BÁO CÁO TỐT NGHIỆP Đề tài: “Thiết kế âm cho phòng biều diễn ca nhạc 1500 ghế ngồi” Đồ án tốt nghiệp LỜI NÓI ĐẦU Âm thứ đời tồn phát triển từ giới xuất sống Con người lồi động vật khác cần có ngơn ngữ để giao tiếp với cho có hiệu thứ ngôn ngữ giao tiếp tốt nhứng tín hiệu âm Âm hàng ngày tồn xung quanh với nhiều mức tần số, tác động nên não người tạo cho ta có cảm giác với giới xung quanh Cuộc sống người ngày cải thiện nhu cầu sử dụng âm thứ ngơn ngữ người ta cịn sử dụng chúng đề giải trí cịn nhiều mục đích sử dụng khác Trong sống đại nhu cầu sử dụng âm nhạc cơng cụ để giải trí đề xua mệt mỏi sống đời thường, hiểu biết cảm thụ âm nhạc ngày cao đòi h ỏi các phịng ca nhạc cần bố trí âm cách hợp lý đem lại cho khan thính giả cảm thu âm nhạc cách hoàn hảo vấn đề cần đặt Thiết kế, bố cục cho vừa gây thiện cảm cho người nghe thẩm mỹ lại vừa đảm bảo tính khoa học gửi đến cho thính giả âm trung thực Qua thời gian thực tập Nhà Hát Quân Đội Hà Nội với kiến thực đư ợc giảng dạy Trường Sân Khấu Điện Ảnh em xin mạnh dạn chọn đề tài: “Thiết kế âm cho phòng biều diễn ca nhạc 1500 ghế ngồi” cho đồ án tốt nghiệp TRỊNH HỒNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ÂM THANH 1.1 Khái niệm âm tham số đặc trưng 1.1.1.Âm đặc tính vật lý âm thanh: Lấy tay bật vào dây đàn, dây đàn rung lên phát tiếng, tiếng đàn ngân dài dây đàn hết rung âm t Nếu ta gõ trông, mặt trống rung lên phát tiếng Lấy tay sờ vào màng loa kêu ta cảm thấy màng loa dao động Do vậy, ta kết luận âm lan truyền dao động học vật chất, khoảng cách gần âm sóng cầu, khoảng cách xa nguồn âm, âm coi sóng dọc hay sóng phẳng a) b) Hình 1.1 Sự lan truyền sóng âm a) Sóng phẳng; b)Sóng cầu Tốc độ lan truyền sóng âm phụ thuộc vào chất trạng thái môi trường truyền âm (trường âm) Âm truyền lan chất rắn, lỏng hay khí khơng truyển lan chân khơng Trong mơi trường khơng khí, tốc độ truyền lan phụ thuộc vào nhiệt độ tính theo cơng thức: T0 C  328 (m/s) 273 Trong T0 nhiệt độ tuyệt đối khơng khí Nhiệt độ cao âm truyền cáng nhanh Ở nhiệt độ 200C, tốc độ âm tương ứng C ≈ 340 m/s TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH Đồ án tốt nghiệp Nếu sóng âm dao động điều hịa chu kì T, sóng âm lan truyền khoảng bước sóng ánh sáng λ λ=c.T hay c= λ.f (f : tần số sóng âm) Nếu coi dải tần tai người nghe từ 20Hz đến 20.000Hz bư ớc sóng tương ứng là: λmax=340/20=17m λmin=340/20.000=1.7cm Khi có nguồn âm tác động, áp suất khơng khí biến thiên, tăng giảm đường truyền âm so với áp suất tĩnh khơng khí Hiệu áp suất có nguồn âm áp suất tĩnh khơng khí điểm trường âm gọi áp suất âm hay áp ký hiệu P P=P~-P0 Trong đó: P : Thanh áp N/m2(Pa) P~ : Áp suất khơng khí tức thời điểm P0 : Áp suất tĩnh khơng khí P P P0 P P~ t P P Hình 1.2 Biểu diễn áp Độ lớn áp thường biểu diễn theo đơn vị tương đối, tính dB: N(dB) = p(dB) = 20lg P P0 Trong p0 áp ngưỡng nghe được, 2.10-5N/m2 TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH Đồ án tốt nghiệp Khi sóng âm tác động, phần tử khơng khí dao động quanh vị trí cân với vận tốc định gọi tốc độ dịch chuyển hay tốc độ dao động v Tốc độ dịch chuyển đại lượng véctơ đo m/s nhỏ tốc độ âm Tốc độ dịch chuyển phần tử khơng khí điểm x: v  0 dp  dx dt Trong ρ0 khối lượng riêng khơng khí (0.00128 mg/cm3) Công suất âm lượng âm qua diện tích S thời gian giây Cơng suất âm Pa tính cơng thức: Pa=pSv Trong đó: p : Thanh áp S : Diện tích âm qua v : Tốc độ dao động phần tử khơng khí Cường độ âm hay lực I cơng suất âm đơn vị diện tích S: l p  pv S Trong trường hợp hướng lan truyền sóng âm khó xác định, hay khơng xác định ta sử dụng đại lượng đặc trưng khác mật độ lượng âm thanh: Jun/m I=ε.C hay ε=I/C Mật độ lượng âm đại lượng vô hướng đo 1.1.2.Mức tín hiệu âm Khi xét dao động âm ta cần quan tâm đến giá trị hiệu dụng mà không cần quan tâm đến giá trị tức thời Điều thính giác ghi nhận lượng trung bình âm khoảng thời gian định TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH Đồ án tốt nghiệp Năng lượng trung bình khoảng thời gian T xác định theo biểu thức: E ( t1 )  T t1  t1  t T e  ( t ) d(1-1) t t Trong đó: E(t1) : Năng lượng âm trung bình T : Khoảng thời gian tính giá trị trung bình t1 : Thời điểm xét φ(t) : Giá trị biến thiên tức thời tín hiệu e t1 t T : Hàm trọng lượng dB 5dB t Hình 1.3 Dạng mức tín hiệu Mức tín hiệu đo thiết bị riêng, nhằm thực thuật toán (1-1), gồm chỉnh lưu, tích phân thường gọi thị mức tín hiệu Từ biểu thức (1-1) thấy giá trị E(t1) phụ thuộc vào thời điểm chọn t1, nên mức động phụ thuộc vào t1.Mức tìn hiệu âm biểu diễn dB so với ngưỡng nghe đo máy tự ghi Một phương pháp nghiên cứu tính chất thống kê tín hiệu xác định quy luật phân bố Máy phân tích tín hiệu đo thời gian mà tín hiệu khơng vượt qua giá trị cho trước Tổng thời gian tín hiệu vượt Un xác định tổng khoảng thời gian TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH Đồ án tốt nghiệp τ∑= τ1 +τ2 +τ3+… U5 U4 U3 U2 U1 τ1 τ2 τ3 Hình 1.4 Xác suất phân bố mức tín hiệu Nếu ứng với tín hiệu Un tìm thời gian τ∑ dễ dàng xác định dồ thị phân bố mức tín hiệu Nếu thời gian khảo sát T τ∑/T tần suất mức tín hiệu vượt giá trị Un N n  20 lg Un (dB) U0 Trong : Nn mức tín hiệu gần U0 mức tín hiệu có tần suất 0,5 Mức tín hiệu nhỏ có tần suất 1, mức tín hiệu lớn có tần suất Nếu n→∞ tần suất tiến tới xác suất W Trong kĩ thu ật thường dùng khái niệm tín hiệu gần cực đại tín hiệu gần cực tiểu Tín hiệu gần cực đại Nmax tín hiệu có xác suất lớn, gần Hiệu mức tín hiệu gần cực đại mức tín hiệu gần cực tiểu gọi dải động tín hiệu D biểu diễn dB Đây thông số quan trọng tín hiệu Mỗi thiết bị điện tính tốn với dải động định TRỊNH HỒNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH Đồ án tốt nghiệp Dưới dải động số nguồn tín hiệu: Dạng tín hiệu Dải động D(dB) Lời nói 25-35 Ca kịch 40-50 Dàn nhạc nhỏ 45-55 Dàn nhạc giao hưởng 65-70 Tín hiệu điện (tín hiệu điện) 40 Dải động tín hiệu truyền nhờ hệ thống điện thường nhỏ dải động âm nhiều, hạn chế hệ thống điện Việc thu hẹp dải động làm giảm chất lượng âm 1.1.3.Phổ tín hiệu âm Trong khoảng thời gian ngắn, coi phổ tín hiệu âm rời rạc Nếu tăng thời gian T lên vơ tín hiệu điều hịa mang tính chất lien tục Nếu tín hiệu khơng điều hịa hàm φ(t) phổ đặc trưng hàm phức S(ω) Giữa hàm