Akustyka Pomieszczeń.doc

(2620 KB) Pobierz

ROZWÓJ AKUSTYKI

A k u s t y k a p o m i e s z c z e ń l e k c y j n y c h

Najczęściej, podobnie jak przy słuchaniu muzyki, sporo uwagi poświęca się sprzętowi, nie zwracając zupełnie uwagi na akustykę pomieszczenia, tak w szkole, dużo mówi się o procesie dydaktycznym, a nikt nie zwraca uwagi, że zła zrozumiałość sylabowa ( taki parametr akustyczny ) uniemożliwia uczniom zrozumienie lekcji mimo jej najlepszego przygotowania. Mówiąc językiem potocznym, do uszu uczniów dociera niezrozumiały bełkot, rodzaj hałasu, co z jednej strony uniemożliwia zrozumienie, a z drugiej po prostu męczy (nuży). Opracowując temat pracy dyplomowej, zadaniem której było przystoso-

wanie jednej z pracowni Zespołu Szkół Mechaniczno – Elektrycznych w Żywcu, do ćwiczeń z zakresu akustyki, natknąłem się w Internecie na opracowanie: mgr inż. Jacka Danielewskiego, na podst. Acoustic Society of America i American National Standards Institute, dotyczące wdrożenia w USA prac związanych z wprowa-dzeniem norm akustycznych przy projektowaniu szkół.

Nie muszę nikogo przekonywać jak jest to złożona dziedzina ( dobre sale koncertowe na świecie można na palcach policzyć), ponadto, oceniając nasze realia to chyba XXII w. Jednak efekt naszej pracy jest na tyle pozytywny, że postanowiłem udostępnić projekt. Wykorzystaliśmy tak proste przyrządy, metody i środki uzyskując całkiem przyzwoity efekt. W sali zupełnie inaczej rozmawia się ( również na odległość ). Oczywiście oprócz kilku specjalistycznych ćwiczeń z akustyki, prowadzone są normalne lekcje. Wszyscy od razu zauważają różnicę w stosunku do innych sal.

Jest sprawą oczywistą, że nie jest to zadanie proste, sądzę jednak, że w wielu szkołach jest możliwość, kierując się zasadniczymi wskazówkami, wykonania podobnych adaptacji zdecydowanie poprawiając warunki prowadzenia lekcji.

W cytowanej pracy przedstawiono metody pomiarów (amatorskich ) oraz kolejne kroki. Wykorzystaliśmy dostępne nam przyrządy, ale przecież w wielu firmach można znaleźć podręczny sprzęt do pomiaru natężenia hałasu itp. Stosowane materiały muszą spełniać wymagania p-poż, a konstrukcje nie mogą stwarzać zagrożenia. Naprawdę jednak warto spróbować. Szkoda, że literatura fachowa jest prawie nie do osiągnięcia.

Może więc na zakończenie parę podstawowych wskazówek:

1. W pomieszczeniach powstają fale stojące o długości wynikającej z długości, szerokości i wysokości. Dla tych częstotliwości oraz ich harmonicznych następuje wzmocnienie dźwięku. Ponieważ lepiej usunąć przyczyny niż skutki, należy zlikwidować równoległość ścian. Oczywiście, w pierwszej kolejności wykorzystując

naturalne wyposażenie jak szafki, gabloty itp.

2. Poważnym problemem są okna, które, oczywiście muszą dostarczać światła, jednak tworzą dużą gładką powierzchnię. Należy przeciwległą ścianę maksymalnie wytłumić.

3. Dobry efekt dają specjalne ( atestowane ) sufity, jednak jest to już inwestycja. Niestety, w większości stosujemy oszczędne oświetlenie jarzeniowe, jednak lepszy efekt daje poduszka ciepłego powietrza od żarówek.

4. Pomieszczenia nie można zanadto przetłumić ( czas pogłosu rzędu 0,5 – 0,7 s ). Projektując metodą kolejnych prób i korekcji, warto pamiętać, że ludzie też pochłaniają energię dźwięku, więc próby trzeba przeprowadzać w obecności odpowiedniej grupy uczniów (łatwiej ), lub wypełniając salę dodatkowym materiałem tłumiącym.

5. Do analiz służy program komputerowy „Akustyka 3.0” którego autorem jest uczeń Tomasz Płonka.

Oczywiście, nie mam zamiaru ani możliwości podać gotowego przepisu, nie mam również możliwości opracowania naukowego, jednak, jak wspomniałem, chcę zwrócić uwagę na ten zupełnie dziewiczy temat oraz przedstawić nasze efekty uzyskane tak skromnymi środkami.

W załączeniu: fragment opracowania– projekt techniczny, wykonanej pod moim kierunkiem pracy dyplomowej :

„Adaptacja akustyczna sali 323”

autorzy:

Maciej Bar , Damian Danel , Marek Dratnal , Dawid Gal

absolwenci Technikum Elektronicznego ZSME w Żywcu.

Zbigniew Walas

P r o j e k t t e c h n i c z n y

A d a p t a c j a a k u s t y c z n a s a l i 3 2 3

Założenie wstępne

1. Sala jest salą lekcyjną i pracownią przede wszystkim. Do zastosowań akustycznych jest potrzebna przy ćwiczeniach odsłuchowych. Poprawiając akustykę sali, bazując na kryterium zrozumiałości sylabowej, poprawiamy jednocześnie zrozumiałość przekazu w czasie lekcji.

