Projekt adaptacji akustycznej sal w Szkole Muzycznej

Projekt adaptacji akustycznej sal w Szkole Muzycznej w Skawinie przy ul. Bukowskiej Wykonał: inż. Paweł Śnieć Kraków, 14.06.2013r. www.colosseum.net.pl 1

Spis treści: 1. Wstęp Cel wykonania opracowania...3 2. Wyznaczenie parametrów akustycznych...3 3. Wytyczne dotyczące drzwi do sal...6 4. Zalecenia dotyczące wentylacji mechanicznej...6 5. Zestawienie wykorzystanych materiałów...7 6. Wyniki symulacji komputerowych...8 SALA 0.5...8 SALA 0.6 0.9...10 SALA 0.10...12 SALA 0.19 sala perkusji...14 SALA 0.21 sala koncertowa...16 SALA 0.22 sala rytmiki...21 7. Sugerowane rozpraszacze...23 8. Podsumowanie...23 www.colosseum.net.pl 2

1. Wstęp Cel wykonania opracowania Analizie poddano sale przesłuchań 0.5-0.9, salę lekcyjną 0.10, salę perkusji 0.19, salę koncertową oraz salę rytmiki 0.22 w Szkole Muzycznej w Skawinie. Celem poniższego opracowania jest analiza możliwości układu ścian i sufitu oraz odpowiedni dobór materiałów, który pozwoli na osiągnięcie optymalnego czasu pogłosu w sali, a tym samym osiągnięcie zadowalających wartości parametrów akustycznych: C-80 wskaźnik przejrzystości muzyki (pożądane wartości mieszczą się w zakresie -10 do 20dB) w szczególności dla sali koncertowej; D-50 wskaźnik wyrazistości muzyki (pożądane wartości mieszczą się w zakresie powyżej 60%) w szczególności dla sali koncertowej; STI wskaźniki zrozumiałości mowy (wartości tego parametru nie powinny być niższe niż 60%); Dodatkowo dla sali perkusji istotne jest zredukowanie panującego wewnątrz pomieszczenia poziomu ciśnienia akustycznego SPL. 2. Wyznaczenie parametrów akustycznych W opracowaniu zostały rozpatrzone parametry takie jak: czas pogłosu RT, stopień zrozumiałości mowy STI oraz RASTI, wskaźnik przejrzystości C-80 oraz wskaźnik D-50 wyrazistości stosowane do oceny sali pod kątem muzycznym. Charakterystyka czasu pogłosu - RT Czas pogłosu (ang. Reverberation Time) jest istotnym parametrem, określającym jakość akustyki wnętrz. Definiowany jako czas, wyrażony w sekundach, w którym poziom dźwięku spada odpowiednio o 60, 30, 20 lub 10 db od momentu wyłączenia źródła dźwięku, gdy w pomieszczeniu panował stan ustalony. Parametr ten wpływa na zrozumiałość mowy, brzmienie muzyki oraz poziom ciśnienia docierający do słuchaczy. Wartości RT60, 30, 20, 10 uzależnione są od rodzaju zastosowanych materiałów, kształtu powierzchni w pomieszczeniu, stopnia wypełnienia publicznością oraz warunków atmosferycznych. Temperatura i wilgotność mają jednak zdecydowanie mniejszy wpływ niż pozostałem czynniki. Istnieją zalecane wartości czasu pogłosu, jakie powinny panować w pomieszczeniach przeznaczonych dla muzyki i form słownych w funkcji objętości. Powyżej opisane zależności można wyrazić wzorem: gdzie V kubatura pomieszczenia, S powierzchnia średnia ważona współczynników pochłaniania dźwięku ścian o polach powierzchni S i : A chłonność akustyczna obiektów znajdujących się w pomieszczeniu www.colosseum.net.pl 3

