Đề án Thiết kế âm thanh cho phòng biều diễn ca nhạc 1500 ghế ngồi

ích thước và hình dạng của các mặt phản xạ sẽ tạo nên các kiểu phản xạ khác nhau : nếu kích thước của mặt phản xạ lớn hơn bước sóng nhiều lần sẽ tạo nên phản xạ gương phẳng ; sóng phản xạ sẽ đi theo một hướng , và tuân theo định luật phản xạ , góc tói bằng góc phản xạ Nếu kích thước của mặt phản xạ nhỏ hơn hoặc bằng bước sóng thì âm thanh sẽ phản xạ ra nhiều hướng , gọi là tán xạ . Trong một phòng nếu có kích thước của các bề mặt phản xạ lớn nhỏ khác nhau , soa cho âm thanh tán xạ với mọi dải tần số , ta sẽ có một trường âm tán xạ , và như vậy tại mọi điểm trong không gian sẽ có âm lượng và âm sắc như nhau . Trong các phòng hòa nhạc ta cần tạo nên những phản âm định hướng với mục tiêu rõ ràng : ở vùng sân khấu cần cho các nhạc công nghe rõ tín hiệu của mọi nhạc khí để dễ diễn tấu được đồng đều và hài hòa với sắc thái , phong cách , âm lượng ; còn phản âm của trần khan giả lại cần để trang âm cho các khu vực ngồi xa sân khấu đủ âm lượng và cân bằng âm sắc . Các mặt phản xạ cong ( gương cầu lõm ) sẽ tạo nên những dạng phản xạ đặc biệt cho sóng âm , tùy theo nguồn âm đặt ở vị trí nào . Trong thực tế các vòm trần thường tọa nên các tụ điểm của năng lượng âm gây khó khăn cho việc thu thanh ; các tường hậu phòng khan giả có mặt phẳng cũng tạo nên những phản xạ nguy hiểm . Các phản xạ bậc 1 ( phản xạ lần thứ nhất ) có nhiều tác dụng trong việc tạo những cảm giác không gian và kích thước của phòng . 2.1.2.2.b.Trường phản âm tác động lên sự cảm thụ âm thanh Mặc dù trong sự cảm thụ âm thanh chỉ khi nào âm phản xạ đến sau trực âm khoảng 50 ms trở lên thì tai ta mới nghe tách biệt được chúng; song các phản âm bậc 1 nằm trong khoảng thời gian nhỏ hơn 50 ms vẫn có những tác động rất lớn đến ảnh âm của cảm quan ( xét cả về 2 mặt lợi/hại , tùy thuộc vào cấu trúc của chúng). Cùng với “ giai đoạn kết vang “ – hay ta còn gọi la vang ( decay ) , các phản âm bậc một tạo cho ta một khả năng hình tượng được không gian bên trong của một phòng về kích thước , hình dạng và cách xử lý bề mặt ; hoặc là một không gian ngoài trời với quang cảnh âm thanh của nó . Có thể tổng hợp những ảnh hưởng quan trọng nhất của các phản âm bậc một như sau : - Định hướng sai vị trí nguồn âm: Mặc dù hầu hết hướng tới của các phản âm không trùng với hướng tới của trực âm , nghĩa là trong một không gian khép kín tai ta thu nhận âm thanh từ nhiều hướng , nhưng vẫn định vị nguồn âm theo hướng của trực âm , nghĩa là theo hướng mà âm thanh đến trước tiên – ta gọi là định luật của mặt sóng thứ nhất hay còn gọi là hiệu ứng HAAS; nhưng nếu trên đường truyền lan của trường âm nó bị một vật cản làm cho mức âm cuẩ nó suy giảm đi rất nhiều , thấp hơn mức âm của một song phản xạ bậc 1 nào đó trên 10 dB Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 24 , thì có thể dẫn tới hậu quả làm cho ta định hướng sai vị trí của nguồn âm , nghĩa là nguồn âm được định hướng theo tia phản xạ bậc 1 ( chứ không phải theo hướng thực của nó ). Trướng hợp này thường xảy ra đối với một nhạc khí nào đó trong dàn nhạc nhà hát nhạc – vũ kịch , có khi chỉ thường xảy đối với một vài nốt nhạc của nhạc khí đó ; vì dàn nhạc phải ngồi dưới hố nhạc trước sân khấu , trực âm dễ bị che khuất và suy giảm năng lượng nhiều . - Tăng cường năng lượng cho nguồn âm Những phản xạ với độ trễ nhỏ hơn 50 ms có thể làm tăng mức âm lên một vài dB và nâng cao độ rõ cho tiếng nói hoặc âm nhạc . Vượt ra ngoài giới hạn này mọi phản âm đều làm suy giảm độ rõ của tiếng nói và độ nét của âm nhạc , nhất la khi kết hợp them cả tác động của vang . Sự tăng cường âm lượng chỉ có ý nghĩa đặc biệt khi nghe trực tiếp trong trường âm tự nhiên , không có ý nghĩa với kỹ thuật thu thanh , thậm chí còn tác dụng xấu , làm thay đổi âm sắc . Trong kỹ thuật thu thanh , những tia phản xạ từ mặt đất có độ trễ từ 1 đến 15 ms tạo nên sự biến đổi âm sắc rất khó chịu . Do giao thoa với trực âm , chúng tạo thành đặc tuyến tần số như một bộ lọc hình răng lược, vùng được khuếch đại ,vùng lại bị triệt tiêu. Hình dạng của chúng như một dãy hài , bố trí thành hình rất đều đặn , cực tiểu và cực đại xen kẽ nhau với độ lệch mức khoảng dăm ba dB; tạo nên một âm sắc đanh có chất kim loại . Đặc biệt hiện tượng này dễ xảy ra khi thu nhạc dùng phương pháp thu nhạc dùng microphone phụ trợ và khi thu lời đặt microphone đúng vị trí phản xạ từ mặt bàn. - Cảm giác về kích thước của phòng và quang cảnh âm thanh Một ấn tượng không gian được hình thành từ cảm giác về kích thước của phòng , độ vang và quang cảnh âm thanh của nguồn âm. Cảm giác về kích thước (độ lớn ) của phòng được quyết định chủ yếu bởi các tia phản xạ bậc 1 . Độ trễ của chúng so với song trực âm là một số đo cho ta hình dung kích thước không gian : + Độ trễ τ < 10 ms tương ứng với quảng đi của song âm khoảng 3m, và tạo một cảm giác không gian rất nhỏ bé ( cỡ phòng ở ) và làm biến đổi âm sắc rât rõ khi thu thanh , nhất là trong trường hợp hướng tới của trực âm và phản âm trùng nhau. + Độ trễ τ ≈ 10 đén 15 ms cho ta cảm giác một phòng nhỏ + Độ trễ τ ≈ 25 đến 50 ms cho ta cảm giác một phòng trung bình. + Độ trễ τ ≈ 50 đến 100 ms cho ta cảm giác một phòng cở lớn. Khi mức âm của phản xạ bậc 1 tăng thì khả năng cảm thụ về kích của phòng càng rõ , đến một giới hạn nào đó – tùy thuộc độ trễ - thì những phản xạ bậc 1 này sẽ gây cản trở cho sự cảm thụ về kích thước phòng . Với âm nhạc giới hạn này cao hơn là tiếng nói . Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 25 TIẾNG DỘI: Những phản âm riêng rẽ với độ trễ τ > 50 ms , tương ứng với quảng đường đi của song âm trên 17 m , và có cường độ đủ mạnh thì tai ta có thể nghe tách rời khỏi trực âm thành một tiếng dội (Echo). Khi có một xung âm thanh ( thí dụ một tiếng vỗ tay , tiếng pháo ,..) phát ra giữa hai bức tường song song thì song âm sẽ phản xạ nhiều lần , tạo thành một tiếng dội liên tục ( hay một dãy tiếng dội – flatterecho). Khi khoảng cách hai bức tường thu hẹp lại ( khoảng vài ba mét ) thì dãy tiếng dội đó sẽ tăng tốc độ và năng lượng suy giảm dần , giống như hiện tượng tiếng vang . Đây là hiện tượng đặc biệt của phản xạ âm thanh , và trong kỹ thuật thu thanh đôi khi cũng được sử dụng để tạo hiệu ứng ( mà ta quen goi là “echo nhái” ,có dùng trong nhạc nhẹ , nhạc hiệu ứng ( effectmusic), đương nhiên bằng các thiết bị điện tử và theo phương pháp nhân tạo ). Nếu tín hiệu không phải là dạng xung mà là âm nhạc hay tiếng nói thì sẽ tạo ra giữa hai mặt tường song song một hiện tượng đặc biệt gọi là sóng đứng , gây phức tạp cho thu thanh và ngay cả lúc nghe trực tiếp . Sóng đứng tạo nên những vùng cố định có thanh áp cực đại hoặc cực tiểu , và thường khuếch đại các tần số thấp ( tiếng bass ) . Trong các phòng nhỏ , sóng đứng tạo ra hiện tượng cộng hưởng phòng , làm cho âm thanh của phòng rất xấu. 2.1.2.3.Hiện tượng hấp thụ âm thanh Đặc điểm âm học của một phòng phụ thuộc vào hai yếu tố : hình dạng , kích thước và cách xử lý âm thanh các bề nmawtj trong phòng .cùng với thể tích của phòng , đặc tính hấp thụ âm thanh ( hay đặc tính hút âm ) của vật liệu được sử dụng trong phòng sẽ giải quyết về độ vang của phòng và âm sắc của của tiếng vang .Khán giả cũng là một thành phần quan trọng tham gia vào việc hấp thụ năng lượng âm . Khi một song âm gặp một vật liệu hút âm thì một phần năng lượng của nó bị hấp thụ vào vật liệu ,một phần phản xạ trở lại không gian .Tỷ lệ giữa năng lượng bị hấp thụ trên tổng năng lượng của sóng âm ban đầu gọi là hệ số hút âm ký hiệu là α . Hệ số hút âm bắng 1 có nghĩa là toàn bộ năng lượng âm bị tiêu hao , không có chút nào phản xạ trở lại – đó là loại vật liệu hút âm rất tốt , lý tưởng . Hệ số hút âm bằng 0 có nghĩa là toàn b ộ năng lượng bị phản xạ trở lại . Bất kể một diện tích hút âm nào cũng có thể quy đổi thành diện tích hút âm tương đương với hệ số hút âm bằng 1 .Một cửa sổ mở được coi là một diện tích hút âm với hệ số α = 1 . Như vậy ,nếu ta có một diện tích S1 có hệ số α 1 , S 2 có hệ số α 2 , S 3 có hệ số α 3 , … và S n có hệ số α n thì tổng diện tích hút âm tương đương sẽ là : A [m 2 ] = α 1 S1 + α 2 S 2 + α 3 S 3 + … + α n S n = α . S tong Trong đó α là hệ số hút âm trung bình . Tổng diện tích hút âm tương đương A được gọi là tổng lượng hút âm. Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 26 Năng lượng âm được hấp thụ , một phần chuyển thành nhiệt năng trong vật liệu ,một phần được truyền qua tường rồi bức xạ sang phòng bên cạch . Không có một loại vật liệu nào hấp thụ mọi tần số âm thanh như nhau ; nói cách khác : hiệu quả hút âm của vật liệu rất phụ thuộc vào tần số . Nguyên nhân là do bước song của âm thanh rất khác nhau , tùy theo độ dài bước song . Ta có thể chia ra 3 chủng loại vật liệu hút âm như sau : - vật liệu hút âm trầm ( khoảng dưới 250 Hz) - vật liệu hút âm trung ( khoảng 250 đến 1000 Hz ) - vật liệu hút âm cao ( khoảng trên 1000 Hz ). 2.1.2.3.1. Một số vật liệu và khoảng cách hút âm 1. Vật liệu xốp hút âm a. Cấu tạo : Gồm vật liệu xốp rỗng , các lỗ thông nhau và thong ra mặt ngoài nơi song âm đập vào . Các khe rỗng đan vào nhau trong vật liệu , vách của các khe rỗng bằng chất liệu cứng hoặc đàn hồi. b. Nguyên tắc làm việc : Khi song âm với năng lượng E t đập vào , không khí trong các khe rỗng dao động , năng lượng âm mất đi để chống lại tác dụng của ma sát và tính nhớt cuả không khí dao động giữa các lỗ rỗng. Một phấn năng lượng âm xuyên qua vật liệu , khả năng hút âm của vật liệu xốp phụ thuộc vào độ xốp, chiều dày và sức cản của không khí * Độ xốp của vật liệu là đại lượng không thứ nguyên  Sức cản thổi khí ( sức cản khi thổi 1 dòng khí qua mẫu vật liệu) Trong đó : P : Hiệu số áp suất trên hai bề mặt của mẫu vật liệu( N/cm 2 ) V: Vận tốc dòng khí thổi qua khe rỗng (cm/s)  : Chiều dày của vật liệu ( cm) Nếu r càng lớn , khả năng hút âm của vật liệu càng nhỏ. *Chiều dày của lớp vật liệu xốp : δ Để tránh chi phí thừa khi bố trí cấu tạo lớp vật liệu xốp hút âm ta phải xác định chiều dày δ kinh tế . Khi r < 10 Ns/cm 4 thì δ = 260 / r Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 27 Khi r ≥ 10 Ns / cm 4 thì δ = r 90 Nếu vật liệu xốp đặt trực tiếp lên bề mặt phản xạ cứng thì : 80< δr < 160 Ns/ cm 4 để hệ số hút âm lớn nhất . Nếu phái sau lớp vật liệu xốp có lớp không khí thì : 40< δr < 80 Ns/ cm 4 Trong thực tế chiều dày δ cần thiết , người ta đã xác định cho sẵn ở các bảng . Chú ý : Đại đa số vật liệu xốp hút tốt các âm thanh có tần số cao . 2. Các tấm dao động ( cộng hưởng ) hút âm: + Cấu tạo : gồm 1 tấm mỏng có thể bằng ghỗ dán bìa cattoong đặt cố định trên hệ sàn ghỗ .Phía sau tấm mỏng là khe không khí. 1. Tấm mỏng 2. Sườn ghỗ 3. Mặt cứng 4. Khe không khí + Nguyên tắc làm việc : Khi song âm đập vào bề mặt của kết cấu. Dưới tác dụng biến thiên của áp xuất âm , tấm mỏng bị dao động cưỡng bức , do đó gây ra tỗn thất ma sát trong nội bộ bản , năng lượng âm biến thành cơ năng và nhiệt năng để thắng nội ma sát khi tấm mỏng dao động. Khi tần số song âm tới bằng tần số dao động của tấm thì xảy ra hiện tượng cộng hưởng và lúc đó khả năng hút âm của vật liệu lớn nhất. Ưu điểm : Cấu tạo đơn giản , ghọn nhẹ bền lâu, hợp vệ sinh. Chống ẩm và chống các tác động cơ học tốt . Hỏng hóc dễ sữa chữa. Nhược điểm : Chỉ hút âm ở tần số thấp. 3. Kết cấu hút âm bằng vật liệu xốp đặt sau tấm đục lỗ . Cấu tạo : Phức tạp hơn tấm dao động hút âm gồm 1 tấm mỏng , trên có xẻ rảnh hay đục lỗ . Sau tấm đục lỗ có dán một lớp vật liệu ma sát để làm tăng sự mất mát năng lượng âm ( lớp ma sát có thể là lớp vải mỏng , vải thủy tinh ) . Giữa tấm mỏng và lớp vật liệu xốp là lớp không khí. Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 28 1. Tấm mỏng đục lỗ 2. Lớp vải mỏng 3. Khe không khí 4. Lớp vật liệu xốp 5. Mặt tường cứng Kết cấu này có khả năng làm việc như tấm dao động hút âm và dễ điều chỉnh đặc tính tần số hút âm. Khả năng hút âm của kết cấu phụ thuộc vào số lỗ và đặc tính của lỗ đục trên tấm. *Nếu diện tích lỗ đục lớn và số lỗ đục trên tấm nhiều thì kết cấu làm việc như tấm vật liệu xốp hút âm (T.e: Tấm đục lỗ không có ảnh hưởng đến khả năng hút âm của kết cấu.) *Nếu diện tích đụch lỗ nhỏ và số lỗ đục ít thì kết cấu làm việc như tấm dao động hút âm . Nếu thay đổi diện tích lỗ đục ,chiều dày vật liệu , khe hở không khí thì khả năng hút âm của kết cấu sẽ thay đổi , Như vậy muốn kết cấu hút âm ở tần số cao thì diện tích lỗ đục chiếm < 15% thì kết cấu hút âm ở tần số thấp . Ưu điểm : Dễ điều chỉnh khả năng hút âm. Nhược điểm : Cấu tạo phức tạp. 5. Lỗ cộng hưởng hút âm Cấu tạo : Nó là thể tích không khí kín bởi các mựt tường cứng và thông với bên ngoài qua một cái cỗ dài. Cấu tạo có hai phần : +Lỗ : Đóng vai trò như đệm không khí để cho phần không khí ở cổ dao động dễ dàng có thể hình tròn , vuông ,đa giác. +Cỗ lỗ : Có chiều dài nhất định ,không khí trong bụng lỗ thông với không khí trong phòng qua miệng lỗ. Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 29 Khi λ của sóng âm tới lớn hơn 3 lần kích thước của lỗ thì không khí trong lỗ có tác dụng như 1 lò xo đàn hồi . Cột không khí trong cỗ như 1 pit tong khối lượng m. Dưới tác dụng của song âm tới , cột không khí trong cỗ dao động lui tới như 1 pittong , không khí trong lỗ vì không thoát ra được và thể tích lỗ lớn hơn cổ nhiều nên nó có tác dụng như một đệm đàn hồi làm cho năng lượng âm mất đi để biến thành cơ năng và nhiệt năng thắng nổi ma sát khi không khí trong cổ dao động. Khi tần số âm tới bằng tần số dao động riêng của lỗ thì hiện tượng cộng hưởng xảy ra dẫn đến khả năng hút âm của lỗ lớn nhất.Các lỗ cộng hưởng thế này được dùng từ lâu trong kiến trúc để tăng cường âm vang trong các nhà thờ cổ. Áp dụng nguyên tắc hút âm này người ta chế tạo các nanen cộng hưởng . Mỗi một lổ và thể tích không khí phía sau được coi như một lỗ cộng hưởng . Kết cấu này hút âm mạnh nhất ở những tần số nhất định. 1. Tấm đục lổ 2. Lớp vải 3. Khe không khí Ưu điểm : kết cấu này có hệ số hút âm cao rẻ tiền dể chế tạo. Nhược điểm : Đặc tính tần số hút âm không đều Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 30 Để nhận được hệ số hút âm cao và đều trong dải rộng tần số người ta làm kết cấu cộng hưởng bằng nhiều lớp đục lỗ đặt song song với nhau ( kết cấu hút âm kiểu này được thi công ở cung văn hóa và khoa học Vacsava (Ba lan). 5.Kết cấu hút âm đơn : Là những kết cấu đặc biệt được chế tạo dưới dạng tấm rời , có dạng hình cầu …Hiệu quả hút âm của kết cấu này được tăng lên khi kích thước của chúng nhỏ hoặc gần bằng bước song λ của song âm tới nên gọi là kết cấu hút âm nhiễu xạ.Khi ngiên cứu cấu tạo của chỏm hút âm ta thấy : Vỏ làm bằng tấm kim loại , trong đặt vật liệu xốp với δ = 12,5 đến 25mm và thường được treo ở những độ cao khác nhau trên những nguồn ồn. 1.Bản đục lỗ 2.Lớp vật liệu xốp 3.Lò xo để treo Chú ý : Người và các đồ ghỗ trong phòng , các dụng cụ trong nhà đều là những kết cấu hút âm đơn. 2.3 Lý thuyết xử lý trường âm.(Âm học phòng khán giả) 2.3.1 Yêu cầu chất lượng âm học đối với phòng khán giả. 1.Định nghĩa: Phòng khan giả là một phòng kín, có thể tích tương đối lớn, bị giới hạn bởi các bề mặt tường có tính chất đã biết. Có thể dùng làm hội trường , giảng Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 31 đường, biểu diễn ca nhạc , kịch nói và có thể hòa nhạc… Với hai chức năng nghe và xem. Về mặt vật lý có thể coi phòng khan giả là hệ thống không những chịu những kích thích của nguồn âm mà còn thực hiện những giao động riêng ngay cả sau khi nguồn âm đã tắt. 2.Phân loại : a.Theo đặc điểm của âm thanh : +Phòng nghe trực tiếp +Phòng nghe qua hệ thống điện thanh(HTDDT). +Phòng nghe trực tiếp + HTĐT b.Theo đặc điểm của nguồn âm: +Nghe tiếng nói : Rõ hay không rõ . +Nghe âm nhạc: Hay hoặc không hay. +Nghe tiếng nói+ âm nhạc : Rõ + hay. 3.Đánh giá chất lượng âm học của phòng khán giả a.Đánh giá chất lượng âm học theo chủ quan: Rất phức tạp nên chia phòng khan giả theo chức năng của phòng theo hai loại: *Loại nghe tiếng nói: Là chủ yếu hội trường , giảng đường ở đây chất lượng âm học của phòng được đánh giá qua độ rõ. Phòng được coi là độ rõ tốt khi tiếng nói hiểu được dễ dàng: Người nói không bị giãn sức ,người nghe không bị căng thẳng. Đọ rõ phụ thuộc vào nhiều yếu tố: +Dặc điểm của phòng +Đặc điểm của âm phát ra +Sự chú ý của người nghe Để xác định độ rõ người ta dùng phương pháp thực nghiệm: chọn 100 âm tiết vô nghĩa , rời rạc , đọc lên ở sân khấu , người nghe ngồi ở tất cả các vị trí trong phòng , ghi lại các âm mình nghe được ( gọi là độ rõ âm tiết) Độ rõ âm tiết A= Số âm tiết nghe được x100% Số âm tiết đọc A≥ 85% : Phòng có độ rõ rất tốt độ rõ câu là 97 % A = (7584 ) % : Phòng có độ rõ tốt Độ rõ câu 95 % A = 65 74 % Đạt Độ rõ câu 90 % A < 65 % Không đạt. *Loại phòng nghe âm nhạc : Nghe hay và tạo được cảm xúc . Việc đánh giá rất khó khăn vì nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố chủ quan của người nghe vào nội dung và trình độ biểu diễn của dàn nhạc . Vì vậy muốn đánh giá chất lượng âm học người ta dựa vào 3 chỉ tiêu: +Tính phong phú của âm thanh trong phòng +Âm thanh phát ra rõ rang và âm sắc không đổi +Sự cân bằng âm vang của các nhóm nhạc cụ tại mọi chỗ ngồi trong phòng. Việc đánh giá chủ quan cho phép kết luận được chất lượng âm học của phòng nhưng không tìm ra phương pháp thiết kế 1 phòng có chất lượng âm học tốt. Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 32 a. Đánh giá chất lượng âm học của phòng khan giả theo khách quan: Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng âm học cuẩ phòng khan giả như kích thước , hình dạng vủa phòng , các giải pháp kết cấu , cách gia công các bề mặt trong phòng v.v… Một phòng có chất lượng âm học tốt nếu thỏa mản các yêu cầu sau: +Có đủ năng lượng âm trên mọi chỗ ngồi của khan giả(mọi chỗ ngồi có độ rõ tốt) +Âm vang của phòng phải phù hợp với mọi kích thước của phòng và chức năng của phòng . +Tạo được trường âm thanh hoàn toàn khuếch tan, tránh được các hoạt động sấu (tiếng dội, hội tụ âm…) +Có một cấu trúc thích hợp về thời gian cũng như mức âm giữa âm trực tiếp và âm phản xạ. Tóm lại : Chất lượng âm học của phòng khan giả được đánh giá: a. Độ rõ b. Độ khuếch tán của trường âm: phụ thuộc vào khả năng phản xạ khuếch tán âm thanh các bề mặt trong phòng. Một phòng được coi là có độ khuếch tán lý tưởng khi tại các điểm trong phòng đo âm thanh đến từ mọi hướng với tần suất và cường độ như nhau. Thời gian vang thích hợp. Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 33 Có 3 cơ sở lý thuyết để nghiên cứu trường âm - Lý thuyết song : Cho phép giải quyết chính xác bản chất vật lý của các quá trình âm thanh xảy ra trong phòng . Tuy nhiên quá trình này phức tạp và cồng kềnh. - Lý thuyết thống kê : Cho phép lý tưởng hóa các quá trình vật lý xảy ra trong phòng và coi năng lượng âm ở một điểm trong phòng bằng tổng năng lượng của các âm phản xạ tới các điểm đó và bỏ qua tính chất song của âm thanh. - Lý thuyết âm hình học : Theo lý thuyết này trường âm được xét dưới dạng tổng cộng của các tia âm ( song âm thay bằng các tia âm ). Các tia âm dựng theo quy luật quang hình học cho phép xác định điểm tới của âm trên các bề mặt của phòng . 2.3.2. Thiết kế âm học theo nguyên lý âm hình học. 1. Nguyên lý âm hình học: Khi âm thanh tới một bề mặt có kích thước là a  xảy ra các hiện tượng sau đây: + Khi a >> λ (1,5 2) lần thì xảy ra hiện tượng phản xạ định hướng. Đây là hiện tượng tốt trong trường âm. Người ta lợi dụng hiện tượng này để thiết kế các phản xạ âm bổ sung cho các điểm xa nguồn âm. Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 34 +Khi a ≈ λ  xảy ra hiện tượng phản xạ khuếch tán . Đây cũng là hiện tượng tốt trong trường âm. +Khi a<< λ Xảy ra hiện tượng nhiễu xạ âm thanh. Đây là hiện tượng xấu trong trường âm loại bỏ. Nguyên lý âm hình học chỉ được áp dụng khi a>> λ . a. Thiết kế bề mặt phản xạ âm. *Điều kiện để thiết kế âm hình học khi kích thước các bề mặt a >> λ λ max = 17m f = 20 20.000 Hz λ = f c *Tại những vị trí xa nguồn âm , độ rõ thường bị giảm do các nguyên nhân sau: +Sự hút âm của bề mặt +Số phần tử môi trường ngày càng tăng lên năng lượng âm chia nhỏ trong quá trình lan truyền . Để khắc phục hiện tượng này cần thiết kế những bề mặt phản xạ âm ở tường bên, ở trần . Đặc biệt là phần trần , tường bên gần mặt phản xạ sân khấu , kích thước 5 6 m. Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 35 Xa sân khấu có thể nhỏ hơn 2  3m .Bề mặt phản xạ nên lấy dư ra 0,5m về mỗi phía . b.Áp dụng nguyên lý âm hình học để thiết kế hình dạng phòng . +Hình dạng phòng: +Hình dạng phòng tốt nếu phòng tạo được sự phân bố đều đặn năng lượng âm có đủ năng lượng để nghe rõ . +Đối với mặt bằng hình chữ nhật : Âm thanh phân bố tương đối đều đặn. Tỷ lệ mặt bằng Rộng / Dài = 3 5 *Khu vực trắng không phản xạ ở phía trước nhỏ nhất. *Khi chiều rộng phòng lớn cấu trúc âm trực tiếp và âm phản xạ ở chỗ ngồi phía trước không tốt ,dễ tạo thành tiếng dội. +Mặt bằng hình thang: Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 36  Khu vực ngồi nằm ngoài goc nhìn ở phía sân khấu tương đối nhiều , ở đây tần số âm cao yếu , phòng khan giả lớn khu vực náy càng rộng.  Kết cấu và thi công hình chưc nhật đơn giản .Nên mặt hình chữ nhật áp dụng cho quy mô phòng vừa và nhỏ. Để khắc phục góc nhìn ngoài góc 450 trước sân khấu , rút ngắn cự ly phản xạ, thường cải tiến mặt bằng hình chữ nhật thành mặt bằng hình quả chuông +Mặt bằng hình quạt: Hiệu quả âm thanh của loại mặt bằng này phụ thuộc vào góc φ tạo thành giữa tường bên với trục dọc của phòng . Góc φ càng lớn vùng trắng không có phản xạ phía trước càng lớn, góc φ ≤ 22 O ;tốt nhất φ = 10 O . *Loại mặt bằng này tường sau tương đối rộng Để tránh đơn điệu ,kiến trúc thường xử lý cong, khi khi đó chú ý tâm cong nằm xa sau sân khấu để tránh tiêu điểm âm hoặc tiếng dội rơi trên sấn khấu,có thể xưr lý khuếch tán âm trên mặt tường này, *Đặc điểm nổi bật của loại mặt bằng này là đảm bảo góc nhìn nằm ngang tốt.Loại mặt bằng này chứa nhiều khan giả những chỗ ngồi lệch tương đối nhiều. - Do có góc lệch φ nên thi công phức tạp. - Từ ưu điểm về nhìn và nghe, mặt bằng này thường áp dụng cho nhà hát lớn và vừa. Góc φ càng lớn càng chứa nhiều khan giả nhưng chất lượng về âm kém. Để khắc phục thiếu sót này thường xử lý khuếch tán trên 2 mặt tường bên. ( Hình 3) Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 37 +Mặt bằng hình lục giác:( Hình 5) Là mặt bằng cải tiến từ mặt bằng hình quạt bỏ góc lệch sau. Trường âm tương đối đều, tăng cường được mức âm cho khu vực ngồi giữa. (Hình 5) Nữa tường bên phía sau ngắn. (Hình 6)Nữa tường bên phía sau dài. *So với mặt bằng hình quạt cùng thể tích, mặt bằng này bỏ được nhiều chỗ ngồi lệch , kết cấu thi công phức tạp. *La loại mặt bằng có trường âm tương đối đều . Thích hợp với phòng hòa nhạc. Đối với nhà hát thích hợp cho loại vừa và nhỏ. +Mặt bằng hình bầu dục :( hình 7) *Do tường cong nên âm phản xạ mem theo tường , tạo thành tiêu điểm âm, âm không đều. *Loại hình này phổ biến cho nhà hát cổ điển .Để khắc phục thiếu sót này người ta tạo thành nhũng lỗ xung quanh tường , tường ngăn và lan can của các lỗ thiết kế những phù điêu lớn hoặc xử lý thành những mặt cong lồi khuếch tán âm. *Do ưu điểm để nhìn và phong cách kiến trúc độc đáo nên nhiều người thích dùng . *Có thể xử lý nữa tường bên và thiết kế cột đường kính lớn (50 cm) tạo thành lối đi dọc tường sau để tăng độ khuếch tan âm. 2. Tránh hiện tượng xấu về âm học: a.Hiện tượng tiếng dội:Âm trực tiếp và âm phản xạ đến tai người có những khoảng chênh lệch về thời gian nhất định. Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 38 Nếu khoản chênh lệch thời gian này nhỏ hơn khoảng giới hạn thì tiếng nói được tăng cường thêm . Nếu khoảng chênh lệch đó lớn hơn khoảng giới hạn thì sẽ tạo thành những tiếng độiaanx đến chất lượng âm học của phòng xấu đi.Khoảng giới hạn phụ thuộc vào mục đích sử dụng phòng và dạng của sóng âm .Ví dụ: đối với tiếng nói là 50 ms,đối với âm nhạc là 100 200 ms. *Có thể nhận biết những yếu tố gây ra hiện tượng tiếng dội: + Những vùng đánh dấu trên mặt cắt và mặt bằng có thể sinh ra hiện tượng tiếng dội. + Tiếng dội do hai mặt tường song song có khả năng phản xạ cao , sóng âm sẽ phản xạ trùng lặp. Vì thế nên thiết kế hai mặt tường bên lệch nhau một ít ( chỉ cần góc nghiêng là 5 O nên xử lý âm khuếch tán trên hai mặt tường này). + Tường sau dễ gây tiếng dội. + Mặt tường sau thẳng lớn  để khỏi đơn điệu ta xử lý cong để tạo tiêu điểm âm. Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 39 Để tránh tiêu điểm âm,tâm cong phải ở sau sân khấu và nên xử lý khuếch tán. ( Hình 9) Để tránh hiện tượng tiếng dội phải thiết kế phản xạ âm thanh thõa mãn điều kiện: - NA + 17 ≥ NO + OA - Đặt vật liệu hút âm - Hạ trần - Chia nhỏ bề mặt b. Hiện tượng hội tụ âm thanh: Hiện tượng âm thanh sau khi thực hiện phản xạ trên những bề mặt cong lõm có bán kính lớn hướng về phía nguồn âm . Tại tiêu điểm âm có cường độ rất lớn làm cho trường âm phân bố không đều , âm nghe gián đoạn , mơ hồ. Mặt cong lõm trên trần nguy hiểm nhất khi bán kính cong bằng chiều cao của phòng , lúc đó tiêu điểm âm rơi đúng vào vùng chỗ ngồi của khán giả. Nếu r > 2h thì tiêu điểm âm ít nguy hiểm. Để tránh tiêu điểm âm ta cần chú ý : Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 40 - Không thiết kế bề mặt cong lõm có r lớn hướng về phía nguồn âm. - Chia nhỏ bề mặt cong lõm thành bờ cong lồi. - Tăng bán kính cong r > 2h hoặc r < 2 h c.Âm đi men phòng: Do tường cong lõm nên âm phản xạ thường đi men tường , làm trường âm không đều. 2.3.3. Thiết kế tạo trường âm khuếch tán: 1. Ảnh hưởng của trường âm khuếch tán đến chất lượng âm thanh Trường âm khuếch tán có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng âm thanh trong phòng . Độ khuếch tán cáng cao thì âm thanh nghe càng sinh động và hấp dẫn . Trường âm khuếch tán có ý nghĩa: - Tạo ra độ đồng đều lớn về mức âm ở các chỗ ngồi. - Trường âm khuếch tán tạo sự tăng giảm mức âm tại các chỗ ngồi tương đối đều đặn , không có tăng và giảm mạnh. - Làm cho âm thanh trong phòng trở thành du dương , ấm cúng. 2. Yêu cầu về trường âm khuếch tán : Phòng được coi là có độ khuếch tán cao , nếu tại mọi vị trí của phòng áp suất âm gần như nhau : L A = L B = L C  đồng đều mức âm.  Tại 1 vị trí âm phản xạ đến từ nhiều hướng với xác suất như nhau và âm nọ tiếp nhanh sau âm kia .  Yêu cầu khác nhau đối với phòng khan giả có chức năng khác nhau  Yêu cầu cao nhất về khả năng khuếch tán là phòng hòa nhạc  Ở phòng nghe tiếng nói yêu cầu thấp hơn.  Để xác định tính khuếch tán của nguồn âm Đo mức âm ở các vị trí khác nhau Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 41 Các biện pháp tạo trường âm khuếch tán: a.Phân chia các bề mặt theo cấu tạo chu kỳ. Các yếu tố hình trụ ,lăng trụ khuếch tán âm tần số trung và cao có hiệu quả tốt. + Các yếu tố góc vuông khuếch tán âm tần số thấp tốt . Khuếch tán âm trong dải tần số rộng sẽ có hiệu quả tốt khi các yếu tố này trên các bề mặt tường và trần > 2m và sâu hơn một vài cm. + Tạo ra những bề mặt trong phòng có kích thước xấp xỉ bước sóng âm a ≈ λ . Đối với âm học phòng f = 100 ÷ 400 Hz → λ = 1,36 ÷ 3,4 + Khi chọn kích thước của bề mặt phân chia nếu lấy nhỏ quá ( dưới vài chục cm ) thì không có ý nghĩa trong việc tạo trường âm khuếch tán. + Kích thước a,B,d lấy theo biểu đồ. + Kích thước bề mặt thay đổi theo hai chiều không gian , 3 chiều không gian. b. Bố trí vật liệu hút âm : Bố trí vật liệu có hệ số âm khác nhau trên các bề mặt luân phiên. Thông thường là các tường bên hoặc các mảng phân tán trong phòng. Trong một phòng thì việc bố trí vật liệu hút âm rải rác khuếch tán âm thanh tốt hơn việc bố trí vật liệu hút âm tập trung. Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 42 I. Thiết kế phòng khán giả theo thời gian vang : 1. Âm vang : Hiện tượng âm thanh còn ngân dài khi nguồn âm ngừng tác dụng gọi là âm vang. Theo quan điểm sóng ( âm vật lý ) thì âm vang là quá trình tắt dần của những dao động còn dư của các phần tử không khí trong phòng khi nguồn âm ngừng tác dụng . Quá trình này là tổng hợp vô số những dao động tự do của các phần tử không khí trong phòng . 2. Thời gian vang : T(s). Xét việc bổ sung năng lượng âm ở điểm A trong phòng . Khi nguồn âm S phát ra ở A nhận được âm trực tiếp SA và năng lượng âm ở A bắt đầu tăng lên theo thời gian khi nó nhận các phản âm r 1f < r 2f < r 3f … Đến một lúc nào đó nguồn âm vẫn phát ra âm thanh nhưng năng lượng âm ở A không tăng nữa → đạt được sự cân bằng : E A = const . Nếu tắt nguồn âm lúc này thì âm trực tiếp tắt trước , sau đến các âm phản xạ → năng lượng âm ở A giảm. Quá trình thu nhận âm thanh trong phòng chia làm 3 giai đoạn: + Giai đoạn 1 : Giai đoạn tăng năng lượng âm do năng lượng âm được bổ sung liên tiếp từ các phản xạ xảy ra nhanh. + Giai đoạn 2 : Giai đoạn năng lượng âm trong phòng đạt trạng thái ổn định. + Giai đoạn 3: Giai đoạn năng lượng âm bị giảm đi ( xảy ra chậm hơn lúc tăng). Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 43 Định nghĩa : Thời gian vang là thời gian cần thiết để mật độ năng lượng âm giảm đi 10 6 lần hay mức năng lượng âm giảm đi 60 dB so với trị số ổn định trong quá trình tắt dần tự do của nó khi nguồn âm ngừng tác dụng . Ý nghĩa: + Về mặt vật lý: T cho biết tốc độ tắt của âm thanh trong phòng . + Về mặt cảm giác nghe âm : T ngắn → nghe rõ nhưng âm thanh khô khan , không tốt cho phòng nghe âm nhạc .Nếu T dài thì mức độ che lấp lớn , âm thanh nghe không rõ , nhưng âm nghe ấm và du dương. Rất tốt cho phòng nghe âm nhạc nhưng không tốt cho phòng tiếng nói. Đây là một yếu tố quan trọng để đánh giá chất lượng âm thanh trong phòng . 2. Các yếu tố ảnh hưởng đến T : Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến thời gian vang : a. Hình dáng , thể tích phòng V(m 3 ). b. Đặc điểm hút âm của phòng: * Sự bố trí của vật liệu hút âm * Lượng hút âm của phòng A (m 2 ). c. Tần số của âm thanh . d. Chức năng của phòng . 