ΗΛΕΚΤΡΟΑΚΟΥΣΤΙΚΗ ΑΚΟΥΣΤΙΚΗ ΚΛΕΙΣΤΩΝ ΧΩΡΩΝ

Transcript

1 ΗΛΕΚΤΡΟΑΚΟΥΣΤΙΚΗ ΑΚΟΥΣΤΙΚΗ ΚΛΕΙΣΤΩΝ ΧΩΡΩΝ ΓΙΑΝΝΗΣ ΜΟΥΡΤΖΟΠΟΥΛΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΟΜΑΔΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΗΧΟΥ & ΑΚΟΥΣΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΕΝΣΥΡΜΑΤΗΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

2 1. εισαγωγή συνέχεια

3 ένα ηχητικό σύστημα Ακουστικά υποσυστήματα Ηλεκτρικά υποσυστήματα Ακουστικά υποσυστήματα Ακουστική ανάδραση + Ακουστική πηγή Ακουστικός Χώρος Μικρόφωνο Προενισχυτής Ενισχυτής Ισχύος Μεγάφωνο Ακουστικός Χώρος Δέκτης ή ακροατής Ηλεκτρική πηγή Βοηθητικά συστήματα Προαιρετικά - βοηθητικά υποσυστήματα

4 σημασία της σωστής ακουστικής ενός χώρου επιτρέπει τη βέλτιστη επικοινωνία ενός ακουστικού σήματος καταληπτότητα ομιλίας, ανάδειξη ήχου μουσικών οργάνων σωστή απόκριση και απόδοση ηλεκτροακουστικών συστημάτων τα ακουστικά χαρακτηριστικά πρέπει να συμβαδίζουν με τη χρήση η σωστή ακουστική επίδραση είναι θέμα αναλογίας σε ειδικές περιπτώσεις έχει τελετουργικό χαρακτήρα

5 ιστορική αναδρομή αρχαία ελληνικά θέατρα(επίδαυρος) κλειστοί συναυλιακοί χώροι (Musicverein) Wallace Sabine, κτιριακή ακουστική Manfred Schroeder, χρήση υπολογιστών

6 ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΘΕΩΡΙΑ ιστορική αναδρομή - επισκόπηση ακουστική κλειστών χώρων (κτιριακή ακουστική) ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ σταθερή διέγερση / συχνότητα ΕΝΕΡΓΙΑΚΗ ΘΕΩΡΙΑ / συχνότητα ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ σταθερή ή μεταβατική διέγερση / όλες οι συχνότητες ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΣΤΑΣΙΜΑ ΚΥΜΑΤΑ βελτιστοποίηση σε πολύ χαμηλές συχνότητες ΑΝΑΛΥΣΗ ΠΕΔΙΟΥ ΗΧΟΣΤΑΘΜΗ, ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΚΑΛΗΣ ΑΚΟΥΣΤΙΚΗΣ ΑΠΟΣΤΑΣΗ ΠΗΓΗΣ / ΔΕΚΤΗ, ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΧΡΟΝΟΣ ΑΝΤΗΧΗΣΗΣ ΟΓΚΟΣ ΧΩΡΟΥ, ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ, ΥΛΙΚΑ ΨΥΧΟΑΚΟΥΣΤΙΚΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ, ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΕΠΙΘΥΜΗΤΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΣΧΗΜΑ ΧΩΡΟΥ & ΕΠΙΦΑΝΕΙΕΣ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΚΡΟΥΣΤΙΚΗ ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑΣ ΘΕΩΡΙΑ ΨΕΣ ΠΡΟΣΙΜΟΙΩΣΗ & ΑΚΡΟΑΣΗ «μακροσκοπική» βελτιστοποίηση «μικροσκοπική» βελτιστοποίηση

7 ιστορική αναδρομή - επισκόπηση διαδικασία ακουστικού σχεδιασμού χώρου Αρχιτεκτονικός σχεδιασµός Ακουστική µελέτη (Ανα)κατασκευή χώρου Ακουστική µέτρηση Βελτίωση λεπτοµερειών ή Διαμόρφωση χώρου θεωρητικό πλαίσιο: γεωμετρική ακουστική εργαλεία: θεωρία και μέθοδοι σημάτων - συστημάτων χαρακτηριστικά υλικών ήχοαπορρόφησης

