Pomiary akustyczne w sali koncertowej Szkoły Muzycznej w Inowrocławiu

OPIS OBIEKTU

Po przebudowie sali koncertowej wykonano pomiary celem oceny jej jakości akustycznej. Przedmiotem pomiarów jest sala  koncertowa o wiodącej funkcji muzycznej (przeznaczonej do słuchania muzyki klasycznej, muzyki chóralnej, studio nagrań) wraz z drugoplanową funkcją konferencyjną.

Tab. 1 Dane pomieszczenia

Wymiary	wysokość 6 m , długość 24.3 m, szerokość 14.2 m
Kubatura	2080 m3
Materiały wykończeniowe	płyty drewnopochodne laminowane pełne i perforowane, płyty gips – karton, tynk wapienny, parkiet, 221 miejsc
Projektowanyczas pogłosu, T30	1.4 – 1.75 s muzyka (funkcja pierwszoplanowa)0.8 – 1.2 s mowa (funkcja drugoplanowa)

Rys. 1 Widok sali ze sceny

ZAŁOŻENIA PROJEKTU AKUSTYCZNEGO

Dla przebudowywanej sali koncertowej przyjęto parametr projektowy – czas pogłosu T30. Optimum czasu pogłosu określono na podstawie [10, 11, 12] dla funkcji i kubatury pomieszczenia – funkcja: muzyka instrumentalna i wokalna, mowa. Wartość tę przyjęto jako T30 = 1.4 – 1.75 s muzyka (funkcja pierwszoplanowa), 0.8 – 1.2 s mowa (funkcja drugoplanowa), wynikowo należy przyjąć dolną granicę wartości optymalnych dla muzyki: T30 = 1.4 s +/- 10% w całym paśmie częstotliwości słyszalnych. Klarowność muzyki wyrażaną parametrem C80 powinna przekraczać 1.6 dB. Klarowność mowy wyrażana parametrem C50 powinna przekraczać -3 dB. Zrozumiałość mowy w pomieszczeniu wyrażona wskaźnikiem STI powinna wynosić 60% – 75% (zrozumiałość dobra) , a wskaźnikiem ALLCons co najwyżej 10%. Ze względu na uprzywilejowana funkcję słuchania muzyki zrozumiałość może osiągnąć poziom STI = (45% – 60%) czyli zrozumiałość dostateczną. Poziom hałasu w pomieszczeniu nie może przekraczać dla pomieszczeń typu: klasy i pracownie szkolne, sale wykładowe audytoria, sale konferencyjne 40 dBA od wszystkich źródeł hałasu łącznie. Wymóg ten dla funkcji słuchania muzyki instrumentów akustycznych lub śpiewu należy uznać za niewystarczający i należy przestrzegać maksymalnego poziomu hałasu 25 – 30 dBA.

 

Rys. 2 Widok tylnej ściany, zauważyć można ukrytą w szczelinach perforację, za perforacją znajduje się wełna mineralna. Aby ustrój był akustycznie skuteczny musi być odsunięty od ściany.

METODYKA I ZAKRES BADAŃ           

Stosowano pobudzenie pomieszczenia za pomocą 2 głośników GENELEC 8030A, które generowały sekwencję szumu pseudolosowego MLS. W obszarze widowni odbierano ten sygnał za pomocą mikrofonu pomiarowego będącego integralną częścią miernika poziomu dźwięku SONOPAN DSA 50. Na podstawie odebranych danych w każdym punkcie wyliczana była odpowiedź impulsowa, która poddana została późniejszej analizie częstotliwościowo – czasowej. W wyniku analiz otrzymano wyniki w postaci: charakterystyki częstotliwościowej czasu pogłosu oraz parametry energetyczne odpowiedzi impulsowej: C50, C80. Obliczono także wskaźniki zrozumiałości mowy: STI i ALLCons. Kolejnym celem badań było stwierdzenie, czy poziom dźwięku w sposób istotny zależy od miejsca na widowni. Zmierzono zanik poziomu dźwięku wraz z odległością. Dzięki temu czemu zmierzyć można było także odległość krytyczną, wyznaczającą zasięg pola swobodnego w pomieszczeniu. Dla dwóch odległych od siebie miejsc porównano ze sobą widma tercjowe szumu białego, by stwierdzić, czy pomieszczenie wprowadza zauważalne zmiany widmowe. Zmierzono poziom hałasu dla 3 biegów wentylacji nawiewno – wywiewnej i porównano ten poziom z wartościami dopuszczalnymi oraz zalecanymi. Określono ponadto jakość akustyczną sali w oparciu o metodę Beranka. Metoda Beranka powstała w oparciu o badania najlepszych sal koncertowych świata. Dzięki obszernemu materiałowi porównawczemu autorowi udało ustalić się związki pomiędzy preferencjami słuchaczy, a parametrami fizycznymi pola akustycznego. Tego typu relacja umożliwiła zbudowanie sposobu oceny jakości akustycznej sal koncertowych.

WYNIKI BADAŃ

Rys. 3 Charakterystyka częstotliwościowa czasu pogłosu, T(f).  Wyniki średnie dla ośmiu punktów pomiarowych i jednej pozycji źródła.

