ul. Sienkiewicza 11/2, 80-227 Gdańsk tel. tel.: +58 345 38 75, 341 18 39 fax: +58 341 23 86 www.bel-aqustic.com.pl Hala Sportowo-Widowiskowa PODIUM w Gliwicach ARENA GŁÓWNA i Hala Treningowa Projekt Akustyki i auralizacja projekt wykonawczy Gdańsk 11..06.2008 Projektujemy i dostarczamy niezawodne rozwiązania dźwiękowe dla nagłośnienia i dźwiękowej komunikac Hala Sportowo-Widowiskowa PODIUM w Gliwicach 1
ZAWARTOŚĆ OPRACOWANIA Strona tytułowa Przedmiot opracowania Autorzy opracowania Spis treści Opis techniczny projektu Wyniki badań symulacyjnych Podsumowanie załączniki Wydruki graficzne wyników Wyniki auralizacji (pliki wave) na płycie CD na płycie CD 1. Przedmiot i zakres opracowania Poniższe opracowanie dotyczy systemu rozgłoszeniowego i nagłośnieniowego areny hali sportowowidowiskowej wraz z zapleczem oraz Hali Treningowej z uwzględnieniem zastosowania Dźwiękowego Systemu Ostrzegawczego i wytycznymi dla adaptacji akustycznej. Zakres opracowania obejmuje fazę projektu wykonawczego dla projektowanej hali sportowowidowiskowej w PODIUM w Gliwicach. 2. Podstawa opracowania 2.1 Formalna Umowa PB/BEL AQUSTIC/VIII/08 z dnia 11.08.2008 2.2 Merytoryczna Ustalenia robocze ze Zleceniodawca Architektoniczne podkłady budynku (z planami stref wykrywania pożaru) Nagłośnienie Stadionów i Innych Obiektów Sportowych, BEL AQUSTIC, wydanie własne Dźwięk, Komunikacja, Bezpieczeństwo (Nagłośnienie Pomieszczeń Kubaturowych), BEL AQUSTIC, wydanie własne EASE - Industry Standard for Sound Reinforcement Modeling, Acoustic Design Anhert, Berlin 2000 MSWiA Rozporządzenie z dnia 21 kwietnia 2006 r.w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów MSWiA Rozporządzenie z dnia 20 czerwca 2007, w sprawie wykazu wyrobów służących zapewnieniu bezpieczeństwa publicznego (Dz.U.143 poz.1002) PN-EN60849: Dźwiękowe Systemy Ostrzegawcze, 2003 ISO 7240-19: Design, installation, commissioning and services of sound systems for emergency purposes. ISO 7240-16: Sound system control and indicating equipment. BN-76/8984-19: Telekomunikacyjne sieci kablowe miejscowe. Ogólne wymagania. BN-76/9371-03: Uziemienia urządzeń telekomunikacji przewodowej i bezprzewodowej. Ogólne wymagania Audio System Design and Installation, Giddings P., Howard W.Sams&Co 1990. Katalogi i dane techniczne producentów urządzeń i dźwiękochłonnych materiałów wykończeniowych Hala Sportowo-Widowiskowa PODIUM w Gliwicach 2
3. Charakterystyka obiektu Obiekt sportowy, przeznaczony do użytku publicznego, z wielko-kubaturową halą sportowowidowiskową o kubaturze 225 000 metrów sześciennych i dodatkową rozgrzewkową halą sportową oraz zapleczem restauracyjnym, odnowy biologicznej, handlowym i parkingiem. Główny Projektant : PERBO-PROJEKT Sp. z o.o. ul. Mazowiecka 4, 30-036 Kraków fax: (012) 633 90 56,w21, tel.(012) 633 90 56 prezes mgr inż. arch. Piotr Łabowicz Autor opracowania / podwykonawca: BEL AQUSTIC Dźwięk Inteligentny Sp. z o.o. ul. Sienkiewicza 11/2, 80-227 Gdańsk tel. 0-58 3411839, fax. 058 3412386 prezes Bogdan Leszko Projektant akustyki : nr uprawnień projektantów specjalność podpis mgr inż. Jarosław Adamczyk nie dotyczy akustyka Sprawdzający: nr uprawnień specjalność projektantów Bogdan Leszko nie dotyczy elektroakustyka voice alarm podpis Hala Sportowo-Widowiskowa PODIUM w Gliwicach 3
SPIS TREŚCI 1. INFORMACJA OGÓLNA 1.1 Ogólny Opis Wielofunkcyjnej Hali Widowiskowo Sportowej 1.2 Arena Główna wraz z Halą Treningową. 2. PRZEDMIOT I ZAKRES OPRACOWANIA 3. OPIS ZAŁOŻEŃ PROJEKTOWYCH 3.1 Modelowanie akustyki wnętrza 3.2 Modelowanie systemu nagłośnienia 3.3 Założenia do komputerowego modelowania akustyki wnętrza i nagłośnienia 3.4 Wymagane parametry dźwięku 4. ARENA GŁÓWNA 4.1 Matematyczny model geometryczny i adaptacja akustyki w hali 4.2 Urządzenia głośnikowe i rozmieszczenie głośników 4.3 Adaptacja akustyczna SUFIT 4.4 Adaptacja akustyczna - TYLNA ŚCIANA 5. WYNIKI BADAŃ SYMULACYJNYCH Akustyki Areny i Systemu Nagłośnienia 6. PODSUMOWANIE BADAŃ SYMULACYJNYCH dla ARENY GŁÓWNEJ 6.1 Określenie środowiska akustycznego wnętrza Areny Głównej 6.2 Modelowanie akustyki i zrozumiałości mowy 6.3 Uzyskanie wymaganego współczynnika zrozumiałości mowy 6.4 Uwagi końcowe 7. WYNIKI AURALIZACJI dla Areny Głównej 7.1 Zawartość płyty CD 8. HALA TRENINGOWA 8.1 Matematyczny model geometryczny i adaptacja akustyki w hali 8.2 Urządzenia głośnikowe i rozmieszczenie głośników 8.3 Adaptacja akustyczna SUFIT i ŚCIANA 9. WYNIKI BADAŃ SYMULACYJNYCH Akustyki Hali Treningowej i Nagłośnienia 10. PODSUMOWANIE BADAŃ SYMULACYJNYCH dla HALI TRENINGOWEJ 10.1 Określenie środowiska akustycznego wnętrza Areny Głównej 10.2 Modelowanie akustyki i zrozumiałości mowy 10.3 Uzyskanie wymaganego współczynnika zrozumiałości mowy 10.4 Uwagi końcowe 11. WYNIKI AURALIZACJI dla Hali Treningowej 11.1 Zawartość płyty CD 4
