МИНИСТЕРСТВО ЦИФРОВОГО РАЗВИТИЯ, СВЯЗИ И МАССОВЫХ КОММУНИКАЦИЙ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ ИМ. ПРОФ. М.А. БОНЧ-БРУЕВИЧА» (СПбГУТ) __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ Факультет радиотехнологий связи Кафедра телевидения и метрологии Учебная дисциплина «Электроакустика и звуковое вещание» КУРСОВОЙ ПРОЕКТ «РАСЧЕТ АППАРАТНО-СТУДИЙНОГО КОМПЛЕКСА ТЕЛЕРАДИОВЕЩАНИЯ И АУДИОТЕХНИКИ» Выполнил: студент группы _РА-81 ______Панова А. И.______ (Ф.И.О.) «__» _ноября__ 2021г. Приняла: ст.преподаватель кафедры ТВиМ _______________ (Свиньина О. А.) «__» ______ 2021г. Санкт-Петербург 2021 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение ............................................................................................................... 3 Задание на курсовой проект ................................................................................ 4 Расчет требуемой частотной характеристики времени стандартной реверберации помещения .................................................................................... 6 Расчет звукопоглощения, вносимого основным фондом .................................. 8 Расчёт звукопоглощения, вносимого специальными материалами и конструкциями ................................................................................................... 10 Расчет времени стандартной реверберации ...................................................... 13 Расчет звукоизоляции студийного помещения ................................................ 14 Построение и анализ трехмерной модели студийного помещения ................. 17 Заключение ......................................................................................................... 21 Список литературы ............................................................................................ 22 2 ВВЕДЕНИЕ В данном курсовом проекте необходимо произвести расчет акустических параметров помещения, таких как время стандартной реверберации, общее число единиц звукопоглощения. В большинстве случаев время реверберации рассчитывается для частотного диапазон. В курсовом проекте взят частотный диапазон: 125 Гц, 250 Гц, 500 Гц, 1000 Гц, 2000 Гц и 4000Гц. Также необходимо разместить студию и прилегающие к ней помещения таким образом, чтобы не создавались шумовые помехи, превосходящие допустимые уровни шума в помещениях для записи и воспроизведения звука. Рассматривается метод расчета звукоизоляции помещения от воздушных помех. Под воздушными помехами понимается разговор людей возле студии, крики с улицы, работа звукозаписывающей аппаратуры и много другое. Далее необходимо произвести моделирование помещения для проверки теоретических значений. Расположить материалы в определенном порядке, внести их в программу для моделирования. Следует изучить частотную зависимость от заполненности людьми. Выполнив все шаги, прийти к выводу о правильности (или неправильности) безошибочном моделировании в программе. 