8 βασικές έννοιες στην Ηλεκτροακουστική Ι, η διάδοση του ήχου μελετήθηκε σε συνθήκες «ελεύθερου πεδίου» στο ελεύθερο πεδίο, η Στάθμη Ηχητικής Πίεσης (SPL), μειώνεται κατά 6 db για κάθε διπλασιασμό της απόστασης πηγής δέκτη όταν η πηγή βρεθεί σε κλειστό χώρο, εμφανίζονται ανακλάσεις του ήχου από τις επιφάνειες σε κλειστούς χώρους η ηχοστάθμη δεν μειώνεται σημαντικά αυξάνοντας την απόσταση από την πηγή πολλαπλές ανακλάσεις οδηγούν στο φαινόμενο της ακουστικής αντήχησης (περίπου για f > 200 Hz) ειδικές συνθήκες διέγερσης ιδιορυθμών του χώρου, οδηγούν στο φαινόμενο των συντονισμών σε μορφή στάσιμων κυμάτων (περίπου για f < 200 Hz)

9 βασικές έννοιες (παράμετροι του χώρου) οι διαστάσεις του χώρου (και ο προκύπτων όγκος V (m 3 )) l z l x l y μεγάλη διάσταση το σχήμα του χώρου η απορρόφηση και διάχυση του ήχου στις επιφάνειες

10 βασικές έννοιες (ακουστική συμπεριφορά χώρων) οι ακουστικά «μικροί» χώροι, με απόκριση κυρίως: από πρώιμες ανακλάσεις διακριτά στάσιμα κύματα οι ακουστικά «μεγάλοι» χώροι, με απόκριση κυρίως: από πολλαπλές ανακλάσεις (αντήχηση) πολλαπλά στάσιμα κύματα (στατιστική ακουστική, χώροι Sabine, ) για ηχητικά κύματα 16 Hz < f < 20 KHz, άρα 17 mm < λ < 21 m ακουστικά μικροί : l y < 21 m ακουστικά μεγάλοι : l y > 21 m

11 βασικές έννοιες (ακουστική συμπεριφορά χώρων) αποκοπή στάσιμα κύματα στατιστική ακουστική (διάχυση) γεωμετρική ακουστική (ανακλάσεις) 16 Hz 20 ΚHz A B C D f (Hz) f 1 c /2l y 172/l y (Hz) f RT/ V (Hz) f 3 4 f 2 (Hz) π.χ. l x = 10m l y = 20m l z = 7m V = 10Χ20Χ7 = 1400 m 3 f 1 8,6 Hz f 2 42,32 Hz f 3 169,31 Hz

12 βασικές έννοιες (ακουστική συμπεριφορά χώρων) ανάλυση ιδιορυθμών στάσιμα κύματα ανάλυση ενέργειας στατιστική ακουστική ανάλυση ανακλάσεων γεωμετρική ακουστική 16 Hz 20 ΚHz A B C D f (Hz) f 1 f 2 f 3 f 1 8,6 Hz f 2 42,32 Hz f 3 169,31 Hz

13 βασικές έννοιες (ακουστική χώρων σαν σύστημα) είσοδος κρουστική διέγερση δ(t) ανάλυση στο πεδίο χρόνου έξοδος κρουστική απόκριση h(t) χώρος είσοδος διέγερση «λευκού» θορύβου Δ(f) ανάλυση στο πεδίο συχνότητας έξοδος απόκριση συχνότητας Η(f)

14 πλάτος βασικές έννοιες (ακουστική χώρων σαν σύστημα) είσοδος κρουστική διέγερση δ(t) έξοδος κρουστική απόκριση h(t) χρόνος (ms) ανάλυση στο πεδίο χρόνου

15 μέτρο (db) βασικές έννοιες (ακουστική χώρων σαν σύστημα) είσοδος διέγερση «λευκού» θορύβου Δ(f) έξοδος απόκριση συχνότητας Η(f) συχνότητα (Hz) ανάλυση στο πεδίο συχνότητας

16 2. κυματικά φαινόμενα συνέχεια

17 πίεση στάσιμα κύματα (μονοδιάστατα) άξονας απόστασης οδεύον επίπεδο κύμα οδεύον επίπεδο κύμα αποτέλεσμα f 0 c 2l y c

18 στάσιμα κύματα σε παραλληλεπίπεδους χώρους κατηγορίες συντονισμών σε ορθογώνιους παραλληλεπίπεδους χώρους (α) αξονικοί συντονισμοί (axial modes) (β) εφαπτόμενοι συντονισμοί (tangential modes) (γ) πλάγιοι συντονισμοί (oblique modes)

19 στάσιμα κύματα (πολλαπλοί αξονικοί ρυθμοί) σε παραλληλεπίπεδους χώρους 1 ος αξονικός κατά μήκος ρυθμός για συχνότητα f 0 2 ος αξονικός κατά μήκος ρυθμός για συχνότητα f 1 άξονας μήκους

