Расчет АСК телерадиовещания

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ
Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение
высшего образования
«Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций
им. проф. М. А. Бонч-Бруевича»
Курсовой проект
по диспиплине «Электроакустика и звуковое вещание»
на тему
«Расчёт аппаратно-студийного комплекса телерадиовещания и
аудиотехники»
Выполнил:
ст. группы РЦТ-62
Панфилов Д.О.
Проверил:
доцент
Фадеев А.А.
Санкт-Петербург
2019
СОДЕРЖАНИЕ
1. Задание на проектирование и акустический расчёт помещения…………............…...........3
2. Расчёт требуемой частотной характеристики времени стандартной реверберации
помещения………………………………………………………………………………………..3
3. Расчёт звукопоглощения, вносимого основным фондом…………………………………..6
4. Расчёт звукопоглощения, вносимого специальными материалами и конструкциями…...7
5. Расчёт времени стандартной реверберации…………………………………………………8
6. Расчёт звукоизоляции студийного помещения………………………………………….......9
7. Построение и анализ трёхмерной модели студийного помещения………………………13
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ…………………………………………..16
ПРИЛОЖЕНИЯ………………………………………………………………………………...17
Приложение 1…………………………………………………………………………………...17
2
1. Задание на проектирование и акустический расчёт помещения
Таблица 1. Исходные данные для варианта №2
Наименование
l, м
b, м
h, м
N
T, с
∆Т, с
Т=𝝋(𝑭), %
Большая телевизионная студия для
литературно-драматических и
музыкальных передач при сложном
декорационном оформлении
30
20
12,5
50
1
±0,2
-20%
где:
l, b, h – длина, ширина и высота помещения;
N – число исполнителей;
Т – стандартная реверберация;
∆Т – допустимые пределы отклонения времени реверберации от оптимальной
величины;
Т=φ(F) - уменьшение реверберации на указанную величину на частоте 125 Гц.
Акустический расчет помещения заключается:
а) в подборе числа единиц звукопоглощения, обеспечивающих требуемую длительность
реверберации (расчет на реверберацию);
б) в определении уровня акустических помех за счет проникновения звуковой энергии из
соседних помещений, а также по вентиляционным каналам и корпусу здания (расчет на
звукоизоляцию).
Расчет ведется при частотах звуковых колебаний 125, 250,500, 1000, 2000 и 4000 Гц.
2. Расчёт требуемой частотной характеристики времени стандартной
реверберации помещения
Из известной формулы Эйринга следует, что время стандартной реверберации Т:
T=
0,161 ∙ V
0,07 ∙ V
=
4 × μ ∙ V − S ∙ lg(1 − αср ) 0,04 ∙ δ ∙ V − S ∙ lg(1 − αср )
(1)
где:
δ = μ/0,23 - коэффициент затухания звуковой энергии в воздухе, выраженный в дБ/м;
V - объем помещения в м3 ;
S - площадь всех поверхностей помещения (стен, пола, потолка) в м2 ;
αср - средний коэффициент звукопоглощения, равный A/S, где А – общее
звукопоглощение.
3
Из (1) получаю, что
lg(1 − αср ) =
0,04 ∙ δ ∙ V 0,07 ∙ V
V
0,175
−
= 0,4 ∙ (δ −
) (2)
S
S∙T
S
T
где:
V = l ∙ b ∙ h = 30 ∙ 20 ∙ 12,5 = 7500 м3
S = 2 ∙ (l ∙ b + l ∙ h + b ∙ h) = 2 ∙ (30 ∙ 20 + 30 ∙ 12,5 + 20 ∙ 12,5) = 2450 м2
V/S = 3,06 м
Требуется обеспечить время стандартной реверберации T = 1 с при допустимых
пределах отклонения ∆T = ±0,2 c , т.е.
Tmin = 1 − 0,2 = 0,8 c
Tmax = 1 + 0,2 = 1,2 c
На частоте 125 Гц требуется уменьшить время стандартной реверберации на 20%,
т.е.
Tmin (125Гц) = 0,8 − 0,2 ∙ 0,8 = 0,64 c
Tmax (125Гц) = 1,2 − 0,2 ∙ 1,2 = 0,96 c
Требуемая частотная зависимость времени реверберации представлена на рис. 1.
Рисунок 1. Частотная зависимость требуемого времени реверберации (сплошная кривая) и
допустимые отклонения (пунктир)
4
Учитывая, что 0,4 V/S = 1,22 и подставляя для каждой частоты Tmin , Tmax и
соответствующее значение δ, произвожу вычисления по формуле (2).
