Специальные звукопоглощающие материалы и конструкции 4 страница

Рис. 8. Студия записи и сведениязвукового сопровождения кинофильмов Shepperton Sound Theatre 1, Шеппертон, Англия.

Рис. 9. Студия записи ирландской народной музыки Cuan, Голуэй, Ирландия.

Рис. 10. Студия звукозаписи Propeller Mastering, Осло, Норвегия.

2. ЗВУКОИЗОЛЯЦИЯ ПОМЕЩЕНИЙ СТУДИЙНОГО КОМПЛЕКСА

Если стены, пол, потолок помещения обладают звукопроводностью, то часть звуковой энергии из смежных помещений или открытых пространств (улица, площадь и т.п.) может проникать в данное помещение, создавая в нем шумовые помехи. Допустимые уровни шума в помещениях для записи и воспроизведения звука представлены в табл. 10. Нормирующие кривые для уровня шума в залах и студиях представлены на рис. 11.

Таблица 10

Допустимые уровни шума в помещениях для записи и воспроизведения звука

Если в самом помещении также имеется источник шумовых помех (например, отверстия вентиляционных каналов), то диффузная сила звука J всех помех, суммарная мощность которых Р, будет равна

(3)

где a× S = А – общее число единиц звукопоглощения в данном помещении, определяемое как средняя величина результатов, полученных на всех расчетных частотах при вычислении времени реверберации.

Рис. 11. Нормирующие кривые для уровня шума в залах и студиях.

Предположим, что диффузная сила звука в одном из смежных помещений равна J_k, площадь стены, граничащей с этим помещением равна S_k, а

коэффициент звукопроводности равен Y_k. Тогда звуковая мощность, проникающая в помещение, равна

(4)

Заметим, что при диффузном падении звуковой энергии на внешнюю сторону стены, проходящая сквозь нее акустическая мощность уменьшается в 4 раза (без учета коэффи­циента звукопроводности). Если различные участки площади стен, пола, потолка граничат с различными смежными помещениями, то в соответствии с формулами (3) и (4) диффузная сила звука помех в помещении

(5)

где Р _в – звуковая мощность, излучаемая из отверстий вентиляционных каналов, равная произведению суммарной площади каналов S _в, на излучаемую в помещение силу звука J _в, то есть Р _в = S _в× J _в.

Эти акустические помехи обычно называют «воздушными» в отличие от «ударных» (обусловленных ударами по внешней стороне преград, шагами в помещении верхнего этажа и т.п.) и «вибрационных» (обусловленных вибрациям механизмов, установленных как в самом помещении, так и в соседних).

В данном пособии рассматривается метод расчета звукоизоляции помещения от воздушных помех. Защита от ударных и вибрационных шумов требует применения сложных механических конструкций, амортизаторов и других мер, детально не рассматриваемых в дисциплинах«Электроакустика и звуковое вещание» направления 210700 и «Акустика» направления 210400.

Целью расчета звукоизоляции помещения от воздушных помех является обеспечение заданного уровня этих помех

(6)

где J ₀ – постоянная величина, по отношению которой N ₀ отсчитывается в дБ (обычно J ₀ = 10^–12 Вт/м²).

Вместо сил звуков J ₁... J_n в смежных помещениях и коэффициентов звукопроводности ограждений γ _1…γ _n, в расчетные формулы обычно вводятся соответственно акустические уровни силы звука и коэффициенты звукоизоляции, т.е.

(7)

(8)

Напомним, что коэффициент звукоизоляции определяет ослабление уровня силы звука при прохождении звуковой энергии сквозь преграду, коэффициент звукопроводности которой равен γ. Формула (6) примет вид:

(9)

где N _в – уровень шума в помещении, вызванный работой вентиляционной системы.

Заметим, что вместо вычисления величин 10 ^x для практических расчетов бывает удобнее пользоваться равной величиной exp(0, 23 x), так как таблицы числовых значений экспоненциальных функций имеются во многих математический и радиотехнических справочниках.

Для вычисления всех входящих в (9) площадей S ₁... S_n необходимо иметь план расположения всех смежных помещений и высоту их стен.

Акустические уровни во всех смежных помещениях N ₁... N_n, измеряются или определяются по табл. 11.

Коэффициенты звукоизоляции различных преград могут быть измерены, определены по табл. 12 или вычислены.

Для вычисления σ имеются следующие расчетные формулы.

Если вес 1 м² площади ординарной стены Q < 200кг, то

(10)

Если Q > 200кг, то

(11)

При Q = 200кг обе формулы дают одинаковый результат σ = 45, 5 дБ.

