SLIDE BÀI GIẢNG_THIẾT KẾ VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ÂM

CHƯƠNG III

THIẾT KẾ VÀ TIÊU CHUẨN ĐÁNH
GIÁ CHẤT LƯỢNG ÂM

VH

1


A – THIẾT KẾ CHẤT LƯỢNG ÂM NHÀ HÁT NGOÀI TRỜI
I – ĐẶC ĐIỂM ÂM THANH NHÀ HÁT NGOÀI TRỜI
Đặc điểm âm thanh cơ bản của nhà hát ngoài trời là sự lan truyền âm
trong không gian tự do, chịu ảnh hưởng của các điều kiện tự nhiên: sự
biến thiên nhiệt độ, gió, sự hút âm của khơng khí,sương mù...và khơng
có các bề mặt giới hạn phản xạ âm.
1 – Truyền âm trong không gian tự do
Nguồn âm điểm phát sóng cầu, cường độ (I) tỷ lệ nghịch với bình phương
khoảng cách r tới nguồn âm. Công suất nguồn âm W, tại điểm cách nguồn
r (m) có cường độ âm I bằng:

W
I=
4pr 2
VH

(W/m2 hoặc W/cm2 )

2

2 -

Truyền âm trong mơi trường có gió
Vân tốc gió tăng theo chiều
cao cách mặt đất. Phương
truyền âm xuôi theo chiều
gió, vận tốc truyền âm bằng
tổng hai vận tốc. Khi truyền
âm ngược chiều gió, vận tốc
truyền âm bằng hiệu hai vận
tốc.

Khi truyền âm xi chiều
gió mặt sóng úp dần xuống,
tia sóng có xu hướng áp sát
mặt đất. Truyền âm ngược
chiều gió, mặt sóng ngửa
dần lên, phương truyền sóng
rời xa mặt đất.
Khúc xạ sóng khi truyền âm trong mơi
trường có gió r = C.t

Như vậy khi định vị sân khấu ngoài trời thuận chiều gió chủ đạo từ sân
khấu đến khán giả, khi đó khoảng cách truyền âm sẽ lớn hơn trường hợp
ngược lại.

VH

3

3 – Truyền âm trong trường nhiệt độ biến thiên
Vận tốc truyền âm trong khí quyển

C

=

330

+

0,6.t

Trong điều kiện có bức xạ mặt trời, nhiệt độ khơng khí giảm theo
chiều cao cách mặt đất, ban đêm ngược lại, nhiệt độ tăng theo chiều
cao cách mặt đất, do tính chất hấp thu và tản nhiệt của mặt đất. Hiện
tượng này dẫn tới hiện tượng khúc xạ sóng.

Khúc xạ sóng khi truyền âm trong trường nhiệt độ biến thiên
VH

4


II - ĐỘ RÕ CỦA TIẾNG NĨI NGỒI TRỜI
•
•

Độ rõ chỉ mức độ nghe rõ và hiểu được trong những điều kiện nhất

định, là cơ sở xác định quy mô nhà hát ngồi trời.
Đánh giá định lượng tiếng nói của độ rõ bằng số phần trăm âm tiết
nghe rõ và hiểu được trong tổng số các âm tiết khơng có liên quan
về ý nghĩa và tập tính, do một người xướng đọc gọi là độ rõ âm
tiết (A).

•

Trong điều kiện ngồi
§ Độ rõ âm tiết A =
§ Độ rõ âm tit A =
Đ rừ õm tit A =

ã

Kt qu thực nghiệm cho thấy nhà hát ngoài trời nên xây dựng ở
nơi lặng gió, nếu khơng thì có thể lấy hướng gió thường xun
hàng năm duy trì tốc độ gió ≤ 4m/s.

trời:
85% => điều kiện nghe tốt
75% => điều kiện nghe thỗ mãn
65% => điều kiện nghe khó khăn

VH

5


III - THIẾT KẾ NHÀ HÁT NGỒI TRỜI

Nhà hát ngồi trời thực tế là cơng trình đa năng, biểu diễn ca vũ nhạc
kịch, đại hội quần chúng... Sức chứa lớn có thể 600 ÷ 5000 người.