OPIS TECHNICZNY PROJEKTU 5
1. INFORMACJA OGÓLNA 1.1 Ogólny Opis Wielofunkcyjnej Hali Widowiskowo Sportowej Przedmiotem inwestycji jest budowa, wielofunkcyjnej hali sportowo widowiskowej PODIUM w Gliwicach. Budynek ma służyć mieszkańcom miasta i regionu umożliwiając organizowanie imprez masowych o charakterze sportowym i kulturalnym. Przewiduje się również możliwość organizowania kongresów imprez wystawienniczo-targowych. 1.2 Arena Główna wraz z Halą Treningową. W budynku hali znajduje się arena główna (na której odbywać się będzie większość imprez) wraz z otaczającą ją widownią na około 15 000 miejsc siedzących przy maksymalnym wypełnieniu. Z foyer widowni dostępne będą również pomieszczenia komercyjne, restauracje bary i oraz pomieszczenia sanitarne. W budynku znajdują się również szatnie, przebieralnie dla sportowców, gabinety kosmetyczne i klub fitness. Owalny dach hali przypomina kształtem. z wklęsłą częścią nad areną, gdzie zawieszony jest blok informacyjny dla ekranów video i głośników centralnego systemu nagłośnienia. Do budynku głównego przylega bryła sali sportowej pełniącej rolę sali treningowej lub sali dla mniejszych imprez sportowych. (rysunek poniżej) Szczegółowy opis budynku hali wraz z wszystkimi elementami wchodzącymi w jego skład zawarty jest w Projekcie Architektoniczno Budowlanym. 6
2. PRZEDMIOT I ZAKRES OPRACOWANIA Przedmiotem tego opracowania jest wykonanie komputerowego modelu adaptacji akustycznej wnętrza i systemu nagłośnienia areny głównej hali widowiskowo-sportowej PODIUM. W zakres opracowania wchodzi: budowa matematycznego modelu (szkieletu) bryły i wnętrza areny głównej hali opracowanie modelu komputerowego do analizy właściwości akustycznej areny, opracowanie modeli do badań optymalizacyjnych systemów nagłośnienia obliczenia auralizacyjne do prezentacji słuchowej dźwięku w wymodelowanej przestrzeni 3. OPIS ZAŁOŻEŃ PROJEKTOWYCH 3.1 Modelowanie akustyki wnętrza Zakres badań z wykorzystaniem oprogramowania specjalistycznego obejmował opracowanie modelu akustycznego areny. Program dotyczył wyznaczenia wartości czasu pogłosu oraz odpowiedzi impulsowych dla zasymulowanych elektroakustycznych źródeł dźwięku i dla wybranych charakterystycznych miejsc słuchania. Odpowiedzi impulsowe posłużyły do wyznaczenia parametrów liczbowych opisujących akustykę sal, jak czytelność dźwięku C50 i współczynnik zrozumiałości mowy RASTI. Odpowiedzi impulsowe posłużyły również do przygotowania próbek dźwiękowych odwzorowujących charakter dźwięku w zasymulowanej przestrzeni areny. 3.2 Modelowanie systemu nagłośnienia W wirtualnym modelu wnętrza symulowano pracę kilku różnych zestawów głośnikowych, w różnej konfiguracji, w celu optymalizacyjna parametrów elektroakustycznych i usytuowania głośników zapewniającą uzyskanie - w miejscu odsłuchu - wymaganego poziomu dźwięku SPL, dobrą nierównomierność pokrycia, minimalizację wpływu silnych odbić oraz uzyskanie maksymalnej wartości współczynnika zrozumiałości mowy RaSTI dla zapewnienia zrozumienia komunikatów słownych przekazywanych przez głośniki. Najbardziej efektywne rozwiązanie przedstawiono do projektu wykonawczego systemu nagłośnienia i opisano w koncepcji systemów nagłośnienia hali widowiskowosportowej Dla wynikowej konfiguracji głośników wykonano obliczenia auralizacyjne i wprowadzono nagrane w studio bezechowym próbki komunikatów dźwiękowych emitowanych z systemu nagłośnienia. Odsłuchanie tych próbek (format wav), splecionych z odpowiedziami impulsowymi areny, w kilku charakterystycznych punktach hali pozawala na przybliżone i subiektywną ocenę dźwięku wytwarzanego przez system nagłośnienia w zasymulowanej przestrzeni areny. 3.3 Założenia do komputerowego modelowania akustyki wnętrza i systemów nagłośnienia Modelowanie wykonano za pomocą najnowszego oprogramowania specjalistycznego EASE 4.2. Opracowane modele geometryczne obejmowały arenę główną, zaaranżowaną do funkcji sportowej. Końcowa ocena parametrów systemów nagłośnienia odnosiła się do średniej wartości poziomu ciśnienia akustycznego SPL, równomierności pokrycia obszaru odsłuchu i charakterystyki częstotliwościowych nagłośnienia oraz zapewnienia odpowiedniej wartości wskaźnika zrozumiałości mowy w obszarze odsłuchowym (trybuny i płyta areny). Podstawowym kryterium optymalizacyjnym przy doborze i usytuowaniu głośników była wartość wskaźnika STI nie mniejsza niż 0.5. Parametry akustyczne materiałów i ustrojów dźwiękochłonnych przyjęto zgodnie z wytycznymi wynikającymi z symulacji i modelowania akustyki wnętrza hali. Jako kryterium optymalizacyjne przy doborze elementów wykończenia wnętrza przyjęto wyrównanie wartości czasu pogłosu do wartości 1.5-2 sek (w zakresie średnich częstotliwości) Do auralizacji wybrano próbki nagrań standardowego komunikatu ewakuacyjnego. 7
