AUDIO MODELLING 42-584 WYMYSŁÓW UL. KOŚCIUSZKI 29 TEL. 287-65-95, 64 537 55 NIP 625-164-37-5 REGON 278349537 Grudzień 214r Wytyczne akustyki do projektu przebudowy sceny Amfiteatru Miejskiego w Świnoujściu. Zlecający: PRACOWNIA PROJEKTOWA ARKADA mgr inż. arch. Anna Patrycja Flicińska UL. MICKIEWICZA 127/2, 71-26 SZCZECIN Wykonawca: Audio Modelling Cichoń Waldemar ul. Kościuszki 29 42-584 Wymysłów Tel. (32)287-65-95, 6453755 audiomodelling@o2.pl 1
Spis treści Wytyczne akustyki do projektu przebudowy sceny Amfiteatru Miejskiego w Świnoujściu.... 1 Podstawa opracowania.... 3 Przedmiot opracowania.... 3 Zakres i cel opracowania.... 3 Wyniki pomiarów czasu pogłosu.... 4 Metodyka i sprzęt pomiarowy.... 4 Wyniki pomiarów.... 4 Analiza stanu obecnego.... 7 Koncepcja adaptacji akustycznej obiektu.... 7 Model cyfrowy obiektu.... 8 Wyniki symulacji komputerowej.... 9 Wstępna dyspozycja materiałowa.... 13 Wnioski.... 15 Uwagi.... 16 2
Podstawa opracowania. - wytyczne akustyki do projektu architektonicznego Amfiteatru Miejskiego w Świnoujściu - PN-ISO 3382 Akustyka. Pomiar czasu pogłosu pomieszczenia w powiązaniu z innymi parametrami akustycznymi, - wyniki sesji pomiarowej z dnia 1.11.214. - uzgodnienia z użytkownikiem Przedmiot opracowania. Przedmiotem opracowania są wytyczne akustyki do projektu przebudowy sceny amfiteatru miejskiego w Świnoujściu przy ul. Chopina 3. Zakres i cel opracowania. Zakres opracowania. - Pomiary charakterystyki częstotliwościowej czasu pogłosu widowni amfiteatru. - Pomiar tła akustycznego. - Zestawienie wyników pomiarów. - Opracowanie koncepcji przyszłej adaptacji akustycznej sceny. - Wykonanie modelu cyfrowego obiektu. - Wykonanie symulacji komputerowych z zastosowaniem różnych materiałów, w oparciu o model cyfrowy. - Określenie sposobu adaptacji akustycznej sceny. - Zestawienie materiałów potrzebnych do wykonania prac adaptacyjnych. Cel opracowania. Celem opracowania jest ustalenie wytycznych do wykonania adaptacji akustycznej sceny amfiteatru, która spowoduje poprawę parametrów akustycznych obiektu. 3
Czas [s] Wyniki pomiarów czasu pogłosu. Metodyka i sprzęt pomiarowy. Pomiary czasu pogłosu amfiteatru wykonano w oparciu o Polską Normę PN-EN ISO 3382 z wykorzystaniem metody szumu przerwanego. Jest to metoda otrzymywania krzywych zaniku dźwięku przez bezpośredni zapis poziomu ciśnienia akustycznego po pobudzeniu pomieszczenia szumem szerokopasmowym. Zanik ten jest mierzony po wyłączeniu źródła dźwięku, w pasmach tercjowych lub oktawowych z ustawioną wcześniej rozdzielczością, w tym przypadku 5ms. Podczas pomiaru mierzony był również czas wczesnego zaniku EDT, oraz poziom tła akustycznego. Pozostałe parametry uzyskano obliczeniowo. Do pomiarów wykorzystano następujący sprzęt: - wszechkierunkowe źródło dźwięku, - wzmacniacz - szum szerokopasmowy odtwarzany z komputera - mierniki-analizatory SVAN 945 i SVAN 945A o numerach seryjnych 439, 8632, wyposażone w filtry tercjowe - kalibrator akustyczny RION model NC-74 nr 3573324. - komputer IBM T41 - oprogramowanie firmy SVANTEK Pomiarów dokonano bez udziału publiczności. Warunki pomiaru: - temperatura 14 C - ciśnienie 11hPa - wilgotność 7% Wyniki pomiarów. Pomiary przeprowadzono w trzech osiach widowni, źródło dźwięku było usytuowane na środku sceny w odległości 5m od krawędzi, na wysokości 1,5m. Poziom tła akustycznego wynosił średnio 45dBA. Wykresy charakterystyk czasu pogłosu dla sektora centralnego w stanie obecnym. 