20 άξονας πλάτους στάσιμα κύματα (πολλαπλοί αξονικοί ρυθμοί) σε παραλληλεπίπεδους χώρους 2 ος αξονικός κατά πλάτος ρυθμός για συχνότητα f 2 2 ος αξονικός κατά μήκος ρυθμός για συχνότητα f 1 άξονας μήκους

21 άξονας πλάτους στάσιμα κύματα (πολλαπλοί αξονικοί ρυθμοί) σε παραλληλεπίπεδους χώρους σύνθετοι αξονικοί κατά πλάτος και μήκος ρυθμοί για συχνότητα f Ν άξονας μήκους

22 άξονας πλάτους στάσιμα κύματα (πολλαπλοί αξονικοί ρυθμοί) σε παραλληλεπίπεδους χώρους σύνθετοι αξονικοί κατά πλάτος και μήκος ρυθμοί για συχνότητα f Ν άξονας μήκους

23 στάσιμα κύματα (πολλαπλοί αξονικοί ρυθμοί) σε παραλληλεπίπεδους χώρους οι ιδιορυθμοί (τρόπο) ορίζονται από αρίθμηση n x, n y, n z : f n n n x y z c n n x y n z 2 l x l y lz υπολογίζονται μόνο συχνότητες, όχι πλάτος του τρόπου

24 Α/Α n x n y n z f n (Hz) Αξονικός Εφαπτόμενος Πλάγιος στάσιμα κύματα (παράδειγμα) συχνότητες συντονισμών για αίθουσα 7,42 x 5,7 x 3,37 m

25 σε παραλληλεπίπεδους χώρους στάσιμα κύματα πλήθος συντονισμών N 4 3 f V 2 f S fl 3 3c 2 4c 8c V = l x l y l z (m 3 ) S = 2(l x l y + l y l z + l x l z ) (m 2 ) L = 4(l x +l y +l z ) (m) πλήθος συντονισμών για αίθουσα 7,42 x 5,7 x 3,37 m (σε ζώνη 5 Ηz)

26 στάσιμα κύματα (πολλαπλοί αξονικοί ρυθμοί) σε παραλληλεπίπεδους χώρους σύμπτωση τρόπων οι ιδιορυθμοί σε μεγάλο δωμάτιο 12m x 4m x 8m συχνότητα (Hz)

27 στάσιμα κύματα (πολλαπλοί αξονικοί ρυθμοί) σε παραλληλεπίπεδους χώρους σύμπτωση τρόπων οι ιδιορυθμοί σε μικρό δωμάτιο 4m x 5m x 3m συχνότητα (Hz)

28 πρακτική αντιμετώπιση στάσιμων κυμάτων οι κλειστοί χώροι πάντα δημιουργούν στάσιμα εν μέρει ελέγχονται με αποφυγή πλήρους παραλληλίας στις επιφάνειες η επιλογή διαστάσεων καθορίζει τις συχνότητες των πρώτων τρόπων σύμπτωση 2 ή περισσοτέρων αξονικών τρόπων πρέπει να αποφεύγεται γενικά συχνοτική απόσταση λιγότερη των 20Hz σε τρόπους, βελτιώνει την ακουστική

29 3. ενεργειακά φαινόμενα συνέχεια

30 db-spl ενεργειακή ανάλυση υψηλή αντήχηση πεδίο ανεξάρτητο της αντήχησης χαμηλή αντήχηση ελεύθερο πεδίο 6dB/oct απόσταση πηγής - δέκτη, r (m) η ηχοστάθμη δεν μειώνεται λόγω των ανακλάσεων το ποσοστό της ενέργειας που ανακλάται, εξαρτάται από την απορρόφηση στις επιφάνειες

31 απορρόφηση του ήχου η απορρόφηση του στην κάθε επιφάνεια, δίνεται από το συντελεστή α W a W η συνολική απορρόφηση Α του χώρου εξαρτάται από το άθροισμα της απορρόφησης που συνεισφέρουν όλες οι επιφάνειες a A = S 1 α 1 +S 2 α S n α n S a S a... S S n a n (m 2 Sabines) A S η σταθερά δωματίου δίνεται από τη σχέση: R A 1 a

32 απορρόφηση του ήχου Υλικό Συχνότητα (Hz) Μ.Ο. Αέρας ,003 0,007 0,02 0,005 Νερό 0,08 0,08 0,013 0,015 0,02 0,025 0,038 Τοίχος βαμμένος 0,10 0,05 0,06 0,07 0,09 0,08 0,075 Πάτωμα - ξύλο 0,15 0,11 0,10 0,07 0,06 0,07 0,093 Πάτωμα - χαλί 0,02 0,06 0,14 0,37 0,6 0,65 0,3 Γυαλί (παράθυρο) 0,35 0,25 0,18 0,12 0,07 0,04 0,17 Κουρτίνες 0,03 0,4 0,11 0,17 0,24 0,35 0,21 Ξύλινη πόρτα 0,1 0,07 0,05 0,04 0,04 0,04 0,056 Ακροατής (ανά άτομο) 0,15 0,1 0,4 0,45 0,5 0,45 0,34