3.4 Wymagane parametry dźwięku Poziom ciśnienia dźwięku SPL Dźwięk emitowany przez system nagłośnieniowy powinien być dobrze słyszany i zrozumiały na tle hałasu występującego podczas imprez. W czasie zawodów sportowych publiczność wytwarzać może hałas o poziomie dźwięku dochodzącym w szczytach do 100 dba. Średni poziom hałasu wytwarzanego przez widownię w hali sportowej nie przekracza 80-85dB. Zalecenia zdrowotne dotyczące ochrony przed hałasem sugerują aby dla hal sportowych średni poziom dźwięku odbieranego przez widownie nie przekraczał 95dBA, z maksymalnym poziomem 105dB dla przekazywania komunikatów bezpieczeństwa w krytycznych sytuacjach. Użyteczny poziom SPL dla DSO Zgodnie z wymaganiami normy EN60849 zaleca się, aby aparatura Dźwiękowego Systemu Ostrzegawczego była zdolna wytworzyć długotrwały i niezniekształcony dźwięk - w każdym miejscu na widowni - na wysokości uszu słuchaczy (tj. 1,2m od podłogi) - na poziomie SPL co najmniej 10dB większym od poziomu hałasu. Oznacza to, że użyteczny dla DSO poziom SPL na trybunach nie powinien być mniejszy niż 95 db. Zakres przenoszonych częstotliwości Użyteczne pasmo częstotliwości dla wysokiej jakości przekazów mowy wynosi 100Hz 8kHz. Zakres częstotliwości dla potrzeb odtwarzania muzyki dla widowni przyjęto w przedziale 80Hz 10kHz. Równomierność pokrycia dźwiękiem Pokrycie widowni dźwiękiem powinno być równomierne, z 3dB odchyłką poziomu ciśnienia akustycznego od wartości maksymalnej. Parametr ten jest odpowiedni do dźwięku bezpośredniego w salach o czasie pogłosu ok. 2 sekund. Zrozumiałość mowy Wymagana wartość współczynnika zrozumiałości mowy RaSTI wynosi co najmniej 0.5, co odpowiada wartości 0,7CIS (ogólnej skali zrozumiałości mowy) 8
4. ARENA GŁÓWNA 4.1 Matematyczny model geometryczny i adaptacja akustyki w hali Uzyskanie wysokiego współczynnika zrozumiałości mowy w kubaturowych pomieszczeniach, wymaga częściowej adaptacji ich akustyki dla zmniejszenia oddziaływania nadmiarowej energii dźwięków odbitych (pogłosowych) w stosunku do użytecznych dźwięków dochodzących bezpośrednio z głośników. Pozwoli to skrócić czas pogłosu do wartości wymaganych i tym samym zmniejszy oddziaływanie niekorzystnego hałasu pogłosowego. Dla określenia ilości, rodzaju i miejsc zastosowania dźwiękochłonnych materiałów i ustrojów akustycznych, posłużono się symulacją komputerową akustyki przy wykorzystaniu wirtualnego modelu hali z wirtualnym wyłożeniem wnętrza w/w materiałami i ustrojami. Badania symulacyjne przeprowadzono dla założonych parametrów tzn, dla parkietu drewnianego położonego na legarach, betonowych trybunach wypełnionych w 50%, z zagęszczeniem odpowiadającym 0,7 człowieka na 1m 2. 4.2 Urządzenia głośnikowe i rozmieszczenie głośników Dla uzyskania równomiernego pokrycia dźwiękiem obszaru trybun (na poziomie SPL 95dB) zastosowano odpowiednio dobrany system głośników centralnych z dodatkowymi głośnikami obwiedniowymi. Rozmieszczenie i sposób ukierunkowania fali dźwiękowej wytwarzanej przez te głośniki ma podstawowe znaczenia dla uzyskania czytelnego i niezniekształconego obrazu dźwiękowego w miejscu odsłuchu zapewniającego zrozumiały przekaz słownych komunikatów ewakuacyjnych. W celu uzyskania w hali, wymaganego przez normę PN-EN60849, wysokiego współczynnika zrozumiałości mowy, dokonano - przy użyciu komputerowej symulacji - precyzyjnego obliczenia parametrów dźwięku i wielokrotnego modelowania zrozumiałości mowy - dla specjalnie dobranych typów głośników profesjonalnych.(patrz : projekt Nagłośnienie Areny Głównej i Hali Treningowej ) Zaprojektowany układ nagłośnienia areny głównej przedstawiono na rys. 1, 2, 3, 4. W części centralnej areny, pod dolną krawędzią bloku tablic wizyjnych, umieszczono 6 kiści głośników typu LineArray, odpowiednio rozłożonych na okręgu, skierowanych w stronę widowni. Każda kiść składa się z 8 superkierunkowych głośników 2 drożnych, odpowiednio nakierowanych na rzędy trybun. Wyodrębniono 2 typy kiści, każda o nieco innych kątach pochylenia głośników. W tylnej części każdej kiści zamontowano zestawy basowe (opcjonalnie, tylko dla odtwarzania muzyki) W centralnym punkcie bloku tablic wizyjnych, na wysokości dolnej krawędzi, umieszczono jeden sferyczny głośnik typu Soundsphere, emitujący półsferyczna, symetryczną falę dźwiękową pokrywającą środkowy obszar płyty głównej boiska. Dodatkowe 24 głośniki obwiedniowe zamocowano pod dachem, oddalone promieniście o 46 metrów od centrum (rozmieszczone co 15 stopni względem centrum) i nakierowane osią głowna na trybuny środkowe i wyższe. (nachylone od poziomu 30 stopni, 20 stopni i 15 stopni) Widok wnętrza areny z centralnym głośnikami LineArray przedstawiony jest na rys. 5. Dokładny sposób rozmieszczenia i współrzędne ukierunkowania osi głośników Line Array w kiści typu I oraz typu II przedstawiono w postaci szkicu na rys. 7, 8 i 9 9
