КР РАСЧЕТ АППАРАТНО-СТУДИЙНОГО КОМПЛЕКСА ТЕЛЕРАДИОВЕЩАНИЯ И АУДИОТЕХНИКИ

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