33 στατιστική ανάλυση ενεργειακής κατάστασης η στατιστική ανάλυση ισχύει για «μεγάλους» ακουστικά χώρους σε περιπτώσεις που το αντηχητικό πεδίο έχει μεγάλη συνεισφορά και η μέση τιμή της ηχοστάθμης είναι παντού σταθερή θεωρούμε ότι η ροή της ηχητικής ενέργειας εμφανίζεται με ίσες πιθανότητες σε όλες τις θέσεις και διευθύνσεις πρακτικά, η ανάλυση ισχύει σε όλες τις περιπτώσεις, αλλά όχι σε «μικρούς» ακουστικά χώρους, όπου το πεδίο καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από ιδιορυθμούς

34 στατιστική ανάλυση ενεργειακής κατάστασης, ισχύει πάνω από τη συχνότητα Schroeder [Schroeder, 1954]: πεδίο συχνότητας f Schroeder 2000 RT V f Schroeder το πραγματικό και φανταστικό μέρος της συνάρτησης μεταφοράς πίεσης είναι ανεξάρτητες γκαουσιανές διεργασίες η διασπορά τιμών της συνάρτησης είναι 5.57 db πεδίο χρόνου, μετά κάποιο χρονικό διάστημα [Polack, 1988]: t trans V (ms) t mixing

35 στατιστική ανάλυση ενεργειακής κατάστασης υποτίθεται ότι το πεδίο είναι ομοιόμορφο και κάθε ανάκλαση στα τοιχώματα χάνει ενέργεια που εξαρτάται από τον συντελεστή α (μέση τιμή απορρόφησης) ο μέσος όρος των ανακλάσεων / δευτ. είναι: όπου c (m/s) η ταχύτητα του ήχου (340m/s) σε χρόνο t, μετά nt ανακλάσεις, η ενέργεια θα είναι: n Sc 4V E( t) E( t) E( t) E( t) E E E E (1 ) (1 ) e e ln[(1 ) nt Sc t 4V Sc t 4V Sc t ln(1 ) 4V ]

36 στατιστική ανάλυση ενεργειακής κατάστασης Χρόνος Αντήχησης RT ορίζεται σαν τη διάρκεια που απαιτείται για την μείωση της ηχοστάθμης κατά 60 db: Sc E ( RT ) ln(1 ) RT 6 4V E επιλύνοντας προς RT : 0 10 e 6 4V ln(10 ) RT Sc ln(1 ) V RT S ln(1 ) τύπος Eyring για μικρά α, ln(1-a)~a και άρα: V V RT S A τύπος Sabine

37 ηχοστάθμη (db) χρόνος αντήχησης 0-10 χώρος με χαμηλή αντήχηση RT = 0,5 s χώρος με μέτρια αντήχηση RT = 1 s χώρος με μεγάλη αντήχηση RT = 2 s χρόνος (ms) ο Χρόνος Αντήχησης πρέπει να συμβαδίζει με τη χρήση του χώρου για δεδομένο χώρο (V) ελέγχεται με τα υλικά στις επιφάνειες (Α)

38 χρόνος αντήχησης θρησκευτική μουσική, λειτουργία

39 RT (s) χρόνος αντήχησης

40 χρόνος αντήχησης ο Χρόνος Αντήχησης RT πρέπει να συμβαδίζει με τη χρήση του χώρου για δεδομένο χώρο (V) ελέγχεται με τα υλικά στις επιφάνειες (Α) Πρότυπο k Δ DIN (2004) Μουσική 0,45 0,072 DIN (2004) Ομιλία 0,365-0,13 DIN (2004) Οπτικοακουστική παρουσίαση 0,317-0,151 ÖNORM B (2005) Μουσική εξάσκηση 0,4578-0,3461 ÖNORM B (2005) Ξενόγλωσση ομιλία 0,258-0,137 Everest (2009, σ. 172) Αίθουσες ακροάσεων 0,123 0,433 Everest (2009, σ. 172) Στούντιο τηλεόρασης 0,304-0,442 Everest (2009, σ. 172) Στούντιο ηχογράφησης 0,287-0,085 Everest (2009, σ. 171) Εκκλησίες 0,378 0,293 Προτιμώμενος RT RT k / log( V ) τύπος Sabine V V RT S A

