Wrocław, kwiecień 2010
4SOUND Parametry akustyczne
4SOUND ul. Klecińska 123 54-413 Wrocław
[email protected] www.4sound.pl
tel. +48 503 127 733 lub 071 79 85 746 NIP: 811-155-48-81 REGON: 020870205
laboratorium akustyki
Słowo o akustyce wnętrz
Do określenia jakości wnętrz pod względem akustyki używa się szeregu wielkości, które stanowią obiektywne kryteria oceny jakości. Większość tych parametrów opartych jest na analizie odpowiedzi impulsowej uzyskanej na drodze pomiarów w pomieszczeniu. Schemat badań jest podobny dla wszystkich sal. Na scenie lub w miejscu gdzie znajduje się przeważnie źródło dźwięku ustawia się urządzenie głośnikowe lub inne, np. pistolet startowy, które emituje sygnał pomiarowy (impuls, szum). W interesującym obszarze badań wybiera się kilka punktów pomiarowych lub siatkę punktów, w których umiejscawia się mikrofony. Wyniki mogą być przedstawione dla reprezentatywnych punktów sali, dla różnych częstotliwości, najczęściej w oktawach. Można stworzyć także mapę akustyczną pomieszczenia. Obiektywne kryteria oceny pomieszczeń w odróżnieniu od subiektywnych metod są uniwersalne i powszechnie stosowane przez akustyków na całym świecie. Jednak gdyby nie badania poszczególnych naukowców, wykorzystujących indywidualne sposoby oceny akustyki, nie można by było obecnie używać żadnego z parametrów jako ogólnego wskaźnika akustyki sal. Parametry akustyczne można zakwalifikować do kilku grup: •
pogłosowe ( EDT, RT10, T20, T30, T60 ),
•
związane ze stosunkiem energii ( C80, D50 ),
•
przestrzenne ( LF, LE, IACC ),
•
określające zrozumiałość mowy (STI, RASTI, % ALC ),
•
określające poziomy dźwięku ( INR, SNR, G, SPL ),
•
określające intensywność odbić (RI, QW ).
Czas pogłosu – Reverberation Time (RT) Czas pogłosu jest ważnym parametrem określającym jakość akustyczną wnętrz. Definiowany jest jako czas, wyrażony w sekundach, w którym poziom dźwięku maleje o 60dB od momentu wyłączenia źródła, gdy w pomieszczeniu panował stan ustalony. Czas pogłosu wpływa na zrozumiałość mowy, brzmienie muzyki oraz poziom dźwięku. Zmiana wartości RT60 w pomieszczeniu jest uzależniona od rodzaju i kształtu materiałów składających się na jego wystrój, stopnia wypełnienia publicznością, warunków atmosferycznych. Temperatura i wilgotność ma jednak zdecydowanie mniejszy wpływ w porównaniu do pozostałych czynników. Istnieją zalecane wartości czasu pogłosu, jakie powinny istnieć w pomieszczeniach przeznaczonych dla muzyki i form słownych w funkcji objętości. Czas wczesnego zaniku – Early Decay Time (EDT) Czas wczesnego zaniku, wyrażony w sekundach to czas, w którym sygnał maleje o 10dB w stosunku do stanu ustalonego. Gdy wartość EDT zostanie pomnożona przez 6 wówczas otrzymujemy wartość zbliżoną do czasu pogłosu. Według badań Kuttruff’a i Strassen’a czas wczesnego zaniku, w przeciwieństwie do RT60, jest niezależny od stopnia dyfuzyjności w pomieszczeniu.
Wszelkie prawa zastrzeżone. Niniejsze opracowanie nie może być kopiowane, powielane lub publikowane w całości ani w części bez pisemnej zgody autora.