Thiết kế nhà hát ngồi trời gồm các
bước sau:
² Lựa chọn địa điểm phù hợp với
những điều kiện nghe âm ngoài
trời
² Lựa chọn mặt bằng và độ dốc
bậc ngồi
² Thiết kế hộp sân khấu
² Thiết kế mặt phản xạ âm sân
khấu
² Thiết kế hệ thống điện thanh
Mặt bằng nhà hát ngoài trời đặt
trong đường cong A =80%
VH

6


NHÀ HÁT NGOÀI TRỜI

THEATER AT EPIDAURUS
VH

7


NHÀ HÁT NGOÀI TRỜI

HOLLYWOOD BOWL
VH

8


NHÀ HÁT NGOÀI TRỜI

VH

9


NHÀ HÁT NGOÀI TRỜI

VH

10


NHÀ HÁT NGOÀI TRỜI

VH

11


B - THIẾT KẾ CHẤT LƯỢNG ÂM TRONG PHÒNG
I - HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG CỦA PHÒNG

1 - Khái niệm
Do các bề mặt giới hạn cho nên trường âm trong phòng là trường âm
giao thoa của các nguồn kết hợp: nguồn tự nhiên, nguồn phóng đại và
các nguồn phản xạ từ các bề mặt giới hạn của phịng.
Một vị trí trong phòng đồng thời nhận được 2 năng lượng âm
v Năng lượng âm tới trực tiếp từ nguồn tự nhiên, nguồn phóng
đại
v Năng lượng âm phản xạ tới từ các bề mặt giới hạn của phòng.
Trong phòng khi nguồn âm tác dụng sẽ kích động các phần tử khơng
khí trong phịng dao động, tần số của những dao động này gọi là tần
số dao động riêng của phòng

VH

12


II - HÌNH DÁNG PHỊNG
Hình dáng phịng, tỷ lệ kích thước hình học của phịng đảm bảo thỗ mãn
các điều kiện sau:
Ø Tận dụng âm trực tiếp phân bố đều trên tồn vùng chỗ ngồi. Đưa âm
phản xạ ra phía sau để bổ sung cho âm trực tiếp bị suy yếu do tắt
dần trên đường lan truyền. Trường âm khuếch tán phù hợp, đảm bảo
tỷ lệ tốt nhất giữa âm trực tiếp và âm phản xạ có ích.
Ø Tránh tiếng dội trên tồn vùng chỗ ngồi.
Ø Khơng
chênh
thước
thước
nhau,

nên thiết kế các kích thước: cao x rộng x dài của phịng
lệch nhau qua nhiều, cũng khơng nên bằng nhau, hoặc một kích
lớn hơn 2 kích thước kia rất nhiều. Nếu một phịng có 2 kích
bằng nhau sẽ tồn tại những cặp tần số dao động riêng bằng
làm giảm khả năng phân bố đều trường âm trong phòng.

Ø Tỷ lệ H x B x L xấp xỉ 2 x 3 x 5 có thể đảm bảo trường âm tốt.

VH

13


III - TRƯỜNG ÂM TRONG PHÒNG
1 - Một số khái niệm
1.1 - Thời gian trung bình, quãng đường tự do trung bình giữa 2 lần
phản xạ liên tiếp của sóng âm

l1

l4
l2

S

l3

l5

Nguồn âm S, khi âm thanh phát ra
sóng âm sẽ phản xạ qua lại nhiều
lần giữa các bề mặt trong phịng,
hình thành một đường gấp khúc, các
đoạn gấp khúc có chiều dài: l1, l2,
l3... mỗi đoạn là một quãng đường tự
do của sóng giữa 2 lần phản xạ liên
tiếp, rõ ràng các quãng đường tự do
không bằng nhau.

