Thiết kế âm thanh cho hội trường đa năng 1500 ghế

LỜI CẢM ƠN Kính thưa thầy cô Ban giám hiệu trường Đại học Sân Khấu & Điện Ảnh Hà Nội Kính thưa thầy cô Hội Đồng Giám Khảo lễ bảo vệ tốt nghiệp Kính thưa thầy cô giáo, bậc phụ huynh Cùng toàn thể bạn sinh viên thân mến! Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này: Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy trưởng khoa TS-NGƯT.Nguyễn Xuân Thành, Thầy phó khoa Hoàng Nghĩa Thân thầy cô giáo khoa Kinh Tế Kỹ Thuật Điện Ảnh nói riêng, trường Đại Học Sân Khấu & Điện Ảnh nói chung Đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc đến thầy Trần Công Chí, thầy tận tình hướng dẫn, bảo, tạo điều kiện cho em hoàn thành đề tài cách tốt Bên cạnh em xin gửi lờn cảm ơn chân thành đến ban giám đốc, toàn thể cán bộ, công nhân viên Trung tâm kỹ thuật sảm xuất chương trình Đài truyền hình Việt Nam tạo điều kiện cho em tiếp xúc với thực tế, thu thập tài liệu cần thiết để phục vụ cho việc nghiên cứu tìm hiểu để hoàn thành đồ án Cuối em xin cảm ơn tất anh chị, bạn sinh viên giúp đỡ em bốn năm học vừa qua Cảm ơn tất bạn có mặt tham dự buổi lễ tốt nghiệp đầy ý nghĩa Em xin chân thành cảm ơn! SVTH: Bùi Kiều Trang CNKTĐT - K26 MỤC LỤC Phụ lục…………………………………………………………………… 83 PHẦN MỞ ĐẦU Trong sống đại hóa, nhu cầu vật chất tinh thần người ngày cao, đòi hỏi xã hội cần có đáp ứng phù hợp với nhu cầu Và địa điểm tích hợp nhiều chức từ trình diễn Ca – Múa Nhạc loại hình nghệ thuật sân khấu: tuồng, chèo, cải lương, kịch nói,…đến hội họp, mittinh thích hợp với nhiều nhu cầu Hội trường ĐA NĂNG đáp ứng yêu cầu nhiều loại hình nghệ thuật tổ chức kiện phải đảm bảo chất lượng độ trung thực âm Vì phần thiết kế âm phải đáp ứng mục đích sử dụng đa kể Thiết kế âm cho hội trường đa 1500 ghế chia làm phần: Phần thiết kế âm kiến trúc ( Room acoustic & Building acoustic ) với nhiệm vụ xử lý trường âm theo tiêu chí kỹ thuật: - Tạp âm cho phép: theo NC LAeq (dB), - Thời gian vang T500 đặc tuyến T (f), - Độ tán xạ trường âm (năng lượng, phổ tần hướng xạ) Phần thiết kế trang âm điện (Electroacoustic) dựa tiêu chí kỹ thuật chủ yếu: SVTH: Bùi Kiều Trang CNKTĐT - K26 - Mức áp cần thiết L (dB), - Độ tán xạ trường âm (mức phổ tần) ∆L (dB), - Độ rõ tiếng nói {RASTI(%)} độ sáng tín hiệu âm nhạc C(dB) CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ THIẾT KẾ ÂM THANH 1.1 ÂM THANH KIẾN TRÚC - NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1.1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ÂM THANH KIẾN TRÚC Trong không gian khép kín - phòng, sóng âm từ nguồn âm mặt lan truyền trực tiếp tới người nghe microphone trực âm Mặt khác đập vào bề mặt giới hạn phòng (tường, trần, ) đồ vật đặt phòng phản xạ trở lại phản âm Hiện tượng sóng âm lặp lặp lại, lần gặp chướng ngại phần lượng sóng âm bị tiêu vào vật liệu cấu tạo vật ta gọi tượng hấp thụ âm thanh, phần phản xạ trở lại không