Rys.1 Widok modelu 3D z zaznaczonymi głośnikami w centralnym koszu i na obwiedni Rys.2 Widok modelu z zaznaczonymi głośnikami (przekrój wzdłużny) 10
Rys.3 Widok modelu z zaznaczonymi głośnikami (przekrój poprzeczny) Rys.4 Rozmieszczenie głośników w koszu centralnym i na obwiedni (rzut) 11
Rys.5 Widok wnętrza areny 3D, z głośnikami LineArray w koszu centralnym (kolor niebieski) W trakcie badań symulacyjnych analizowano trasy i miejsca padania i odbicia promieni dźwiękowych w przestrzeni areny. Stwierdzono, że w niektórych miejscach występują intensywne, szkodliwe odbicia dźwięku gładkich powierzchni sufitu i łukowatych ścian bocznych wokół trybun. Efektem tego jest zakłócenie dźwięku emitowanego przez głośniki. Wybrane powierzchnie wymagać będą korekty akustycznej, polegającej na zmianie geometrii i/lub pokrycia ustrojami dźwiękochłonnymi. 12
4.3 Adaptacja akustyczna - SUFIT Dla zmniejszenia oddziaływania niekorzystnych zjawisk akustycznych, w tym skrócenia czasu pogłosu, sufit hali pokryto materiałami dźwiękochłonnymi. Zastosowano miękkie płyty z wełny szklanej ECOPHON FOCUS A (cwk 200mm) o łącznej powierzchni 4206,4 m2 oraz płyty ze sprasowanej wełny drzewnej nasączonej magnezytem pod nazwą HERADESIGN FinePlus 25/275/40 o łącznej powierzchni 5050,7 m2. Zastosowane płyty Heraklith, maja specyficzna konstrukcję (z warstwa wełny mineralnej) i razem z przestrzenią utworzoną pomiędzy stropem a płytą, tworzą rodzaj "ustroju akustycznego", który zmniejsza pogłos w zakresie NISKICH częstotliwości. Zabudowanie brzegów konstrukcji wykonanej z płyt Heradesign np. kawałkami płyty Heradesign pozwoli "zabezpieczyć przestrzeń (pomiędzy płyta a stropem) przed dostawaniem się kurzu. Dodatkowo, w centralnej części sufitu zastosowano modyfikacje architektoniczną w postaci wypukłych dyfuzorów wykonanych z pary 2-ch wygiętych płyt kartonowo-gipsowych, połączonych ze sobą na długości. Dyfuzory ułożone są w grupach z wygięciem na przemian (w szachownicę) na powierzchni 2625,2 m2 i mają na celu rozproszenie energii akustycznej, która miała tendencje do ogniskowania w centrum hali. Rozmieszczenie w/w materiałów dźwiękochłonnych na suficie pokazuje rysunek 6, poniżej. HERADESIGN FinePlus Model : 25/275/40 Grubość wełny : 40 mm Powierzchnia zajęta : 5050,7 m 2 Sposób ułożenia : równolegle do sufitu w odległości 275mm od płyty dopuszczalna bardzo duża tolerancja ECOPHON Model : FOCUS A Grubość : 20 mm CWK : 200 mm Powierzchnia zajęta : 4206.4 m 2 Sposób ułożenia : równolegle do sufitu, cwk 200mm dopuszczalna bardzo duża tolerancja Rys.6 Rozmieszczenie materiałów dźwiękochłonnych na suficie DYFUZOR Model : wgięte z pary 2-ch złączonych płyt GK o szer.1,2 m Grubość : dowolna, promień wygięcia r = 186,5 cm (+/- 15%) Zajmuje powierzchnię : 2625,2 m 2 Sposób ułożenia : zwieszone na 50-100cm, równolegle pod sufitem, w grupach ułożonych w szachownicę dopuszczalna duża tolerancja rozmieszczenia 13
Szkic obrazujący kształt pojedynczego dyfuzora, wykonanego z pary połączonych ze sobą dwóch płyt GK, każda o szerokości 1.2 m, (o sumarycznej szerokości 2,4m) przedstawia rysunek obok. DYFUZOR : wypukły kształt wykonany z wgiętych dwóch złączonych płyt GK o szer.1,2 m Grubość płyty : dowolna, promień wygięcia: r = 373 cm (+/- 15%) Rys. 7 Szkic (przekrój) dyfuzora z płyt GK Dyfuzory nad centralną częścią sufitu w hali, zamocowane są parami na przemian (w szachownicę), tak jak pokazano na Rys. 8. Ilość dyfuzorów wynikać będzie z możliwości zamocowania ich pod sufitem na obszarze o całkowitej powierzchni 2625,2 m 2, zgodnie z Rys.6 Dokładne rozmieszczenie dyfuzorów względem siebie nie jest krytyczne i może być dowolne. Rys.8 Przykład naprzemiennego rozmieszczenia dyfuzorów pod stropem hali 14
4.4 Adaptacja akustyczna - TYLNA ŚCIANA Kształt walca ma silne oddziaływanie skupiające energie dźwiękową o działaniu silnie kierunkowym na arenę, co powodować będzie wzrost hałasu w tym miejscu, efekt silnego echa i w konsekwencji utratę zrozumiałości mowy. W związku z tym, zalecane jest zmodyfikowanie kształtu przez wykonanie elementów wypukłych, które będą stanowić rodzaj dyfuzora rozpraszającego energię dźwiękową docierającą do ściany. Powierzchnie tylnej ściany (Rys. 8) podzielono na 24 sektory o długości ok. 16m, które na przemian obłoczne są płytami dźwiękochłonnymi Heradesign FinePlus 25/110/80 oraz wypukłymi dyfuzorami z płyty kartonowo-gipsowej (lub podobnej), tworząc rodzaj wypukłych paneli. Rys.8 Widok tylnej ściany nad rzędem trybun, która wymaga modyfikacji architektonicznej Rys.9 Szkic obrazujący sposób ułożenia dyfuzorów na sektorze 16m, za rzędem siedzeń 15