Таблица 11

Уровни звука и воздушных шумов в помещениях

Примечание: N_k – уровень силы звука в помещении; N ₀ – допустимый уровень воздушных шумов в этом же помещении.

Таблица 12

Коэффициенты звукоизоляции преград

№	Преграда	Толщина, мм	Вес 1м2, кг	, дБ
	Кирпичная оштукатуренная стена
	То же
	То же
	То же
	То же
	То же
	То же			64, 5
	Доски оштукатуренные
	Щиты, обитые фанерой, оштукатуренные
	Каркас из брусков, обшитый досками, оштука­туренный
	Доски с прокладкой картоном, оштукатуренные
	Шлакоалебастровые плиты, оштукатуренные
	То же
	Кирпичный каркас, обшитый досками, оштукатуренный
	Шлакобетон
	Железобетон
	То же, но со шлаковой засыпкой	–	–
	Окно с двойными стеклами	–	–
	Междуэтажное перекрытие, типовое с воздушным промежутком	–	–
	То же, но акустически обработанное	–	–
	Двойная дверь с тамбуром	–	–
	Дверь с прокладкой	–	–
	Двухстекольное смотровое окно с тщательной звукозащитой	–	–
	Трехстекольное смотровое окно (стекла разной толщины)	–	–	50...55
	Ворота телевизионной студии	–	–

Толщина ∆ [мм] ординарной стены и вес Q связаны зависимостью

. (12)

Для двойных стен с воздушным промежутком

(13)

где D – толщина воздушного промежутка в см; Q ₁ и Q ₂ – вес 1м² площади стены до и после воздушного промежутка. Формула (13) справедлива при Q ₁ и Q ₂ > 200кг и D ≥ 3см.

Применять воздушные промежутки толщиной более 9 см нецелесообразно, так как при этом σ увеличивается менее чем на 0, 6 дБ.

При вычислениях по формуле (9) наибольшие затруднения вызывает подбор требуемых величин σ для обеспечения заданного значения N ₀. Выбор больших значений σ повышает стоимость ограждений (стен, пола, потолка). Малые величины σ приводят к уровню шума N ₀ больше заданного значения. Следует учитывать, что шумовые помехи от работы вентиляционных устройств (или других источников) энергетически складываются с шумами, проникающими сквозь поверхности помещения (воздушными помехами).

Суммарный уровень акустических помех в помещении

(14)

где J ₀ – диффузная сила звука помех, проникающих сквозь поверхности, J _в – диффузная сила звука помех, например, от вентиляционных устройств.

Оборудованные специальными глушителями и амортизаторами вибраций моторов вентиляционные системы создают уровни помех в помещении порядка N _в = 15...20 дБ.

Методы расчета вентиляционных систем в данном пособии не рассматриваются. При расчете звукоизоляции требуется установить максимально допустимый уровень шума от работы вентиляционной установки, который должен находиться в указанных выше пределах.

Если задать допустимый уровень и суммарный уровень помех N ₀, то в соответствии с (9)

. (15)

Так как общее число единиц звукопоглощения (a S) известно из расчета времени стан­дартной реверберации, расчет звукоизоляции сводится к определению всех слагаемых суммы величин S_k × exp[0, 23(N_k – σ _k)], входящих в выражение (16), по заранее вычисленной допустимой величине всей суммы. Напомним, что N_k является уровнем силы звука в различных смежных помещениях. Эти уровни определяются по табл. 11.

Наибольшая трудность заключается в выборе коэффициентов звукоизоляции различных преград, а следовательно, и в выборе их конструкций.

Для предварительного ориентировочного выбора величин для каждой преграды приведем следующие соображения.

Наиболее благоприятно, если через площадь каждой поверхности данного помещения проникают приблизительно одинаковые шумовые помехи. Тогда отсутствуют «опасные» поверхности, вблизи которых помехи наиболее слышны. Если под знаком суммы в выражении (16) имеется n слагаемых и согласно принятому условию все слагаемые должны иметь одинаковую величину, то

. (16)

Величина N определяется из соотношения (16) по заданным значениям N ₀, N _B и a S. Тогда требуемый для различных преград коэффициент звукоизоляции

(17)

Для разных преград N / n является постоянной величиной, а N_k и S_k – различны, причем площадь S_k должна быть в м².

Формула (17) дает возможность вычислить требуемую величину σ _k для каждой пре­грады. Однако практически реализуемые коэффициенты звукоизоляции (табл. 12) могут отличаться от требуемых и поэтому слагаемые будут различны. Следует помнить, что повышение σ усложнит конструкцию стен, пола, потолка и увеличит стоимость их сооружения.

