Akustika prostorov - uni-lj.si

Akustika prostorov

V “akustiki prostorov” ocenjujemo kako se zvočno valovanje širi od vira do poslušalca.

Prazen prostor v katerm se zvočno valovanje na obodnih površinah v celoti absorbira imenujemo “gluha soba” (angl. anechoic room). V takem prostoru ne slišimo odbojev zvoka pri govoru. Absorptivnost zvoka vseh sten prostrora mora biti večja od 99% za vse frekvenc zvoka. Uporabljajo se za ugotavljanje zvočne moči virov.

Akustično nasprotje gluhe sobe je “odmevnica” (angl. reberberation chamber) . V njej so vse površine idealno zvočno odbojne, stene pa niso vzporedne, da se izognemo stojnemu valovanju. Odmevnice uporabljamo za meritve absorbtivnosti zvoka različnih snovi oziroma površin, ki jih namestimo na eno od sten in ugotavljamo razliko v zvočnem tlaku ob enakem zvočnem viru glede na zvočni tlak v prazni odmevnici.

UNI L

J, FA

, Gra

dben

a fiz

ika;

pro

f. Sa

šo M

edve

d

vir zvoka

vir zvoka

Akustika prostorov

Prostori v stavbah niso niti gluhe sobe niti odmevnice (del zvočne energije se na stenah absorbira, del odbije)

Akustika prostorov obravnava predvsem probleme pri zaznavanju in prepoznavanju zvoka, ki so posledica dveh zvočnih pojavov – odmeva in resonance.

Odmev je pojav, ko isti vir zvoka slišimo “večkrat” z določenim časovnim zamikom. Je posledica dejstva, da v prostorih sprejemamo zvok, ki ga oddaja vir (neposredni zvok) in odpiti zvok istega vira na površinah v prostoru.

UNI L

J, FA

, Gra

dben

a fiz

ika;

pro

f. Sa

šo M

edve

d

neposredno (razdalja D)

VIR

POSLUŠALEC

odbit zvok (razdalja R1)


Akustika prostorov UN

I LJ,

FA, G

radb

ena

fizik

a; p

rof.

Sašo

Med

ved

neposredno (razdalja D)

VIR

POSLUŠALEC



Časovna zakasnitev pri kateri ne ločimo direktni in odbiti zvok je okoli 60 ms (pri prepoznavanju govora okoli 100 ms).

Če upoštevamo, da je hitrost zvoka v zraku približno 300m/s pomeni 100ms zakasnitve približno razliko v prepotovani poti zvočnega valovanja (na sliki med razdaljo D in R1) 30m. Torej bo odmev problem predvsem pri velikih prostorih.

Časovno zakasnitev zmanjšamo z odbojnimi površinami ob viru ter s površinami, ki zvok absorbirajo za poslušalcem.

V prostorih z glasbo, kot so na primer koncertne dvorane so površine, ki odbijajo zvok pomembne tudi zato, da glasbeniki slišijo sebe.


I LJ,

FA, G

radb

ena

fizik

a; p

rof.

Sašo

Med

ved

Drug pojav – resonanca - je povezan s stoječim zvočnim valovanjem. V posebnih primerih ko viri zvoka v prostoru oddajajo harmonična zvočna valovanja, se ta v delu prostora ojačajo, v delu prostora pa oslabijo. Pravimo, da valovanja med seboj interferirajo (se seštevajo). Resonanca se pojavi v prostorih z vzporedni in zvočno odbojni površinami, ki so značilno oddaljene med seboj. Pri teh pogojih se valovanje ohranja v prostoru dalj časa. Frekvenco valovanja, ki sovpada z dolžino prostora imenujemo lastna frekvenca prostora:

Primer na sliki prikazuje stoječe valovanja -vpadlo in odbito valovanje ima enako amplitudo v primeru, kot je razdalja med stenami prostora D enaka valovni dolžini zvočnega valovanja λ.

c je hitrost zvoka (m/s), D razdalja med odbojnima stenama (m); pri D je 5 m je f1 enaka 34 Hz, torej pri valovni dolžini ~ 10 m

zvočni val

-

RM

S zv

očni

tlak

p(P

a)

+

odbit zvočni val

odbo

jna

povr

šina

odbo

jna

povr

šina

dolžina prostora D

[ ] 1 1

c c f Hz

2 2 f 2 D λ

= → = ⋅ ⋅

Zvočna vozla - tu je zvočni tlak največji


I LJ,

FA, G

radb

ena

fizik

a; p

rof.

