۱۰ پارامتر مهم کیفیت صوت و آکوستیک سالن‌ها

۱۰ پارامتر مهم کیفیت صوت و آکوستیک سالن‌ها 560 420 impedance

وضعیت صوتی یک فضا ممکن هست از نظر گوش و حس شنوایی هر فردی مختلف باشد. شاید برایتان پیش اومده باشه که با دوستانتان برای دیدن یک فیلم به سینما رفته باشید و هرکسی در مورد کیفیت صوتی فیلم و سینما نظر متفاوتی داده باشه. به نظرتون در نهایت باید به چه روشی در مورد کیفیت صوتی یک سالن سینما یا تئاتر صحبت کنیم؟ حتما علم برای این موضوع راه‌حلی ارائه داده است.


۱۰ پارامتر مهم کیفیت صوت و آکوستیک سالن‌ها

توسط: در تاریخ: مهر ۵ام, ۱۳۹۸ دسته بندی: مقاله ها

وضعیت صوتی یک فضا ممکن هست از نظر گوش و حس شنوایی هر فردی مختلف باشد. شاید برایتان پیش اومده باشه که با دوستانتان برای دیدن یک فیلم به سینما رفته باشید و هرکسی در مورد کیفیت صوتی فیلم و سینما نظر متفاوتی داده باشه. به نظرتون در نهایت باید به چه روشی در مورد کیفیت صوتی یک سالن سینما یا تئاتر صحبت کنیم؟ حتما علم برای این موضوع راه‌حلی ارائه داده است.

بنابراین به منظور درک وضعیت صوتی و مطالعه شرایط آکوستیکی یک سالن کنسرت، سالن همایش و هر فضایی که مبحث صوت در آن اهمیت پیدا می‌کند، نیاز به

زبانی مشترک داریم. این پارامتر های آکوستیکی که به مرور زمان، طبق نیاز های دوره‌های مختلف تاریخی و معماری تعریف شده اند واژگان این زبان به حساب می آیند. نسبت به کاربری هر فضا، برای بهینه بودن وضعیت صوتی، این پارامتر‌های آکوستیکی محدوده‌ی استاندارد مشخصی دارند. طراح و مهندس آکوستیک سعی می کند تا پارامترهای مربوط به رخ‌دادی که در سالن اتفاق می‌افتد را در محدوده استاندارد کنترل کند. این پارامترها به صورت مستقل از هم عمل نمی‌کنند و نمی‌توان به صورت جدا جدا با آنها مواجه شد، بلکه باید با یک روند برگشت‌پذیر بین طراحی و شبیه سازی و حتی نمونه سازی، شرایط را تا حد امکان بهبود بخشید.

در ادامه به تعریف ۱۰ پارامتر مهم برای کیفیت صوت و آکوستیک معماری سالن‌ها می‌پردازیم :

  1. تراز فشار صوت SPL

امواج صوتی از دسته امواج مادی هستند که برای انتشار در محیط به ماده نیاز دارند. آنچه باعث انتشار انرژی در محیط مادی توسط صوت می شود، بوجود آمدن جبهه‌های کم فشار و پرفشار در محیط حامل می باشد. در بررسی‌های آکوستیک معماری محیط مورد نظر هوا می باشد و امواج صوتی باعث ایجاد تلاطم‌های فشاری درون هوا می گردند. حال هرچه مقدار تغییرات فشار P نسبت به فشار مرجع P0 بیشتر باشد، شدت و به عبارتی بلندی صدای مورد بحث بیشتر خواهد شد. حال بدلیل اینکه محدوده تغییرات P بسیار زیاد است، برای اجتناب از نگارش عدد های چند رقمی، طبق قرارداد از ضریب لگاریتمی P به فشار مرجع استفاده می گردد و واحد آن نیز دسی بل می باشد. به مقدار بدست آمده تراز فشار صوتی نیز می گویند.  در شکل زیر تغییرات SPL  در گذر زمان را مشاهده می‌کنید.  در نمودار زیر شدت یک سیگنال صوتی در مدت ۷۰ ثانیه مشاهده می‌کتید.

SPL

Image result for SPL during time

  1. زمان بازآوایش (واخنش) RT

این کمیتی است که نشان می دهد در چه مدت زمان انرژی صوتی در یک فضا به میزان ۶۰ دسی بل از مقدار اولیه خود کاهش می یابد و در واحد ثانیه بیان می گردد. Reverberation Time  یا زمان بازآوایش یکی از ابتدایی ترین و مهمترین پارامتر های آکوستیکی می باشد که بیان می کند چه مدت زمان انرژی صوتی در فضای اتاق باقی می ماند. حجم فضا، هندسه (بزرگ و کوچک مقیاس) و میزان ضریب جذب صوتی سطوح عواملی هستند که زمان بازآوایش یک فضا را تحت تاثیر قرار می دهند به طوری که طراح آکوستیک با توجه به کاربری مورد نظر و محدودیت های معماری این پارامتر را بهینه می کند.