WAŻNE: Krawędzie dyfuzora, opisanego wyżej, nie mogą dotykać ściany a przestrzeń na wygiętych bokach nie może być zabudowana! (ma to na celu nie dopuszczenie do stworzenia pudła rezonansowego ) Ściana - od strony wewnętrznej dyfuzora nie musi być niczym wyłożona. Dopuszcza sie wykonanie dyfuzorów w postaci wymurowanych - całkowicie wypełnionych - wypukłych elementów naściennych z zachowaniem wymiarów i kształtów j/w Dyfuzory ułożone są poziomo, za ostatnim rzędem siedzeń, od wysokości 3m nad poziomem podłogi w stronę sufitu. Szkic obrazujący sposób ułożenia dyfuzorów przedstawia rys. 9 powyżej. Ogólnie: Sposób umocowania płyt (paneli) pod dachem i na ścianach powinien być zgodny z instrukcją montażu zalecaną przez producenta płyt dźwiękochłonnych. UWAGA! Rodzaj, miejsce zamocowania i określenie niezbędnej ilości materiałów dźwiękochłonnych są wynikiem precyzyjnych obliczeń, dlatego przy zastosowaniu innych materiałów dźwiękochłonnych lub innych typów głośników - chcąc uzyskać te same efekty - wymagane jest ponowne dokonanie badań symulacyjnych. Ilość materiałów dźwiękochłonnych została obliczona dla zmniejszenia nadmiarowej energii dźwiękowej do poziomu, w którym przestaje być przeszkadzająca! Celem tego projektu jest bowiem przywrócenie komunikacji dźwiękową w hali nie zaś samo wytłumienie dźwięku!! 16
5. WYNIKI BADAŃ SYMULACYJNYCH Akustyki Areny i Systemu Nagłośnienia Rys.10 Charakterystyka pogłosowa areny bez adaptacji akustycznej Rys.11 Charakterystyka pogłosowa areny po adaptacji akustycznej 17
Rys.12 Mapa SPL dźwięku bezpośredniego w paśmie 100Hz 8kHz Rys.13 Mapa SPL dźwięku wypadkowego (bezpośredni i pogłosowy) w paśmie 100Hz 8kHz 18
Rys.14 Mapa wartości wskaźnika czytelności dźwięku C50 Rys.15 Mapa wartości współczynnika zrozumiałości mowy RaSTI 19
Rys.16 Obraz 3D rozmieszczenia wartości współczynnika zrozumiałości mowy RaSTI Rys.17 Obraz 3D rozmieszczenia wartości współczynnika zrozumiałości mowy RaST 20
Rys.18 Wykres statystyczny współczynnika czytelności dźwięku C50 w 3 oktawach Rys.19 Wykres statystyczny współczynnika zrozumiałości mowy RaSTI w 3 oktawach Rys.18 Wykres statystyczny współczynnika czytelności dźwięku C80 w 3 oktawach Rys.21 Wykres statystyczny rozkładu ogólnego Poziomu Ciśnienia Dźwięku SPL 6. PODSUMOWANIE BADAŃ SYMULACYJNYCH dla ARENY GŁÓWNEJ 6.1 Określenie środowiska akustycznego wnętrza Areny Głównej Dla zobrazowania własności akustycznych wnętrza areny głównej, stworzono matematyczny szkielet budowli, złożony z kilkuset różnych płaszczyzn, z których każda została opisana pod względem właściwości pochłaniania dźwięku. (rys.1) Średnia całkowita chłonność akustyczna nieadaptowanej akustycznie przestrzeni była mała i wynosiła dla pustej hali poniżej 0,2 Wynika to z faktu, że ilość materiałów o dużym współczynniku pochłaniania dźwięku była zbyt mała w stosunku do całości powierzchni zastosowanych materiałów wykończeniowych. Mała chłonność akustyczna materiałów skutkuje dramatycznie dużym czasem pogłosu w hali przekraczającym 12 sekund (rys.10), co jest wartością prawie 6-krotnie większą od zalecanej dla hal widowiskowosportowych. Takie pomieszczenie generuje niebezpieczny poziom wnętrzowego hałasu pogłosowego! Dla tak niekorzystnych warunków, obliczony współczynnik zrozumiałości mowy, kształtował się poziomie zaledwie 0.1 0.2 RaSTI, co odnosi się do całkowitego braku zrozumiałości pomimo zastosowania specjalistycznej aparatury nagłośnieniowej! Efektem zastosowania aparatury głośnikowej w takiej hali byłby bardzo duży - i niebezpieczny dla ludzi hałas, przy jednoczesnym całkowitym braku czytelności i zrozumiałości treści przekazywanej przez głośniki. 21
6.2 Modelowanie akustyki i zrozumiałości mowy W kolejnym etapie pracy z oprogramowaniem symulacyjnym, zastosowano kolejno wirtualnie różne materiały dźwiękochłonne i kilkadziesiąt razy modelowano pokrycie nimi dachu i ścian hali, aż uzyskano kompromis między własnościami akustycznymi, ilością zastosowanych materiałów i wymaganym współczynnikiem zrozumiałości mowy. Do ograniczenia ilości ech, w szczególności tych, których efektem jest zmniejszenie zrozumiałości mowy zastosowano odpowiednio rozmieszczone dyfuzory, rozpraszające fale dźwiękowe. W wyniku tych działań uzyskano skrócenie pogłosu do poziomu poniżej 2 sekundy (rys.11) i radykalną poprawę parametrów zrozumiałości mowy, co pozwala teraz nie tylko na dobre odczytywanie wszystkich komunikatów, ale też kwalifikuje halę do komfortowego odbioru występów artystycznych i innych imprez masowych. Z analizy wartości czasu pogłosu, w odniesieniu do wielkości kubatury hali wynika, że czas pogłosu utrzymuje się w normie przewidzianej dla tej wielkości pomieszczenia. 