khí ta gọi phản xạ âm SVTH: Bùi Kiều Trang CNKTĐT - K26 Hình – 1: Hiện tượng sóng âm đập vào bề mặt giới hạn phòng Phản xạ lần thứ gọi phản xạ bậc 1, chúng thường có lượng lớn(nhỏ trực âm) tách biệt thành phản xạ rời rạc, nghĩa có khoảng cách thời gian phần âm bậc tia với phần âm bậc tia khác, tùy thuộc hình dạng kích thước phòng Phản âm bậc có ý nghĩa vô quan trọng cảm nhận không gian phòng thu, cho dù thực tế khó nghe tách biệt chúng khỏi tín hiệu chung Kích thước mặt phản xạ: Kích thước hình dạng bề mặt phản xạ tạo nên kiểu phản xạ khác nhau: Nếu kích thước mặt phản xạ lớn bước sóng nhiều lần tạo nên phản xạ gương phẳng (hình – 2): sóng phản xạ theo hướng, tuân theo định luật phản xạ (như phản xạ ánh sáng): góc tới góc phản xạ Hình – : Kích thước cần thiết mặt phản xạ để tạo nên dạng phản xạ gương phẳng Các phản âm bậc 2, bậc 3…ngày dầy đan xen từ nhiều hướng, sau lần phản xạ lượng âm lại suy giảm bị tiêu hao hết, ta gọi tượng kết vang Số đo biểu thị tốc độ suy giảm lượng âm gọi thời gian vang, hay xác thời gian kết vang SVTH: Bùi Kiều Trang CNKTĐT - K26 Hình – 3: Phản xạ âm mặt phẳng góc Đối với tín hiệu âm kéo dài xảy tượng cân lượng âm phát từ nguồn âm lượng hấp thụ Trạng thái cân xuất từ đầu âm phát từ nguồn mà phải sau khoảng thời gian đủ để phản âm phân bố đặn phòng ta gọi giai đoạn khởi vang, tức giai đoạn khởi đầu kích thích phòng tạo nên tiếng vang Vì sóng âm phản xạ từ tất hướng tới người nghe nên tạo thành trường âm tán xạ, tạo cảm giác âm không gian âm quang cảnh Trực âm suy giảm dần xa nguồn âm, phản âm phân bố đặn toàn không gian phòng Điều có nghĩa tỷ số lượng trực âm phản âm biến đổi theo khoảng cách tới nguồn âm Tại điểm nằm bán kính vang (hay bán kính giới hạn) lượng trực âm phản âm 1.1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ÂM THANH CHỦ QUAN - THÍNH ÂM Độ rõ lời khả thích hợp âm phòng biểu diễn loại hình tiếng nói ( kịch nói, diễn thuyết, hội họp,…) Độ nét mức độ sáng, rõ nét âm nhạc nhờ khả phân biệt kiện âm xảy đồng thời Cảm giác không gian khả hình dung độ lớn cách xử lý âm phòng Chú ý: Cần phân biệt rõ tiếng vang (reverberation) tiếng dội (echo), tượng vật lý phản xạ sóng âm tạo nên Tiếng vang cho ta cảm giác kiện kéo dài suy giảm dần âm lượng Tiếng dội cho ta cảm giác cách nhắc lại kiện âm thanh, nghĩa nghe tách rời khỏi tín hiệu gốc Với tiếng nói, phản âm đến sau 50ms có mức đủ lớn tạo thành tiếng dội, làm giảm độ rõ Âm nhạc cho phép độ trễ lớn hơn, đến 80ms SVTH: Bùi Kiều Trang CNKTĐT - K26 1.2 TIÊU CHÍ KỸ THUẬT CƠ BẢN VỀ ÂM THANH 1.2.1 HÌNH DÁNG VÀ KÍCH THƯỚC Khi thiết kế, bước ta phải chọn tỷ lệ kích thước chiều dài(D), rộng(R) cao(C) phòng sau xử lý hình dáng bề mặt phòng ta tránh thiếu sót chất lượng âm Ta chọn tỷ lệ kích thước phòng không thích hợp tạo thiếu sót chất lượng âm phòng không sử dụng phí trang âm khắc phục gây lãng phí lớn Nếu nghĩ sửa chữa cách