Sašo

Med

ved

Ostala valovanja so višjih harmonikih, torej pri valovanjih s frekvenco, ki je mnogokratnik n (2,3,4,..) osnovne lastne frekvenca prostora.

[ ] n n c

f Hz 2 D

⋅ =

⋅

Učinek odmevov in interference zvoka v prostorih preverjamo s trajanjem odmevnega ali reverberacijskega zvoka.

Odmevni zvok je zvok, ki se v prostoru širi zaradi odbojev od površin tudi po nenadnem prenehanju oddajanja zvoka zvočnega vira.

Hitrost zniževanja ravni zvoka po izklopu vira je odvisna od akustičnih lastnosti prostora.


I LJ,

FA, G

radb

ena

fizik

a; p

rof.

Sašo

Med

ved

Odmevni ali reverberacijski čas je čas, ki preteče od izklopa zvočnega vira do trenutka, ko se raven zvočnega tlaka Lp zmanjša za 60 dB. Označujemo ga s T60 in merimo v sekundah.

Je merilo kakovosti zaznavanja zvoka v prostoru.

Prekratek odbojni čas prostora nam da občutek, da se prostor ne odziva zvokom, predolg odbojni čas pa povzroči, da postanejo odmevi moteči. Za zaznavanje: govora so najprimernejši odbojni časi 0,7 in 1,2 s

zvoka v koncertnih dvoranah 1,2 do 1,7 sekund in

zvoka in glasbe v cerkvah med 1,3 in 2 sekundi. 3,0 ali več Katedrala

1,8 do 2,0 Filharmonija

1,4 do 1,6 Opera

1,4 do 1,6 Cerkev

1,3 do 1,5 Večnamenki avditorij

1,0 Gledališče

1,0 Konferenčna soba

1,0 Učilnica

Optimalen T 60

(sek)

Namembnost


I LJ,

FA, G

radb

ena

fizik

a; p

rof.

Sašo

Med

ved

Odmevni čas je za različne frekvence zvoka nekoliko različen. Zato osnovni odmevni čas navajamo pri frekvenci 500 Hz.

priporočene vrednosti T60 so za prostore v katerih poslušamo govor za 10% nižje pri zmanjšanju frekvence za vsako oktavo pod 250 Hz in nad 2000 Hz.

priporočene vrednosti T60 za prostore v katerih poslušamo glasbo so za 10% višje pri zmanjšanju frekvence za vsako oktavo pod 250 Hz in nižje za 10% vsako oktavo nad 2000 Hz.


I LJ,

FA, G

radb

ena

fizik

a; p

rof.

Sašo

Med

ved

Odmevni čas določimo s poenostavljen izračunom odmevnega časa T60 s Sabinovo enačbo.

Osnova za izračun je ekvivalentna absorpcijska površina A (m 2 ), ki absorbira zvok na stenah prostora in jo določimo z znanimi površinami konstrukcij S (m 2 ) in absorbtivnostmi zvoka α (-) na površinah teh gradbenih konstrukcij:

2 1 1 2 2 n n A S S .. S m = α ⋅ + α ⋅ + + α ⋅

Absorptivnost zvoka α v posameznem oktavnem ali terčnem frekvenčnem območju je definirana z razmerjem med zvočno intenziteto, ki vpada na površino Ivpadlo in zvočno inteziteto, ki se na površini odbije Iodbito v dB. Določamo jo z meritvami v odmevnici

Pogosto izračunamo ekvivalentno absorpcijsko površino pri frekvenci 500 Hz

[ ] vpadlo,f odbito,f f

vpadlo,f

I I

I

− α = −

Ivpadlo,f Iodbito,f

Vrste absorberjev UN

I LJ,

FA, G

radb

ena

fizik

a; p

rof.

Sašo

Med

ved


I LJ,

FA, G

radb

ena

fizik

a; p

rof.

