Môi trường âm thanh ppt

Một hiện tượng đặc biệt của tiếng dội là tiếng dội lặp lại nhiều lần, có thể tạo thành trong các phòng có các bề mặt cứng song song với nhau.. Nguyên nhân xảy ra méo âm sắc có thể do sự

MÔI TRƯỜNG ÂM THANH

===============================================================

2.1 - MÔI TRƯỜNG TIẾNG ĐỘNG

Mọi vật thể ở trạng thái dao động đều tạo ra một âm thanh trong môi trường xung quanh nó Không gian trong đó có sóng âm lan truyền gọi là trường âm Trong quá trình truyền âm môi trường bị nén và dãn liên tục, vì vậy trong trường âm có xuất hiện một áp suất dư (phần thêm vào của áp suất khí quyển tĩnh), gọi là áp suất âm

2

P

p = ρ.C.v ⇒

C

p v ρ

= ⇒ ρ.C : trở âm

p : áp suất trung bình, [N/m2]

ρ : mật độ của môi trường , [kg/m3] = 1.2 kg/m3

v : vận tốc dao động, [m/s]

C : vận tốc truyền âm trong không khí , [m/s] = 340 m/s 1

C

p v p I

2

ρ

=

= [j/m2.s], [W/m2]

2

C

p C

I E

ρ

=

P=Φs.Ih.dS [W]

Ih : cường độ âm theo hướng vuông góc với vi phân diện tích dS

th

2 h

p

p

F =

ph: áp suất âm đo ở khoảng cách khảo sát theo hướng nhất định

pth: áp suất âm trung bình theo mọi hướng ở khoảng cách đó

1 C phụ thuộc vào nhiệt độ : C=(330+0.6t) m/s

330 : vận tốc truyền âm ở 0 o C

r 2

r

PF I

Ω

P: công suất của nguồn ,[W]

r : khoảng cách từ điểm tính toán đến nguồn âm, [m]

F : hệ số có hướng

Ω : góc bức xạ âm, [sr] lấy như sau:

- Trường hợp nguồn bức xạ vào cả không gian: Ω=4π

- Trường hợp nguồn nằm trên mặt phẳng: Ω=2π

- Trường hợp nguồn nằm trên góc nhị diện: Ω=π

- Trường hợp nguồn nằm gần góc tam diện: Ω=π/2

2.2 - XÁC ĐỊNH ĐẶC ĐIỂM NGƯỜI SỬ DỤNG

Tai người nghe được khoảng âm thanh : 16Hz → 20.000Hz







→

>

→

<

âm Siêu Hz

20000

âm Hạ Hz

16

→ tai người không nghe được

a/ M›Cc to:

a/ M›Cc to:

Cảm giác to nhỏ khi nghe âm thanh được đánh giá bằng đại lượng mức to và được xác định theo phương pháp chủ quan âm cần đo với âm tiêu chuẩn

Theo qui ước quốc tế, âm tiêu chuẩn là âm hình sin dưới dạng sóng phẳng có tần số là 1000Hz

Đơn vị mức to là Fon , đối với âm tiêu chuẩn nó có trị số bằng trị số của mức áp suất

âm theo dB Ví dụ, âm tiêu chuẩn có mức áp suất âm 50dB thì có mức to là 50Fon

Tần số, Hz

10 2 10 3 10 4

20

0

20

40

60

80

100

120

140

Ngưỡng nghe

Phạm vi nghe tiếng nói

Phạm vi nghe âm nhạc

Ngưỡng đau tai

Tần số, Hz

10.000 140

0

b/ bộ to:

b/ bộ to:

Độ to dùng để đánh giá âm này to hơn âm kia bao nhiêu lần, đơn vị đo là Son , nó tỉ lệ thuận với cảm giác độ to của âm thanh

,

0

2

=

2.3 - XÁC ĐỊNH ĐẶC ĐIỂM CỦA MÔI TRƯỜNG

a/ am vang :

a/ am vang :

b/ Hiê/n t›üng che lKAp Km thanh:

b/ Hiê/n t›üng che lKAp Km thanh:

Hàng ngày chúng ta vẫn thường thấy trong môi trường ồn nghe tiếng nói và âm nhạc sẽ khó khăn hơn Hiện tượng đó gọi là hiện tượng che lấp Lúc đó cần phân biệt âm bị che lấp và âm che Hượng tượng che lâp xảy ra được giải thích là do ngưỡng nghe tăng lên Kết quả nghiên cứu về hiện tượng này cho phép kết luận rằng những âm thanh (bị che) có tần số cao hơn tần số âm che, sẽ bị che lấp càng rộng Nói khác đi, các âm tần số thấp có hiệu quả che lấp lớn nhất

Đối với các âm (bị che) phức tạp như tiếng nói chẳng hạn, hiệu quả che lấp được đánh giá qua sự hạ thấp độ rõ tiếng nói khi có tiếng ồn so với khi yên tĩnh Phạm vi tần số khoảng 1000Hz đến 3000Hz có ảnh hưởng quyết định đến độ rõ của tiếng nói Chỉ có các

âm thanh có tần số thấp hơn hoặc trùng với phạm vi này mới có khả năng che lấp chúng Từ đó đi đến kết luận rằng, các âm tần số cao có cường độ trung bình thường là những âm gấykho chịu nhất đối với tai người và với hệ thần kinh lại tương đối ít bị che lấp tiếng nói

c/ Hiê/n t›üng tiêAng dội:

c/ Hiê/n t›üng tiêAng dội:

Âm trực tiếp phản xạ đến tai người có những khoảng chênh lệch về thời gian nhất định Nếu các khoảng thời gian này chênh lệch nhỏ hơn một khoảng giới hạn thì tiếng nói được tăng cường thêm và độ rõ tăng lên, nếu chúng vượt quá khoảng giới hạn thì sẽ tạo thành tiếng dội (âm bị ngắt quãng, nghỉ), làm xấu chất lượng âm nghe được

Khoảng thời gian giới hạn phụ thuộc vào dạng của âm vang phát ra có thể lấy bằng: 50ms (1/20s) đối với tiếng nói là; 100-200ms đối với âm nhạc

Tương ứng với thời gian 50ms âm thanh lan truyền được một qũang đường là 17m Từ đó chúng ta có thể kiểm tra sự tạo thành tiếng dội trong các phòng khán giả Để tránh tiếng dội, cần thỏa mãn các điều kiện sau đây:

SA + 17 ≥ SO + OA

O

dB

t

T

Trong phòng khán giả lớn, tiếng dội có thể tạo thành ở các chỗ ngồi gần sân khấu do

âm phản xạ từ trần, tường bên, tường sau phòng khán giả hoặc từ lan can ban công

Để tránh tiếng dội có thể hạ thấp trần (bằng cách dùng các mặt phản xạ treo trên sân khấu), nâng cao độ dốc sàn, tạo khuếch tán âm thanh hoặc dùng vật liệu hút âm

Một hiện tượng đặc biệt của tiếng dội là tiếng dội lặp lại (nhiều lần), có thể tạo thành trong các phòng có các bề mặt cứng song song với nhau Lúc đó âm thanh phản xạ nhiều lần từ các bề mặt đối diện rồi quay trở về điểm xuất phát, tạo ra hàng loạt tiếng lặp lại sau những khoảng thời gian xác định

d/ Hội tu/ Km:

d/ Hội tu/ Km:

Là hiện tượng sau khi âm thanh phản xạ từ các bề mặt cong tập trung tại một điểm hoặc một vùng trong phòng Trong các phòng có các mặt bằng hình tròn hoặc êlip, ngoài việc tạo thành tiêu điểm âm, còn xuất hiện hiện tượng âm đi ven phòng Nếu tường được gia công nhẵn và cứng âm thanh có thể truyền theo suốt chu vi với cường độ khá lớn Hiện tượng hội tụ âm và âm đi ven phòng phá vỡ sự đồng đều của trường âm, làm giảm chất lượng âm thanh của phòng

Để khắc phục hiện tượng này cần chọn bán kính cong của các bề mặt hợp lý, sao cho vùng hội tụ không rơi vào vùng khán giả, hoặc tạo phản xạ có hướng khuếch tán bằng cách sử dụng các mặt phân chia dạng cong lồi

e/ MeCo Km s=.c:

e/ MeCo Km s=.c:

Là hiện tượng phổ âm thanh đến người nghe bị thay đổi nhiều so với phổ âm thanh

do nguồn phát ra Lúc đó âm thanh nghe được bị sai lạc, mất tính chân thực, ảnh hưởng đến cảm giác hay khi cảm thụ âm thanh Nguyên nhân xảy ra méo âm sắc có thể do sự hút âm không đều của vật liệu trong phòng, do sự phản xạ và khuếch tán âm khác nhau từ các bề mặt trong của phòng (do quan hệ giữa kích thước bề mặt và bước sóng âm khác nhau) Hiện tượng méo âm sắc cần đặc biệt lưu ý khi thiết kế các phòng dùng cho âm nhạc

2.4 - XÁC ĐỊNH ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC THIẾT BỊ ÂM THANH

a/ S l›üc về caCc hê/ t

a/ S l›üc về caCc hê/ thôAng "iê/n thanh: hôAng "iê/n thanh: hôAng "iê/n thanh:

Có hai loại phòng:

- Phòng vừa nge âm trực tiếp từ người nói, vừa nghe qua hệ thống điện thanh

- Phòng chỉ nghe qua hệ thống điện thanh

Loại phòng thứ nhất, việc sử dụng hệ thống điện thanh là hợp lý khi phòng có kích thước lớn, vì vậy rất khó, đôi khi không đảm bảo được điều kiện âm thanh tự nhiên Hệ thống điện thanh thường được dùng để tăng cường độ âm thanh cho các khán giả ngồi trong phòng và được gọi là hệ thống tăng âm, ngoài ra nó còn để điều chỉnh và nâng cao chất lượng âm thanh trong phòng Hệ thống tăng âm thường được sử dụng khi phòng có thể tích lớn Các phòng hút âm mạnh có thể dùng hệ thống tăng âm cả khi thể tích nhỏ hơn

Một hệ thống tăng âm đơn giản nhất gồm có: micro (M), máy tăng âm (TA) và các loa (L)

Khi nguồn âm đặt trước micro bức xạ tín hiệu, micro thu nhận tín hiệu ấy và đưa vào máy tăng âm để khuếch đại lên, rồi truyền đến các loa Lúc đó, ngoài các âm po do nguồn bức xạ, micro còn có thể thu được cả áp suất p do các loa làm việc trong phòng sinh ra Đây là hiện tượng đặc biệt sinh ra khi dùng hệ thống tăng âm, được gọi là liên hệ âm thanh ngược Hiện tượng này chỉ xảy ra đối với các phòng thuộc nhóm 1, khi micro và loa đặt trong cùng một phòng, và được đánh giá băng hệ số β:

p p

p

o +

= β

Khi hệ số β càng lớn, liên hệ âm thanh ngược càng trở nên sâu sắc Hiện tượng này có thể dẫn tới tình trạng sau đây:

+ Làm cho đặc tính tần số âm thanh trong phòng không đồng đều, lúc tăng, lúc giảm (còn gọi là méo tần số)

+ Tạo ra âm vang tái sinh do tín hiệu âm qua hệ thống nhiều lần với mức ngày càng giảm (từ loa về phía micro sau một thời gian, rồi lại ra loa và về micro, )

+ Khi hệ số β tăng lên gần đến 1, có thể xảy ra hiện tượng tự kích và gây réo ở một tần số nào đó Vì vậy, khi dùng hệ số tăng âm cần bảo đảm hệ số β không vượt quá 0,2 - 0,3

Hệ thống tăng âm đơn giản nhất chỉ gồm có một kênh truyền âm, gọi là hệ thống truyền âm đơn (mono) Âm thanh của hệ thống này không tạo cho con người nghe cảm giác vị trí không gian của các nguồn âm khi chúng bức xạ đồng thời Âm thanh nghe được như từ một không gian nhỏ, có kích thước hạn chế (của chiếc loa) truyền tới Vì vậy âm thanh thiếu vẻ tự nhiên và bị méo

Để khắc phục các nhược điểm trên, làm tăng

thêm độ thẩm mỹ của âm vang, người ta đã dùng

hệ thống truyền âm lập thể (Stereo), đó là một hệ

thống truyền âm nhiều kênh, trên cơ sở nghiên cứu

đặc điểm nghe định vị hai tai của con người Hệ

thống truyền âm lập thể càng có nhiều kênh, càng

cho phép xác định chính xác vị trí nguồn âm Tuy

nhiên, việc tăng số kênh sẽ làm tăng giá thành và

làm phức tạp hệ thống Vì vậy, tùy theo từng

trường hợp cụ thể người ta sử dụng hệ thống lập

thể có một số kênh nhất định Thường thường các rạp chiếu bóng toàn cảnh dùng 6 đến 9 kênh, các phòng nghe âm nhạc, chiếu bóng màn ảnh rộng dùng 3 đến 4 kênh