3 произведения расчетов, и о 4 Задание на курсовой проект 5 6 РАСЧЕТ ТРЕБУЕМОЙ ЧАСТОТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВРЕМЕНИ СТАНДАРТНОЙ РЕВЕРБЕРАЦИИ ПОМЕЩЕНИЯ Необходимо произвести расчет помещения, параметры которого: h = =3,44 м, l = 5,3 м, b = 4,4 м, Sпол = 23 м2, V = 80 м3. По варианту, в нашем помещении должны отсутствовать параллельные поверхности стен, и пола/потолка. Для этого спроектируем помещение с фальш-стенами. Новые размеры студии должны удовлетворять неравенству 0,85 Vисх <V <Vисх. После выполнения данного условия было получено помещение объемом V = 72,1 м3, что входит в требуемые пределы. Площадь поверхностей такого помещения составляет 105,7 м2, отношение V/S = 0,68 Требуется обеспечить время стандартной реверберации Т = 0,35 с с допустимыми пределами отклонения ∆Т = ±0,03 с, т.е. Тmin = 0,35 – 0,03 = 0,32 с, Тmax = 0,35 + 0,03 = 0,38 с. Таблица 1 – Частотная зависимость требуемого времени реверберации Частота F, Гц 125 250 500 1000 2000 4000 Tmax, с 0,29 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 T, с 0,26 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 Tmin, с 0,23 0,32 0,32 0,32 0,32 0,32 Tmax, с T, с Tmin, с 0.475 0.38 0.285 0.19 0.095 0 125 250 500 F, Гц 7 1000 2000 4000 Рисунок 1 - Частотная зависимость времени реверберации Теперь можно определить количество единиц звукопоглощения А = αсрS. Для этого определим величины (l – αср), αср для каждой частоты. Очевидно, что при минимальной реверберации мы получим максимальное число единиц звукопоглощения и соответственно наоборот. Произведем вычисления по формулам Результаты вычислений представлены в таблице 2 Таблица 2 - Значения коэффициентов звукопоглощения в воздухе от частоты 125 F, Гц min δ, дБ/м3 max 250 -0,21 0,62 0,38 1000 2000 4000 max min max 0,001 min max 0,003 min max 0,01 min max 0,03 -0,13 0,749 0,251 26,6 -0,15 0,710 0,29 -0,15 0,711 0,289 30,6 -0,15 0,714 0,286 30,3 -0,14 0,723 0,277 29,3 min 0 lg(l -αср) l – αср αср А = αсрS’ Aср, м2 500 0 -0,16 0,684 0,316 40,2 33,4 36,75 -0,15 0,709 0,291 30,7 28,64 -0,13 0,749 0,251 30,7 26,5 28,59 -0,12 0,75 0,251 26,5 28,49 -0,12 0,753 0,247 26,1 28,16 -0,12 0,763 0,237 25 27,18 На рисунке 2 графически показано необходимое количество единиц звукопоглощения. Частотная характеристика реверберации находиться в этих пределах. Требуемое Аmax, м2 50 Требуемое Amin, м2 37.5 25 12.5 0 125 250 500 F, Гц 1000 8 2000 4000 должна Рисунок 2 – Пределы возможного отклонения 9 РАСЧЕТ ЗВУКОПОГЛОЩЕНИЯ, ВНОСИМОГО ОСНОВНЫМ ФОНДОМ Определим число единиц звукопоглощения, вносимых основным фондом. Единицы звукопоглощения инвентаря умножаются на его количество. Для помещения данного объема, где планируется размещение максисус шести людей была выбрана одна деревянная дверь площадью 3 м2. Площадь вентиляционных решеток была рассчитана по формуле: Окно в студийную аппаратную было выбрано стандартных размероа 3м2. Инвентаря в студии получилось на 10 единиц звукопоглощения. Далее рассчитаем количество звукопоглощения, вносимого основным фондом. Расчет представлен в таблице 3. Также вычислим Адоб и Sдоб. 10 11 Таблица 3 – Абсорбенты основного фонда Абсорбенты 125 Гц Количество, шт. Исполнители и слушатели Инвентарь Двери Окно в студийную аппаратную Пол Коверт Вентиляция Поглощение основного фонда Aосн 250 Гц 500 Гц 1000 Гц 2000 Гц 4000 Гц α A, м2 α A, м2 α A, м2 α A, м2 α A, м2 α A, м2 6 10 Площадь, м2 0,28 0,23 1,68 2,3 0,4 0,26 2,4 2,6 0,45 0,26 2,7 2,86 0,49 0,29 2,94 2,9 0,47 0,32 2,82 3,2 0,45 0,36 2,7 3,6 3 0,1 0,3 0,07 0,21 0,05 0,15 0,04 0,12 0,04 0,12 0,04 0,12 3 13,9 8 0,24 0,35 0,04 0,04 0,3 1,05 2,598 0,32 0,072 0,25 0,04 0,07 0,4 0,75 2,598 0,56 0,096 0,18 0,07 0,13 0,5 0,54 4,5465 1,04 0,12 0,12 