Результаты вычислений занесены в табл. 2.
Таблица 2. Расчет величины 𝑙𝑔(1 − 𝛼ср )
F,Гц
lg(1 − αср )
для Tmin
1,22 ∙ (0 - 0,175 / 0,64) = -0,334
1,22 ∙ (0 - 0,175 / 0,8) = -0,267
1,22 ∙ (0,001 - 0,175 / 0,8) = -0,266
1,22 ∙ (0,003 - 0,175 / 0,8) = -0,263
1,22 ∙ (0,01 - 0,175 / 0,8) = -0,255
1,22 ∙ (0,03 - 0,175 / 0,8) = -0,23
125
250
500
1000
2000
4000
для Tmax
1,22 ∙ (0 – 0,175 / 0,96) = -0,222
1,22 ∙ (0 – 0,175 / 1,2) = -0,178
1,22 ∙ (0,001 – 0,175 / 1,2) = -0,177
1,22 ∙ (0,003 – 0,175 / 1,2) = -0,174
1,22 ∙ (0,01 – 0,175 / 1,2) = -0,166
1,22 ∙ (0,03 – 0,175 / 1,2) = -0,141
Затем определяю величины (1 − αср ), αср и А = αср S для каждой частоты (табл.3):
Таблица 3. Расчет единиц звукопоглощения
F,Гц
125
250
500
1000
2000
4000
min
max
min
max
min
max
min
max
min
max
min
max
𝑙𝑔(1 − αср )
-0,334
-0,222
-0,267
-0,178
-0,266
-0,177
-0,263
-0,174
-0,255
-0,166
-0,230
-0,141
1 − αср
0,46
0,6
0,54
0,66
0,54
0,67
0,55
0,67
0,56
0,68
0,59
0,72
αср
0,54
0,4
0,46
0,34
0,46
0,33
0,45
0,33
0,44
0,32
0,41
0,28
A = αср S
1323
980
1127
833
1127
808,5
1102,5
808,5
1078
784
1004,5
686
На рис. 2 графически показано необходимое количество единиц звукопоглощения.
На том же рисунке сплошной линией показана кривая, полученная в результате
расчета, который приводится в пункте №4 настоящей работы.
Рисунок 2. Пределы возможного отклонения количества единиц звукопоглощения от требуемого
5
3. Расчет звукопоглощения, вносимого основным фондом
Расчет ведётся, исходя из оптимального числа исполнителей, которое равно 50.
Кроме того, учитывая, что площадь пола l ∙ b = 30 ∙ 20 = 600м2 , к основному фонду
отнесу ковер с площадью, равной 1/3 площади помещения, т.е. 200 м2.
Также учитываются вентиляционные решетки, площадь которых равна:
𝑆р ≅
𝑉
7500
=
= 25 м2
3 ∙ 102
300
Остальные абсорбенты, относящиеся к основному фонду студии, занесены в табл. 4:
Таблица 4. Расчет звукопоглощения, вносимого основным фондом
Абсорбенты
Кол-во
или
площа
дь
𝛼
А
𝛼
А
𝛼
А
𝛼
А
𝛼
А
𝛼
А
Исполнители
50
0,28
14
0,4
20
0,45
22,5
0,49
24,5
0,47
23,5
0,45
22,5
Инвентарь
100
0,23
23
0,26
26
0,26
26
0,29
29
0,32
32
0,36
36
Ковер (113)
200м2
0,08
16
0,24
48
0,57
114
0,69
138
0,71
142
0,73
146
Пол (210)
400м2
0,09
36
0,08
32
0,08
32
0,09
36
0,1
40
0,1
40
Окно в студ.
аппаратную
Вентиляционные
решетки
Двери (2 шт.)
3м2
0,35
1,05
0,25
0,75
0,18
0,54
0,12
0,36
0,07
0,21
0,04
0,12
25м2
0,3
7,5
0,4
10
0,5
12,5
0,5
12,5
0,5
12,5
0,4
10
6м2
0,14
0,84
0,07
0,42
0,05
0,3
0,04
0,24
0,04
0,24
0,04
0,24
Ворота (1 шт.)
9м2
0,14
1,26
0,07
0,63
0,05
0,45
0,04
0,36
0,04
0,36
0,04
0,36
Декорации
50м2
0,73
36,5
0,59
29,5
0,75
37,5
0,71
35,5
0,76
38
0,7
35
125
250
500
1000
2000
4000
Итого: S0 = 693 м2
А0 = 136,2
А0 = 167,3
А0 = 245,8
А0 = 276,5
А0 = 288,8
А0 = 290,2
Следует добавить
А-А0
1186,8...843,8
959,7...665,7
881,2...562,7
826…532
789,2...495,2
714,3...395,8
Оставшаяся площадь S-S0= 2450 – 693 = 1757 м2.