4SOUND, 54-413 Wrocław, ul. Klecińska 123
[email protected]; www.4sound.pl
strona 2/5
Słowo o akustyce wnętrz
Przejrzystość – Clarity (C80) C80 to stosunek wczesnej energii dźwiękowej, docierającej w czasie 80ms do późnej, czyli po czasie 80ms:
C 80=10⋅log
E1 [dB] . E 2,
Powyższą zależność można zapisać w następujący sposób: 80 ms
∫
p2 t dt
0 ∞
C 80=10⋅log
∫
, [dB] , 2
p t dt
80 ms
gdzie : p(t) – odpowiedź impulsowa w pomieszczeniu. Wartości tego parametru są podawane w decybelach i przeważnie zawierają się wg Beraneka w granicach od -10 do 20dB. W przypadku, gdy C80 = 0dB, dźwięk pogłosowy i wczesny są sobie równe. Pomiar przejrzystości odbywa się na rejestracji sygnału pomiarowego w różnych częściach sali, a następnie na stworzeniu stosunku sumy energii dźwiękowej bezpośredniej oraz pochodzącej od wszystkich odbić docierającej w czasie 80ms do energii, która dociera po tym czasie. Górną granicą jest przeważnie 1-2s. Parametr ten jest bezpośrednio związany z czasem pogłosu i określa zrozumiałość muzyki. W pomieszczeniach "suchych", a więc tam gdzie brak pogłosu, muzyka będzie bardzo czysta i C80 będzie miał duże wartości, to z kolei pogarsza wrażenie przestrzenności. Natomiast, gdy RT jest wysoki, automatycznie przejrzystość muzyki zmaleje i stanie się ona nieczysta. Wyrazistość – Definition (D50) To stosunek wczesnej energii dźwiękowej, docierającej w czasie 50ms do całkowitej:
D 50=
E1 . E2
Powyższą zależność można zapisać w następujący sposób: 50 ms
∫ D50=
p2 t dt
0 ∞
, [% ] ,
∫ p 2 t dt 0
gdzie: p(t) – odpowiedź impulsowa w pomieszczeniu. W salach koncertowych wyrazistość odnosi się do stopnia rozróżnialności poszczególnych kwestii w muzyce. Wartość tego parametru powinna przekraczać 65%. Współczynnik odbić bocznych – Lateral energy fraction (LF) LF określa stosunek energii pochodzącej od odbić bocznych przez okres od 5ms do 80ms do całkowitej energii dochodzącej w czasie 80ms do punktu pomiarowego:
LF =
E2 . E1
Wszelkie prawa zastrzeżone. Niniejsze opracowanie nie może być kopiowane, powielane lub publikowane w całości ani w części bez pisemnej zgody autora.
4SOUND, 54-413 Wrocław, ul. Klecińska 123
[email protected]; www.4sound.pl
strona 3/5
Słowo o akustyce wnętrz
Powyższą zależność można zapisać w następujący sposób: 80 ms
∫
p 82 t dt
LF = 580msms
∫
, 2
p t dt
0
gdzie: p8(t) – ciśnienie akustyczne zmierzone za pomocą mikrofonu o charakterystyce ósemkowej. p(t) – ciśnienie akustyczne zmierzone za pomocą mikrofonu wszechkierukowego. Skuteczność odbić bocznych – Lateral Efficiency (LE) Jest to parametr podobny do LF. Służy także do określenia przestrzenności w pomieszczeniu i określa stosunek energii odbić bocznych do energii całkowitej. Różnica, polega na innej granicy, od której mierzone są odbicia boczne i wynosi 25ms, a nie 5ms. Reszta pozostaje bez zmian. Sposób pomiaru jest identyczny: 80 ms
∫
p82 t dt
ms L E= 2580ms
∫
, 2
p t dt
0
gdzie: p8(t) – ciśnienie akustyczne zmierzone za pomocą mikrofonu o charakterystyce ósemkowej. p(t) – ciśnienie akustyczne zmierzone za pomocą mikrofonu wszechkierukowego. Zalecane wartości tego parametru są takie same jak dla LF. Współczynnik korelacji międzyusznej – Interaural Cross-Correlation Coefficient (IACC) Współczynnik ten określa stopień korelacji dźwięków dochodzących równocześnie do obydwu uszu słuchacza. Fala dźwiękowa dochodząca do słuchacza z boku, dotrze do jednego ucha wcześniej niż do drugiego. Ze względu na usytuowanie głowy charakter dźwięku będzie nieco inny dla jednego i drugiego ucha. Proces określenia tego parametr wygląda następująco: t2
∫ p Lt ⋅p R t dt IACF t =
t1
t2
t2
∫ p L2 t dt⋅∫ p R 2 t dt t1
t1
1 /2
, [dB ] ,
gdzie: t1, t2 – czas, p(t) – ciśnienie akustyczne przy danym uchu (indeksy L i R oznaczają odpowiednio ucho lewe i prawe).