0,06 0,22 0,5 0,36 3,897 1,76 0,12 0,07 0,06 0,33 0,5 0,21 3,897 2,64 0,12 0,04 0,07 0,35 0,4 0,12 4,5465 2,8 0,096 28,14 F с Общее требуемое поглощение A Следует добавить Aдоб = A – Aосн 7,807 8,145 8,54 9,173 9,994 10,409 Таблица 4 – Расчёт единиц звукопоглощения, которые необходимо добавить 125 Гц 250 Гц 500 Гц 1000 Гц 2000 Гц 4000 Гц Tmax Tmin Tmax Tmin Tmax Tmin Tmax Tmin Tmax Tmin Tmax Tmin 33,4 40,2 26,6 30,7 26,5 30,7 26,4 30,6 26,1 30,3 25 29,3 25,55 32,36 18,41 22,59 17,96 22,15 17,23 21,42 16,11 20,31 14,64 18,89 Следует добавить Aдоб ср 29 20,5 20,1 19,3 Площадь для размещения специальных абсорбентов: S − Sосн = 105,7 – 28,14 = 77,56 м2 9 18,2 16,8 РАСЧЁТ ЗВУКОПОГЛОЩЕНИЯ, ВНОСИМОГО СПЕЦИАЛЬНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ И КОНСТРУКЦИЯМИ После заполнения объектов основного фонда звукопоглощающими материалами, осталось 77,56 м2 площади незаполненных поверхностей и около 25 единиц звукопоглощения на каждой расчетной частоте, которые нужно заполнить. В качестве звукопоглощающего материала для потолка были выбраны потолочные плиты под номером 1530, благодаря его равномерному звукопоглощению на всех частотах. Ими идет заполнение всего потолка, кроме отверстия под вентиляцию. В качестве звукопоглощающих материалов на стены были выбраны материалы под номерами: 520, 1227, 505, 1116. Данные материалы были подобраны так, чтобы стандартное время реверберации соответствовало параметрам стандартной реверберации для данной студии. 14 оптимального времени 15 125 Гц Адоб ср 106,21 2 S, м № материала α А, м2 21,7 1530 0,42 9,114 7,2 520 0,42 3,024 5 1227 0,07 0,35 15 505 0,42 6,3 7,6 1116 0,86 6,536 I итог 25,324 56,5 Ас 3,627 Недобор F 250 Гц 109,16 α А, м2 0,41 8,897 0,2 1,44 0,15 0,75 0,2 3 0,47 3,572 17,659 2,841 Адоб ср - Аспец 3 10,1 8 1209 62 44 II итог 0 0,28 0,14 0 2,828 1,12 0,15 0,22 0,1 0,45 2,222 0,8 Таблица 5 – Расчет специальных звукопоглощающих материалов 500 Гц 1000 Гц 2000 Гц 4000 Гц 108,84 110,79 106,70 88,30 2 2 2 α А, м α А, м α А, м α А, м2 0,4 8,68 0,4 8,68 0,33 7,161 0,32 6,944 0,1 0,72 0,11 0,792 0,1 0,72 0,09 0,648 0,3 1,5 0,65 3,25 0,71 3,55 0,83 4,15 0,1 1,5 0,11 1,65 0,1 1,5 0,09 1,35 0,18 1,368 0,1 0,76 0,1 0,76 0,15 1,14 15,268 4,789 0,5 1,5 0,17 1,717 0,06 0,48 15,132 4,195 0,93 2,79 0,09 0,909 0,05 0,4 13,691 4,524 0,94 2,82 0,1 1,01 0,04 0,32 14,232 2,538 0,78 2,34 0,11 1,111 0,03 0,24 77,6 Ас Недобор 50,17 47,22 46,77 43,28 41,95 44,55 Адоб ср - Аспец -0,320 7,807 -0,631 8,145 1,092 8,54 0,097 9,173 0,374 9,944 -1,153 10,409 Аосн Общее поглощение А 37,079 29,276 27,505 11 28,404 27,785 28,332 Далее построим наглядный график общего звукопоглощения для данного помещения с подобранными звукопоглощающими материалами – рисунок 4. 50 Требуемое Аmax, м2 Требуемое Amin, м2 Основной фонд Аосн, м2 Добавочный фонд Аспец, м2 37.5 25 12.5 0 125 250 500 F, Гц 1000 2000 4000 Рисунок 4 - Общее звукопоглощение в пределах отклонения от требуемого А Из графика на рисунке 4 мы видим, что общее звукопоглощение находится в допустимых границах. График плавный, без резких подъемов и провалов, что свидетельствует о том, что материалы звукопоглощения были подобраны верно. РАСЧЕТ ВРЕМЕНИ СТАНДАРТНОЙ РЕВЕРБЕРАЦИИ Рассчитаем время стандартной реверберации в данном помещении с учетом рассчитанного нами звукопоглощения по формуле Эйринга: Таблица 6 - Расчет