6.3 Uzyskanie wymaganego współczynnika zrozumiałości mowy Minimalny współczynnik zrozumiałości mowy 0,5 RaSTI który określa zrozumiałość jako dobrą - dotyczy teraz wszystkich miejsc w hali, a w dużej części dochodzi nawet do 0.65 RaSTI (rys. 15). (co jest równoważne >0.7 CIS) - zgodnie z wymaganiami normy PN-EN60849. W zaadaptowanej akustycznie hali głównej, uzyskanie w miejscu odsłuchu wymaganego minimalnego współczynnika zrozumiałości mowy, możliwe jest przez odpowiednie rozmieszczenie i wysterowanie głośników czytelnym i niezakłóconym sygnałem audio 6.4 UWAGI KOŃCOWE Przedstawione w projekcie rozwiązania dotyczące doboru materiałów dźwiękochłonnych, ustrojów akustycznych i ich usytuowania w obiekcie, a także doboru i rozmieszczenia urządzeń głośnikowych stanowią jednolitą koncepcję uzyskania odpowiedniej akustyki i nagłośnienia areny głównej. Do badań symulacyjnych wykorzystano najnowsze specjalistyczne oprogramowanie EASE 4.2. Nagłośnienie areny głównej zoptymalizowano ze względu na wymaganą czytelność i maksymalną wartość poziomu dźwięku z jednoczesnym spełnieniem wszystkich warunków technicznych wyznaczonych przez normę PN-EN60849 w zakresie doboru urządzeń systemu DSO i sposobu ich działania dla zapewnienia odpowiedniej zrozumiałości komunikatów ewakuacyjnych, co w znacznym stopniu zależy od właściwości akustycznych przestrzeni, w których przebywają ludzie. W kolejnym etapie wykonywania projektu zostaną określone szczegółowe wymagania dotyczące projektowanych systemów głośnikowych. (patrz: projekt Nagłośnienie Areny Głównej i Hali Treningowej ) Hala Sportowo-Widowiskowa PODIUM w Gliwicach 22
7. Wyniki AURALIZACJI dla Areny Głównej Proces akustycznego odwzorowania działania projektowanej przestrzeni areny głównej, w postaci plików dźwiękowych, opiera się na wykonanych modelach akustycznych hali, charakterystyce przetwarzania dźwięku zaprojektowanych głośników i próbce oryginalnego nagrania komunikatu ewakuacyjnego. Bardzo duża czasochłonność obliczeń odpowiedzi impulsowych spowodowała ograniczenie wirtualnych miejsc odsłuchowych do kilku wyznaczonych: 1. na środku boiska, 2. w środkowej części trybun na osi krótszej Sali, 3. w środkowej części trybun na osi dłuższej Sali, 4. na trybunach w części oddalonej od osi po stronie lewej. Odpowiedzi impulsowe obliczono dla każdego miejsca odsłuchu, dla przypadku gdzie włączone były wszystkie głośniki. Dźwiękowe próbki nagrań komunikatu (dokonane w studio) i wynikowe próbki odczytywane w wynika auralizacji, zapisano w postaci plików wav na płycie CD. 7.1 Zawartość płyty CD Materiał wyjściowy, modele i opracowanie nagrań auralizacyjnych zamieszczone są na płycie CDR: PODIUM Gliwice (symulacje dla areny głównej). Płyta zawiera wersję elektroniczną niniejszego opisu w formacie PDF, pliki z wynikami symulacji w formacie bmp, próbki dźwiękowe do auralizacji w postaci plików wav. Hala Sportowo-Widowiskowa PODIUM w Gliwicach 23
8. HALA TRENINGOWA 8.1 Matematyczny model geometryczny i adaptacja akustyki w hali Uzyskanie wysokiego współczynnika zrozumiałości mowy w kubaturowej przestrzeni hali treningowej wymaga częściowej adaptacji jej akustyki dla zmniejszenia oddziaływania nadmiarowej energii dźwięków odbitych (pogłosowych) w stosunku do użytecznych dźwięków dochodzących bezpośrednio z głośników. Pozwoli to skrócić czas pogłosu do wartości wymaganych i tym samym zmniejszy oddziaływanie niekorzystnego hałasu pogłosowego. Dla określenia ilości, rodzaju i miejsc zastosowania dźwiękochłonnych materiałów i ustrojów akustycznych, posłużono się symulacją komputerową akustyki przy wykorzystaniu wirtualnego modelu hali z wirtualnym wyłożeniem wnętrza w/w materiałami i ustrojami. Badania symulacyjne przeprowadzono dla założonych parametrów tzn, dla parkietu drewnianego położonego na legarach, betonowych trybunach wypełnionych w 50%, z zagęszczeniem odpowiadającym 0,7 człowieka na 1m 2. 