A j chłonność akustyczna pojedynczego obiektu, J liczba obiektów w pomieszczeniu m współczynnik pochłaniania dźwięku przez powietrze: Częstotliwość [Hz] 125 250 500 1000 2000 4000 m [m -1 ] 0,000025 0,00009 0,00025 0,0008 0,0025 0,007 Charakterystyka zrozumiałości mowy wskaźnik STI i RASTI Parametry te w sposób bezpośredni określają stopień zrozumiałości mowy na drodze transmisji sygnału w danym pomieszczeniu. W efekcie wielokrotnego nakładania się różnych warstw sygnału, zachodzącego wskutek bliższych i dalszych odbić, maleje głębokość modulacji transmitowanego sygnału. STI (ang. Speech Transmission Index) opiera się na pomiarach wykonanych w 7 pasmach oktawowych, których częstotliwości środkowe z zakresu 125 8000 Hz są modulowane czternastoma różnymi częstotliwościami. Ich wartości wynikają z podzielnia przedziału 0,63 12,5 Hz na pasma tercjowe, których częstotliwości środkowe odpowiadają wartościom częstotliwości modulacji. RASTI (ang. Rapid Speech Transmission Index) opiera się na 9 pomiarach przeprowadzonych w 2 pasmach oktawowych o częstotliwości środkowych 500 i 2000 Hz (dla f = 500 hz częstotliwości modulacji zawierają się w zakresie 1 8 Hz odstępem tercjowym natomiast dla f = 2000 Hz częstotliwości modulacji zawierają się w przedziale 0,7 11,2 Hz również z odstępem tercjowym) co powoduje znaczne skrócenie czasu pomiaru. Metoda ta opiera się na wyznaczeniu modulacyjnej funkcji MTF (ang. Modulation Transfer Function): gdzie m głębokość modulacji p(t) ciśnienie akustyczne w punkcie odbioru System transmisji pomieszczenia zmniejsza stopień modulacji sygnału, natomiast nie zmniejsza kształtu sinosoidalnej dali modulacyjnej. www.colosseum.net.pl 4

Interpretacja otrzymywanych wartości: STI / RASTI [%] Zrozumiałość mowy 0 30 zła 30 45 uboga 45 60 dostateczna 60 75 dobra 75 100 doskonała Miara subiektywnego odczuwania przejrzystości dźwięku C-80 Parametr ten określa stopień zdolności rozróżniania odbieranego dźwięku na tle zjawisk akustycznych powstających w sali. C-80 (ang. Clarity) parametr stosowany do oceny sali pod kątem odbioru muzyki. Związany z rozpoznawaniem poszczególnych instrumentów na tle całej orkiestry. Jest bezpośrednio uzależniony od czasu pogłosu. W pomieszczeniach suchych, a wiec tam gdzie nie ma pogłosu, muzyka będzie bardzo czysta (duże wartości C-80), a to z kolei pogarsza wrażenie przestrzenności. Definiowany jako stosunek energii E 1 docierającej do słuchacza w czasie pierwszych 80ms do późnej E 2, czyli w po czasie 80ms: Powyższą zależność można również zapisać w następujący sposób: gdzie: p(t) ciśnienie akustyczne w punkcie odbioru Wartości tego parametru podawane są w decybelach i przeważnie zawierają się (wg. Beraneka) w granicach od -10 do 20 db. Wyrazistość dźwięku D-50 D-50 (ang. Definition) odnosi się do stopnia rozróżnialności poszczególnych kwestii w muzyce. Jest określany jako stosunek energii dźwiękowej E 1, docierającej do słuchacza w czasie pierwszych 50ms do energii całkowitej E 2 : www.colosseum.net.pl 5