2. Adaptacja przeprowadzona jest możliwie dostępnymi środkami, za rozsądną cenę, stosując układy typowe. Warunku do odbioru stereo, czyli do symetrii sali nie ma szans uzyskać ze względu na okna (salę trzeba byłoby przebudować, co jest poza zasięgiem tego projektu).

Realizacja projektu

1. Analiza teoretyczna

a. Sala jest dość duża, ale płaska (l = 11,7m, b = 6m, h = 3,2m).

b. Ze względu na warunki amatorskie nie posiadamy odpowiedniego wyposa-

żenia technicznego, w związku z czym musimy stosować metodę przybli-

żeń (na tej podstawie szacujemy częstotliwości i pierwotny efekt akustycz-

ny sali).

Specjalistyczna aparatura podstawowa firmy Bruel Kjaer kosztuje kilka

tysięcy USD, a satysfakcjonująca przy tego typu projekcie, kilkanaście.

Ponadto, stosując kryterium ekonomiczne, byłby to zakup nieuzasadniony

dla jednorazowego zastosowania.

Z drugiej strony, projektując w starożytności amfiteatry, radzono sobie

bez takiego sprzętu, porównując efekty, z bardzo dobrym skutkiem. Nie

wszędzie więc nowatorske metody mają widoczną przewagę.

c. Metody pomiaru.

W związku z powyższymi uwarunkowaniami, przyjęto równoległe sto-

sowanie kilku metod, uśrednianie wyników i etapową weryfikację uzyska-

nych efektów. Końcowy wynik w pełni potwierdził zasadność tego syste-

mu projektowania.

1’ Metoda analityczna.

1.1 Na podstawie wzoru

obliczamy częstotliwości własne pomieszczenia.

1.2 Podobny rezultat uzyskano przy pomocy programu komputerowego:

...” (listing w aneksie).

Wyniki naniesiono na charakterystykę ( w skali logarytmicznej).

Charakterystykę zmodyfikowano wg algorytmu:

- dla składowych z 1-szą harmoniczną przyjęto wskaźnik : 1

- dla składowych z 2 -gą harmoniczną przyjęto wskaźnik : 0,5

- dla składowych z 3 -cią harmoniczną przyjęto wskaźnik : 0,25

- dla dwóch wskaźników w obrębie tercji przyjęto sumę geom. kw.

- dla trzech wskaźników w obrębie tercji przyjęto sumę geom. sześcienną.

Przyjmując wskaźniki jako impulsy energii, przeprowadzono całko-

wanie po wykresie (planimetrię). Uzyskaną w ten sposób charaktery-

stykę amplitudowo – częstotliwościową uznano za analityczną charak-

terystykę obiektu.

2’ Metoda pomiarowa.

2.1 Układ pomiarowy.

Przyjmując uwarunkowania omówione we wstępie, zestawiono układ

pomiarowy:

- po stronie nadawczej: generator, wzmacniacz, zespoły głośnikowe

- po stronie pomiarowej: magnetofon z mikrofonem i wskaźnikiem

zapisu.

Uwaga: ze względu na małą dokładność pomiaru, każdorazowo

wykonywano trzy pomiary i przyjmowano wartość średnią.

2.2 Układ badań porównawczych metodą odsłuchową.

W układzie wykorzystano:

- po stronie nadawczej: generator, equalizer oktawowy, wzmacniacz, głośniki

- po stronie odbiorczej: słuchaczy

Pomiar metodą porównawczą polegał na porównywaniu poziomu

dźwięku z generatora sinusoidalnego: 31,5; 63; 125; 250; 500; 1k; 2k;

4k; 8k; 16kHz, każdorazowo do 1kHz, przy przyjętym poziomie:

- 6dB. Przy pomocy equalizera wyrównywano sygnał do jednakowej

głośności.

Przyjęto, że charakterystyka sali jest odwróceniem charakterystyki

equalizera.

3.Metodologia projektu.

3.1 wykonanie obliczeń i pomiarów gołej sali.

3.2 analiza charakterystyk i przyjęcie podstawowego układu dla najniż-

szego rezonansu.

3.3 wykonanie korekty obliczeń i pomiarów sali.

3.4 analiza charakterystyk i przyjęcie kolejnego układu dla rezonansu od

średniego wymiaru sali.

3.5 wykonanie charakterystyki rezonatora w funkcji odległości od ściany.

3.6 strojenie rezonatora.

3.7 analiza charakterystyk i przyjęcie kolejnego układu dla zmniejszenia

czasu pogłosu w zakresie średnich i wysokich częstotliwości.

3.8 pomiary i korekty ostateczne.

III. Obliczenia

1. Korzystamy ze wzoru (1.1)

gdzie:

c = 340 m/s

l = 11,6m

b = 6m

h = 3,2m

n, m, k – dowolne liczby całkowite 0, 1, 2, 3, ...

2.1 WYKRES a

Przyjęto, że przy zagęszczeniu, przy różnicy częstotliwości rzędu tercji sumaryczną amplitudę przyjmujemy jako sumę geometryczną, tzn. przy dwóch prążkach mnożymy razy Ö2, a przy trzech razy Ö3.

2.2 WYKRES b