RT را می توان با روش تئوری از  اصول مکانیک آماری محاسبه کرد، اما در این روش به سختی می توان تاثیر هندسه بزرگ مقیاس را وارد محاسبه کرد. برای حل مشکل می توان از روش های شبیه سازی مانند دنبال کردن امواج (Ray Tracing) و یا محاسبات موجی سیالاتی بهره برد که با دقت فراوان می تواند به کمک طراح آکوستیک بیاید. در نهایت برای تطبیق داده های تئوری و شبیه سازی با آزمایش میدانی می توان با کمک روش های استاندارد، پس از محاسبه منحنی تضعیف انرژی فضا، زمان بازآوایش را بدست آورد.

زمان بازآوایش پایه‌ای ترین کمیت برای بهبود و حتی مقایسه شرایط آکوستیکی یک سالن می باشد که بر تمام پارامترهای دیگر تاثیرگذار است. لذا پله اول و آخر در طراحی، کنترل RT در محدوده مجاز با تغییر بهینه تمامی پارامترها می باشد. در شکل زیر محدوده زمان بازآوایش استاندارد نسبت به کاربری‌های مختلف یک فضا را می‌بینید. به طور مثال برای یک سالن سینما محدوده‌ی استاندارد زمان بازآوایش بین ۰.۵ تا ۰.۹ ثانیه بسته به شرایط می‌باشد.

RT

  1. منحی تضعیف انرژی EDC

منحنی تضعیف انرژی (Energy Decay Carve) حاوی تمام اطلاعات لازم در مورد آکوستیک معماری یک سالن است که در چند نقطه از سالن (معمولا در جایگاه تماشاگران) گرفته می شود. این منحنی از روش های متعددی مانند پاسخ ضربه و یا قطع نوفه برای فرکانس‌های اکتاوی استخراج می گردد. این نمودار نشان می‌دهد میانگین زمانی انرژی در یک فضا با چه نرخی در طول زمان کاهش پیدا میکند.

pastedGraphic.png

نمودار تضعیف انرژی صوتی یک اتاق بر اثر ایجاد پالس ضربه ای

بدلیل افت و خیز های شدید EDC به منظور انجام تحلیل های دقیق تر نمودار انتگرال گرفته شده از منحنی تضعیف را مد نظر قرار می دهند، روشی که شرودر (Schroeder) در دهه ۶۰ میلادی ابداع نمود. با در دست داشتن منحنی تضعیف و بازه بندی صحیح آن می توان اکثر پارامتر های آکوستیکی مانند: RT، ITDG، C50 و … را محاسبه نمود.

  1. فاصله زمانی تاخیر اولیه ITDG

Initial Time Delay Gap کمیت نشان دهنده فاصله‌ی زمانی بین شدت صوت مستقیم رسیده از منبع و بازتاب اولیه از سطوح می باشد. این فاصله زمانی تاثیر بسیار زیادی در وضوح کلام داشته و در صورت کنترل صحیح از پیدایش اکو (رفت و برگشت صوت) جلوگیری می کند. طریقه محاسبه آن از روش تئوری (Ray Tracing) و به صورت تجربی از روی EDC امکان پذیر می باشد. قابل ذکر است که در عمل، جهت بازتاب اولیه و نوع آن (آینه‌ای و یا پخشاگری) برای تامین کیفیت صوت بسیار اهمیت دارد که آن را می توان با کمیت های دیگری چون IACC (ارتباط بین دو گیرنده) و Diffusivity (پخشاگری میدان صوتی) محاسبه نمود.

pastedGraphic_1.png

نمودار زمانی بازتاب های رسیده به گیرنده

  1. تمایز صوتی D50) Definition)

پارامتر های متعددی برای سنجش وضوح کلام و قابل فهم بودن آن معرفی شده است که از میان آنها D50، C50 و Intelligibility از اهمیت بالاتری برخوردار هستند. D50 یا Definition و یا همان وضوح و فهم کلام، نشان دهنده میزان انتقال اطلاعات درون پیام صوتی توسط معماری آکوستیکی فضا می باشد. برای مثال در فضاهایی که صدا بارها رفت و برگشت داشته و زمان بازآوایش بالایی دارد می توان تجربه کرد که فهم کلام طرف مقابل بسیار دشوارتر شده است. قابل ذکر است که کمیت های وضوح کلام تنها برای فضاهایی که کلام در آنها اتفاق می افتد (مانند همایش و یا تئاتر) نمی باشد و با تغییر بازه انتگرال گیری از آنها می توان برای انواع موسیقی نیز بکار برده شوند. D50 به صورت تجربی از منحنی تضعیف انرژی بدست می آید و نسبت انرژی ۵۰ میلی ثانیه اول به تمام انرژی رسیده به شونده می باشد.