времени стандартной реверберации Частота F, Гц А, м2 А/S 125 37,08 0,35 250 29,28 0,28 500 27,51 0,26 18 1000 28,40 0,27 2000 27,79 0,26 4000 28,33 0,27 1- А/S lg(1 - А/S) lg(1 - A/S) ∙ (-S) δ, дБ/м3 0,4 ∙ δ ∙ V T, c Полученное 0,65 -0,19 19,83 0,72 -0,14 14,89 0,74 -0,13 13,84 0,73 -0,14 14,37 0,74 -0,13 14,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,03 0,09 0,254 0,339 0,364 0,349 время стандартной реверберации для 0,73 -0,14 14,32 0,01 0,03 0,29 0,87 0,353 0,332 расчетных частот соответствует допустимым значениям. Мы можем наглядно увидеть это на графике рисунке 5. Tmax, с Tmin, с T, с 0.48 0.38 0.29 0.19 0.10 0.00 125 250 500 F, Гц 1000 2000 4000 Рисунок 5 - Время стандартной реверберации 13 РАСЧЕТ ЗВУКОИЗОЛЯЦИИ СТУДИЙНОГО ПОМЕЩЕНИЯ Ниже приведен расчет звукоизоляции от «воздушных» шумов ранее рассмотренной студии. План расположения смежных помещений и основные размеры в метрах показаны на рисунке 6. Высота студии 3,44 м, окно в аппаратную берётся равным 3 м2, а общее число единиц звукопоглощения Аср = 29,7, при этом площадь помещения S = 105,7 м2. Допустимый уровень «воздушных» шумов в студии N0 = 25 дБ, уровень шума от работы вентиляционных устройств Nв = 15 дБ Требуемое N рассчитывается по формуле: 𝑁 = (𝑒𝑥𝑝(0,23𝑁0) − 𝑒𝑥𝑝(0,23𝑁в)) ∙ 𝛼𝑆 (5) Все предварительные данные – вид преграды, с каким помещением она граничит, ее линейные размеры, и площадь Sk занесены в таблицу 9. Рисунок 6 - План расположения смежных со студией помещений 20 Таблица 7 - Расчет звукоизоляции студийного помещения № 1 2 3 4 5 Вид преграды стена окно стена стена дверь стена 6 стена 7 пол 8 потолок 9 сумма С чем граничит аппаратная аппаратная коридор с мягкими дорожками тамбур тамбур коридор с мягкими дорожками служебное помещение подвальное помещение чердачное помещение Sk, м2 12,14 3 18,23 Nk, дБ 85 85 55 Треб. σk, дБ σk, дБ 63 55 63 0,23· (Nk-σk) exp(0,23·(Nk-σk)) Sk·exp(0,23· (Nk-σk)) 66,14 60,07 37,9 № 6 24 6 5,06 6,9 -1,84 157,6 992,3 0,2 1912,5 2976,8 2,9 3,88 3 11,35 50 50 55 26,19 25,07 35,85 6 21 6 63 50 63 -2,99 0 -1,84 0,1 1,0 0,2 0,2 3,0 1,8 15,14 60 42,1 6 63 -0,69 0,5 7,6 23,32 60 43,97 19 55 1,15 3,2 73,6 23,32 75 58,97 19 55 4,6 99,5 2320,0 113,4 сумма 7289,5 Уровень акустических помех N0 получился равным 22,34 дБ, тогда как требуемый уровень акустических помех составлял 25 дБ. Итого мы получили звукоизоляцию помещения немного превышающую заданную границу шумов, что является хорошей звукоизоляцией для данного помещения. 15 Ниже дан план размещения материалов. Распределим звукопоглощающие материалы по комнате так, чтобы области с одинаковыми материалами не находились друг напротив друга. Попытаемся создать пространство максимально приближенное к диффузному полю, насколько нам позволяют заданные условия. Избегание расположение одинаковых материалов в параллели связано с риском возникновения стоячих волн между ними, а значит частотными резонансами. Рисунок 7 - План размещения материалов 23 ПОСТРОЕНИЕ И АНАЛИЗ ТРЕХМЕРНОЙ МОДЕЛИ СТУДИЙНОГО ПОМЕЩЕНИЯ Построим модель студийного помещения в программе Ulysses, присвоим областям материалы также, как показано на рисунке 7 - развертке студии. Рисунок 8 - Трехмерная модель помещения, построенная в программе Ulysses После постройки модели комнаты и присвоения звукопоглощающих материалов поверхностям, получим раскладку звукопоглощения