Một khả năng khác của hệ thống điện thanh là có thể tạo ra âm vang riêng, cho phép điều chỉnh chế độ âm thanh trong phòng Có nhiều phương pháp tạo ra âm vang nhân tạo, như phương pháp điện, phương pháp âm thanh , phương pháp điện thanh hoặc phối hợp cả

âm và điện thanh Dưới đây giới thiệu hai hệ thống tạo âm vang được sử dụng rộng rãi nhất:

- Dùng phòng âm vang (phương pháp âm thanh): Tín hiệu sau khi vào micro được đi theo hai đường: theo kênh trực tiếp và kênh đến phòng vang Phòng vang có thời gian âm vang lớn, vì vậy micro đặt trong phòng này sẽ bổ sung âm vang cho tín hiệu chính Theo kinh nghiệm, phòng vang cần có thể tích không nhỏ hơn 100m3, có các bề mặt không song song và được gia công bằng vật liệu phản xạ âm thanh mạnh

Nhược điểm chủ yếu của hệ thống này là không thay đổi được thời gian âm vang trong chu kỳ truyền

- Hệ thống âm vang nhân tạo dùng máy vang từ (phương pháp điện thanh) (hệ thống

âm li), gồm một hệ thống phân bố các máy tăng âm và loa được mắc vào một máy vang từ

R (là một máy ghi âm đặc biệt) Quá trình tắt dần liên tục của âm thanh được thực hiện nhờ các đầu phát 1-4 trở lại vào tăng âm ghi A0 Mức tín hiệu có thể điều chỉnh giảm dần (tương ứng với thời gian chậm tăng dần) theo luật hàm số mũ trong một phạm vi rất rộng nhờ các tăng âm phát A1-A4 hoặc nhờ bộ lặp B Nhờ vậy, khi sử dụng hệ thống này sẽ tạo được âm vang riêng thay đổi để phối hợp với âm vang của bản thân phòng, do đó cho phép điều chỉnh chế độ âm thanh của phòng và làm cho trường âm trong phòng khuếch tán hơn

3

4

5

1

1

1- Micrô 2- Tăng âm 3- Tăng âm 4- Loa 5- Phòng vang 6- Thiết bị điều chỉnh mức âm

Nghe âm thanh trong các phòng có hệ thống âmli cảm thấy âm có khối, phong phú và diễn cảm hơn, đồng thời hệ thống này có thể nâng cao mức âm trong phòng từ 4 - 6 dB

b/ fong du/ng Km học trong thiêAt kêA nhà c›…a:

b/ fong du/ng Km học trong thiêAt kêA nhà c›…a:

Thường là ứng dụng để thiết kế trường âm trong phòng khán giả, hội trường, giảng đường,

Có các loại phòng sau:

- Phòng có âm vang tự nhiên là những phòng nghe âm thanh trực tiếp từ nguồn âm

- Phòng nghe âm thanh qua hệ thống điện thanh (rạp chiếu bóng)

- Phòng vừa nghe âm thanh tự nhiên, vừa nghe qua hệ thống điện thanh (các phòng có sức chứa lớn, phòng vạn năng, )

Xét theo quan điểm âm thanh, có thể chia ra:

- Phòng dùng cho tiếng nói (giảng đường, hội trường, nhà hát, )

- Phòng dùng cho âm nhạc (nhạc dân tộc, nhạc giao hưởng, )

Đối với phòng nghe tiếng nói, chất lượng âm chủ yếu đánh giá qua độ rõ của âm thanh nghe được (Không chú ý đến đặc điểm của giọng nói) Nó được đánh giá bằng tỷ lệ

% của số âm tiết nghe được so với âm phát ra Nếu >85% thì được coi là phòng có độ rõ tốt

Đối với phòng nghe âm nhạc, chất lượng âm thanh chủ yếu được đánh giá bằng nghe

"hay" Điều này khó định lượng vì nó phụ thuộc vào tâm trạng, khả năng thưởng thức, nội

R

A 1

A 2

A 3

M: Micrô

A o : Tăng âm ghi

A 1 , A 2 , A 3 : Tăng âm phát R: Máy vang từ

dung bản nhạc, trình độ biểu diễn, Thường để đánh giá so sánh người ta chỉ dùng một dàn nhạc và cho biểu diễn ở nhiều phòng khác nhau trước cùng một người nge