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1,5 8 1 125 16 2 25 315 4 5 63 8 1 2 rząd 2,5 2 2,7 2,6 2,7 3,2 3,3 3 3,4 3,2 3,7 3,6 3,5 3,7 3,4 3,1 2,7 2,5 2,5 6 rząd 2,1 2 3,4 3,5 2,9 2,9 2,6 2,9 3,5 3 3,5 3,8 3,8 3,4 3,2 2,9 2,7 2,6 2,2 12 rząd 2,2 2,1 2,4 3,2 3,4 3 2,8 3,1 3 3,2 3,5 3,6 3,6 3,5 3,3 3 2,9 2,7 2,4 18 rząd 1,8 1,5 2,3 2,5 3,1 3,2 3 3 3,6 3,5 4 4,3 4,1 4,1 3,5 3,3 2,9 2,4 2,1 24 rząd 2 1,5 1,9 1,9 3,1 3 2,6 2,8 3,3 3,3 3,2 3,5 3,4 3,3 3,3 3 2,7 2,6 2,2 125 16 2 25 315 4 5 Hz Częstotliwość [Hz] 4
Zdjęcia z sesji pomiarowej dnia 1.11.214. 5
Wyniki pomiarów wykazały dużą nierównomierność czasu pogłosu w funkcji częstotliwości oraz znaczne różnice między poszczególnymi rzędami widowni. Jest to spowodowane zupełnym brakiem materiałów o własnościach dźwiękochłonnych w obrębie sceny i widowni. Ponadto sposób ustawienia ścian sceny do widowni sprzyja powstawaniu odbić wielokrotnych. Wyniki pomiarów w bocznych sektorach nie odbiegały znacząco od wyników w sektorze centralnym. Poniżej pokazano uzyskaną mapę średnich wyników czasu pogłosu dla całej widowni. Wyniki średnie czasu pogłosu RT6 w sekundach dla trzech osi widowni. 6
Analiza stanu obecnego. Parametry akustyczne obiektu w stanie obecnym nie zapewniają poprawnego odbioru widzom oraz powodują poważne utrudnienia dla realizatorów dźwięku. Oczywiście kształt widowni i komfortowe przewyższenie między rzędami zapewniają widzom doskonałą widoczność, a obecne zadaszenie obiektu jest niezwykle efektowne wizualnie. Jednak wszystkie powierzchnie ograniczające przestrzeń sceny są gładkie, co powoduje wypromieniowanie w kierunku widowni zbyt dużej ilości energii akustycznej bez żadnej kontroli nad jej kierunkowością (trzeba pamiętać o tym, że dźwięk emitują nie tylko główne zestawy skierowane na widownię, lecz także zestawy odsłuchowe skierowane w stronę wykonawców, a także głośne instrumenty akustyczne jak np. perkusja). Znaczna część dźwięku wraca w kierunku sceny odbita od twardych elementów widowni i jest ponownie odbijana przez ściany sceny. Do tego dochodzą odbicia powstające między twardymi powierzchniami widowni a membraną zadaszenia, która tworzy nad widownią soczewkę akustyczną. Jeżeli widownia jest wypełniona w całości przez słuchaczy, efekty te są nieco mniej uciążliwe, natomiast przy pustych krzesłach nawet dostrojenie systemu nagłośnienia może być trudne. Reasumując, można stwierdzić, że akustyka obiektu w stanie obecnym nie jest zadowalająca Koncepcja adaptacji akustycznej obiektu. Amfiteatry to obiekty, których konstrukcja i ukształtowanie powierzchni sceny i widowni powinny zapewniać dobrą zrozumiałość przekazu słownego lub muzycznego, bez użycia nagłośnienia. Jednak obecnie koncerty akustyczne należą do rzadkości, a podczas tych koncertów również stosuje się różnego rodzaju urządzenia efektowe, które wymagają użycia nagłośnienia elektroakustycznego. Dlatego dawna idea biernej akustyki amfiteatru zaczyna być przeszkodą w realizacji dużych przedsięwzięć muzycznych. Większość istniejących amfiteatrów wykazuje zbytnią pogłosowość