Добавочное число единиц звукопоглощения для каждой расчетной частоты должно
оказаться в пределах, указанных в последней строке табл.4.
6
4. Расчет звукопоглощения, вносимого специальными материалами и
конструкциями
На основании данных, полученных в предыдущем пункте работы, рассчитаю
звукопоглощение, вносимое специальными материалами, и составлю таблицу подбора
абсорбентов (табл.5).
В телевизионных студиях применяются декоративные занавеси в качестве фона
позади лектора, диктора или небольшого инструментального ансамбля. Использую с этой
целью занавес №121 площадью 250 м2
Попробую применить хотя бы два поглотителя: низкочастотный и высокочастотный.
Разделю примерно пополам оставшуюся площадь: (1757-250)/2= 753,5м2.
Если считать, что площадь высокочастотного поглотителя порядка 750-760м2, а из
требуемых на частоте 4000Гц 555-ти единиц звукопоглощения высокочастотный абсорбент
должен внести около 460-470 единиц (с учётом того, что часть внесет занавес), то αmax =
465/755 = 0,62. Из теоретических материалов нахожу, что близкими данными обладает
поглотитель №722.
Теперь выберу низкочастотный поглотитель.
На частоте 125 Гц низкочастотный абсорбент должен внести около 940-950 единиц
звукопоглощения, в то же время на частоте 250 Гц количество единиц звукопоглощения
существенно ниже, следовательно, нужно выбрать абсорбент, с существенно меньшим
коэффициентом звукопоглощения на частоте 250 Гц по сравнению со 125 Гц. Такими
свойствами обладает абсорбент №762.
Таблица 5. Расчет специальных звукопоглощающих материалов
F
S,м2
Aдоб.ср
№
Погл.
755
722
752
762
250
121
1-ый итог
1757м2 Ас
Адоб. ср. - Ас
-120
722
+120
762
2-ой итог
1757м2 Ас
Адоб. ср. - Ас
Допуск:
Аобщ = А0 + Ас
125 Гц
1015
А
α
250 Гц
813
А
α
500 Гц
722
А
α
0,10 75,5
0,98 736,96
0,04 10
822,46
0,15 113,25
0,88 661,76
0,07 17,5
792,51
0,45 339,75
0,52 391,04
0,13 32,5
763,29
192,54
0,10
63,5
0,98 854,56
928,06
20,49
-41,29
0,15 95,25 0,45 285,75
0,88 767,36 0,52 453,44
880,11
771,69
86,94
1186,8...843,8
1064,26
-67,11
959,7...665,7
1047,41
-49,69
881,2…562,7
1017,49
7
1000 Гц
679
А
α
2000 Гц
642
А
α
4000 Гц
555
А
α
0,55 415,25 0,60 453
0,21 157,92 0,16 120,32
0,22 55
0,33 82,5
628,17
655,82
0,60 453
0,14 105,28
0,35 87,5
645,78
50,83
0,55 349,25
0,21 183,12
587,37
-13,82
0,60
381
0,16 139,52
603,02
-90,78
0,60
381
0,14 122,08
590,58
91,63
826…532
863,87
38,98
789,2…495,2
891,82
-35,58
714,3…395,8
880,78
1-ый итог: Сравнивая полученные результаты с максимально допустимыми
пределами (табл. 4), замечаю, что наблюдается недобор единиц звукопоглощения на
частоте 125 Гц, поэтому целесообразно уменьшить площадь, занимаемую поглотителем
№722 и увеличить площадь, занимаемую поглотителем №762.
2-ой итог: на всех частотах получились величины единиц звукопоглощения,
удовлетворяющие допустимым.
5. Расчет времени стандартной реверберации
Полученные результаты позволяют вычислить частотную зависимость стандартной
реверберации, используя формулу (1), которую целесообразно написать в виде:
T=
0,07 ∙ V
A
4 ∙ δ − S ∙ lg(1 − S )
где:
А – общее число единиц звукопоглощения, вносимых основным, специальным и
дополнительным фондами абсорбентов;
S- суммарная площадь всех поверхностей помещения; (0,07 V = 0.07 7500 = 525 м3).
Результаты вычислений сведены в табл.6.