D50

  1. وضوح کلام C50) Clarity)

پارامتر دیگری که از روی می توان داده های وضوح کلام را با دقت بیشتری تحلیل نمود (C50 (Clarity می باشد. C50 نیز مانند پارامتر قبلی از روی تحلیل بازه ای EDC بدست آمده و بر حسب دسی بل بیان می گردد.

Clarity C50

  1. درک‌پذیری صوتی Intelligibility

پارامتر نهایی برای سنجش وضوح کلام یا به تعبیری دیگر قابل فهم بودن کلام منتقل شده از منبع به سمت مخاطب را Intelligibility می گویند. این پارامتر  بر خلاف دو کمیت بیان شده در قسمت های ۵ و ۶ مختص کلام بوده و تنها برای سنجش سالن هایی مناسب است که اتفاق‌های کلامی در آن می افتد، مانند سالن تئاتر با صدای زنده. این کمیت یکی از ابزارهایی است که از آن می توان STI Speech Transmission Index را استخراج نمود. در اینجا منظور از STI تاثیرگذاری معماری سالن در انتقال داده های کلامی می باشد. روش های تجربی متعددی برای اندازه گیری این کمیت وجود دارد که می توان از بازه بندی EDC و یا در روش های نوین‌تر از مودولاسیون داده بر نوفه سینوسی استفاده کرد.

  1. پژواک Echco

اکو یا پژواک پدیده ای است که در آن بازتاب های متعدد صوتی به اندازه کافی انرژی داشته و همچنین فاصله زمانی بین آنها توسط گوش انسان قابل تشخیص است. این پدیده به گونه ای است که حتی در فضاهایی که زمان بازآوایش بسیار پایینی دارند نیز می تواند آزار دهنده باشد و عامل اصلی آن وجود هندسه متقارن و ناپخشاگر بودن میدان صوتی مورد نظر است. این پدیده باعث افت و خیز های شدید در ابتدای EDC شده و می توان با میانگین انتگرالی از آن مقدار پژواک را استخراج نمود. هر چه مقدار پژواک در محیط کمتر باشد کیفیت آکوستیکی فضا نیز بیشتر خواهد بود.

  1. زمان مرکزی Ts

پارامتری است که زمان مرکزی را در نمودار تضعیف انرژی بدست می دهد. زمان مرکزی (Center Time) بیانگر این است که به طور میانگین بعد چه مدت زمان می‌توان گفت انرژی رسیده به گیرنده معادل تمام انرژی آن رخداد می‌باشد. هرچه Ts بیشتر باشد باعث کاهش وضوح کلام و قابلیت فهم می گردد و کم بودن آن آکوستیک خشک را بدنبال خواهد داشت. زمان مرکزی از روی میانگین زمانی از EDC بدست می آید:

  1. حجم ویژه V/N

این پارامتر نشان دهنده میزان حجم اشغال شده توسط هر نفر در سالن می باشد. V حجم سالن تماشاگران (Hall) و N تعداد تماشاگران می باشد که از تقسیم این دو بر هم حجم ویژه هر شخص بدست می آید. این کمیت بیشتر در سالن های موسیقی و اپرا مورد بررسی قرار می گیرد و تاثیر بسیار زیادی در پدیده Envelopment موسیقی خواهد داشت. فضای زنده آکوستیکی مناسب برای انواع موسیقی را می توان با دو روش افزایش حجم و استفاده از متریال بازتاب کننده بر دیواره ها فراهم آورد، اما کیفیت و جنس فضای زنده بوجود آمده توسط حجم بسیار متفاوت خواهد بود.

 برای نمونه جدول استاندارد آکوستیک معماری برای سالن موسیقی مجتمع فرهنگی و هنری تالار شهر کرمان که توسط شرکت امپدانس طراحی شده است را مشاهده میکنیدلازم به ذکر است کاربری این سالن موسیقی زنده (صدا رسانی بدون سیستم تقویت صوتیمیباشد.

محدوده‌ی استاندارد

پارامترهای آکوستیک معماری

۱٫۵s~

(RT (s

زمان بازآوایش

۴۰%

(%) D50

 تمایز صوتی

۲dB-<

(C50 (dB

 وضوح کلام

۱۰۰ms

 (Ts (ms

زمان مرکزی

۵۰%>

(%) Echo

اکو

۶٫۵m^3

V / N

 حجم مشخصه

۴۰%

STI

شاخص انتقال گفتار

ما منتظر شنیدن نظرات و دیدگاه های شما هستیم.با خواندن این مقاله آکوستیکی شما از این پس می‌توانید  با ابزار علمی در مورد کیفیت صوت یک سالن تحقیق کنید و نظر دیگران را در بوته‌ی آزمایش قرار دهید.