Powyższą zależność można również zapisać w następujący sposób: gdzie: p(t) ciśnienie akustyczne w punkcie odbioru Wartość tego parametru powinna przekraczać 65%. 3. Wytyczne dotyczące drzwi do sal Wszystkie drzwi do analizowanych sal (z wyjątkiem sali perkusji 0.19) należy wykonać jako drzwi akustyczne. Odpowiednie drzwi to wszelkie drzwi o współczynniku izolacyjności właściwej nie mniejszym niż Rw min = 45 db (EN 717). Wszystkie drzwi do sali perkusji 0.19 należy wykonać jako drzwi akustyczne o zwiększonej izolacyjności akustycznej. Odpowiednie drzwi to wszelkie drzwi o współczynniku izolacyjności właściwej nie mniejszym niż Rw min = 54 db (EN 717). Uwaga: Podczas osadzania drzwi należy zwrócić szczególną uwagę na dokładność przylegania wszelkich opasek, uszczelek czy dokładnego wypełnienia wszelkich szczelin otworu drzwiowego z ramą drzwi. Najlepiej powyższe powierzyć doświadczonej firmie. 4. Zalecenia dotyczące wentylacji mechanicznej Dla umożliwienia ciągłej pracy wentylacji podczas użytkowania sal, instalacja wentylacyjna powinna spełniać podwyższone wymagania akustyczne. W szczególności: Urządzenia maszynowni wentylacji powinna być dobrana pod kątem możliwie małego poziomu zakłóceń akustycznych, Przewody wentylacyjne należy zaopatrzyć w odpowiednią liczbę tłumików akustycznych oraz pokryć od wewnątrz materiałem pochłaniającym dźwięk, Elementy przewodu wentylacyjnego powinny być połączone ze sobą przy użyciu przegubów elastycznych lub przekładek przeciw-drganiowych, Przewody wentylacyjne należy mocować z wykorzystaniem podkładek elastycznych, W efekcie końcowym sumaryczny poziom hałasu pochodzący od pracującej wentylacji ma nie przekraczać 35 dba. www.colosseum.net.pl 6

5. Zestawienie wykorzystanych materiałów Po wykonaniu modelu sal, przeprowadzono symulacje komputerowe rozchodzenia się dźwięku we wnętrzu pomieszczenia. Na podstawie posiadanych kart katalogowych i zaproponowanych rodzajów materiałów wyposażenia wewnętrznego oraz na podstawie dostarczonych, przez poszczególnych producentów tych produktów, współczynników pochłaniania danych materiałów (zmierzonych w komorach pogłosowych) wyznaczono parametry akustyczne wnętrza sal. Powierzchnię sufitową (sale 0.5-0.10) oraz powierzchnię ścian (sala koncertowa - 21) oznaczoną kolorem brązowym, zamodelowano jako rozpraszacze o współczynnikach pochłaniania oraz współczynnikach rozpraszania: częstotliwość [Hz] 125 250 500 1000 2000 4000 α 0,06 0,07 0,09 0,14 0,16 0,26 scattering - - - 0,06 0,15 0,45 Na powierzchnię pierwszego żagla (sala koncertowa 0.21) oznaczoną kolorem czerwonym, należy zastosować powyższy ustrój akustyczny przy mocowanie bez pustki powietrznej. Współczynniki pochłaniania nie powinny być mniejsze niż: częstotliwość [Hz] 125 250 500 1000 2000 4000 α 0,10 0,50 0,85 0,85 0,80 0,80 Na powierzchnię ścian w kolorze fioletowym, należy zastosować powyższy ustrój akustyczny mocowany z pustką powietrzną równą 60 mm. Współczynniki pochłaniania nie powinny być mniejsze niż: częstotliwość [Hz] 125 250 500 1000 2000 4000 α 0,60 0,90 0,80 0,75 0,85 0,90 Na powierzchnię ścian oraz sufitów oznaczoną kolorem niebieskim, należy zastosować powyższy ustrój akustyczny przy mocowanie z pustką powietrzną równą 125 mm. Współczynniki pochłaniania nie powinny być mniejsze niż: częstotliwość [Hz] 125 250 500 1000 2000 4000 α 0,90 0,85 0,75 0,80 0,85 0,95 Ustrój akustyczny (wykonany z wełny mineralnej o gęstości 125 kg/m 3, wykończony masami celulozowa-bawełnianymi szlifowanymi po wyschnięciu) Ustrój w zależności od wymaganego współczynnika pochłaniania montowany jest bezpośrednio lub z pustkami powietrznymi. Pustkę powietrzną uzyskuje się poprzez zamontowanie ustroju na konstrukcji stalowej sufitowej z profili CD. Stopień rozproszenia światła nie powinien być mniejszy niż 94% Na ścianach (sala koncertowa 0.21) w miejscach oznaczonych kolorem pomarańczowym zastosowano perforowany ustrój akustyczny wykonany z trudnozapalnej płyty MDF zabezpieczonej do klasy B1 lub B2 grubości 18 mm, wymiarach: 192 x 2700 mm (na budowie przycinany do żądanego wymiaru), stopniu perforacji 1% (średnicy otworu 1,2 mm i rozstawie 10,66 mm). Całkowita wysokość konstrukcji wynosi 200 mm z wypełnieniem wełną mineralną grubości 180 mm i gęstości 60kg/m 3. Panel wykończony fornirem wskazanym przez biuro projektowe. stroje należy montować na konstrukcji aluminiowej i podkonstrukcji drewnianej. Współczynnikach pochłaniania nie powinny być mniejsze niż: częstotliwość [Hz] 125 250 500 1000 2000 4000 α 0,90 0,80 0,60 0,35 0,20 0,20 Powierzchnia widowni (sala koncertowa 0.21) w kolorze różowym zasymulowano jako fotele tapicerowane z drewnianymi podłokietnikami o współczynnikach pochłaniania nie mniejszych niż: częstotliwość [Hz] 125 250 500 1000 2000 4000 www.colosseum.net.pl 7