8.2 Urządzenia głośnikowe i rozmieszczenie głośników Dla uzyskania równomiernego pokrycia dźwiękiem obszaru trybun (na poziomie SPL 95dB) zastosowano odpowiednio dobrany system głośników centralnych. Rozmieszczenie i sposób ukierunkowania fali dźwiękowej wytwarzanej przez te głośniki ma podstawowe znaczenia dla uzyskania czytelnego i niezniekształconego obrazu dźwiękowego w miejscu odsłuchu zapewniającego zrozumiały przekaz słownych komunikatów ewakuacyjnych. W celu uzyskania w hali, wymaganego przez normę PN-EN60849, wysokiego współczynnika zrozumiałości mowy, dokonano - przy użyciu komputerowej symulacji - precyzyjnego obliczenia parametrów dźwięku i wielokrotnego modelowania zrozumiałości mowy - dla specjalnie dobranych typów głośników profesjonalnych. (patrz : projekt Nagłośnienie Areny Głównej i Hali Treningowej ) Zaprojektowany układ nagłośnienia hali treningowej ma postać kosza złożonego z 8-miu szerokopasmowych głośników co-axialnych (umiejscowienie kosza głośnikowego - punkt S4 -przedstawia rys. 22) Kosz głośników, zawieszony jest w centralnej części sufitu hali, na osi symetrii wejścia do hali, w odległości 7m od ściany znajdującej się za trybunami. Dolna krawędź głośników zawieszonych nad parkietem znajduje się na wysokości 14 m od niego. Głośniki nakierowane są osią główną we wszystkie strony (rys.22) W trakcie badań symulacyjnych analizowano trasy i miejsca padania i odbicia promieni dźwiękowych w przestrzeni hali. Stwierdzono, że pierwotny czas pogłosu jest zbyt duży, czego efektem jest zakłócenie dźwięku na trybunach, który emitowany jest z kosza głośnikowego. Przestrzeń wymagać będzie podstawowej adaptacji akustyki. Hala Sportowo-Widowiskowa PODIUM w Gliwicach 24
Rys.22 Widok modelu (od strony ściany za trybunami) z zaznaczonym punktem S4 umiejscowienia głośników Rys. 23 Widok wnętrza hali 3D (na trybuny), z zaznaczoną czarnym kolorem ścianą pokryta płytami Heradesign FinePlus Hala Sportowo-Widowiskowa PODIUM w Gliwicach 25
8.3 Adaptacja akustyczna - SUFIT i ŚCIANA Dla zmniejszenia oddziaływania niekorzystnych zjawisk akustycznych, w tym skrócenia czasu pogłosu, sufit hali pokryto materiałem dźwiękochłonnym. Zastosowano akustyczną pianę celulozową SonaSpray K-13, natryskiwaną bezpośrednio na blaszaną powierzchnię sufitu w warstwie 76 mm, o łącznej powierzchni 1940 m 2. SonaSpray Model : K13 Grubość : 76 mm Powierzchnia zajęta : 1940 m 2 Sposób ułożenia : natrysk bezpośrednio na blaszaną powierzchnię sufitu warstwą 80 mm dopuszczalna bardzo duża tolerancja wykorzystania powierzchni Dodatkowo, cała ściana za trybunami, o łącznej powierzchni 900 m 2, wyłożona została dźwiękochłonnymi płytami HeradesignFinePlus o grubości 25mm z przyklejoną 100 mm warstwą wełny mineralnej Heralan. HeradesignFinePlus Model : FinePlus 25/MW100 Grubość wełny : 100 mm Gęstość wełny : 50kg/m 3 Powierzchnia zajęta : 900 m 2 Sposób ułożenia : równolegle do ściany, warstwą wełny mineralnej mocowane bezpośrednio do ściany betonowej np. śrubami DDS Heraklith lub kołkami IDM-R dopuszczalna bardzo duża tolerancja wykorzystania powierzchni WAŻNE: Ze względu na technologię wykonywania tynku dźwiękochłonnego SonaSpray, polegająca na natryskiwaniu na powierzchnię sufitu, wskazane jest aby prace dotyczące tego zakresu wykończenia powierzchni wykonać na etapie przed ogólnym wykończeniem hali. Ściana za trybunami, na obszarze pokrytym płytami Heradesign FinePlus nie wymaga żadnego wykończenia (bez tynku) ponieważ elementem wykończeniowym jest sama płyta Heradesign FinePlus bezpośrednio przylegająca do ściany warstwa wełny mineralnej. UWAGA! Rodzaj, miejsce zamocowania i określenie niezbędnej ilości materiałów dźwiękochłonnych są wynikiem precyzyjnych obliczeń, dlatego przy zastosowaniu innych materiałów dźwiękochłonnych lub innych typów głośników i ich rozmieszczenia - chcąc uzyskać te same efekty - wymagane jest ponowne dokonanie badań symulacyjnych. Ilość materiałów dźwiękochłonnych została obliczona dla zmniejszenia nadmiarowej energii dźwiękowej do poziomu, w którym przestaje być przeszkadzająca! Hala Sportowo-Widowiskowa PODIUM w Gliwicach 26
9. WYNIKI BADAŃ SYMULACYJNYCH Akustyki Hali Treningowej i Systemu Nagłośnienia Rys.24 Charakterystyka pogłosowa hali bez adaptacji akustycznej Rys.25 Charakterystyka pogłosowa hali po adaptacji akustycznej Hala Sportowo-Widowiskowa PODIUM w Gliwicach 27
Rys.26 Mapa SPL dźwięku wypadkowego (bezpośredni i pogłosowy) w paśmie 100Hz 8kHz Rys.27 Mapa wartości wskaźnika czytelności dźwięku C50 Hala Sportowo-Widowiskowa PODIUM w Gliwicach 28
Rys.28 Mapa wartości współczynnika zrozumiałości mowy RaSTI Rys. 29 Wykres statystyczny rozkładu ogólnego Poziomu Ciśnienia Dźwięku SPL Rys.30 Wykres statystyczny współczynnika zrozumiałości mowy RaSTI Rys.31 Wykres statystyczny współczynnika czytelności dźwięku C80 w 3 oktawach Hala Sportowo-Widowiskowa PODIUM w Gliwicach 29