Tab. 1 Wskaźniki energetyczne odpowiedzi impulsowych

Punkt pomiarowy	C50, dB	C80, dB
1	1.5	3.7
2	2.3	4.1
3	0.1	2.9
4	-0.2	2.4
5	0.4	3.4
6	1.9	3.9
7	0.7	3.5
8	2	4.6
średnio	0.88	3.22

Tab. 2 Wskaźniki zrozumiałości mowy

Punkt pomiarowy	STI, %	ALLCons, %
1	57	7.66
2	59	6.89
3	56	8.03
4	55	8.67
5	57	7.68
6	57	7.63
7	57	7.63
8	60	6.6
średnio	57	7.6

 

Rys. 4 Zmiany poziomu dźwięku wraz z odległością

Rys. 5 Zarejestrowane widma szumu białego w rzędzie 3 i 9.

 

Tab. 3 Poziom hałasu dla trzech ustawień wentylacji nawiewno – wywiewnej.

	Poziom hałasu Lp, dBA			średnio, dBA
went. 70%	28,2	27,3	25	27
went. 90%	34,4	33,5	31,2	33
went. 100%	38,4	37,5	35,2	37

 

Tab.4 Ocena jakości akustycznej sali wg. skali Beranka

		Punktacja
Parametr oceny	Wartość	Barok	Klasycyzm	Romantyzm
Czas pierwszego odbicia tinit, ms	14	40	40	40
Żywość, –	1.61	12	14	3
Ciepło brzmienia, –	0.5	0	0	0
Głośność dźw. pogłosowego, –	220	1.5	1.5	1.5
Odległość od źr. dźw., m	4 – 17	8	8	8
Suma punktów		61.5	63.5	52.5
Ocena		Dostateczna do dobrej		Dostateczna

KOMENTARZ 

Czas pogłosu sali pustej na poziomie 1.49 s mieści się w zakresie zalecanym. Wypukła charakterystyka częstotliwościowa czasu pogłosu jest postrzegana jako zjawisko pozytywnie wpływające na jakość akustyczną sali, np.: Sala Koncertowa Państwowej Szkoły Muzycznej w Elblągu, Auditorium Maximum Politechniki Gdańskiej, Studio Koncertowe PR w Szczecinie. Podkreślone wówczas są wyższe formanty w dźwięku instrumentów muzycznych. Wymienione pomieszczenia posiadają dla zakresu średnich częstotliwości wypukły kształt charakterystyki. Dla takich pomieszczeń, których kubatura jest mała, potencjalnie duży wpływ fal stojących, silnie zmieniających widmo dźwięku i zaburzającym równomierność przestrzennną pola akustycznego jest zredukowany. W omawianej sali, częstotliwość graniczna, powyżej której wpływ pola falowego maleje a rośnie wpływ pola rozproszonego, wynosi 100 Hz.   Z drugiej strony zbyt krótkie czasy pogłosu w najniższych pasmach skutkują zmniejszeniem wrażenia pełni brzmienia, co w badanej sali przekłada się negatywnie na jakość akustyczna wyznaczaną metodą Beranka. Wskaźniki energetyczne odpowiedzi impulsowej są w zakresach zalecanych. Wskaźnik C50 koreluje ze zrozumiałością mowy, wskaźnik C80 z wyrazistością muzyki. Koreluje on z podtrzymaniem dźwięku w pomieszczeniu, badane pomieszczenie ułatwia wykonawcom intonację i lekkość brzmienia. Zbadano przestrzenny zanik dźwięku od źródła umieszczonego na scenie. Do odległości 11 m, nazywanej odległością krytyczną, w której energia dźwięku bezpośredniego równa jest energii dźwięku pogłosowego, energia pola nazywanego swobodnym spada 6 dB przy każdym podwojeniu odległości od źródła. W odległościach większych, w polu rozproszonym spadek jest wolniejszy. Wyznaczona odległość krytyczna (11 m), oznaczona na rys.2, pozwala oszacować zasięg bardzo dobrej zrozumiałości mowy oraz obszar w którym szczególnie silny jest dźwięk bezpośredni od źródeł: mówców, instrumentów i śpiewaków. Poza tą odległością w odbieranym dźwięku zwiększa swój udział pole rozproszone. Sprawdzono, czy pomieszczenie w sposób zauważalny zmienia widmo dźwięku. Różnice w pasmach pomiędzy poszczególnymi rejestracjami pozwalają stwierdzić, że w żadnym paśmie nie występuje zauważalna różnica. Średnie odchylenie standardowe jest niewielkie, w okolicach progu postrzegania tych zmian. Zrozumiałość mowy w sali jest dostateczna do dobrej, co kwalifikuje salę oprócz muzyki także do transmisji mowy. Poziom hałasu w sali jest na poziomie akceptowalnym, zaleca się korzystać z ustawień wentylacji na poziomie najwyżej 70%, co gwarantuje zalecany poziom hałasu w pomieszczeniu. Ocena jakości akustycznej wg. skali Beranka jest dla sali pomyślna. Sala wśród najlepszych obiektów na świecie plasuje się jako obiekt dostateczny do dobrego w zależności od rodzaju muzyki. Bardziej preferowana od muzyki romantycznej jest w sali muzyka klasyczna i barokowa.

www.akustyka-pro.pl