đây là tài liệu nói về cách sử lý âm thanh, tiêu âm thanh trong phòng bá âm, chuyên thiết kế tiêu âm và cách âm trong phòng bá âm. thiết kế ứng dụng cho các phòng hát Karaoke và các phòng thu chuyên nghiệp..
Thiết kế âm hội trường đa 1000 ghế - Trường Cao Đẳng Phát Thanh Truyền Hình I 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 1000- 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: - 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) Thiết kế âm hội trường đa 1000 ghế - Trường Cao Đẳng Phát Thanh Truyền Hình I 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 khơng 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 khơng khí ta gọi phản xạ âm 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 khơng 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 Thiết kế âm hội trường đa 1000 ghế - Trường Cao Đẳng Phát Thanh Truyền Hình I 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 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 tồn khơng 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) Thiết kế âm hội trường đa 1000 ghế - Trường Cao Đẳng Phát Thanh Truyền Hình I 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 khơng 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 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 khơng thích hợp tạo thiếu sót chất lượng âm phòng khơng sử dụng phí trang âm khắc phục gây lãng phí lớn Nếu nghĩ sửa chữa cách xử lý vật liệu hút âm hồn tồn sai lầm khơng đạt mục đích khơng phải 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 Thiết kế âm hội trường đa 1000 ghế - Trường Cao Đẳng Phát Thanh Truyền Hình I 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 3 V ; D 0.623 V ; C 1.53 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 u 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 Tránh tiếng dội toàn vùng chỗ ngồi Tần số dao động riêng phòng, thời gian hẹp có thời gian âm vang xấp xỉ Khơng nên thiết kế D : R : C phòng kích thước lớn nhiều so với hai kích thước số ngun 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: Thiết kế âm hội trường đa 1000 ghế - Trường Cao Đẳng Phát Thanh Truyền Hình I 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 vơ 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, khơng có 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 khơ 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 tốn theo cơng thức Theo u cần âm có hai quan điểm để chọn thể tích phòng: Xác định thể tích phòng theo cường độ âm: Khi nói chuyện cơng suất âm người bé tích phòng q 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 khơng cần dùng hệ thống tăng âm Đối với phòng dùng để nói chuyện: Phòng họp chính, ngườFluoi nói chuyện Thiết kế âm hội trường đa 1000 ghế - Trường Cao Đẳng Phát Thanh Truyền Hình I phải nói thời gian tương đối dài, cơng suất âm khơng thể tăng to Theo kinh nghiệm phòng loại thể tích khơng vượt q 1000 m nghe tốt, không cần hệ thống tăng âm Đối với phòng tập hát: Cơng suất âm diễn viên lớn bình thường để diễn viên cố gắng ảnh hưởng tới hiệu diễn xuất Vì phòng u cầu sức chứa khơng q 1.500 người thể tích phòng phải tương đối nhỏ, thiết kế kiến trúc tốt để đảm bảo nghe tốt mà khơng 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 N lg V Hoặc V = 21N+55 (m3) Trong đó: • V: thể tích phòng (m ) • N: số nhạc cơng 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 Nếu tiêu thể tích chỗ ngồi q bé khán giả ngồi hết ghế, lượng hút âm phòng đủ lớn, khơng 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 Thiết kế âm hội trường đa 1000 ghế - Trường Cao Đẳng Phát Thanh Truyền Hình I 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: Cơng dụng phòng Chỉ tiêu thể