41 διαφορά χρόνου (RT - RT m ) χρόνος αντήχησης όρια για χαμηλές συχνότητες μέση τιμή RT m όρια για ψηλές συχνότητες συχνότητα (Hz) ο Χρόνος Αντήχησης μην υπερβαίνει κάποια όρια στις χαμηλές-μέσες συχνότητες για δεδομένο χώρο (V) ελέγχεται με τα υλικά στις επιφάνειες (Α)

42 ενεργειακή ανάλυση πεδίου απευθείας σήμα : p wq c 4r 2 rms, d 2 Κατευθυντικότητα πηγής Q = 1 για παντοκατευθυντική όπου : Q I d I 0 σήμα από αντήχηση (πολλαπλές ανακλάσεις: 2 rms, r λόγος στάθμης απευθείας / αντήχηση: p 4w c R QR D/ R10log( )db 2 16r

43 ενεργειακή ανάλυση πεδίου συνολική πίεση σε απόσταση r και για κατευθυντική πηγή : 2 2 Q 4 prms, d prms, r w c( )Pa 2 4 r R όπου : Q I d I 0 συνολική ηχοστάθμη σε απόσταση r και για κατευθυντική πηγή : L p Q Lw10log( 4 2 r R 4 )db όπου : L W W 10log 10logW 120dB W 0 στο απευθείας πεδίο, η ηχοστάθμη εξαρτάται από την απόσταση και το Q : στο αντηχητικό πεδίο, η ηχοστάθμη εξαρτάται από την απορρόφηση : L L 10log p W Q 4 r 2 4 Lp LW 10log R

44 db-spl ενεργειακή ανάλυση πεδίου συνδυάζοντας τα 2 πεδία, η ηχοστάθμη σε απόσταση r από κατευθυντική πηγή σε κλειστό χώρο : Q Lp LW 10log r R εξίσωση Hopkins-Stryker -6 υψηλή αντήχηση -12 πεδίο ανεξάρτητο της αντήχησης χαμηλή αντήχηση ελεύθερο πεδίο 6dB/oct απόσταση πηγής - δέκτη, r (m)

45 ενεργειακή ανάλυση πεδίου η απόσταση που τα 2 πεδία, έχουν ίση ηχοστάθμη, ορίζει την κρίσιμη απόσταση r c του χώρου : Q 4 r R 2 4 c όπου : r c QR 16 σε αποστάσεις του δέκτη πέρα από την κρίσιμη, η καταληπτότητα της ομιλίας μειώνεται γενικά, ένα παντοκατευθυντικό μικρόφωνο πρέπει να τοποθετείται σε r < 0.3 r c, ενώ ένα κατευθυντικό σε r < 0.5 r c σημαντική παράμετρος είναι η στάθμη του λόγου απ ευθείας προς ανακλώμενου σήματος QR LP D / R 10log( ) 2 16 r όπου R είναι η σταθερά δωματίου

46 ενεργειακή ανάλυση πεδίου απευθείας πεδίο πεδίο αντήχησης πηγή δέκτης - ακροατής ελεύθερο πεδίο κρίσιμη απόσταση r c

47 4. ανακλάσεις συνέχεια

48 γεωμετρική ακουστική σε σχετικά ψηλές συχνότητες, ο ήχος προσεγγίζεται σαν ακτίνα φωτός κάθε επιφάνεια συνεισφέρει μία πρώτη ανάκλαση η ανάλυση ισχύει κυρίως για την περιοχή D πηγή δέκτης - ακροατής επιφάνεια είδωλο

49 πλάτος γεωμετρική ακουστική κρουστική απόκριση h(t) χρόνος t πηγή δέκτης - ακροατής επιφάνεια είδωλο

50 γεωμετρική ακουστική

51 γεωμετρική ακουστική πηγή ακροατήριο

52 γεωμετρική ακουστική προβλήματα από ανακλάσεις αξιοποίηση ανακλάσεων

53 πλάτος γεωμετρική ακουστική απευθείας σήμα ανάκλαση από πίσω τοίχο ανάκλαση από πλαϊνό τοίχο πρώιμες ανακλάσεις αντήχηση κρουστική απόκριση h(t) αρχικό (χρήσιμο) σήμα καθυστερημένο (άχρηστο) σήμα χρόνος (ms) ανάκλαση από πάτωμα καθυστερημένες ανακλάσεις (ηχώ) για πέρα από 55ms

54 πλάτος (db) γεωμετρική ακουστική απευθείας σήμα ανάκλαση από πίσω τοίχο ανάκλαση από πλαϊνό τοίχο πρώιμες ανακλάσεις αντήχηση κρουστική απόκριση 20log h(t) αρχικό (χρήσιμο) σήμα καθυστερημένο (άχρηστο) σήμα χρόνος (ms) ανάκλαση από πάτωμα καθυστερημένες ανακλάσεις

