Akustika i zvučnici

Osnove snimanja i obrade zvuka

Vještine

FER travanj 2010.

Prof.dr.sc. Hrvoje Domitrović

1. Pojave koje prate širenje zvuka

Idealni izvor zvuka

Opadanje tlaka zvuka ovisno o udaljenosti

Opadanje tlaka zvuka ovisno o udaljenosti - zatvoreni prostor

Refleksija zvukaZvučne zrake su zamišljeni pravci okomiti na čelo valova koji dolaze iz izvora zvuka. Da bi zakoni iz optike vrijedili u akustici, duljina zvučnog vala mora biti puno manja od dimenzije plohe od koje se val reflektira. (<l/4)

Kod refleksije ravnog zvučnog vala od ravne površine, reflektirane zrake bit će u istoj ravnini kao i upadne zrake, a kut refleksije jednak je kutu upada

Konkavni reflektor

Ravni reflektor

Konveksni reflektor

Difrakcija zvučnog valaZvučni valovi zaobilaze

prepreke i pri tomemijenjaju smjer širenja.Što je odnos valneduljine prema dimen-zijama pregrade manji,to je difrakcija veća.Ako je zapreka mala uodnosu na valnu duljinu,ona gotovo i ne utječena širenje zvučnog vala.

Apsorpcija zvuka

Apsorpcija zvuka je proces u kojem zvuk slabi priprolasku kroz neko sredstvo. Prilikom apsorpcijeveći se dio energije pretvara u toplinu tj. zvuk se unekom materijalu apsorbira tako da se pretvori udrugi oblik energije i onda u toplinu. Kad zvučni valudari u neku plohu postavljenu na čvrstu podlogu,jedan dio zvučne energije se reflektira, a ostatakse apsorbira. Za materijale se određujekoeficijent apsorpcije ( ), koji je definiran kaoodnos apsorbirane i upadne zvučne energije.

Koeficijent apsorpcije vezan je s koeficijentom refleksije (r) i to preko formule:

α = 1 r2

Taj koeficijent važan je da bismo mogli ocijeniti koji je materijal pogodan za određenu svrhu pri projektiranju prostorija u praksi (svrha može biti: skraćivanje vremena odjeka, prigušenje buke itd.).

Pomoću apsorpcijskih materijala i njihovih akustičkih svojstava dobiva se kontrolirana apsorpcija u prostoriji i kontrolira se raspodjela zvučne energije.

Difuzija zvuka

Kod apsorpcije i refleksije kut upada zvučnog vala jednak je kutu reflek-sije. Za materijale i plohe čija je valovitost h reda veličine valne duljine zvučnog vala (h ) dolazi do reflek-tiranja zvučnih valova i pod kutevima koji nisu jednaki kutu upada.

1000 Hz

2000 Hz

2. Akustička podjela prostorija

Akustički male prostorije

L ~ V1/3 = 4 .1 m/L >> 1

fc= 2000 (T/V)1/2 (Hz)

Prostorija volumena cca 70m3, tj. ona za koju vrijede sljedeći izrazi:

fc je kritična frekvencija. Iznad ove frekvencije utjecaj pojedinačnih modova titranja prostorije ne utječe na raspodjelu zvučnog tlaka.

Kritična frekvencija

Akustički male prostorije

Treba paziti na:

modove titranjaoblik prostorije

dolazak refleksija

Vrste prostorija:slušaonice, “kućni kino”, mali govorni i glazbeni studiji, režije, učionice, dvorane za sastanke

Odjek u akustički malim prostorijama

Akustički velike prostorijeProstorije veće od 300 m3.