Ơí trên là các tiêu chuẩn đánh giá chất lượng âm theo chủ quan Trong thực tế cần phải thiết kế phòng có chất lượng âm thanh tốt được đánh giá theo tiêu chuẩn khách quan Có nghĩa là tìm ra hình dạng, thể tích phòng, đặc điểm hút âm của các bề mặt,

* Thiết kế phòng theo nguyên lý âm hình học:

+ Nguyên lý âm hình học:

Khi âm thanh đi đến gặp một bề mặt kết cấu thì một phần năng lượng âm sẽ phản xạ trở lại, các phản xạ này có thể là có hướng hoặc khuếch tán và chúng giữ một vai trò quan trọng trong việc hình thành các điều kiện âm thanh của phòng

Hiện tượng phản xạ của âm xảy ra khi kích thước bề mặt phản xạ lớn hơn bước sóng của âm tới (ít nhất là 1,5 lần) và có thể nghiên cứu rất thuận tiện khi áp dụng nguyên lý âm hình học

Phản xạ khuếch tán xảy ra khi kích thước của các mặt phản xạ (mặt phân chia bề mặt kết cấu) xấp xỉ với bước sóng âm tới, hoặc khi các đoạn bề mặt luân phiên có khả năng hút

âm khác nhau

+ Aïp dụng nguyên lý hình học để thiết kế phòng:

Khi âm thanh lan truyền trong phòng, càng xa nguồn âm, năng lượng càng giảm đi Sự mất năng lượng một phần do sự lan tỏa trong môi trường, một phần do các bề mặt hấp thụ bớt âm, phòng chứa đầy người cũng chính là một bề mặt hút âm Kết quả người ngồi cuối phòng sẽ không đủ năng lượng để nghe nữa; khi đó cần bổ sung âm cho người ngồi phía sau bằng cách cho âm phản xạ lên trần và tường bên để truyền âm tới

Phương pháp thiết kế mặt phản xạ âm như hình vẽ:

Chọn điểm P tùy ý trên không gian của phòng cạnh sân khấu Xác định mặt Q để đưa

âm phản xạ tới chỗ ngồi trong phạm vi AB Sau đó tiếp tục xác định mặt QR, Theo kinh nghiệm thì các mặt phản xạ phải có kích thước không nhỏ hơn 2m và có trọng lượng không dưới vài kg/m2 mới có thể phản xạ tốt các âm tần số thấp

A

Q

R

O

Q' P'

* Tạo trường âm khuếch tán trong phòng:

Tạo sự khuếch tán âm sẽ tăng thêm tiện nghi âm thanh cho phòng, âm thanh nghe càng sinh động và hấp dẫn

Muốn đạt được độ khuếch tán cao của trường âm, các mặt phản xạ phải có khả năng tạo cho người nghe nhận được nhiều âm phản xạ nhất, các phản xạ tới từ mọi hướng với xác suất như nhau và âm nọ nối tiếp sau âm kia

Một trong những biện pháp có hiệu quả để có trường âm khuếch tán trong các phòng khán giả là dùng các cấu kiện phân chia bề mặt kết cấu trong phòng, đặc biệt các cấu tạo phân chia dạng chu kỳ vừa đạt hiệu quả cao về trang trí nội thất vừa đạt hiệu quả cao về âm học Tuy nhiên, các cấu tạo phân chia muốn đạt được hiệu quả khuếch tán cao phải có kích thước xấp xỉ với bước sóng âm tới Các cấu kiện có kích thước nhỏ (vài cm) không tạo được khuếch tán âm ngay cả ở các tần số cao và nó có tác dụng như mặt phẳng Kinh nghiệm cho thấy kích thước các mặt phân chia phải lớn hơn vài chục cm Trong kiến trúc thường hay sử dụng cấu tạo phân chia dạng chu kỳ hình chữ nhật, lăng trụ, bán trụ Loại lăng trụ và bán trụ cho hiệu quả khuếch tán cao hơn ở các tần số trung bìnhvà cao Ngược lại, loại hình chữ nhật tạo khuếch tán tốt trong phạm vi tần số thấp

Cấu tạo phân chia có kích thước thay đổi theo 2 chiều và 3 chiều