tích chỗ ngồi m3/ người Khơng nên vượt m3/ người Phòng họp 3,5 – 4,4 Âm nhạc 6–8 4,5 – 5,5 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 106 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 khơ khan, khơng 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 khơng tốt cho phòng tiếng nói Đây yếu tố quan trọng để đánh giá chất lượng âm phòng Q trình hình thành vang Một phòng có cấu trúc bề mặt khép kín, có dao động âm xảy phòng Thiết kế âm hội trường đa 1000 ghế - Trường Cao Đẳng Phát Thanh Truyền Hình I hệ dao động có hấp thụ âm mức độ làm cho dao động tắt dần theo thời gian Nếu xét nguồn âm khơng 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 khơng 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 khơng 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 ∆t gh có tác dụng tăng cường mức âm, làm tăng độ rõ nên gọi âm phản xạ có ích • Các phản xạ đến sau ∆t gh khơng có tác dụng tăng cường mức âm tạo q trình âm vang phòng khơng có lợi cho độ rõ ( hình1 - a) Thiết kế âm hội trường đa 1000 ghế - Trường Cao Đẳng Phát Thanh Truyền Hình I Hình – : Nghiên cứu trình âm vang: a) Minh họa phản xạ âm tới thính giả; b) Đường tắt dần có tiếng dội khó chịu; c) Khi có tiếng dội lặp lại Trong phản xạ có ích phản xạ có ảnh hưởng lớn đến chất lượng âm Thời gian trễ phản xạ cần phải khống chế sau: Khi nghe tiếng nói: ∆tl ≈ 10 – 15 ms Khi nghe âm nhạc: ∆tl ≈ 20 – 30 ms Một tượng âm học có ảnh hưởng lớn đến chất lượng thu nhận âm phòng tiếng dội (echo), xảy âm phản xạ đầu tiên, có cường độ cao đến sau thời gian trễ giới hạn Tiếng dội dễ dàng quan sát phát xung âm trước tường lớn Âm trực tiếp âm phản xạ nghe thành âm, chúng có quãng nghỉ - quãng dội nhại Như thời gian trễ giới hạn định xuất tiếng dội, phụ thuộc vào yếu tố sau: Tốc độ phát âm tiếng nói âm nhạc: tốc độ phát âm nhanh trị số ∆tgh nhỏ Tiếng nói âm nhạc chậm, khoan thai trị số ∆tgh lớn • • Cường độ tương đối âm trực tiếp âm phản xạ • Phổ âm 10 Thiết kế âm hội trường đa 1000 ghế - Trường Cao Đẳng Phát Truyền hình I 73 Thiết kế âm hội trường đa 1000 ghế - Trường Cao Đẳng Phát Truyền hình I 74 Thiết kế âm hội trường đa 1000 ghế - Trường Cao Đẳng Phát Truyền hình I 75 Thiết kế âm hội trường đa 1000 ghế - Trường Cao Đẳng Phát Truyền hình I 76 Thiết kế âm hội trường đa 1000 ghế - Trường Cao Đẳng Phát Truyền hình I 77 Thiết kế âm hội trường đa 1000 ghế - Trường Cao Đẳng Phát Truyền hình I 78 Thiết kế âm hội trường đa 1000 ghế - Trường Cao Đẳng Phát Truyền hình I 79 Thiết kế âm hội trường đa 1000 ghế - Trường Cao Đẳng Phát Truyền hình I 80 Thiết kế âm hội trường đa 1000 ghế - Trường Cao Đẳng Phát Truyền hình I 81 Thiết kế âm hội trường đa 1000 ghế - Trường Cao Đẳng Phát Truyền hình I 82 Thiết kế âm hội trường đa 1000 ghế - Trường Cao Đẳng Phát Truyền hình I 83 Thiết kế âm hội trường đa 1000 ghế - Trường Cao Đẳng Phát Truyền hình I 84 Thiết kế âm hội trường đa 1000 ghế - Trường Cao Đẳng Phát Truyền hình I 85 Thiết kế âm hội trường đa 1000 ghế - Trường Cao Đẳng Phát Truyền hình I 86 Thiết kế âm hội trường đa 1000 ghế - Trường Cao Đẳng Phát Truyền hình I 87 ... 1.3.3 VẬT LIỆU VÀ KẾT CẤU HÚT ÂM VÀ CÁCH ÂM Hiện tượng hấp thụ âm Đặc điểm âm học phòng phụ thu c vào hai yếu tố: hình dạng, kích thước cách xử lý âm bề mặt phòng Cùng với thể tích phòng đặc tính... số phụ thu c vào chức phòng Phòng ca nhạc k = 0,41 Phòng kịch nói k = 0,36 Phòng chiếu phim, giảng đường k = 0,29 Tính Tftn = R Ttn 500 Chú ý: Khi V > 2000 m3 tốc độ tắt phụ thu c vào V... tốt cho phòng nghe âm nhạc khơng tốt cho phòng tiếng nói Đây yếu tố quan trọng để đánh giá chất lượng âm phòng Q trình hình thành vang Một phòng có cấu trúc bề mặt khép kín, có dao động âm xảy phòng