Kritična frekvencija ispod frekvencijskog područja govorai glazbe.Vrste prostorija:

veliki studiji, dvorane za pokuse, crkve,koncertne dvorane, kazališta, auditoriji-predavaonice

Akustički velike prostorije

VREMENSKA MJERILA:

- Vrijeme odjeka RT60- Omjer niskih frek-

vencija BR

3. Akustičke osobine prostora

Akustičke osobine prostora

Određene su s tri čimbenika:

1. Volumen – optimalne vrijednosti ovise o namjeni prostora, utječe na vrijeme odjeka

2. Oblik – određuje raspored zvučnog polja u prostoriji

3. Akustička obrada – količina, vrsta i razmještaj akustičkih elemenata

Proces odjeka – utišavanje zvuka

Rane refleksije stvaraju dojam veličine prostora

Odjek stvara dojam živosti prostora

Proces odjeka

• Uho nije sposobno razdvojiti zvukove koji dolaze unutar 20 ms, ali oni utječu na osjećaj promjene smjera dolaska zvuka.

• Istaknute refleksije u drugom dijelu procesa odjeka čuju se kao jeka.

• Poželjno je postići linearan pad (u dB) zvuka u prostoru.

• Kod akustički spojenih prostorija (npr. studio-režija) dominira akustička slika prostorije s dužim odjekom

Ovisnost RT60 o frekvenciji

3.1 Volumen

• U pravilu većem volumenu odgovara i veće vrijeme odjeka

• U režijskim prostorima je praktičnije definirati potrebnu površinu nego volumen:

Slušaonice: S = 50 – 70 m2

Glazb. režije: S = 30 – 50 m2

Druge režije: S = 20 – 40 m2

Montaže: S = 10 – 30 m2

Volumen – razne dvorane

Volumen - studiji

Optimalno vrijeme odjeka ovisno o volumenu i namjeni.

3.2 OblikPravokutni oblik – najčešći, ali ne i najpovolj-

niji zbog modova titranja zvuka. Optimalni odnosi dimenzija prostorije:

d : š = 1,25 ... 1,45š : v = 1,10 ...1,90d : v <= 1,90 ili => 2,10

Bonelov kriterij:1. Nepostojanje dvostrukih modova2. Broj modova raste ili ostaje isti s poras-

tom rednog broja terce

Stojni valovi

Stojni valovi nastaju kad se dva jednaka zvučna vala(imaju iste valne duljine) kreću jedan premadrugome (putuju u suprotnim smjerovima). Tapojava nastaje kad val udara u neku prepreku idolazi do refleksije, npr. u paralelopipednojprostoriji tvrdih zidova.

Osnovna osobina tih valova je da će efektivnavrijednost tlaka na nekim mjestima biti jednakanuli. Ta mjesta se nazivaju čvorovima vala, dok namjestima udaljenim za četvrt valne duljine odčvorova vala imamo trbuhe vala, i tamo je zvučnitlak maksimalan.

Modovi titranja

Hz 2 2

2

2

2

2

2

,,v

r

š

q

d

pcf rqp

Oblik

Povoljniji oblici:

Oblik

Izrazito nepovoljni oblici:

3.3 Akustička

obrada

razmještaj akustičkih elemenata

Rezultat akustičke obrade

Vrijeme odjeka i buka

Površina RT60 Buka

Slušaonice: 50 – 70 m2 0,30 – 0,40 s 15 dBA

Glazb. režije: 30 – 50 m2 0,24 – 0,34 s 20 dBA

Druge režije: 20 – 40 m2 0,20 – 0,30 s 25 dBA

Montaže: 10 – 30 m2 0,15 – 0,25 s 30 dBA

Režije

Preporučene vrijednosti vremena odjeka:

T0 = 0,35 s i S0 = 60 m2

što daje srednji koeficijent apsorpcije s = 0,35.

ss

sTT 05,0

0

0

Akustičke obrada režijaCiljevi:• ostvariti uvjete slušanja koji odgovaraju akustici

prostorije u kojoj je zvuk snimljen (npr. studio ili dvorana)

• ostvariti vjernu zvučnu sliku izvornog prostora• zadržati osjećaj živosti prostora uz malo vrijeme

odjeka• na mjestu ton-majstora postići zonu bez ranih

refleksija – RFZ = Reflection-Free Zone, tj. u prvih 10 ms refleksije potisnute barem 15 dB ili 20ms i 12 dB.

Kako ostvariti ove ciljeve?

Jedno rješenje ...

