так как помещение - многоцелевое, то для него оптимальное время реверберации целесообразно брать близким к времени реверберации кинотеатра.

В соответствии с рис. 2.6 [1] для данного объема помещения:

Т_опт500 = 0.9с.

По группе назначения выбираем кривую 1.

Уменьшим выбранное время реверберации на 20%

Т_опт500 = 0.9 - 0.18 = 0.72c.

Согласно рис. 2.7 б [1], на котором приведены частотные характеристики времени реверберации для прочих музыкальных залов, определим оптимальное время реверберации в спектре частот. Полученные данные занесём в таблицу 2.1.

Таблица 1.3.1 Требуемое время реверберации

1.4 Определение требуемого фонда поглощения

В соответствии с формулой Эйринга:

,

где V - объем помещения

- суммарная площадь звукопоглащающих поверхностей

- показатель поглощения звука в воздухе(рис. 4.1 [1])

Найдем суммарную площадь звукопоглащающих поверхностей.

Вначале определим вспомогательный коэффициент:

 ,

где до частоты 500 Гц

Из табл. 4.1[1] определяем

Далее определяем требуемый фонд поглощения , который должен быть создан в помещении по формуле:

Результаты вычисления требуемого фонда поглощения сведем в табл. 1.4.1

Таблица 1.4.1 Результаты расчета

1.5 Определение основного фонда поглощения

Вычисления будем вести исходя из 70% заполнения залы. Акустические характеристики поглощающих материалов приведены в табл. 1-6 [2]. Результаты расчета сведем в табл. 1.5.1. Если в справочных таблицах отсутствуют данные в какой-либо октавной полосе частот, берем значение коэффициентов по ближайшей полосе частот, но результаты расчетов будем заключать в скобки.

Далее вычисляем требуемый дополнительный фонд поглощения, достаточный для обеспечения требуемого времени реверберации с точностью по формуле:

Результаты расчётов показывают, что отклонение расчётного времени реверберации от требуемого во всём диапазоне частот не превышает 10 %.

Размещение материалов осуществим следующим образом:

Нижнюю часть стен обработаем конструкцией с покрывными листами фанеры толщиной 4-6 мм площадью (57.2 ).

Верхнюю часть стен установим пилообразные панели из деревоплиты, оклеенной пластиком, h=100 мм со слоем пористого заполнителя 50 мм(93.9 ). На всей площади потолка разместим панели из фанеры, слоем заполнителя 100 мм, без воздушных зазоров (S=137,7 ).

Детальное размещение абсорбентов показано на развёртке студии, рисунок 2.3. Результаты расчета дополнительного фонда поглощения сведем в табл. 1.5.2

Рисунок 2.3 Эскиз размещения звукопоглощающих материалов

На основании получившегося фонда поглощения определим частотную характеристику времени реверберации. Результаты расчета сведем в табл. 1.5.3

Таблица 1.5.3 Результаты расчета времени реверберации

Рисунок 1.5.1 Графики частотных характеристик требуемого и расчетного времени реверберации

2. Расчет звукоизоляции помещения

В случае, если уровни шумов заданы суммарным уровнем звукового давления в смежном помещении, уровень проникающих шумов определяется по формуле:

;

где S - площадь ограждения;

R - звукоизолирующая способность;

- постоянная изолируемого помещения.

Определим уровень проникающих шумов на частоте 500 Гц через стену, смежную с административным помещением.

Вначале определим постоянную изолируемого помещения :

Исходя из задания определяем:

Определим уровень проникающих шумов на частоте 500 Гц

Полученное значение , что говорит о том, что уровень шума со стороны административного помещения не превышает предельно допустимого уровня шума.

В случае, задания уровней шумов в виде уровней звуковой мощности расчет уровней проникающих шумов ведется по следующей формуле:

, (2.1)

где - постоянная шумного помещения

,

где n - количество одинаковых источников

Исходя из задания :

Определим суммарный уровень мощности шумов на частоте 500 Гц по формуле :

, (2.2)

где - наибольший из шумов

- величина определяемая по табл. 2.1

Таблица 2.1 Значения добавочного коэффициента

	0	0.2	0.4	0.6	0.8	1	1.2	1.5	1.8	2	2.5	3
	20	15	10	8	7	6	5	4	3	2	1	0

Определим разность

По табл. 2.1 определяем , таким образом

Определим значение постоянной шумного помещения

,

где - постоянная помещения на частоте 1000 Гц, рис. 3.2(г) [1]

- частотный множитель, рис. 3.1(2) [1]

Таким образом

Определим уровень проникающих шумов от источника находящегося над залом:

Полученное значение

Результаты вычислений сведем в таблицу в ПРИЛОЖЕНИИ А.