xử lý vật liệu hút âm hoàn toàn sai lầm không đạt mục đích biện pháp tốt Hình dạng phòng tỷ lệ kích thước có ảnh hưởng quan trọng đến chất lượng âm Các phòng có dạng hình hộp chữ nhật tiện lợi việc xây dựng sử dụng bề mặt song song dễ tạo nên sóng đứng cộng hưởng phòng, đặc biệt tần số thấp Giải pháp tối ưu để tránh cộng hưởng phòng phân bố dao động riêng toàn giải tần cách bố trí vật liệu trang âm phòng đặc biệt lựa chọn kích thước hợp lý chiều D : R : C Phương pháp phổ biến để xác định tỷ lệ kích thước phòng có dạng hộp chữ nhật vào biểu thức : D R = R C Trong đó: • Thể tích phòng V = D R C • Chiều dài phòng D = R + C Nên suy ra: R = V ; D = 0, 62 V ; C = 1,5 V Tỷ lệ điều chỉnh phạm vi 10% -15% Thực nghiệm cho thấy phòng studio tích nhở 150 m3 tỷ lệ tối ưu chiều D : R : C = 1,9 : 1,4 : Các phòng có tỷ lệ D : R : C = : : gây cộng hưởng lớn làm chất lượng âm suy giảm nhiều nên điều tối kỵ thiết kế âm học studio Yêu cầu hình dáng kích thước phòng: Hình dáng kích thước phòng phải đáp ứng yêu cầu tầm nhìn, chất lượng âm thẩm mỹ Tận dụng âm trực tiếp phân bố chỗ ngồi, tăng cường âm phản xạ cho phía sau để bổ xung cho âm trực tiếp bị suy yếu suy giảm dần đường lan truyền Trường âm phải khuếch tán thích hợp, bảo đảm tỷ lệ thích hợp âm trực tiếp âm phản xạ có ích SVTH: Bùi Kiều Trang CNKTĐT - K26 Tránh tiếng dội toàn vùng chỗ ngồi Tần số dao động riêng phòng, thời gian hẹp có thời gian âm vang xấp xỉ Không nên thiết kế D : R : C phòng kích thước lớn nhiều so với hai kích thước số nguyên Nếu phòng có hai kích thước tồn cặp tần số dao động riêng nhau, làm giảm khả phân bố trường âm phòng Qua nhiều thực nghiệm thấy phòng có ba kích thước D : R : C = : : 1, nguyên nhân gây nên tượng cộng hưởng phòng mạnh tối kỵ âm Tận dụng lượng âm có ích phòng: • Đối với âm trực tiếp: Âm trực tiếp tắt nhanh, không để âm trực tiếp vượt qua chướng ngại, vượt qua đầu khán giả, gây tổn thất vô ích đường truyền nên hình dáng phòng phải phù hợp với tính định hướng nguồn âm • Đối với âm phản xạ: Tận dụng triệt để lượng âm phản xạ vòng 50ms sau âm trực tiếp để tăng độ rõ độ to Chất lượng âm chỗ ngồi phòng đến nhau, tạo chất lượng âm đồng phòng, kết tổng hợp nhiều giải pháp kiến trúc: thời gian âm vang, bố trí hệ thống tăng âm… Hai yếu tố liên quan đến hình dáng phòng: • Trường âm phải phân bố đều: Trước hết mức âm thời điểm phòng phải xấp xỉ Những vùng chỗ ngồi xa nguồn âm, mức âm trực tiếp không đủ, phải áp dụng giải pháp hợp lý đa âm phản xạ sau tăng cường cho âm trực tiếp, tránh tượng có vùng chết, phản xạ âm, cố gắng tránh sử dụng mặt tường, trần lõm, dễ tạo tiêu điểm âm âm phản xạ men tường • Số lượng cấu trúc âm phản xạ chỗ ngồi phải xấp xỉ nhau, thường chỗ ngồi phía trước nghe âm khô thiếu âm phản xạ 1.2.2 THỂ TÍCH VÀ SỨC CHỨA Việc lựa chọn kích thước tối ưu cho loại nguồn âm có ý nghĩa quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng âm Kích thước (thể tích) phòng lựa chọn chủ yếu phụ thuộc vào đặc tính phòng Việc xác định kích thước phòng tiến hành theo số phương pháp chọn theo bảng tiêu chuẩn, chọn theo đồ thị hay tính toán theo công thức Theo yêu cần âm có hai quan điểm để chọn thể tích phòng: Xác định thể tích phòng theo cường độ âm: SVTH: Bùi Kiều Trang CNKTĐT - K26 Khi nói chuyện công suất âm người bé tích phòng lớn lượng âm phòng nhỏ, người ngồi xa nguồn âm nhận âm không đủ to, độ rõ giảm, phải dùng hệ thống tăng âm giảm thể tích phòng không cần dùng hệ thống tăng âm Đối với phòng dùng để nói chuyện: Phòng họp chính, người nói chuyện phải nói thời gian tương đối dài, công suất âm tăng to Theo kinh nghiệm phòng loại thể tích không vượt 1000 m nghe tốt, không cần hệ thống tăng âm Đối với phòng tập hát: Công suất âm diễn viên lớn bình thường để diễn viên cố gắng ảnh hưởng tới hiệu diễn xuất Vì phòng yêu cầu sức chứa không 1.500 người thể tích phòng phải tương đối nhỏ, thiết kế kiến trúc tốt để đảm bảo nghe tốt mà không cần dùng hệ thống điện Phòng hội trường: Thể tích phòng khán giả xét theo tiêu chuẩn biểu diễn Khi nói chuyện dùng hệ thống tăng âm để thỏa mãn độ rõ Khi sử dụng hệ thống tăng âm dùng loa định hướng mạnh, trực tiếp để tăng âm tới chỗ ngồi tăng lượng âm trực tiếp Đồng thời tác dụng hút âm khán giả lớn lượng âm chưa kịp tới bề mặt phòng để phản xạ tạo nên âm vang bị khán giả hấp thụ hết, dùng loa định hướng mạnh để tăng độ rõ phòng có thời gian âm vang dài Về mặt lý thuyết để xác định kích thước phòng người ta đưa khái niệm đơn vị âm nhạc Đơn vị âm nhạc thể tích cần thiết để xạ âm sáo dàn nhạc (đây đơn vị quy ước), tất nhạc cụ khác quy đơn vị quy ước Có thể xác định kích thước (thể tích) theo biểu thức: V lg V N= Hoặc V = 21N+55 (m3) Trong đó: • V: thể tích phòng (m3) • N: số nhạc công biểu diễn (người) Xác định thể tích phòng theo yêu cầu âm vang hợp lý: Trong đại đa số phòng khán giả thời gian âm vang tối ưu yếu tố vô quan trọng chất lượng âm vang phòng, thời gian âm vang dài hay ngắn tỷ lệ thuận với thể tích phòng, tỷ lệ nghịch với tổng lượng hút âm người chiếm tỷ lệ chủ yếu SVTH: Bùi Kiều Trang CNKTĐT - K26 Nếu tiêu thể tích chỗ ngồi bé khán giả ngồi hết ghế, lượng hút âm phòng đủ lớn, không cần bố trí vật liệu hút âm Thời gian âm vang ngắn không đạt yêu cầu Nếu tiêu thể tích chỗ lớn, thời gian âm vang dài, phải sử dụng nhiều vật liệu hút âm để sử lý gây tốn mà lại không đạt kết mong muốn Do chọn tiêu thể tích phòng hợp lý bảo đảm thời gian âm vang dài giá trị tối ưu chút sau dùng vật liệu hút âm với điều kiện cho phù hợp Như vừa kinh tế, vừa đạt hiệu mong muốn Chỉ tiêu thể tích chỗ ngồi biểu thị mối quan hệ thể tích sức chứa: Chỉ tiêu phòng thuộc thể tích tùy vào mục đích sử dụng khác nhau: Công dụng phòng Phòng họp Chỉ tiêu thể tích chỗ ngồi m3/ người Không nên vượt m3/ người 3,5 – 4,4 6–8 4,5 – 