φ(t) S(ω) liên quan với biến đổi Furie: ( t )  2  S(  )     j S( )e t d    S(  )ej  t dt  Trong S(ω) mật độ phổ Mật độ phổ thời điểm t xác định theo biểu thức: T j S r ( )    (t)e t dt Khái niệm phổ bao gồm phổ biên độ phổ pha, pha tín hiệu âm gần không ảnh hưởng đến thụ cảm thính giác TRỊNH HỒNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH Đồ án tốt nghiệp nên bỏ qua Trong thực tế thường xét đến phổ cơng suất tín hiệu khơng liên quan đến pha dao động điều hòa Mật độ phổ cơng suất cơng suất tín hiệu đoạn tần số hẹp: G (  )  lim đến ω 2:   P ( )  Viết dạng tích phân cơng suất tín hiệu dải tần từ ω1 P()  2  G(x)d 1 Cơng suất trung bình tín hiệu khoảng thời gian T xác định theo biểu thức: T Ptb   2 (t)dt Nếu tăng khoảng thời gian T đến giá trị t0 mà cơng suất tiến tới giá trị giới hạn định tín hiệu gọi tín hiệu dừng Vì khảo sát thực nghiệm tiến hành khoảng thời gian T định nên phổ phổ tức thời Những tín hiệu cần khảo sát Các lọc thông dải ω1- ω2;ω1- ω2 Khối bình phương Khối tích phân Khối hiển thị Để khảo sát phổ tín hiệu âm thanh, tồn dải tần tín hiệu chia thành đoạn hẹp nhờ lọc thông dải nhỏ octa Nếu lấy trung bình kết thực nghiệm tín hiệu lời nói âm nhạc, đồ thị phân bố TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH Đồ án tốt nghiệp -2 -4 -6 -8 -10 -12 -14 -16 -18 -20 25 50 100 200 400 800 1600 3200 6400 Hình 1.5 Mật độ phổ tín hiệu âm Hình 1.5 cho thấy mật độ phổ tín hiệu âm tập trung chủ yếu dải tần từ 100 đến 3000Hz Trong tính chất ngẫu nhiên tín hiệu âm thanh, hàm tương quan có ý nghĩa đ ặc biệt Nếu hai đại lượng ngẫu nhiên x y liên quan với theo quan hệ định, nghĩa y=f(x) bi ết giá trị x ta có th ể tính giá trị y.Nếu x y chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố liên quan khác x hồn tồn khơng phụ thuộc vào y, ta gọi hàm không phụ thuộc, x ảnh hưởng đến khả y ta gọi hàm tương quan Nếu có hai hàm tương quan x y, tăng giá trị x, giá trị y tăng gọi hàm đồng biến, giạ trị y giảm gọi hàm nghịch biến Trong trường hợp khuếch âm ngồi trời hay phịng kín, thính giả nghe lúc tín hiệu xạ lẫn tín hiệu phản xạ nguồn âm, có nghĩa tín hi ệu f(x) từ nguồn âm xạ cộng với tín hiệu f(tx) phản xạ trở lại sau khoảng thời gian trễ t Cơng suất trung bình tín hiệu : t Ptb (t)   f  t   f  t    dt  P1  P2  2R    T t T  TRỊNH HOÀNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH Đồ án tốt nghiệp Array2, 500Hz, 1/1 octave band TRỊNH HOÀNG NAM 74 KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH Đồ án tốt nghiệp Array2, 1000Hz, 1/1 octave band TRỊNH HOÀNG NAM 75 KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH Đồ án tốt nghiệp Array2, 2000Hz, 1/1 octave band TRỊNH HOÀNG NAM 76 KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH Đồ án tốt nghiệp Array2, 4000Hz, 1/1 octave band TRỊNH HOÀNG NAM 77 KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH Đồ án tốt nghiệp Array2, 8000Hz, 1/1 octave band TRỊNH HOÀNG NAM 78 KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH Đồ án tốt nghiệp Frequency 63Hz, 1/1 octave band, Average 87dB TRỊNH HOÀNG NAM 79 KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH Đồ án tốt nghiệp Frequency 125Hz, 1/1 octave band, Average 90dB TRỊNH HOÀNG NAM 80 KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH Đồ án tốt nghiệp Frequency 250Hz, 1/1 octave band, Average 89dB TRỊNH HOÀNG NAM 81 KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH Đồ án tốt nghiệp Frequency 500Hz, 1/1 octave band, Average 89dB TRỊNH HOÀNG NAM 82 KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH Đồ án tốt nghiệp Frequency 1000Hz, 1/1 octave band, Average 85dB TRỊNH HOÀNG NAM 83 KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH Đồ án tốt nghiệp Frequency 2000Hz, 1/1 octave band, Average 84dB TRỊNH HOÀNG NAM 84 KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH Đồ án tốt nghiệp Frequency 4000Hz, 1/1 octave band, Average 82dB TRỊNH HOÀNG NAM 85 KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH Đồ án tốt nghiệp Frequency 8000Hz, 1/1 octave band, Average 78dB TRỊNH HOÀNG NAM 86 KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC Chương I: Tổng quan âm 1.1 Khái niệm âm tham số đặc trưng 1.1.1.Âm đặc tính vật lý âm thanh: 1.1.2.Mức tín hiệu âm 1.1.3.Phổ tín hiệu âm 1.1.4 Mức to, độ to 1.2 Khái niệm hệ thống âm tham số đặc trưng thiết bị 1.2.1.Cơ sở kỹ thuật audio 1.2.1.1.Khái niệm audio 1 12 13 13 13 1.2.1.2.Những tín hiệu: tương tự kỹ thuật số(analog and digital) 1.2.1.3.Micro 1.2.1.4 Sơ đồ khối hệ thống audio cho thấy mức điện áp đặc trưng điểm khác hệ thống 1.2.1.5.Mức loa 1.2.1.6.So sánh mức 1.2.1.7.Dây nối thiết bị 1.2.1.8.Các đầu nối Chương II: Cơ sở lý thuyết 2.1)Cơ sở lý thuyết trường âm 2.1.1.Âm kiến trúc,những khái niệm 2.1.2.Các đặc tính vật lý trường âm 2.1.2.1.Trường trực âm 14 14 2.1.2.1.a.Sự suy giảm lượng đường truyền lan 2.1.2.1.b.Ảnh hưởng thời tiết , vi khí hậu 2.1.2.1.c.Hiện tượng nhiễu xạ 2.1.2.2.Trường phản âm 2.1.2.2.a Sự hình thành trường phản âm 19 20 21 21 21 2.1.2.2.b.Trường phản âm tác động lên cảm thụ âm 2.1.2.3.Hiện tượng hấp thụ âm 22 24 TRỊNH HOÀNG NAM 87 KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 16 16 16 16 16 18 18 18 19 19 Đồ án tốt nghiệp 2.3 Lý thuyết xử lý trường âm.(Âm học phòng khan giả) 2.3.1 Yêu cầu chất lượng âm học phòng khan giả 29 29 2.3.2 Thiết kế âm học theo nguyên lý âm hình học 2.3.3 Thiết kế tạo trường âm khuếch tán: Chương III: Thiết kế (cho phòng 1500 ghế) Chương IV: Lựa chọn thiết bị âm kiểm tra chất lượng trường âm 32 38 45 TRỊNH HOÀNG NAM 88 KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH 50 ... dạn chọn đề tài: “Thiết kế âm cho phòng biều diễn ca nhạc 1500 ghế ngồi” cho đồ án tốt nghiệp TRỊNH HỒNG NAM KHOA KINH TẾ KỸ THUẬT ĐIÊN ẢNH Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ÂM THANH 1.1... dụng âm nhạc cơng cụ để giải trí đề xua mệt mỏi sống đời thường, hiểu biết cảm thụ âm nhạc ngày cao đòi h ỏi các phòng ca nhạc cần bố trí âm cách hợp lý đem lại cho khan thính giả cảm thu âm nhạc. .. biệt nhạc khí ,các nhóm nhạc khí quãng âm chúng , cho dù chúng bị pha trộn với phản âm phịng ; tạo điều kiện cho cảm thụ cấu trúc âm nhạc tổng thể Độ nét thể sang âm nhạc biểu diễn phòng hòa nhạc