55 γεωμετρική ακουστική ο λόγος της ενέργειας μεταξύ χρήσιμου και μη χρήσιμου σήματος είναι : 10log t 0 0 t 0 2 h ( t )dt 2 h ( t )dt για t 0 μόνο για το τέλος του απευθείας ορίζεται ο λόγος απευθείας προς ανακλώμενο D/R του χώρου και ιδανικά D/R > 5 db για t 0 = 80 ms, ορίζεται ο λόγος ευκρίνειας C80 του χώρου και ιδανικά -2 db > C80 > 2 db υπάρχουν λόγοι ενέργειας για ποσοστό ενέργειας πλευρικών ανακλάσεων LEF 1, κοκ...

56 5. καταληπτότητα ομιλίας συνέχεια

57 ακουστική και σήματα ομιλίας ομιλία χωρίς αντήχηση ομιλία με αντήχηση η αντήχηση καλύπτει φωνήματα η αντήχηση καλύπτει φωνήματα η αντήχηση καλύπτει φωνήματα

58 ακουστική και σήματα ομιλίας ομιλία χωρίς αντήχηση ομιλία με αντήχηση η αντήχηση καλύπτει φωνήματα η αντήχηση καλύπτει φωνήματα η αντήχηση καλύπτει φωνήματα

59 ακουστική και σήματα ομιλίας η αντήχηση καλύπτει φωνήματα η αντήχηση καλύπτει φωνήματα η αντήχηση καλύπτει φωνήματα

60 ακουστική και σήματα ομιλίας η καταληπτότητα της ομιλίας υπολογίζεται από τον ALCONS : %ALCONS όπου n είναι ο αριθμός των ηχείων (αν υπάρχουν) Articulation Loss in CONSonants είναι η απώλεια καταληπτότητας σε σύμφωνα ιδανικά ALCONS < 15 % r RT ( n ) QV το κριτήριο RASTI περιγράφει επίσης καταληπτότητα και εξάγεται και από την κρουστική, ιδανικά RASTI >0,5 RASTI 0, , 1845 ln( ALCONS ) RASTI ALCONS (%) καταληπτότητα 0 0,3 > 15 κακή 0,3 0, ικανοποιητική 0,45 0, καλή 0,6 0, πολύ καλή 0,75 1 < 4 τέλεια

61 6. ακουστική χώρων & θεωρία σημάτων συνέχεια

62 βασικές έννοιες (ακουστική χώρων σαν σύστημα) π.χ.. Sweep generator s in (t) Room s out (t) S S in out ( f ) F ( f ) F s in s ( t) out ( t) S ( f ) S ( f ) out RTF H( f ) in

63 βασικές έννοιες (ακουστική χώρων σαν σύστημα) είσοδος κρουστική διέγερση δ(t) ανάλυση στο πεδίο χρόνου έξοδος κρουστική απόκριση h(t) s in (t) χώρος Room s out (t) είσοδος διέγερση «λευκού» θορύβου Δ(f) ανάλυση στο πεδίο συχνότητας έξοδος απόκριση συχνότητας Η(f)

64 7. διάχυση και απορρόφηση συνέχεια

65 διαχυτές βοηθούν στη μείωση ισχυρών ανακλάσεων είναι καλύτερα η ενέργεια να διαχυθεί προς όλες τις διευθύνσεις πηγή δέκτης δέκτης ανακλαστική επιφάνεια επιφάνεια με διάχυση τυχαίο προφίλ επιφάνειας δεν εγγυάται σωστή διάχυση συνήθως το προφίλ έχει ελεγχόμενες διακυμάνσεις

66 διαχυτές ο Schroeder πρότεινε προφίλ με βάση συναρτήσεις MLS ή «τετραγωνικού υπολοίπου» πλάτος βάθος το εύρος των συχνοτήτων που διαχέονται καθορίζεται από το βάθος και το πλάτος των εγκοπών

67 απορρόφηση ήχου η απορρόφηση του ήχου γίνεται με μετατροπή της ενέργειας του κύματος σε θερμότητα, συνήθως μέσω τριβής το κύμα διαπερνά πορώδη υλικά σε ψηλές συχνότητες και χάνει ενέργεια μέσω τριβής και άλλων μηχανισμών για μέγιστη απορρόφηση στις ψηλές συχνότητες το πορώδες υλικό πρέπει να τοποθετείται εκεί που η απομάκρυνση των στοιχειωδών σωματιδίων είναι μέγιστη σε χαμηλές συχνότητες, η ενέργεια του κύματος μεταφέρεται σε σταθερές μεγάλες επιφάνειες που απορροφούν τον ήχο μέσω ταλάντωσης