3. Công thức xác định thời gian âm vang: a. Công thức của Sabin: Tác giả dựa vào hai giả thiết để thành lập phát triển âm vang . + Ở trong phòng , âm thanh phát ra cho đến lúc đạt được trạng thái ổn định , năng lượng âm thanh ở mọi điểm trong phòng đều như nhau(trường âm khuếch tán ) + Sauk hi nguồn âm ngừng phát năng lượng âm tắt dần đều đặn (trường âm hoàn toàn khuếch tán ) Với V(m 3 ): Thể tích của phòng A(m 3 ): Lượng hút âm của phòng b. Công thức của Eyring : α tb > 0,2 T= )1ln( 16,0 tbS V  (s) Trong đó : a. S : Tổng diện tích các mặt bằng trong phòng khi phòng có V > 2000 m 3 và tần số cao thì phải kể thêm lượng hút âm của không khí Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 44 Khi đó : T= mvA V 4 16,0  (1) Và T = mvS V tb 4)1ln( 16,0   (2) Trong đó : *m là hệ số hút âm của không khí. A= A cố định + A thay đổi + A phụ *A : Tổng lượng hút âm *A CD : Lượng hút âm cố định ( trần ,tường,…) A CD =  n sii 1 . (m 2 ) *A TD : Lượng hút âm thay đổi trong phòng A TD = a n .N u + a g .N g b. a n : Lượng hút âm của một người ngồi c. N u : số người có mặt trong phòng d. a g : lượng hút âm của ghế e. N g : số ghế không có người ngồi f. A phu : Lượng hút âm phụ do có khe hở ở các lỗ đèn và do sự dao động của kết cấu , Khi sử dụng phương trình âm vang ta cần chú ý về không gian ngẫu hợp . Đó là những không gian thông suốt nhau nhưng độ lớn khác nhau và chức năng âm học cũng khác nhau và nối với nhau bằng một cửa lớn . Trong không gian ngẫu hợp do thể tích , vật liệu của các không gian giống nhau → nên phải tính riêng. + Đối với phòng khán giả và sân khấu khi tính thời gian âm vang cho phòng khán giả lấy hệ số hút âm của miệng sân khấu thay thế cho sự tồn tại của sân khấu . + Đối với không gian chính của phòng khán giả với không gian dưới ban công thì nếu b > 2h ta phải phân thành hai không gian Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 45 riêng biệt và lấy hệ số hút âm của miệng ban công thay cho sự tồn tại của ban công . Nếu b ≤ 2h thì coi như một không gian để tính. 4. Thời gian vang tối ưu: T tn (1) a. Thời gian vang (T) có ý nghĩa : - cho biết tốc độ tắt âm thanh trong phòng - Là đại lượng vật lý có thể tính toán được , có mối lien hệ với các thông số V,A của phòng . - Giúp cho việc cảm nhận , đánh giá chất lượng âm thanh phòng Nếu T ngắn quá dẫn đến âm thanh nhỏ Nếu T dài quá dẫn đến âm thanh kém rõ Như vậy sẽ tồn tại một chử số T sao cho độ rõ không bị giảm mà âm nghe vẫn du dương , mặt khác trị số đó cũng không giống nhau đối với từng loại phòng và V của chúng. T tn phụ thuộc vào nhiều yếu tố: +Phụ thuộc vào V của phòng +Phụ thuộc vào chức năng của phòng +Phụ thuộc vào tần số của âm thanh. b. Theo công thức kinh nghiệm của Clavil. T 500tn =K.lgV Trong đó : K là hệ số phụ thuộc vào chức năng của phòng. Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 46 - Phòng ca nhạc K = 0,41 - Phòng kịch nói K = 0,36 - Phòng chiếu phim gia đình K = 0,29 Hay tra T 500tn bằng biểu đồ. *Tính T ftn = R. T 500tn Ta cần chú ý: Khi V > 2000 m 3 tốc độ tắt phụ thuộc vào V không đáng kể .Theo kinh nghiệm ta lấy trị số T tn = 1,48s cho nhạc hiện đại, T tn = 1,54s cho nhacj cổ điển , T tn = 2,07s cho nhạc lãng mạn chữ tình; T tn = 1,7 chung cho tất cả các loại âm nhạc; V < 300 m 3 chon T tn = 1s Với R hiệu chỉnh theo biểu đồ Nếu f ≥500 Hz thì R = 1 Đối với phòng V nhỏ lấy vùng gạch chéo dưới. Nếu phòng V lớn thì lấy vùng gạch chéo trên hay xác định R theo bảng 5.Thiết kế phòng đảm bảo âm vang . Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 47 a.Yêu cầu cần thiết kế : T fp = T ftn ± 10% +Đối với phòng khán giả yêu cầu chất lượng cao thì tính cho 6 dãi tần số : 125, 250,500,1000,2000,4000. +Đối với phòng khán giả yêu cầu chất lượng trung bình thì tính cho 3 giải tấn số T125tn , T 500tn , T 2000tn . + Đối với phòng nghe tiếng nói thì T tn ≤ 500 Hz Khi lượng khán giả trong phòng thay đổi thì lượng hút âm thanh trong phòng cũng thay đổi theo từ đó làm thay đổi thời gian âm vang của phòng nên người ta phải tính các mức chứa thông dụng nhất ( 100 % và 75%). + Đối với các phòng yêu cầu chất lượng cao , người ta cố gắng giảm thay đổi lượng hút âm bằng cách sử dụng các ghế có hệ số hút âm gần bằng của người. Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 48 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ CHO PHÒNG 1500 GHẾ Bài toán cần giải quyết là: bố trí vật liệu hút âm cho phòng biểu diễn ca nhạc có thể tích V = 12000 m 3 .Với Cao.Rộng.Dài = 12.25.40 ; trong đó tổng diện tích các bề mặt trong phòng là 3500 m 2 . Phòng không có khe trống phức tạp, bỏ qua lượng hút âm bổ sung. 1. Các bước thiết kế: Bước 1: +Xác định thời gian T 500tn căn cứ vào thể tích và chức năng của phòng +Xác định thời gian T ftn = R. T 500tn +Lập biểu đồ T ftn ± 10% Bước 2: +Xác định hệ số hút âm trung bình (α tb ) theo các tần số khác nhau Ln(1- α tb ) = ST V f tn . .16,0 => α tb Bước 3: + Tính lượng hút âm của phòng Xác định : A fcd = A f - A td = A fyc = a n .N u +Q y .N g Bước 4: Bố trí trang âm cho phòng khán giả Phải lựa chọn và bố trí vật liệu hút âm sao cho lượng hút âm gần bằng lượng hút âm yêu cầu. + Trần gần nguồn âm bố trí vật liệu có độ cứng cao và được thiết kế theo nguyên lý âm hình học.Nên cấu tạo các hình lồi ở trong phòng. + Ở các phần trần ở cuối phòng cần bố trí các vật liệu hút âm. + Tường hậu có thể gây ra các hiện tượng xấu nên phải bố trí các vật liệu hút âmmanhj và đồng đều. + Lượng hút âmcoos định yêu cầu được bố trí hai tường bên theo nguyên tắc tạo các dãi hút âm và phản âm sen kẽ nhau đạt đến độ khuếch tán âm ổn định Bước 5: Kiểm tra. Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 49 +Xác định lượng hút âm tính toán của phòng thiết kế: A ftk A ftk = A fcd + A ftd +Xác định thời gian âm vang thiết kế T ftk và so sánh nó với T ftn ± 10% Nếu không đảm bảo thì chúng ta phải thay đổi vật liệu hút âm và thay đổi diện tích hút âm. Bước 6: Hiệu chỉnh công trình. +Đo đạc ,kiểm tra. +Hiệu chỉnh, bố trí vật liệu hút âm. Giải quyết bài toán: 1. Tính T 500tn Do phòng có chức năng là biểu diễn ca nhạc nên K= 0,41 Áp dụng công thức T 500tn = K.lgV = 0,41.lg12000 = 1.7s T 125tn = R.1,7 =1,4.1,7 = 2,4s T 2000tn = R.1,7 = 1. 