Исходными данными при расчете звукоизоляции являются планы расположения смежных помещений и их назначение. По этим данным определяется уровень силы звука во всех помещениях (табл. 11).

Основные принципы планировки помещений студийного комплекса заключаются в следующем.

1. Студия или блок студий (для сложных передач) должны иметь студийную аппаратную, расположенную в смежном помещении, желательно в торце студии для лучшего обозрения студии через смотровое окно.

2. Кроме студийной аппаратной в смежных со студией помещениях уровень звуковой энергии по возможности не должен превышать 60...70 дБ. При планировании помещений студийного комплекса следует выбирать смежные помещения со сравнительно небольшим уровнем сигнала в них.

3. Размеры студийной аппаратной (порядка 12...20 м²) и время реверберации (порядка 0, 4...0, 5 с) должны соответствовать типовой жилой комнате, чтобы звукорежиссер мог прослушивать передаваемую программу в условиях аналогичных тем, какие существуют в комнате радиослушателя.

4. Пол студийной аппаратной должен быть на 25...50 см выше пола студии для лучшего обозрения студии через смотровое окно.

5. При студиях желательно планировать помещение (или стенной шкаф) для хранения музыкальных инструментов и необходимого реквизита, используемых при передачах из данной студии.

6. Вход в студию должен быть осуществлен через тамбур.

7. В малых (речевых, камерных) студиях допустимо иметь один вход. В больших студиях – два (вход и выход). В самых больших студиях следует иметь еще один (запасный) выход.

8. При студиях планируется фойе, в котором исполнители могут отдохнуть в перерывах передачи (или записи). Площадь фойе рассчитывается на размещение двойного количества людей относительно находящихся в студии, и берется равной не менее 15% площади обслуживаемых студий.

9. Для проведения репетиций предусматриваются специальные помещения.

10. Абсолютный уровень диффузного шума, проникающего в телевизионные студии из смежных помещений, не должен превышать 30 дБ, а в радиовещательные студии – 25 дБ. Зависимость допустимого уровня звукового давления шума в телевизионных и радиовещательных студиях от частоты представлена на рис. 12.

Рис. 12. Зависимость допустимого уровня звукового давления шума в радиовещательных (1) и телевизионных (2) студиях от частоты.

3. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ АКУСТИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ОБРАБАТЫВАЕМОГО ПОМЕЩЕНИЯ

Компьютерное моделирование и акустический анализ исследуемых помещений в рамках данного курсового проекта выполняется с помощью программной среды Ulysses. Подробная информация о построении трехмерной модели и размещении звукопоглощающих материалов приведена в приложениях 1 и 2 к данным методическим указаниям.

После создания трехмерной модели помещения выполняется анализ времени стандартной реверберации (см. Приложение 3). Зафиксируйте график и численные значения времени реверберации, полученные в результате анализа, и сравните их с результатами теоретического расчета.

Следует отметить, что в связи с невозможностью размещения в компьютерной модели некоторых элементов основного фонда звукопоглощения, использованных при выполнении теоретического расчета (таких как исполнители, стулья или декорации), результат расчета времени реверберации для такой модели будет иметь погрешность порядка 0, 03..0, 05 с, если поле в помещении идеальное диффузное, что трудно выполнимо на практике. Однако, среди звукопоглощающих материалов, используемых в программе Ulysses для облицовки пола, есть несколько поглотителей, учитывающих расстановку на полу помещения стульев, а также присутствие исполнителей и/или слушателей (материалы №200–225 в табл. 8).

В случае, если рассматриваемое помещение предполагает наличие в нем исполнителей и/или слушателей, вычислите площадь, занимаемую местами для их размещения, из расчета 0, 7 м² на одно место. На полу смоделированного помещения разместите поверхность (или несколько поверхностей в случае зонирования помещения), размеры которой соответствуют рассчитанной площади, и присвойте ей один из материалов, соответствующий размещению на полу пустых стульев того или иного типа. Выполните процедуру анализа времени стандартной реверберации.

Повторите анализ времени стандартной реверберации для случаев частичного (2/3) и полного заполнения стульев, присваивая поверхностям, на которых они размещены, соответствующие материалы. Зафиксируйте все полученные результаты.

4. ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ АКУСТИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ПОМЕЩЕНИЯ

В настоящем разделе приведен пример выполнения акустического расчета звукопоглощающих материалов, звукоизоляции, а также компьютерного моделирования и анализа студийного помещения.