68 απορρόφηση ήχου υλικό με κλειστούς πόρους υλικό με ανοιχτούς πόρους

69 απορρόφηση ήχου μείωση κινητικής ενέργειας ανάλογη σωματιδιακής ταχύτητας

70 απορρόφηση ήχου p U μέγιστη ταχύτητα και θέση για πορώδη απορροφητή μεσαίων - υψηλών λ/4 λ

71 απορρόφηση ήχου ηχοαπορροφητικό υλικό υψηλή συχνότητα π.χ. 40mm χαμηλή συχνότητα

72 απορρόφηση ήχου

73 απορρόφηση ήχου συντονιστής Helmholtz επιφάνεια Α μήκος l όγκος V f 0 c 2 A Vl ο κύριος όγκος V του αέρα λειτουργεί σαν ελατήριο ο αέρας στο λαιμό λειτουργεί σαν μάζα

74 συντονιστής Helmholtz διάτρητες πλάκες απορρόφηση ήχου

75 απορρόφηση ήχου απορροφητής παράλληλων διατρήσεων συμπαγείς βέργες πορώδες απορροφητικό υλικό e A open A tot 2r w 2r τοίχος λειτουργεί σαν συντονιστής Helmholtz A εκτεθειμένη επιφάνεια απορρόφησης e : e και αφού V = A tot D και A open e A V D ο τύπος του Helmholtz δίνει: f 0 A open open tot 2r w 2r c c e 2 Vd f dd 0 2r dd( w 2r )

76 απορρόφηση ήχου απορροφητής παράλληλων διατρήσεων συμπαγείς βέργες πορώδες απορροφητικό υλικό τοίχος τοίχος ελέγχει αντήχηση σε χαμηλές μεσαίες και στάσιμα δεν επιδρά σε ψηλές συχνότητες ρύθμιση της τοποθέτησης του πορώδους για έλεγχο της συχνότητας απορρόφησης

77 απορροφητής διάτρητης επιφάνειας απορρόφηση ήχου % διάτρηση επιφάνειας p d, διάμετρος z, πάχος τοίχος D, διάκενο f p D( z 08, d )

78 απορρόφηση ήχου 15 cm τοίχος γωνία PVC πετροβάμβακας τσόχα το πάχος καθορίζει την περιοχή συχνότητας τσόχα και διαχωριστικό πέτασμα κρεμιούνται ελεύθερα διαχωριστικό πέτασμα (π.χ. βινύλιο) ύφασμα κυρίως για διαφύλαξη από σωματίδια πετροβάμβακα βέργες πλαίσιο διακοσμητικό στήριξη

79 απορρόφηση ήχου απορροφητής διαφραγματικού συντονισμού διάφραγμα (π.χ. κόντρα πλακέ) μάζας m (kg) ηχητικό κύμα προαιρετικό πορώδες πλαίσιο στήριξης D, διάκενο τοίχος f 0 60 md

80 απορρόφηση και διάχυση του ήχου

81 8. ακουστικός σχεδιασμός συνέχεια

82 διαδικασία ακουστικού σχεδιασμού Αρχιτεκτονικός σχεδιασµός Ακουστική µελέτη (Ανα)κατασκευή χώρου Ακουστική µέτρηση Βελτίωση λεπτοµερειών Είδος χώρου ακρόασης Όγκος / άτομο Συναυλιακοί χώροι (Concert Halls) Χώροι για ομιλία Χώροι πολλαπλής Χρήσης Κινηματογράφοι - θέατρα (με θεωρεία) Κινηματογράφοι - θέατρα (χωρίς θεωρεία) 6 9 m 3 / άτομο 3 5 m 3 / άτομο 5-7 m 3 / άτομο 3 m 3 / άτομο 4 m 3 / άτομο