1,7 = 1,7 s 2. Tính hệ số hút âm trung bình của các tần số. +Đối với các tần số 125 và 500 Hz dùng công thức: T= )1ln( 16,0 tbS V  = )1ln(.3500 12000.16,0 tb Thay T 125tn = 2,4 vào ta có: 2,4 = )1ln(.3500 12000.16,0 tb → α 125 tb = 0,205 T 500tn = 1,7 = )1ln(.3500 12000.16,0 tb → α 500 tb = 0,276 + Đối với f = 2000Hz ta dùng công thức : T = mvS V tb 4)1ln( 16,0   Trong đó m là hệ số hút âm của không khí ở 20 0 C và độ ẩm φ = 80% Thay số vào ta có : 1,7 = 3240.0025,0.4)1ln(.3500 12000.16,0  tb => α 2000 tb = 0,251 Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 50 3. Tính lượng hút âm của phòng: A 125 = S. α 125tb = 3500.0,205 = 717,5 m 2 A 500 = S. α 500tb = 3500.0,276 = 966,0 m 2 A 2000 =S. α 2000tb = 3500.0,251 = 878,5 m 2 4.Tính lượng hút âm thay đổi: Chọn ghế ngồi trong phòng là ghế dựa bằng ghỗ dán Đối tượng hút âm Hệ số hút âm 125 500 200 Ghế bằng gỗ dán 0,07 0,081 0,082 Người ngồi trên ghế 0,2 0,31 0,41 Ta tính toán lượng hút âm của phòng khi số người đạt 70% Tức là số người có mặt trong phòng là 1500.70% = 1050 người Số ghế trống là 1500 – 1050 = 450 ghế Đối tượng hút âm Số lượng α 125 α 500 α 2000 Ghế dựa ghỗ dán 450 0,07 0,081 0,082 Người ngồi trên ghế 1050 0,2 0,31 0,41 A td của người và ghế 241,5 361,95 467,4 5.Tính lượng hút âm cố định khi có mặt 70% khán giả: A 125cd = A 125 - A 125td = 717,5 – 241,5 = 476 A 500cd = A 500 - A 500td = 966 – 361,95 = 604,05 A 2000cd = A 2000 - A 2000td = 878,5 - 467,4 = 411,1 6.Chọn vật liệu và bố trí trang âm ST T Bề mặt Vật liệu và khoảng cách hút âm Diệ n tích m 2 125Hz 500Hz 2000Hz α Sα α Sα α Sα 1 Trần Vữa vôi trên lưới 800 0.0 4 32 0.06 48 0.04 32 Gỗ dán 7mm phủ ngoài vật liệu xốp 176 0.4 70.4 0.15 26.4 0.06 10.56 2 Sàn Trải thảm cao xu dày 5mm 980 0.0 4 39.2 0.08 78.4 0.03 29.4 3 Cửa đi Cửa kính đóng kín 60 0.3 5 21 0.18 10.8 0.07 4.2 4 Lỗ đèn Lỗ chống 4 0.2 5 1 0.25 1 0.25 1 5 Lỗ Lỗ trống có 20 0.5 10 0.5 10 0.5 10 Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 51 thông gió song sắt 6 Tườn g bảo vệ Trát vữa quét sơn phản xạ âm đến trần 260 0.0 1 2.6 0.02 5.2 0.02 5.2 7 Tườn g hai bên trên Tấm nhôm dày 1cm ,cách tường 1cm ,xử lý khuếch tán âm,phía trên tường bảo vệ 400 0.3 120 0.1 40 0.04 16 8 Tườn g phía trước Rèm gấp nếp 2 hoặc 3 300 0.2 0.3 0.5 9 Tườn g xung quanh phía dưới trần Rèm gấp nếp 2 150 0.2 0.3 0.5 10 Hai góc cuối phòng Bố trí khung hút âm Fasold/Winkl er 250 0.1 8 45 0.87 217. 5 0.24 60 11 Tườn g hậu Tấm nhôm ép trên sườn gỗ 100 0.3 7 37 0.30 7 30.7 0.10 8 10.8 A cd Tổng hợp 468.2 603 404.1 6 7.Kiểm tra sai số: Sai số của A 125cd = 476 4762,468  .100% = 476 8,7 .100% =-1,6 % Sai số của A 500cd = 04,604 04,604603 .100% = -0,1 % Sai số của A 2000cd = 1,411 1,41116,404  .100% = -1,6 % Kết luận: sai số nằm trong giới hạn cho phép ,vật liệu và khảng cách hút âm bố trí như vậy là đạt yêu cầu. 8.Sơ đồ bố trí vật liệu: a)Trần: Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 52 b.Tường phía trước: 40 m 25 m 22,4 m 35, 84 m Gỗ dán 7mm phủ ngoài vật liệu xốp Vữa vôi trên lưới 25 m 12 m Rèm gấp mép 3 Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 53 c.Tường bên trái ( Tường bên phải): d. Tường sau: e. Sàn : Toàn bộ mặt sàn trải thảm cao su dày 5 mm 1,4 m Ca o 1 2 m Cửa đi = (3m)x(5m) Lỗ thoáng S = 1m x 5m Rèm gấp nếp đôi 40 m 6m Khung hút âm Fasold Tường bảo vệ trát vữa quét sơn phản xạ âm Tấm nhôm dày 1 cm,cách tường 1cm,xử lý khuếch tan âm thanh 6m 6m 25m 2,4m 3m Tường bảo vệ Tấm nhôm dày 1cm Khung hút âm Fasold Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 54 CHƯƠNG IV: LỰA CHỌN THIẾT BỊ ÂM THANH VÀ KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG TRƯỜNG ÂM Để bố trí hệ thống loa cho phòng khán giả chúng ta sử dụng phần mềm Y-S3V2.1.0 của công ty YAMAHA . 1.Vị trí đặt loa : +Cụm loa bên trái ta đặt tại độ cao 5m ,cách tường trái 2m , cách tường phía trước là 3m +Cụm loa bên phải cũng đặt ở độ cao là 5m,cách tường phải 2m,cách tường trước 3m. Array Properties Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 55 Array positions in the Venue Speaker Array Name Array1 On/Off On Position [m] x 10.00 y 4.00 z 5.00 Angle [deg] pan 0.0 tilt 6.5 rot 0.0 Target Point [m] x 10.00 y 37.35 z 1.20 Accessories HAF3-2112 Input Signal Level [dBu] HAF3-2112 Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 56 Speaker Name Array1sp1 Speaker Model IF2112/64 On/Off On Position [m] x 9.85 y 3.96 z 5.00 Position Top [m] x 9.85 y 4.00 z 5.35 Position Bottom [m] x 9.85 y 3.92 z 4.66 Angle [deg] pan -30.2 tilt 5.6 rot -3.3 Target Point [m] x -9.52 y 37.29 z 1.20 Amplifier Model PC9501N Att[dB] -10 Output [W] 12.2 Speaker Name Array1sp2 Speaker Model IF2112/64 On/Off On Position [m] x 10.00 y 4.00 z 5.00 Position Top [m] x 10.00 y 4.04 z 5.35 Position Bottom [m] x 10.00 y 3.96 z 4.65 Angle [deg] pan 0.0 tilt 6.5 rot 0.0 Target Point [m] x 10.00 y 37.35 z 1.20 Amplifier Model PC9501N Att[dB] -10 Output [W] 12.2 Speaker Name Array1sp3 Speaker Model IF2112/64 On/Off On Position [m] x 10.15 y 3.96 z 5.00 Position Top [m] x 10.15 y 4.00 z 5.35 Position Bottom [m] x 10.15 y 3.92 z 4.66 Angle [deg] pan 30.2 tilt 5.6 rot 3.3 Target Point [m] x y z Amplifier Model PC9501N Att[dB] -10 Output [W] 12.2 Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 57 Speaker Array Name Array2 On/Off On Position [m] x -10.00 y 4.00 z 5.00 Angle [deg] pan 0.0 tilt 6.5 rot 0.0 Target Point [m] x -10.00 y 37.35 z 1.20 Accessories HAF3-2112 Input Signal Level [dBu] HAF3-2112 Speaker Name Array2sp1 Speaker Model IF2112/64 On/Off On Position [m] x -10.15 y 3.96 z 5.00 Position Top [m] x -10.15 y 4.00 z 5.35 Position Bottom [m] x -10.15 y 3.92 z 4.66 Angle [deg] pan -30.2 tilt 5.6 rot -3.3 Target Point [m] x y z Amplifier Model PC9501N Att[dB] -10 Output [W] 12.2 Speaker Name Array2sp2 Speaker Model IF2112/64 On/Off On Position [m] x -10.00 y 4.00 z 5.00 Position Top [m] x -10.00 y 4.04 z 5.35 Position Bottom [m] x -10.00 y 3.96 z 4.65 Angle [deg] pan 0.0 tilt 6.5 rot 0.0 Target Point [m] x -10.00 y 37.35 z 1.20 Amplifier Model PC9501N Att[dB] -10 Output [W] 12.2 Speaker Name Array2sp3 Speaker Model IF2112/64 On/Off On Position [m] x -9.85 y 3.96 z 5.00 Position Top [m] x -9.85 y 4.00 z 5.35 