Sašo

Med

ved

0,30 0,18 0,15 0,25 0,25 0,15 stoli, zložljivi, tapecirani

0,05 0,08 0,05 0,05 0,05 0,05 stoli, zložljivi, leseni

0,62 0,66 0,81 1 0,69 0,30 mavčna plošča perforirana, 10cm pred masivno steno, s 3 cm mineralne volne

0,02 0,02 0,04 0,05 0,10 0,12 okno, steklo

0,60 0,50 0,30 0,10 0,06 0,03 tepih, vozlan

0,40 0,30 0,20 0,06 0,04 0,03 tepih do debeline 5mm

1 1 0,91 0,99 0,88 0,26 perforerane plošče iz vlaken

0,07 0,05 0,04 0,03 0,03 0,02 opeka, gladka površina

0,05 0,07 0,15 0,10 0,05 0,02 PVC, guma na filcu

0,05 0,04 0,04 0,03 0,03 0,02 PVC, guma

0,03 0,02 0,02 0,02 0,01 0,01 marmor, keramične ploščice

0,08 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 mavčne plošče

0,05 0,05 0,05 0,04 0,04 0,03 les na steni ali podu

0,05 0,05 0,04 0,03 0,02 0,02 beton

4000 2000 1000 500 250 125

Absorbtivnost zvoka a (1) pri srednjih frekvencah oktavnih območij (Hz)

Material

1 1 1 0,85 0,65 0,45 glasbenik (2 m2)

0,75 0,75 0,65 0,60 0,45 0,30 oseba kot obiskovalec v prostoru (0,65 m2)

0,60 0,50 0,50 0,40 0,25 0,15 oseba v zboru (0,5 m2)

4000 2000 1000 500 250 125

Absorbtivnost zvoka a (1) pri srednjih frekvencah oktavnih območij (Hz)

Sk

Ker prostori ponavadi niso prazni, predvsem ljudje pa so dobri absorberji zvoka to upoštevamo tako, da zmnožku površin in absorptivnosti prištejemo ekvivalentno površini Sk (m 2 ).


I LJ,

FA, G

radb

ena

fizik

a; p

rof.

Sašo

Med

ved

Odmevni ali reverberacijski čas po Sabinu je odvisen od prostornine prostora V (m 3 ) ter ekvivalentne absorbcijske površine A (m 2 ) na naslednji način:

[ ] 60,Sabin

V T 0,163 s

A =

Torej lahko na odmevni čas vplivamo: spreminjanjem prostornine (oziroma glede na namen prostora mora vsaki osebi “pripadati” ustrezna prostornina prostora) ali z izbiro površin gradbenih konstrukcij s prilagojeno absorpcijo zvoka s čimer vplivamo na ekvivalentno absorpcijsko površino. Opomba: Sabinov izraz lahko uporabimo za prostore s prostornino do 500 m 3

Potrebna prostornina na osebo je v prostorih za spremljanje govora > 4m 3 /osebo in v dvorani za poslušanje simfoničnega orkestra > 16m 3 /osebo !


I LJ,

FA, G

radb

ena

fizik

a; p

rof.

Sašo

Med

ved

V Pravilniku o spremembah in dopolnitvah pravilnika o zvočni zaščiti stavb so navedeni predpisani odmevni časi.

Odmevni čas po Sabinu se izračuna za oktavna frekvenčna območja: 125, 250, 500, 1000, 2000 in 4000 Hz. Dovoljena odstopanja 20% od predpisanih odmevnih časov.


I LJ,

FA, G

radb

ena

fizik

a; p

rof.

Sašo

Med

ved

Določite odbojni čas praznega prostora širine 6 m, globine 10 m in višine 4 m z betonskimi stenami z absorptivnostjo frekvenc zvoka pri 500 Hz enako 0,04.

Ali je primeren odbojni čas za konferenčni prostor? Kaj pa če zadnjo steno obložimo z leseno oblogo z absorptivnostjo zvoka 0,75 in upoštevamo, da je sredi prostora skupina 20 sedečih oseb. Ekvivalentna absorptivnost poslušalca je 0,65 (pri frekvenci zvoka 500 Hz).