Таблица 6. Расчет времени стандартной реверберации
F, Гц
А
А/𝑆
1 − А/𝑆
𝑙𝑔(1 − А/𝑆)
−𝑆 ∙ 𝑙𝑔(1 − А/𝑆)
0,4∙ 𝛿 ∙ 𝑉
T,c
125
1064,26
0,434
0,566
-0,247
605,15
0
0,87
250
1047,41
0,428
0,572
-0,243
595,35
0
0,88
500
1017,49
0,415
0,585
-0,233
570,85
3
0,92
1000
863,87
0,353
0,647
-0,189
463,05
9
1,11
2000
891,82
0,364
0,636
-0,197
482,65
30
1,02
4000
880,78
0,36
0,64
-0,194
475,3
90
0,93
По вычисленным величинам построю частотную характеристику стандартной
реверберации:
Рис. 3. Частотная зависимость полученного в результате расчета времени реверберации
(сплошная кривая) и допустимые значения (пунктир)
8
В табл. 7 указаны типы применённых звукопоглощающих материалов, а также
занимаемая ими площадь:
Таблица 7. Типы примененных звукопоглощающих материалов
№
1
2
3
Номер
Материал
Площадь,
абсорбента
м2
Занавес, хлопок, 500 г/м2
121
250
Стекловата.
h
=
30
мм
722
635
Перфорированные фанерные листы с
762
872
поглотителем из минеральной ваты.
h = 4 мм; d = 4 мм; D = 40 мм;
a1 = 200мм; a2 = 100мм
Итого 1757,0
6. Расчет звукоизоляции студийного помещения
План расположения студии с указанием основных размеров (в метрах) и смежных
помещений показан на рис. 4.
Рис. 4. План расположения студии и смежных помещений
9
Допустимый уровень шумов в студии N0 = 30 дБ, а общее число единиц
звукопоглощения 𝐴 = αS = 961.
Все предварительные данные – все преграды, с каким помещением она граничит, ее
линейные размеры и площадь Sk занесены в табл.8.
Учитывая большой размер студии, задаю уровень шума от работы вентиляционных
устройств Nв = 20 дБ.
Из формулы:
следует, что, при N0 = 30 дБ:
exp(0,23 ∙ 30)=exp(6,9) = 992,3
при Nв=20 дБ:
ехр(0,23∙20) = ехр(4,6) = 99,5
Следовательно, по левой части вышеприведенной формулы, имеем:
(992,3-99,5)∙961=857981 = N
где N – предельная сумма слагаемых.
Средняя величина каждого слагаемого: N/n = 857981/14=61284.
Требуемая величина коэффициента для каждой преграды находится по формуле:
Подобрав по величине требуемого коэффициента звукоизоляции конструкции всех
преград, получаю сумму 14 слагаемых, равную 126177, что меньше ранее вычисленной N
= 857981.
Общий уровень шумов:
(exp(0,23 ∙ N0 ) - exp(0,23 ∙ Nв)) ∙ aS = N
exp(0,23 ∙ N0 ) - exp(0,23 ∙ 20) = N/aS
exp(0,23 ∙ N0) = 231
N0 = ln(231)/0,23
откуда N0 = 23,7 дБ , что не превышает допустимый уровень шумов в студии
(Nо = 30 дБ).
10
Можно уменьшить стоимость строительства, заменив стену между студией и
аппаратной на более тонкую (в табл. 8 в скобках), что незначительно повлияет на общий
уровень помех:
(exp(0,23 ∙ N0 ) - exp(0,23 ∙ Nв) ∙ aS = N
exp(0,23 ∙ N0 ) - exp(0,23 ∙ 20) = N / aS
exp(0,23 ∙ N0) = 467
N0=ln(467) / 0,23
откуда N0 = 26,7 дБ , что не превышает допустимый уровень шумов в студии
(Nо = 30 дБ).