83 διαδικασία ακουστικού σχεδιασμού Χρήση χώρου, επάρκεια στάθµης χρήσιµου ηχητικού σήµατος, κατευθυντικότητα ήχου, άνεση θέας, κόστος κ.τ.λ. Καθορισµός Γεωµετρίας Σχηµα, Όγκος, διαστάσεις, επιφάνειες, διατάξεις ακροατηρίου, ανακλαστικές επιφάνειες, ηχοδιάχυση κ.τ.λ. Πρόβλεψη εισερχόµενου / εξερχόµενου θορύβου, γειτνιάσεις χώρων Ηχοµόνωση µέτρα ηχοµόνωσης ηχοπροστασίας: δείκτες ηχοµόνωσης,, ηχοµονωτικά υλικά, τύποι χωρισµάτων κ.τ.λ. Βελτιστοποίηση κριτηρίων ακουστικής ποιότητας (χρόνος αντήχησης, διάυγεια, καταληπτότητα κ.τ.λ.) Αποφυγή ακουστικών λαθών (ηχώ κ.τ.λ.) Ακουστική προσοµοίωση, ακουστικές µετρήσεις, ανάλυση κρουστικής απόκρισης χώρου κ.τ.λ. Έλεγχος ακουστικών λαθών Έλεγχος ακουστικής ποιότητας Έλεγχος Χρόνου αντήχησης Έλεγχος ακουστικών παραµέτρων Έλεγχος Επάρκειας στάθµης χρήσιµου ηχητικού σήµατος Σχεδιασµός εγκατάστασης Ηλεκτρακουστικών συστηµάτων Ενίσχυση στάθµης χρήσιµου ηχητικού σήµατος

84 9. συστήματα εξομοίωσης συνέχεια

85 βασικές έννοιες (ακουστική χώρων σαν σύστημα) είσοδος κρουστική διέγερση δ(nt) ανάλυση στο πεδίο χρόνου έξοδος κρουστική απόκριση h(nt) χώρος είσοδος διέγερση «λευκού» θορύβου Δ(k) ανάλυση στο πεδίο συχνότητας έξοδος απόκριση συχνότητας Η(k)

86 ψηφιακά φίλτρα εξομοίωσης σήμα εισόδου φίλτρο χτένας σήμα εξόδου s(nt) χώρος k r(nt) g

87 Πλάτος (db) Πλάτος (κανονικοποιημένες τιμές) ψηφιακά φίλτρα εξομοίωσης 1,0 0,8 0,6 (α) 0,4 0,2 0, Χρόνος (sec) (β) Συχνότητα (Hz)

88 ψηφιακά φίλτρα εξομοίωσης σήμα εισόδου ολοδιαβατό φίλτρο σήμα εξόδου -1 s(nt) + k g + r(nt) 1

89 ψηφιακά φίλτρα εξομοίωσης σήμα εισόδου φίλτρα αντήχησης Schroeder σήμα εξόδου s(n) φίλτρα χτένας 2 ολοδιαβατά φίλτρα

90 ακουστικά μοντέλα λογισμικού μέθοδος υπολογισμού πορείας ακτίνων (Ray Tracing method) μέθοδος υπολογισμού ακουστικών ειδώλων (Image Source Method) υβριδικές μέθοδοι (Hybrid methods) θ θ Πηγή Σκηνή Εξώστης Πλατεία μέθοδος ανίχνευσης κώνου (cone tracing) μέθοδος ανίχνευσης πυραμίδας μέθοδος ανίχνευσης σωματιδίων έλεγχος ορατότητας ειδώλου σε υβριδική μέθοδο

91 ακουστικά μοντέλα λογισμικού μέθοδος υπολογισμού ακουστικών ειδώλων (Image Source Method)

92 ακουστικά μοντέλα λογισμικού CATT-Acoustic

93 ακουστικά μοντέλα λογισμικού open source

94 λογισμικό CATT-Acoustic

95 εξομοίωση για σύνθετους κλειστούς χώρους αρχαίο θέατρο Επιδαύρου θέατρο Απόλλων

96 ακουστικές προσομοιώσεις κλειστών χώρων Αρχιτεκτονικό σχέδιο χώρου Σχεδίαση επιφανειών Έλεγχος & διόρθωση γεωµετρίας ΝΑΙ Βιβλιοθήκη υλικών Επιλογή υλικών ΟΧΙ Χρειάζεται επέµβαση στη γεωµετρία; Βιβλιοθήκη πηγών Προσδιορισµός περιοχής ακροατηρίου Τύπος και θέση πηγής Προσδιορισµός απορρόφησης Προσδιορισµός επιθυµητών παραµέτρων Υπολογισµός ακουστικών παραµέτρων ΟΧΙ Συµπεριφέρεται επιθυµητά; ΝΑΙ Εικονική ακρόαση

97 ακουστικές προσομοιώσεις κλειστών χώρων αίθουσα συναυλιών / συνεδρίων (ΣΠΚ, Παν/μιο Πατρών) αρχαίος ελληνικός ναός (Ναός του Διός, Ολυμπία) αρχαίο ελληνικό θέατρο (Θέατρο Επιδαύρου)

98 εικονική ακουστική γεωμετρικό ακουστικό μοντέλο δεδομένα επιφανειών head tracker εικονική ακουστική απεικόνιση δεδομένα HRTF DSP ανηχοϊκός ήχος διχωτικό σήμα

99 Audio Group, Wire Communications Laboratory Electrical & Computer Engineering Department University of Patras