5,5 Âm nhạc Phòng đa 1.2.3 THỜI GIAN VANG VÀ ĐẶC TUYẾN TẦN SỐ Định nghĩa: Thời gian âm vang(T) thời gian cần thiết để mật độ lượng âm giảm 10 lần hay mức lượng âm giảm 60dB so với trị số ổn định trình tắt dần tự nguồn âm ngừng tác dụng Ý nghĩa: Về mặt vật lý: Thời gian vang cho biết tốc độ tắt âm phòng Về mặt cảm giác nghe âm: T ngắn → nghe rõ âm khô khan, không tốt cho phòng nghe âm nhạc Nếu T dài mức độ che lấp lớn âm nghe không rõ, âm nghe ấm du dương Rất tốt cho phòng nghe âm nhạc không tốt cho phòng tiếng nói Đây yếu tố quan trọng để đánh giá chất lượng âm phòng Quá trình hình thành vang SVTH: Bùi Kiều Trang CNKTĐT - K26 Một phòng có cấu trúc bề mặt khép kín, có dao động âm xảy phòng hệ dao động có hấp thụ âm mức độ làm cho dao động tắt dần theo thời gian Nếu xét nguồn âm không coi hệ dao động tuyến tính có phổ tần số xác định mang tính rời rạc suy giảm dần Khi nguồn âm xạ tín hiệu ngẫu nhiên tiếng nói, âm nhạc thể tích không khí xuất dao động riêng có tần số gần giống với tần số tín hiệu ( nguồn âm ) Khi cấu trúc phổ tín hiệu thay đổi lại xuất thêm dao dộng cộng thêm với dao động trước dao động chưa kịp suy giảm tới giới hạn ngưỡng nghe Quá trình suy giảm dần lượng âm phòng nguồn âm tắt gọi tượng vang Hiện tượng vang hình thành ba giai đoạn: khởi vang, đồng vang kết vang Đối với tiếng nói, vòng 50 ms mà lượng khởi vang đạt giá trị cực đại độ rõ đạt hệ số cao, âm nhạc khởi âm cứng Giai đoạn khởi vang dài làm cho độ rõ tiếng nói suy giảm, với âm nhạc tạo khởi điểm mềm Năng lượng đồng vang lại có ảnh hưởng góc độ khác tín hiệu trực âm; làm tăng lượng nguồn âm thanh, đặc biệt phòng tích lớn Nó làm cho âm nhạc hòa quện lại Đồng vang giúp ta cảm nhận không gian âm phòng khán giả Giai đoạn kết vang có tác dụng chuyển tải tới người nghe vào kiện âm Âm phản xạ có ích tượng âm xấu Các âm phản xạ đến thính giả sau âm trực tiếp khoảng thời gian gọi thời gian trễ, tính ms, chúng có ảnh hưởng đến chất lượng thu nhận âm thanh, đặc biệt đến độ rõ Nhiều nghiên cứu xác định thời gian giới hạn (∆t gh) với ý nghĩa sau: • Các phản xạ đến người nghe trước ∆tgh có tác dụng tăng cường mức âm, làm tăng độ rõ nên gọi âm phản xạ có ích • Các phản xạ đến sau ∆tgh tác dụng tăng cường mức âm tạo trình âm vang phòng lợi cho độ rõ ( hình1 – a) SVTH: Bùi Kiều Trang CNKTĐT - K26 10 SVTH: Bùi Kiều Trang CNKTĐT - K26 91 SVTH: Bùi Kiều Trang CNKTĐT - K26 92 SVTH: Bùi Kiều Trang CNKTĐT - K26 93 SVTH: Bùi Kiều Trang CNKTĐT - K26 94 SVTH: Bùi Kiều Trang CNKTĐT - K26 95 SVTH: Bùi Kiều Trang CNKTĐT - K26 96 SVTH: Bùi Kiều Trang CNKTĐT - K26 97 SVTH: Bùi Kiều Trang CNKTĐT - K26 98 SVTH: Bùi Kiều Trang CNKTĐT - K26 99 SVTH: Bùi Kiều Trang CNKTĐT - K26 100 SVTH: Bùi Kiều Trang CNKTĐT - K26 101 SVTH: Bùi Kiều Trang CNKTĐT - K26 102 SVTH: Bùi Kiều Trang CNKTĐT - K26 103 SVTH: Bùi Kiều Trang CNKTĐT - K26 104 SVTH: Bùi Kiều Trang CNKTĐT - K26 105