11
Таблица 8. Расчет звукоизоляции от воздушных шумов
№
1
Вид
преграды
Стена
С чем
граничит
Студийная
аппаратная
3
Смотровое Студийная
окно
аппаратная
Стена
Двор
4
5
6
Дверь
Дверь
Стена
Тамбур
Тамбур
Тамбур
7
Стена
Тамбур
8
9
Ворота
Стена
Тамбур
Тамбур
2
10 Стена
12 Стена
Служебное
помещение
Служебное
помещение
Тамбур
13 Пол
Подвал
14 Потолок
Служебное
помещение
11 Стена
Линейные
размеры
(12.5 ∙ 14) − 3
Выбранная конструкция
Nк , Требуется
дБ
σк ,дБ
85
60
Кирпичная отштукатуренная
стена 660 мм
(Кирпичная отштукатуренная
стена 270 мм)
3
85
42
Двухстекольное смотровое окно
3∙1
с тщательной звукоизоляцией
250 65
41
Кирпичная отштукатуренная
12,5 ∙ 20
стена 140 мм
3
50
7
Дверь с прокладкой
1,5∙ 2
3
50
7
Дверь с прокладкой
1,5∙ 2
34,5 50
18
Кирпичная отштукатуренная
(3 ∙ 12,5) − 3
стена 140 мм
34,5 50
18
Кирпичная отштукатуренная
(3 ∙ 12,5) − 3
стена 140 мм
9
50
12
Ворота ТВ студии
3∙3
41
50
18
Кирпичная отштукатуренная
(4 ∙ 12,5) − 9
стена 140 мм
325 60
37
Кирпичная отштукатуренная
26 ∙ 12,5
стена 140 мм
337,5 60
37
Кирпичная отштукатуренная
27 ∙ 12,5
стена 140 мм
37,5 50
18
Кирпичная отштукатуренная
3 ∙ 12,5
стена 140 мм
600 60
40
Междуэтажное перекрытие,
30 ∙ 20
типовое с воздушным
промежутком
600
80
60
То же, но акустически
30 ∙ 20
обработанное
Итого: 2450
Sк ,
м2
172
12
𝜎к ,
дБ
61
(53)
0,23 ∙ (Nк
− σк )
5,52
(7,36)
exp[0,23
∙ (Nк − σк )]
249,6
(1571,8)
Sк exp[0,23 ∙ (Nк
− σк )]
42931
(270349)
45
9,2
9897,1
29691
47
4,14
62,8
15700
29
29
47
4,83
4,83
0,69
125,2
125,2
1,99
376
376
69
47
0,69
1,99
69
25
47
5,75
0,69
314,2
1,99
2828
82
47
2,99
19,9
6468
47
2,99
19,9
6716
47
0,69
1,99
75
55
1,15
3,16
1896
65
3,45
31,5
18900
Итого:
126177
(353595)
7. Построение и анализ трехмерной модели студийного помещения
Рис.5. Модель искомого студийного помещения, построенная с помощью программы
Ulysses
Рисунок 6. Результат моделирования, без учета размещения исполнителей или слушателей
13
Рисунок 7. Результат моделирования, с размещением 50 пустых стульев для исполнителей и 75
пустых кресел для слушателей
Рисунок 8. Результат моделирования, с размещением 50 стульев и 75 кресел, занятых на 2/3
Рисунок 9. Результат моделирования, с размещением 50 стульев и 75 кресел, занятых полностью
14
Таблица 9. Результаты анализа времени стандартной реверберации
Параметр
Теоретический расчет
Результат моделирования,
без учета размещения
исполнителей или
слушателей.
Результат моделирования,
с размещением 50 пустых
стульев для исполнителей
и 75 пустых кресел для
слушателей
Результат моделирования,
с размещением 50 стульев
и 75 кресел, занятых на 2/3
Результат моделирования,
с размещением 50 стульев
и 75 кресел, занятых
полностью
Т, с
125Гц
0,87
0,91
250Гц
0,88
0,93
500Гц
0,92
0,98
1000Гц
1,11
1,18
2000Гц 4000Гц
1,02
0,93
1,12
0,95
0,92
0,94
1,01
1,20
1,16
0,98
0,89
0,92
0,98
1,14
1,09
0,93
0,88
0,91
0,96
1,12
1,06
0,91
При моделировании (без учета исполнителей и слушателей) не учитывались
исполнители и инвентарь, которые были учтены, как основной фонд при теоретическом
расчете. Также при моделировании в качестве декораций, был использован материал №
1038, характеристики поглощения которого приближены, но не идентичны тем, которые
были использованы в теоретическом расчете, поэтому результаты, полученные
посредством моделирования, отличны от результатов, полученных в результате
теоретического расчета.
При моделировании заполненного помещения (при 50 исполнителях и 75
слушателях) характеристики максимально схожи с теоретическим расчетом.
15
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1) Ю.А. Ковалгин, О.А. Свиньина, А.А.Фадеев. «Расчет аппаратно - студийного комплекса
телерадиовещания и аудиотехники. Часть 1. Расчет акустического оформления студий.»
Методические указания по курсовому проектированию, 2013 г. 71 стр.
2) Учебное пособие для высших учебных заведений. «ЭЛЕКТРОАКУСТИКА И
ЗВУКОВОЕ ВЕЩАНИЕ». А.А. Фадеев, И.А. Алдошина, Э.И. Вологдин. Москва. Горячая
линия - Телеком 2007. 702 стр.
16