…i rješenje iz RH

Kućni studio

Optimalno vrijeme odjeka za glazbene studije

Optimalno vrijeme odjeka za TV studije

4. Akustički elementi

Tri su osnovne vrste akustičkih elemenata:

Reflektori

Apsorberi

Difuzori

U daljem radu bavit ćemo se uglavnom apsorberima i difuzorima zvuka.

Apsorberi zvukaPodjela prema načinu rada:

porozni panelni rezonatorski

Apsorberi zvuka

Porozni apsorberi

Ovisnost o debljini materijala i gustoći.

6 = 100 kg/m3

4 = 60 kg/m3

3 = 50 kg/m3

2 = 30 kg/m3

Porozni apsorberi

Ovisnost o dubini zračnog prostora iza apsorpcijskog materijala.

Rezonatorski apsorberi

Nadomjesna shema rezonatorskog apsorbera

Rezonatorski apsorberi

Proračun postotka perforacije za rezonatorske apsorbere

Mjerenja karakteristika apsorbera

Vrijednost i ovisnost o frekvenciji.Osim toga pri određivanju akustičkih osobina

materijala potrebno je utvrditi vrijednost akustičkog otpora.

Načini mjerenja:• pomoću odnosa stojnih valova u cijevi (Kundtova

cijev)• razlika u vremenu odjeka u ječnoj komori• impulsne metode (TDS, MLS,...)

Mjerenja karakteristika apsorbera

Mjerenje odnosa stojnih valova u Kundtovoj cijevi.

Difuzori

djelovanje difuzora zvuka

Presjek difuzora zvuka

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

0

1

2

3

4

0 1 2 3 4 5 6 7

Mjerenja difuzora zvuka“Profuzor SV” Fran d.o.o

1000 Hz

2000 Hz

Proračun Izmjereno

Zašto je snimanje zvuka umjetnost?

Korištene pretpostavke za izvor:

• točkasti izvor zvuka – u stvarnosti ima veličinu

• neusmjereni izvor zvuka – u stvarnosti usmjeren

• jednak za sve frekvencije – u stvarnosti veličina i oblik određuju osobine ovisno o frekvenciji

Osobine akustičkih elemenata ovise o frekvenciji i kutu upada zvuka

Ljudsko uho – izrazito nelinearan element u sustavu i to frekvencijski, dinamički, prostorno

Zbog toga određivanje mjesta snimanja koje će dati ujednačenu zvučnu sliku za sve frekvencije predstavlja – UMJETNOST!

5. Izolacija

R = 43 dB

R = 56 dB

R = 60 dB

R = 67 dB

6. Zvučnici

Razmještaj zvučnika

Stereo sustav:

= 60° ± 10°

h/b = 0,9 ± 0,2

Razmještaj zvučnikaEkran 1: Udaljenost slušatelja = 3H (2ß1 = 33°)Ekran 2: Udaljenost slušatelja = 2H (2ß2 = 48°)H: Visina ekranaB: Razmak između zvčnika (širina stereo-baze)

Razmještaj zvučnika

Razmještaj zvučnika

Referentni uvjetiKarakteristika zvučnika

Referentni uvjetiUtjecaj prostora i zvučnika

Nagib zvučnika

Nagib zvučnika

Dobro

Loše

Utjecaj refleksije

7. Od ideje do rješenja...(akustičko projektiranje)

Faze projekta i izvedbe akustičke obrade:

• Prijedlog gabarita i oblika• Odabir vrste i mjesta akustičke obrade• Provjera po fazama izvedbe• Dorada po potrebi

Primjer 1. - Studio

Simulacija

3D model pripremljen za simulaciju u programu za akustičko projektiranje (EASE 4.1)

Mjerenja

Rezultati ETC i TDS mjerenja za mjerno mjesto T1

Rezultati

Primjer 2 – Radio Rovinj

U početku bijahu samo zidovi...

... od kojih nasta - Radio!

Kako spojiti sve te zidove?

Vertikalni presjek režije

Proračunato vrijeme odjeka

Izmjereno vrijeme odjeka

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

125 250 500 1k 2k 4k 8k

R/S M S

Mjerenja