Ekvivalentna absorpcijska površina in odmevni čas sta v prvem primeru enaka:

In v drugem primeru:

2 1 A 0,04 2 60 0,04 2 24 0,04 2 40 9,9 m = ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ =

[ ] 60,1 240

RT 0,163 3,9 s 9,92

= = neprimerno

( ) 2 2 A 0,04 2 60 0,04 24 0,75 24 0,04 2 40 20 0,65 40,0 m = ⋅ ⋅ + ⋅ + ⋅ + ⋅ ⋅ + ⋅ =

[ ] 60,2 240

RT 0,163 0,97 s 40

= = primerno

Akustika prostorov – meritve odmevnega časa UN

I LJ,

FA, G

radb

ena

fizik

a; p

rof.

Sašo

Med

ved

V že zgrajenih prostorih odmevni čas izmerimo s preskusom.

V prostor namestimo vir zvoka, ki naj oddaja beli ali pink šum.

Zvočno raven po merimo z mikrofonom na različnih mestih in odmevni čas analiziramo v terčnih frekvenčnih območjih. Odmevni čas mora biti ustrezen vsaj za 2/3 oseb v prostoru in za vsako oktavno območje s frekvencami med 63 in 4000 Hz.

Meritve izvedela FS, Ljubljana in Institut Hidria, Godovič

Akustika prostorov – meritve odmevnega časa UN

I LJ,

FA, G

radb

ena

fizik

a; p

rof.

Sašo

Med

ved

Izmerjene in preračunane vrednosti T60

Vrednosti T60 izračunane z T30

Akustika prostorov – izhodišča za načrtovanje UN

I LJ,

FA, G

radb

ena

fizik

a; p

rof.

Sašo

Med

ved

ob velikosti je pomemben tudi tloris prostora.

zaradi izogibanja resonanci naj ima prostor razmerje stranic v neenakih mnogokratnikih; še bolje, da so ploskve medseboj nagnjene za manjši kot (~ 5%).

razlika v razdalji med neposrednim (oddaja ga zvočni vira) in posrednim zvokom (odbito zvočno valovanje na površinah v prostoru) ki ga zazna poslušalec naj bo manjša od 80 do 100 ms

dolžina poti direktnega zvoka naj bo za vse poslušalce enaka

poslušalci naj sprejemajo zvok v območju +- 45% od zvočnega vira. Torej je trapezoidna oblika dvorane primernejša od pravokotne.


I LJ,

FA, G

radb

ena

fizik

a; p

rof.

Sašo

Med

ved

Primeren odmevni čas »uravnavamo« z absorbcijskimi površinami. Te naj bodo nameščene na stropu in zadnji steni.

Z odbojnimi elementi oziroma »zvočnimi reflektorji« preusmerimo zvok v globino prostora zrcalno. Zato jih namestimo nad zvočnim virom in nad oddaljenimi mesti poslušalcev.

Razen, če tega ne želimo, se moramo izogibati konkavnih elementov, ki zgostijo zvočno polje. V primeru ko želimo zvok predvsem enakomerno razporediti po prostoru pa uporabljamo difuzne reflektorje.

Akustika prostorov – drugi kazalniki UN

I LJ,

FA, G

radb

ena

fizik

a; p

rof.

Sašo

Med

ved

Za presojo zvočnega ugodja predvsem v prostorih s potrebo po dobrem zaznavanju govora uporabljamo tudi druge kazalnike zvočnega ugodja.

Indeks zasebnosti (Privacy index PI) se uporablja pri načrtovanju zvočnega okolja v odprtih pisarnah,

indeks razumljivosti govora (RASTI – rapid speech transmission index) in

indeks prepoznavanja govora (Articulation index AI)

Kaj ovira prepoznavanje zvoka v prostorih ?

Kaj je odmevni čas in od česa je odvisen ?

Kako izračunamo odmevni čas po Sabinu (podana velikost in absorptivnosti površine prostora ->določite potrebno absorptivnost, da bo odmevni čas ustrezen !)

Kako načrtujemo prostor z vidika akustike ?

Kako izmerimo odmevni čas ? Kako rezultate prikažemo ?

UNI L

J, FA

, Gra

dben

a fiz

ika;

pro

f. Sa

šo M

edve

d

Mogoča izpitna vprašanja

Documents

Akustika prostorov - uni-lj.si