по каждой области с помощью команды face list. 24 Рисунок 9 – Перечень использованных элементов 25 Далее запустим расчет стандартного времени реверберации для смоделированной студии. Рисунок 10 - Результаты моделирования времени реверберации на разных частотах в программе Ulysses Время стандартной реверберации, вычисленное в программе Ulysses, не отличается от времени стандартной реверберации, полученного в ходе расчетов. Результаты измерения времени стандартной реверберации в случае различной наполненности помещения исполнителями и слушателями расположены в таблице 8. Таблица 10 - Зависимость времени стандартной реверберации Частота, Гц 125 250 500 1000 2000 4000 T (с) смоделированное в программе Ulysses 0,29 0,42 0,47 0,45 0,46 0,43 T (с) без инвентаря и слушателей 0,29 0,42 0,47 0,45 0,46 0,44 0,28 0,4 0,44 0,42 0,43 0,4 0,27 0,38 0,41 0,4 0,37 T (с) с 50% инвентаря без слушателей Т (с) с инвентарем без слушателей 26 0,4 T (с) с инвентарем и 3-мя людьми 0,26 0,36 0,39 0,37 0,38 0,35 T (с) с инвентарем и 6-ю слушателями 0,25 0,34 0,36 0,35 0,35 0,33 Далее на рисунке 11 показана зависимость стандартного времени реверберации от заполняемости помещения. Как мы видим, чем более заполнена комната, тем меньше стандартное время реверберации. Рисунок 11 - Зависимость времени стандартной реверберации от заполняемости помещения исполнителями и слушателями ЗАКЛЮЧЕНИЕ В ходе курсового проектирования был выполнен расчет стандартного времени реверберации для заданного условиями варианта оптимального времени реверберации в студии звукозаписи заглушенного типа. Он попал в пределы допустимых значений, обусловленных отклонением от оптимального времени стандартной реверберации. Также был осуществлен подбор абсорбирующих материалов, которые обеспечили стандартное время реверберации близкое к оптимальному. Материалы подбирались из базы абсорбирующих материалов программы Ulysses. 27 Был произведен расчет звукоизоляции студийного помещения в зависимости от смежных с ним помещений. Полученный уровень допустимых помех для данного помещения оказался даже ниже табличного, что свидетельствует о хорошей звукоизоляции помещения. С помощью программы Ulysses было проведено моделирование данного помещения, расположение в нем абсорбирующих материалов и расчет в нем стандартного времени реверберации. В ходе работы теоретический расчет совпал с моделируемым, на основании этих результатов мы можем говорить о его корректности. Также были получены графики стандартного времени реверберации в зависимости от заполняемости помещения, что помогает нам понять, как будет вести себя частотная характеристика времени реверберации в разных условиях. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Расчет аппаратно-студийного комплекса радиовещания и аудиотехники, Ковалгин Ю. А., Свиньина О. А., Фадеев А. А., 2013 г. 2. Электроакустика и звуковое вещание: Учебное пособие для вузов / И. А. Алдошина, Э. И. Вологдин, А. П. Ефимов, Г. П. Катунин, Л. Н. Кацнельсон, Ю. А. Ковалгин, А. А. Фадеев; под ред. Ю. А. Ковалгина. – М.: Горячая линия – Телеком, Радио и связь, 2007. – 872 с.; 3 Акустика: Учебник для вузов / Ш. Я. Вахитов, Ю. А. Ковалгин,А. А. Фадеев, Ю. П. Щевьев; Под ред. профессора Ю. А. Ковалгина. — М.: Горячая линия Телеком, 2009. — 660 с.: ил. 28 4 Музыкальная акустика/ Алдошина И. А. Приттс Р., 2006.- 720 с.; 29