Position Bottom [m] x -9.85 y 3.92 z 4.66 Angle [deg] pan 30.2 tilt 5.6 rot 3.3 Target Point [m] x 9.52 y 37.29 z 1.20 Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 58 Amplifier Model PC9501N Att[dB] -10 Output [W] 12.2 Project summary Project Title No Designer trinh hoang nam Company san khau dien anh Address Date Revision Comment: This report is generated by Yamaha Sound System Simulator - YS3 Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 59 Venue Geometry Venue Geometry of this project Venue Type Rectangle Audience Area [m] Length:40.00, Width:24.00, Ear Height above the floor:1.20 Stage Area [m] Length:0.00, Width:0.00 Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 60 Product List Equipment No ofunits Item Description Signal Processor 1 DME64 Digital Mixing Engine 4 MY8-ADDA96 8-channel Analog I/O Card Power Amplifier 6 PC9501N Stereo Power Amplifier Speaker 6 IF2112/64 12" 2way 60x40deg Bi-amp Mode Accessory 2 HAF3-2112 Horizontal Array Frame Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 61 System Diagram MODE(Amplifier mode type):ST:STEREO/BR:BRIDGE (Speaker mode type) P:Passive/B:BiAmp/T:TriAmp Horn (Speaker horn arrangement): Rot: Rotate Gain (Gain switch setting): 32: 32dB /26: 26dB /+4: +4dBu Amp model Mode Gain Att Speaker name Speaker model Mode HornUnit Array name DME64 - > PC9501N ST 32 -10 -> Array1sp1 IF2112/64 B LF Array1 - > -10 - > Array1sp1 IF2112/64 B HF - > PC9501N ST 32 -10 -> Array1sp2 IF2112/64 B LF - > -10 - > Array1sp2 IF2112/64 B HF - > PC9501N ST 32 -10 -> Array1sp3 IF2112/64 B LF - > -10 - > Array1sp3 IF2112/64 B HF - > PC9501N ST 32 -10 -> Array2sp1 IF2112/64 B LF Array2 - > -10 - > Array2sp1 IF2112/64 B HF - > PC9501N ST 32 -10 -> Array2sp2 IF2112/64 B LF - > -10 - > Array2sp2 IF2112/64 B HF - > PC9501N ST 32 -10 -> Array2sp3 IF2112/64 B LF - > -10 - > Array2sp3 IF2112/64 B HF - > - > - > - > - > - > - > - > - > - > - > - > - > - > Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 62 - > - > - > - > - > - > - > - > - > - > - > - > - > - > - > - > - > - > - > - > - > - > - > - > - > - > Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 63 Contour & SPL Color Map Array1, 63Hz, 1/1 octave band Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 64 Array1, 125Hz, 1/1 octave band Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 65 Array1, 250Hz, 1/1 octave band Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 66 Array1, 500Hz, 1/1 octave band Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 67 Array1, 1000Hz, 1/1 octave band Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 68 Array1, 2000Hz, 1/1 octave band Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 69 Array1, 4000Hz, 1/1 octave band Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 70 Array1, 8000Hz, 1/1 octave band Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 71 Array2, 63Hz, 1/1 octave band Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 72 Array2, 125Hz, 1/1 octave band Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 73 Array2, 250Hz, 1/1 octave band Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 74 Array2, 500Hz, 1/1 octave band Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 75 Array2, 1000Hz, 1/1 octave band Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 76 Array2, 2000Hz, 1/1 octave band Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 77 Array2, 4000Hz, 1/1 octave band Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 78 Array2, 8000Hz, 1/1 octave band Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 79 Frequency 63Hz, 1/1 octave band, Average 87dB Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 80 Frequency 125Hz, 1/1 octave band, Average 90dB Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 81 Frequency 250Hz, 1/1 octave band, Average 89dB Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 82 Frequency 500Hz, 1/1 octave band, Average 89dB Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 83 Frequency 1000Hz, 1/1 octave band, Average 85dB Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 84 Frequency 2000Hz, 1/1 octave band, Average 84dB Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 85 Frequency 4000Hz, 1/1 octave band, Average 82dB Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 86 Frequency 8000Hz, 1/1 octave band, Average 78dB Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 87 MỤC LỤC Chương I: Tổng quan về âm thanh 1 1.1 Khái niệm về âm thanh và tham số đặc trưng 1 1.1.1.Âm thanh và các đặc tính vật lý của âm thanh: 1 1.1.2.Mức tín hiệu âm thanh 3 1.1.3.Phổ tín hiệu âm thanh 6 1.1.4. Mức to, độ to 12 1.2 Khái niệm về hệ thống âm thanh và tham số đặc trưng của thiết bị. 13 1.2.1.Cơ sở kỹ thuật audio 13 1.2.1.1.Khái niệm về audio 13 1.2.1.2.Những tín hiệu: tương tự và kỹ thuật số(analog and digital). 14 1.2.1.3.Micro 14 1.2.1.4 Sơ đồ khối một hệ thống audio cho thấy các mức điện áp đặc trưng ở các điểm khác nhau trong hệ thống 16 1.2.1.5.Mức của loa. 16 1.2.1.6.So sánh các mức . 16 1.2.1.7.Dây nối giữa các thiết bị. 16 1.2.1.8.Các đầu nối 16 Chương II: Cơ sở lý thuyết 18 2.1)Cơ sở lý thuyết về trường âm 18 2.1.1.Âm thanh kiến trúc,những khái niệm cơ bản 18 2.1.2.Các đặc tính vật lý của trường âm 19 2.1.2.1.Trường trực âm 19 2.1.2.1.a.Sự suy giảm năng lượng trên đường truyền lan 19 2.1.2.1.b.Ảnh hưởng của thời tiết , vi khí hậu . 20 2.1.2.1.c.Hiện tượng nhiễu xạ 21 2.1.2.2.Trường phản âm 21 2.1.2.2.a. Sự hình thành trường phản âm 21 2.1.2.2.b.Trường phản âm tác động lên sự cảm thụ âm thanh 22 2.1.2.3.Hiện tượng hấp thụ âm thanh 24 Đồ án tốt nghiệp TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 88 2.3 Lý thuyết xử lý trường âm.(Âm học phòng khan giả) 29 2.3.1 Yêu cầu chất lượng âm học đối với phòng khan giả 29 2.3.2. Thiết kế âm học theo nguyên lý âm hình học. 32 2.3.3. Thiết kế tạo trường âm khuếch tán: 38 Chương III: Thiết kế (cho phòng 1500 ghế) 45 Chương IV: Lựa chọn thiết bị âm thanh và kiểm tra chất lượng trường âm 50