Определим требуемое снижение шума для типа ограждения по формуле:

, (2.3)

где n- общее количество ограждений

Рассчитаем требуемое снижение шума на примере административного помещения на частоте 500 Гц.

Результаты расчета сведем в таблице в ПРИЛОЖЕНИИ А.

Анализ результатов расчета показывает, что имеющиеся окна на улицу обеспечивают требуемой звукоизоляции и шум в зале не превышает предельно допустимые величины. В связи с этим определим требуемую звукоизоляцию окон и двери. Для этого воспользуемся следующей формулой:

,

где n - общее число принимаемых в расчет элементов ограждения.

Определим требуемую звукоизоляцию окон и дверей и других ограждений в ПРИЛОЖЕНИИ А.

Рассчитаем уровень проникающих шумов для новых ограждений по формуле (2.1), а также общий уровень проникающих шумов по формуле (2.2) и табл. 2.1. Так как более, чем на 20 дБ, то и общий уровень проникающих шумов будет определяться шумами, проникающими через окна, выходящие на улицу с интенсивным движением. Полученные значения для других октавных полос сведем в табл. 2.5. Рассчитаем заново требуемое снижение шума для окон и двери по формуле (2.3). Полученные результаты сведем в табл. 2.4

Таблица 2.3 Требуемое снижение шума

Пояснения к табл. 2.3:

1 - стена 1-2 , в 2,5 кирпича на тихую улицу

2- стена 2-3 , в 1,5 кирпича смежная с административными помещением

3 - стена 3-4 ,в 2 кирпича смежная с коридором

4 - стена 4-1 , в 1,5 кирпича смежная с буфетом

5 - междуэтажное перекрытие с административным помещением сверху, выполненное из железобетонной панели толщиной 120 мм

6 - окна с двойным остеклением с герметизацией на тихую улицу,

7 - двери ДВП с уплотняющими прокладками в административное помещение

8 - двери ДВП с уплотняющими прокладками в коридор

Рисунок 2.1 Уровни шума в проектируемом помещении

3.Расчет системы звукоусиления

3.1 Расчет требуемой акустической мощности громкоговорителей и уровня прямого звука

Определим акустическое отношение и уровни прямого и диффузного звука. Для этого по табл. 4.1[3] определяем ряд дополнительных параметров сведенных в табл. 3.1.1

Таблица 3.1.1 Дополнительные параметры

Назначение установки	Требуемый уровень звукового поля	Неравномерность поля уровней прямого звука	Акустическое отношение
Установки усиления речи

Пусть,

В соответствии с назначением проектируемой системы определим по формуле:

Найдем средний и минимальный уровни прямого звука:

Найдем уровень диффузного звука :

Рассчитаем требуемые акустические мощности громкоговорителей, для этого по найденному находим мощность , излучаемую громкоговорителями для создания диффузного поля на частоте 500 Гц :

,

где А - полученный фонд поглощения в помещении

Полная акустическая мощность, излучаемая громкоговорителями, равна :

3.2 Выбор системы озвучения и типа громкоговорителей

В рассматриваемом зале нельзя применить централизованную систему озвучения. Во-первых, отсутствие портала затрудняет установку мощных громкоговорителей. Во-вторых, малая высота зала не позволяет поднять акустический центр излучателей выше 3.5 м над полом. При этом звук к слушателям в последних рядах будет приходить под углом не менее к горизонтали, что недопустимо.

Наконец, для озвучения нельзя будет применять колонки большой длины и получить острые характеристики направленности, необходимые для создания равномерного звукового поля.