i wymaga prac adaptacyjnych, aby spełnić wymagania wykonawców i odbiorców żądnych mocnych i głośnych wrażeń. W naszym przypadku ingerencja w materiały z których zbudowana jest widownia jest raczej wykluczona, dlatego należy zastosować jak najwięcej powierzchni pochłaniających i rozpraszających dźwięk w rejonie sceny, rezygnując jednocześnie z powierzchni kierujących dźwięk w stronę słuchaczy, ponieważ tę rolę przejmują zestawy głośnikowe typu line array, w które obiekt będzie wyposażony. Zastosowanie dużej ilości materiałów o wysokim współczynniku pochłaniania dźwięku w obrębie sceny, ograniczy kumulowanie się dźwięku na scenie, oraz udział procentowy odbić między sceną a widownią. Pozwoli na lepszą kontrolę realizatorom dźwięku, a odsłuch na widowni będzie bardziej klarowny i zrozumiały. Oczywiście zwiększy się również komfort pracy wykonawców. Materiały dźwiękochłonne przyjęte do obliczeń w symulacji komputerowej to płyty PORFLES, o własnościach pochłaniających i rozpraszających dźwięk, oraz płyty z wełny szklanej Ecophon Industry Modus. Na ścianach sceny do wysokości 2,5m nad podłogą proponuje się zastosować boazerię, która jest bardziej odporna na uszkodzenia mechaniczne od płyt Porfles. Zaleca się się również wymianę blachy tytanowo cynkowej, którą pokryte jest czoło dachu nad sceną na boazerię na wełnie mineralnej. Blacha ze względu na własności odbijające dźwięk, oraz tendencję do rezonowania, nie powinna znajdować się w tym miejscu, zwłaszcza po zamontowaniu membrany dachu. 7
Model cyfrowy obiektu. Ponieważ dla przestrzeni otwartej nie można zastosować klasycznych wzorów obliczeniowych służących do modelowania akustyki pomieszczeń odsłuchowych, skorzystano z programu komputerowego. Na potrzeby opracowania wykonano model cyfrowy obiektu w programie EASE 4.3 + AURA. W modelu umieszczono system elektroakustyczny przeznaczony dla tego obiektu. Podczas obliczeń i symulacji komputerowych korzystano z funkcji Ray Tracing, umożliwiającej liczenie odbić w obiektach, które nie są przestrzeniami zamkniętymi. Widok poglądowy modelu cyfrowego amfiteatru. Powierzchnie odsłuchowe w modelu cyfrowym amfiteatru. 8
Powierzchnie sceny ze współczynnikiem pochłaniania dźwięku α. Wyniki symulacji komputerowej. Po wykonaniu wielokrotnych obliczeń symulacyjnych w programie komputerowym uzyskano optymalną charakterystykę czasu pogłosu. Materiały do adaptacji akustycznej zostały zastosowane jedynie w obrębie sceny oraz na ściance znajdującej się na końcu widowni sektora centralnego, za stanowiskiem realizatora dźwięku. Przyjęta koncepcja polegała na adaptacji następujących powierzchni: - sufit nad sceną wełna mineralna z welonem szklanym - ściany sceny w górnej części płyty kształtowe o własnościach pochłaniająco-rozpraszających - ściany sceny w dolnej części boazeria szczelinowa - ścianki tworzące kieszenie sceniczne boazeria z drewna miękkiego - przednia powierzchnia dachu sceny boazeria z drewna miękkiego - ścianka za stanowiskiem realizatora boazeria z drewna miękkiego. W przypadku prowadzenia prac adaptacyjnych etapami, zaleca się najpierw wykonanie adaptacji sufitu nad sceną i sprawdzenie uzyskanego efektu. Na wykresach poniżej pokazano przewidywane efekty skrócenia czasu pogłosu po zastosowaniu adaptacji akustycznej na suficie nad sceną, a następnie po zastosowaniu adaptacji w pełnym projektowanym zakresie 9