Wszelkie prawa zastrzeżone. Niniejsze opracowanie nie może być kopiowane, powielane lub publikowane w całości ani w części bez pisemnej zgody autora.
4SOUND, 54-413 Wrocław, ul. Klecińska 123
[email protected]; www.4sound.pl
strona 4/5
Słowo o akustyce wnętrz
Maksymalna wartość, jaką można otrzymać ze wzoru to nieskończoność. Ze względu na to, że fala dźwiękowa dociera do dwóch uszu z różnicą ok. 1ms, należy zmieniać wartość ? w zakresie od -1 do +1. Aby otrzymać współczynnik IACC należy wybrać maksymalny wynik z powyższych wyliczeń:
IACC t =∣IACF t ∣max , . −11 Jeżeli sygnał dla każdego ucha jest całkowicie inny, wówczas wartość IACC wynosi 0, co oznacza, że korelacja międzyuszna dla dźwięku jest równa 0. Dla sytuacji całkowicie odwrotnej, gdy istnieje pełna korelacja, wartość IACC wynosi 1, co oznacza, że w pomieszczeniu brakuje wrażenia przestrzenności. Zalecane wartości tego parametru dla dużych sal koncertowych wynoszą od 0,14 do 0,5. Parametr IACC został dodatkowo podzielony na dwie części, aby lepiej określić wczesne odbicia boczne: •
IACCE lub IACC0,80 – wartość parametru dla dźwięków dochodzących do pozycji słuchacza w czasie 80ms po dźwięku bezpośrednim. Indeks "E" oznacza wczesny (ang. early).
•
IACCL lub IACC80,+ – parametr określający tylko dźwięk pogłosowy, mierzony po czasie 80ms do 1-2s. Indeks "L" oznacza późny (ang. late).
•
IACCA lub IACC0,+ – pomiar parametru IACC dla całego czasu, od 0 do 1-2s.
Kolejną modyfikacją parametru IACC stało się ograniczenie ilości oktawowych pasm pomiarowych z 6 (125Hz – 4kHz) do 3 najważniejszych: 500, 1000 i 2000Hz, w których wyraźne były różnice w mierzonych dźwiękach. Szerokość źródła pozornego – Apparent Source Width (ASW) Bardzo istotny parametr przestrzenności, wyrażany za pomocą IACCE3, czyli średnią z wartości IACCE otrzymanych w 3 wyżej wymienionych pasmach. ASW odnosi się do wczesnych, bocznych odbić. Im większa jest różnica w dźwiękach docierających do dwóch uszu słuchacza od źródła np. orkiestry, tym większe jest szerokość źródła pozornego. Wartość IACCE3 powinna być jak najniższa, dla bardzo dobrych sal pod względem akustycznym zbliża się do wartości 0,3. Otoczenie słuchacza – Listener Envelopment (LEV) Kolejny parametr przestrzenności, wyrażany za pomocą IACCL3, czyli średnią z wartości IACCL otrzymanych w 3 wyżej wymienionych pasmach. Odnosi się do stopnia dyfuzyjności dźwięku pogłosowego w pomieszczeniu i określa stopień, w jakim dźwięk pogłosowy, który dociera do słuchacza po czasie 80ms, nie jest skorelowany.
Wszelkie prawa zastrzeżone. Niniejsze opracowanie nie może być kopiowane, powielane lub publikowane w całości ani w części bez pisemnej zgody autora.
4SOUND, 54-413 Wrocław, ul. Klecińska 123
[email protected]; www.4sound.pl
strona 5/5