10. PODSUMOWANIE BADAŃ SYMULACYJNYCH dla HALI TRENINGOWEJ 10.1 Określenie środowiska akustycznego wnętrza Hali Treningowej Dla zobrazowania własności akustycznych wnętrza Hali Treningowej, stworzono matematyczny szkielet budowli, złożony kilkudziesięciu płaszczyzn, z których każda została opisana pod względem właściwości pochłaniania dźwięku. (rys.22) Średnia całkowita chłonność akustyczna nieadaptowanej akustycznie przestrzeni była mała co wynika z faktu, że ilość materiałów o dużym współczynniku pochłaniania dźwięku była zbyt mała w stosunku do całości powierzchni zastosowanych materiałów wykończeniowych. Mała chłonność akustyczna materiałów skutkuje dużym czasem pogłosu w hali, przekraczającym 5 sekund (rys.24), co jest wartością prawie 2- krotnie większą od zalecanej dla hal widowiskowo-sportowych. Takie pomieszczenie generuje duży poziom wnętrzowego hałasu pogłosowego! Dla takich niekorzystnych warunków, obliczony współczynnik zrozumiałości mowy, kształtował się poziomie zaledwie 0.1 0.2 RaSTI co odnosi się do całkowitego braku zrozumiałości pomimo zastosowania specjalistycznej aparatury nagłośnieniowej! Efektem zastosowania aparatury głośnikowej w takiej hali byłby bardzo duży hałas, przy jednoczesnym braku czytelności i zrozumiałości treści przekazywanej przez głośniki. 10.2 Modelowanie akustyki i zrozumiałości mowy W kolejnym etapie pracy z oprogramowaniem symulacyjnym, stosowano wirtualnie różne materiały dźwiękochłonne i kilka razy modelowano pokrycie nimi dachu i ścian hali, aż uzyskano kompromis między własnościami akustycznymi, ilością zastosowanych materiałów i wymaganym współczynnikiem zrozumiałości mowy. W wyniku tych działań uzyskano skrócenie pogłosu do poziomu poniżej 2 sekundy (rys.25) i radykalną poprawę parametrów zrozumiałości mowy, co pozwala na dobre odczytywanie wszystkich komunikatów i kwalifikuje halę do komfortowego odbioru widowisk. Z analizy wartości czasu pogłosu, w odniesieniu do wielkości kubatury hali wynika, że czas pogłosu utrzymuje się w normie przewidzianej dla tej wielkości pomieszczenia. 10.3 Uzyskanie wymaganego współczynnika zrozumiałości mowy Współczynnik zrozumiałości mowy 0,65 RaSTI który określa zrozumiałość jako dobrą - dotyczy teraz wszystkich miejsc w hali (rys. 30). W odniesieniu do ogólnej skali zrozumiałości CIS jest to równoznaczne z wartością >0.7 CIS co odpowiada wymaganiom normy PN-EN60849. W zaadaptowanej akustycznie hali treningowej uzyskanie, w miejscu odsłuchu, wymaganego współczynnika zrozumiałości mowy, możliwe jest przez rozmieszczenie głośników we wskazanym miejscu i wysterowanie ich czytelnym i niezakłóconym sygnałem audio 10.4 UWAGI KOŃCOWE Przedstawione w projekcie rozwiązania dotyczące doboru materiałów dźwiękochłonnych, ustrojów akustycznych i ich usytuowania w obiekcie, a także doboru i rozmieszczenia urządzeń głośnikowych stanowią jednolitą koncepcję uzyskania odpowiedniej akustyki i nagłośnienia hali treningowej. Do badań symulacyjnych wykorzystano najnowsze specjalistyczne oprogramowanie EASE 4.2. Hala Sportowo-Widowiskowa PODIUM w Gliwicach 30
Nagłośnienie hali treningowej zoptymalizowano ze względu na wymaganą czytelność i maksymalną wartość poziomu dźwięku z jednoczesnym spełnieniem wszystkich warunków technicznych wyznaczonych przez normę PN-EN60849 w zakresie doboru urządzeń systemu DSO i sposobu ich działania dla zapewnienia odpowiedniej zrozumiałości komunikatów ewakuacyjnych co w znacznym stopniu zależy od właściwości akustycznych przestrzeni, w których przebywają ludzie. W kolejnym etapie projektu zostaną określone szczegółowe wymagania dotyczące systemów głośnikowych. (patrz: projekt Nagłośnienie Areny Głównej i Hali Treningowej ) projektowanych 11. WYNIKI AURALIZACJI Proces akustycznego odwzorowania działania projektowanej przestrzeni areny głównej, w postaci plików dźwiękowych, opiera się na wykonanych modelach akustycznych hali, charakterystyce przetwarzania dźwięku zaprojektowanych głośników i próbce oryginalnego nagrania komunikatu ewakuacyjnego. Bardzo duża czasochłonność obliczeń odpowiedzi impulsowych spowodowała ograniczenie wirtualnych miejsc odsłuchowych do kilku wyznaczonych : 1. na środku boiska, 2. w środkowej części trybun na osi krótszej Sali, 3. na trybunach w części oddalonej od osi po stronie lewej. Odpowiedzi impulsowe obliczono dla każdego miejsca odsłuchu, dla przypadku gdzie włączone były wszystkie głośniki. Dźwiękowe próbki nagrań komunikatu (dokonane w studio) i wynikowe próbki odczytywane w wynika auralizacji, zapisano w postaci plików wav na płycie CD. 11.1 Zawartość płyty CD Materiał wyjściowy, modele i opracowanie nagrań auralizacyjnych zamieszczone są na płycie CDR: PODIUM Gliwice (symulacje dla hali treningowej). Płyta zawiera wersję elektroniczną niniejszego opisu w formacie PDF, pliki z wynikami symulacji w formacie bmp, próbki dźwiękowe do auralizacji w postaci plików wav. Hala Sportowo-Widowiskowa PODIUM w Gliwicach 31