α 0,197 0,298 0,424 0,462 0,488 0,466 Powierzchnia podlogi (sala perkusyjna 0.22) w kolorze zielonym zasymulowano jako wykładzinę dywanową o współczynnikach pochłaniania nie mniejszych niż: częstotliwość [Hz] 125 250 500 1000 2000 4000 α 0,01 0,04 0,09 0,21 0,39 0,60 Podłoga oraz powierzchnie drzwi oznaczono kolorem żółtym i zasymulowano jako powierzchnie drewniane o współczynnikach pochłaniania nie mniejszych niż: częstotliwość [Hz] 125 250 500 1000 2000 4000 α 0,15 0,11 0,10 0,07 0,06 0,07 Powierzchnie szklane w kolorze błękitnym mają współczynniki pochłaniania nie mniejszych niż: częstotliwość [Hz] 125 250 500 1000 2000 4000 α 0,03 0,03 0,03 0,02 0,02 0,02 Pozostałe powierzchnie w kolorze szarym (materiały typu: tynk, płyta GK) mają współczynniki pochłaniania nie mniejszych niż: częstotliwość [Hz] 125 250 500 1000 2000 4000 α 0,01 0,02 0,02 0,03 0,04 0,05 6. Wyniki symulacji komputerowych SALA 0.5 www.colosseum.net.pl 8

Wykorzystana ilość materiału: brązowy: 5,4 m 2 fioletowy: 2,2 m 2 niebieski: 3,2 m 2 Ściany: pas o szerokości 1,3 m, znajdujący się 0,7 m nad poziomem podłogi Sufit: wyspa odsunięta o 0,4 m od krawędzi ścian Osiągnięty czas pogłosu w sali www.colosseum.net.pl 9

Otrzymane wartości wskaźnika zrozumiałości mowy STI w poszczególnych punktach. Na podłodze należy zastosować parkiet lub wykładzinę PCV w właściwościach nie wyższych właściwości parkietu wykorzystanego w symulacji. Rozwiązanie takie sugeruje się ze względu na lepsze doszczelnienie uszczelek drzwi z posadzką. SALA 0.6 0.9 www.colosseum.net.pl 10

Otrzymane wartości wskaźnika zrozumiałości mowy STI w poszczególnych punktach. Na podłodze należy zastosować parkiet lub wykładzinę PCV w właściwościach nie wyższych właściwości parkietu wykorzystanego w symulacji. Rozwiązanie takie sugeruje się ze względu na lepsze doszczelnienie uszczelek drzwi z posadzką. Z uwagi na fakt, iż sale 0.6-0.9 posiadają zbliżone wymiary należy je potraktować w jednakowy sposób. SALA 0.10 www.colosseum.net.pl 12

Otrzymane wartości wskaźnika zrozumiałości mowy STI w poszczególnych punktach. Na podłodze należy zastosować parkiet lub wykładzinę PCV w właściwościach nie wyższych właściwości parkietu wykorzystanego w symulacji. Rozwiązanie takie sugeruje się ze względu na lepsze doszczelnienie uszczelek drzwi z posadzką. SALA 0.19 sala perkusji www.colosseum.net.pl 14