Поскольку зал для усиления речи, целесообразно применить распределенную систему озвучения в виде одной, двух цепочек маломощных громкоговорителей, размещенных на боковых стенах зала. Такая система обеспечивает достаточно малую неравномерность поля уровней и удобно вписывается в интерьер зала. Громкоговорители рекомендуется размещать в проемах между окнами на одной из сторон.

Определим среднее звуковое давление, которое должны обеспечить громкоговорители.

Разместим громкоговорители следующим образом. Высоту установки выбираем равной 2.8 м. Расстояние от головы сидящего слушателя до пола принимаем равным 1.2 м. Разница между высотой установки громкоговорителей и озвучиваемой поверхностью равна (рис. 3.2.1).

Каждая цепочка громкоговорителей обслуживает половину зала.

Определим расстояние от цепочки до слушателей, сидящих на крайних местах:

Рисунок 3.2.1 Вертикальный разрез зала многоцелевого назначения



Чтобы поле в продольном направлении было равномерным с точностью , необходимо, чтобы шаг цепочки был не более .

Пусть шаг цепочки равен 3 м. При работе одной цепочки неравномерность поля определяется по формуле:

Определим максимальное и минимальное значение звукового давления:

Рассчитаем величину давления , которое должен развивать громкоговоритель на оси на расстоянии 1 м от акустического центра из выражения :



По ранее определенному значению определяем

При выборе типа громкоговорителя нужно предусмотреть запас по мощности не менее двух раз, чтобы избежать искажений при случайных превышениях уровня прямого звука от первичного источника.

Требуемое звуковое давление обеспечивают громкоговорители мощностью 0.25 Вт.

3.3 Расчет предельного индекса усиления и выбор типа микрофонов

Определим при работе выбранной системы звукоусиления. Из предыдущего расчета следует, что , а .

Следовательно, . Абонентские громкоговорители обладают почти ненапрвленным действием, поэтому их акустическая мощность равна :

,

где n=4 - число громкоговорителей системы.

В соответствии с формулой Айгнера уровень диффузного поля равен :

Уровень прямого звука равен :

Акустическое отношение, выраженное в децибелах, равно разности уровней и . Следовательно,

Отсюда , что совпадает с заданным.

Определим предельный индекс усиления при акустической обратной связи по диффузному звуку:

, дБ

Требуемое значение лежит в пределах дБ, поэтому ненаправленный микрофон (=0) применять нельзя. Необходимо получить . Применение простого микрофона с кардиоидоной характеристикой направленности обеспечивает . Для обеспечения требуемого значения должны быть приняты дополнительные меры, например, заглушение стены зала позади сцены или установка микрофона на вынесенной к оратору стойке. При этом значение может быть доведено до 13.8 дБ, тогда

3.4 Выбор типового оборудования

Общая электрическая мощность, потребляемая громкоговорителями системы, равна

Пользуясь данными из приложений [3] выбираем звукоусилительную станцию типа 3С-25. Эта аппаратура имеет номинальную мощность 25 Вт при использовании одного канала. Мощность оконечного усилителя составляет 25 Вт. Выберем катушечный микрофон типа МД-46 с кардиоидной диаграммой направленности и чувствительностью на частоте 1000 Гц при номинальной нагрузке 250 Ом равной 1.25.

Блок - схема аппаратуры и диаграмма уровней изображены на рис. 3.4.1 и 3.4.2.

Рисунок 3.4.1 Блок - схема звукоусилительной станции 3С-25



Рисунок 3.4.2 Диаграмма уровней станции 3С-25

Заключение

В данном курсовом проекте был выполнен полный принципиальный расчет зала многоцелевого назначения включающий в себя: выбор и размещение поглощающих материалов для получения требуемого фонда поглощения, расчет звукоизоляции помещения от проникающих шумов, расчет системы звукоусиления.

При выборе поглащающих материалов выяснилось, что для получения требуемого фонда поглащения необходимо использовать большое число дорогостоящих материалов, что не рентабельно для данного типа помещения. Поэтому для получения требуемого фонда поглощения можно использовать современные эффективно - поглощающие материалы с более низкой стоимостью.

При выборе оборудования для звукоусиления использовались устаревшие модели отечественных звукоусилительных станций. В связи с этим можно перейти к более портативным и более функциональным узлам звукоусилительного тракта. Однако отечественная промышленность практически не выпускает новых моделей звукоусилителей, поэтому потребуется закупка более дорогих зарубежных.