czas[s] Wykresy charakterystyk czasu pogłosu sektora centralnego przed i po adaptacji sufitu nad sceną (6 rząd). 3 adaptacja sufitu 2,5 2 1,5 1,5 8 1 125 16 2 25 315 4 5 63 8 1 125 16 2 25 315 4 5 adaptacja sufitu 2,2 2,1 2,8 2,6 2,2 2 1,9 2,2 2 2,1 2,3 2 2,1 2,2 2 1,9 2,1 1,8 1,7 2,1 częstotliwość [Hz] TO TAL Wykresy charakterystyk czasu pogłosu sektora centralnego przed i po adaptacji sufitu nad sceną, ścian sceny i miejsca za stanowiskiem operatora dźwięku(6 rząd). 1
Wykres zbiorczy przedstawiający porównanie charakterystyk czasu projektowanych i obecnej. Przewidywane wyniki czasu pogłosu w sekundach po zastosowaniu adaptacji akustycznej w pełnym zakresie. 11
Przewidywana wartość współczynnika zrozumiałości mowy. Równomierność nagłośnienia. 12
Wstępna dyspozycja materiałowa. 1. Sufit nad sceną. Płyta z prasowanej wełny szklanej zabezpieczona od zewnątrz welonem szklanym. ECOPHON Industry Modus. Częstotliwość, Hz αp Praktyczny współczynnik pochłaniania dźwięku Ecophon Modus Industry 5 mm, 2 mm c.w.k. Ecophon Modus Industry 1 mm, 2 mm c.w.k. c.w.k. = całkowita wysokość konstrukcyjna 13
2. Ściany sceny od wysokości 2,5m nad podłogą sceny do sufitu sceny. Płyty o własnościach pochłaniających i rozpraszających dźwięk Porfles. 14
3. Ściany sceny do wysokości 2,5m, ścianki wolnostojące na scenie od strony widowni, przednia fasada dachu nad sceną, ścianka za stanowiskiem realizatora dźwięku. Zastosować boazerię szczelinową (np. modrzew) na konstrukcji drewnianej z pustką powietrzną 5mm. Adaptacja przestrzeni za stanowiskiem realizatora dźwięku. Wnioski. Wyniki pomiarów i symulacji komputerowych wykazały, że znaczne skrócenie czasu pogłosu obiektu jest możliwe, przy zachowaniu dosyć równomiernej charakterystyki.. Amfiteatry z natury swojej powinny zapewniać dobrą słyszalność ze sceny na widownię bez wspomagania nagłośnieniem, co w ramach akustyki biernej zależy od długiego czasu pogłosu. Jednak w sytuacji kiedy ogromna większość imprez jest realizowanych z użyciem sprzętu elektroakustycznego dużej mocy, wynik optymalny czasu zaniku RT6, powinien oscylować w okolicach 1 1,8s. W przypadku wykonania prac adaptacyjnych opisanych w opracowaniu, znacznie ograniczona zostanie ilość odbić między sceną a widownią, oraz między podłogą i dachem sceny. Optymalnym rozwiązaniem byłoby zastosowanie elementów pochłaniających dźwięk na suficie nad widownią, lecz ze względów konstrukcyjnych i użytkowych jest to niewskazane w dużych ilościach. 15
Uwagi. Dodatkowo przeprowadzono symulację akustyczną dla materiału, który mógłby być zastosowany pod membraną zadaszenia widowni. Jest to materiał o nazwie Batyline Aw firmy Serge Ferrari, przeznaczony m.in. do zwiększania chłonności akustycznej przekryć membranowych i innych dachów, produkowanych przez tę firmę. Ponieważ jednak projekt zadaszenia nie przewidywał takiego rozwiązania, ewentualne prace projektowe i adaptacyjne należy prowadzić za zgodą i pod nadzorem autora projektu zadaszenia amfiteatru. Przykładowe zastosowanie Batyline Aw. Wykres zbiorczy charakterystyk czasu pogłosu w stanie obecnym, projektowanym, oraz z zastosowaniem materiału Batyline Aw. 16