Wykorzystana ilość materiału: niebieski: 54,9 m 2 Ściany: pas o szerokości 1,8 m, znajdujący się 0,2 m nad poziomem podłogi Sufit: w całości Osiągnięty czas pogłosu w sali www.colosseum.net.pl 15

Otrzymane wartości ciśnienia akustycznego poszczególnych punktach. Uwaga: Ze względu na duże poziomy ciśnień emitowane przez perkusję nie będzie możliwe przeprowadzanie przesłuchań w sali koncertowej 0.21. SALA 0.21 sala koncertowa www.colosseum.net.pl 16

Żagle sufitowe liczone od sceny powinny być nachylone od osi poziomej w stronę przeciwną do ruchu wskazówek zegara o kąty jak poniżej. Żagiel nr 1 (element pochłaniający czerwony) = 9,5 0 Żagiel nr 2 (element odbijający typu płyta GK) = 2 0 Żagiel nr 3 (element odbijający typu płyta GK) = -3 0 Żagiel nr 4 (element odbijający typu płyta GK) = -5,5 0 Wszystkie mają szerokość 4,8 m i rozmieszczone są zgodnie z poniższym rysunkiem: www.colosseum.net.pl 17

Układ elementów scenicznych: Wykorzystana ilość materiału: brązowy: 26,1 m 2 pomarańczowy: 7,6 m 2 różowy: 72,9 m 2 czerwony: 11,7 m 2 www.colosseum.net.pl 18

Osiągnięty czas pogłosu w sali Otrzymane wartości wskaźnika zrozumiałości mowy STI w poszczególnych punktach. www.colosseum.net.pl 19

Otrzymane wartości wskaźnika przejrzystości C 80 w poszczególnych punktach widowni. Otrzymane wartości wskaźnika wyrazistości D 50 w poszczególnych punktach widowni. www.colosseum.net.pl 20

SALA 0.22 sala rytmiki www.colosseum.net.pl 21

Osiągnięty czas pogłosu w sali Otrzymane wartości wskaźnika zrozumiałości mowy STI w poszczególnych punktach. Wykorzystana ilość materiału: niebieski: 31,6 m 2 Ściany: pas o szerokości 1,3 m, znajdujący się 0,7 m nad poziomem podłogi Sufit: dwie wyspy odsunięta o 0,4 m od krawędzi ścian (szer x dl : 2,7 m x 3,92 m) www.colosseum.net.pl 22

7. Sugerowane rozpraszacze System składa się z 27 mm grubości płyt, wykonanych z drewna. Na panelu wycięte są studzienki o odpowiednich głębokościach. Panele należy mocować za pomocą gwoździ do wcześniej przygotowanej konstrukcji drewnianej. Sugerowane rozpraszacze oraz sposób montażu zamieszczono na szkicach poniżej: 8. Podsumowanie Niniejsze wyniki są szacunkowe i mogą odbiegać od przyjętych w niniejszym opracowaniu wartości wzorcowych. Wynika to z faktu: trudności w doborze takich materiałów, które posiadałyby zakładane wartości współczynników pochłaniania tylko i wyłącznie w żądanych pasmach oktawowych lub tercjowych. rozbieżności wynikającej z podanych współczynników pochłaniania w kartach katalogowych, a stanem faktycznym, sposobu mocowania tych elementów, zamontowania foteli o współczynnikach pochłaniania dźwięku odbiegających od założonych. Jakiekolwiek inne rozwiązania, czy materiały wymagają wykonania ponownych obliczeń i opracowania akustycznego. Niniejsze opracowanie należy rozpatrywać w całości. Niniejsze opracowanie zawierające łącznie 23 stron sporządzono w 3 jednobrzmiących egzemplarzach z czego 2 sztuki przekazano dnia 14 czerwca 2013 roku Zamawiającemu drogą mailową i pocztą. Wykonawca zastrzega sobie możliwość dokonywania zmian do wytycznych na etapie realizacji niniejszego opracowania. Wszelkie zmiany lub uzupełnienia do niniejszego opracowania zostaną wniesione i przekazane Zamawiającemu na piśmie do jego siedziby. www.colosseum.net.pl 23