Список используемой литературы

1. Катунин Г.П., Лапаев О.А. Методические указания по курсовому и дипломному проектированию. “Акустический расчет помещений”.- НЭИС, 1979 , Часть 1.

2. Катунин Г.П., Лапаев О.А. Методические указания по курсовому и дипломному проектированию. “Акустический расчет помещений”. - НЭИС, 1979 , Часть 2.

3. Папернов Л. З., Молодая Н. Т., Метер Ч. М. Расчет и проектирование систем озвучения и звукоусиления в закрытых помещениях. - М.: Связь, 1970.

4. Катунин Г.П., Лапаев О.А. Методические указания по курсовому и дипломному Проектированию. “Акустический расчет Помещений”.- НЭИС, 1979 , Часть 3.

Приложения

Приложение А

Таблица 4.1Результаты расчёта уровней проникающих шумов

№ Наименование ограждения п/п и определяемые величины	Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц
	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
1 2	3	4	5	6	7	8	9	10
1. Нормативные уровни звукового давления, Lдоп, дБ	63	52	45	39	35	32	30	28
2. Постоянная изолируемого помещения Ви=А/(1-Lср), м2	212,298	194,1	174,521	136,010	130,625	129,313	114,800	113,090
3. 10Lg(Bи), дБ	23,269	22,88	22,418	21,336	21,160	21,116	20,599	20,534
4. Стена, выходящая на тихую улицу S=40,36 м2; 10LgS=16,059	R, дБ	47	47	55	60	67	70	70	70
	LУ, дБ	58	61	66	65	60	58	53	45
	Lш, дБ	9,79	13,17	10,641	5,723	-6,101	-11,057	-15,540	-23,475
5. Междуэтажное перекрытие с административ помещением S=137,7 м2; 10LgS=21,39	R, дБ	34	34	38	46	53	56	58	58
	LpУ, дБ	49	53	58	57	55	59	54	46
	Lш, дБ	2,59	6,976	8,269	-0,684	-11,313	-12,822	-21,523	-32,468
	10LgВш	16,5	16,53	16,702	17,738	19,542	22,095	24,314	27,324
	Вш, м2	45	45	46,8	59,4	90	162	270	540
6. Стена, смежная с коридором S=56,84 м2; 10LgS=17,54	R, дБ	45	45	52	59	65	70	70	70
	LУ, дБ	76	80	86	83	80	75	72	60
	Lш, дБ	31,2	38,54	38,008	29,090	20,266	10,310	7,827	-4,108
7. Стена, смежная с буфетом S=27,2 м2; 10LgS=14,34	R, дБ	44	44	48	55	61	65	65	65
	LУ, дБ	55	62	68	69	64	64	62	61
	Lш, дБ	8,07	15,45	17,922	13,004	2,180	-1,776	-3,259	-4,194
8. Стена смежная с админ .помещением. S=137,7 м2; 10LgS=21,39	R, дБ	44	44	48	55	61	65	65	65
	LpУ, дБ	49	53	58	57	55	59	54	46
	Lш, дБ	9,12	13,5	14,972	8,054	0,230	0,274	-4,209	-12,144
9. Окна S=20 м2; 10LgS=13	R, дБ	25	27	36	41	47	49	55	55
	Lш, дБ	28,7	30,12	26,582	21,664	10,840	6,884	-3,599	-11,534
10. Двери S=10 м2; 10LgS=10	R, дБ	28	28	30	33	36	32	30	30
	Lш, дБ	40,7	45,12	49,582	44,664	38,840	37,884	37,401	25,466
8. Междуэтажное перекрытие S=137,7 м2; 10LgS=21,39	R, дБ	34	34	38	46	53	56	58	58
	LpУ, дБ	64,2	68	73,3	80	90	89	81	78
	Lш, дБ	41,1	44,86	45,988	43,652	44,848	38,295	26,076	20,066

Приложение Б

ВЫБОР ЗВУКОИЗОЛИРУЮЩЕГО МАТЕРИАЛА

1)ОБЫЧНЫЙ

2)ХОРОШИЙ

3)НАИЛУЧШИЙ

Размещено на Allbest.ru