VH

14


1.2 - Năng lượng âm trong phịng
Khi có một tín hiệu âm phát ra trong phòng, năng lượng âm phát triển
qua 3 giai đoạn:
1 - Năng lượng âm tăng dần (trưởng thành)
2- Năng lượng âm đạt tới trạng thái ổn định, âm thanh khuếch tán
3 - Năng lượng âm tắt dần hình thành âm vang
E

E

B



A

E0

t (giây)

VH

C

t (giây)

15


Dưới tác dụng của tín hiệu âm, những phần tử khí trong phịng đồng
thời thực hiện 2 dao động:
Ø Dao động riêng
Ø Dao động cưỡng bức theo tần số
của nguồn âm.

Do lực cản nên dao động riêng tắt dần rất nhanh, cuối cùng khi đạt
trạng thái ổn định chỉ còn dao động cưỡng bức theo tần số của nguồn
âm.
Sự giao thoa giữa các dao động riêng và dao động cưỡng bức năng lượng
âm tăng dần gập ghềnh, khi thăng khi giáng.
Nếu có nhiều dao động riêng của phịng bị kích động, năng lượng âm sẽ
phân bố tương đối đồng đều trên các hướng trong phịng, khi đó những
kết quả phán đốn theo âm hình học sẽ gần đúng với âm vật lý, vì kết
quả nhận được theo âm hình học trên cơ sở thừa nhận trong phịng chỉ
có dao động cưỡng bức theo tần số của nguồn âm, năng lượng âm hoàn

toàn khuếch tán.
VH

16


C - TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ÂM TRONG PHỊNG
•

Cho đến nay tiêu chuẩn đánh giá định lượng chất lượng âm trong
phòng là thời gian âm vang, tiêu chuẩn đặc trưng tính chất âm
học tổng hợp của phịng, ngồi ra còn sử dụng tiêu chuẩn cục bộ
và tiêu chuẩn bổ sung:
² Độ rõ của tín hiệu
² Mức khuếch tán của trường âm, thông qua mức áp suất âm phân
bố trong phịng.

•

Một số tiêu chuẩn bổ sung: dao động của áp suất âm và cường độ
âm từ mọi hướng tới các vị trí trong phịng, tiêu chuẩn bức xạ
của nguồn âm..

•

Xử lý các mặt phản xạ hợp lý, tận dụng năng lượng âm phản xạ có
ích bổ sung cho âm trực tiếp, tăng khả năng khuếch tán của
trường âm, chất lượng âm sẽ nâng cao.

VH

17


I - MỨC ĐỘ KHUẾCH TÁN CỦA TRƯỜNG ÂM
Đánh giá mức độ khuếch tán của trường âm thông qua việc xác định mức
năng lượng âm (LE) phân bố trong phòng tại 15 vị trí đặc trưng:
• Ở tầng trệt gồm 9 vị trí: 3 vị trí ở hàng ghế đầu, 3 vị trí ở
hàng ghế giữa và 3 vị trí ở hàng ghế cuối.
• Trên balcony gồm 6 vị trí: 3 vị trí hàng ghế đầu, 3 vị trí hàng
ghế cuối.

LE

!
# 1
4
= 10.lgW .#
+
2
A
# 4.π .r
#"
1−α

$
&
& + 120 dB
&
&%

Thông thường, mức áp suất phân bố trong phòng cao hơn mức ồn trong
phòng từ 10 - 15dB mới đảm bảo nghe rõ.
Trong phịng khán giả nói chung, mức áp suất âm yêu cầu từ 60 - 80dB.

VH

18


Đặt

R =

A / (1 –

! ) gọi là hằng số của phòng (m2)
𝛂

Mức năng lượng âm:

4ù
é 1
LE = 10 . lg W + 10 lg .ê
+
+ 120 dB
ú
2
Rû
ë 4.p.r

Khi

r đủ lớn 1/4.p.r2

Cơng
suất
của
nguồn âm W (watt)

® 0 khi đó mức âm nghe được chỉ có âm phản xạ

Nếu xét tính định hướng Q của nguồn âm

é Q
LE = 10 . lg W + 10 lg . ê
ë 4.p.r2

Nếu kể tới tác dng
hỳt õm ca khụng
khớ

+

4ự
+ 120 dB
ỳ
Rỷ

4.mV
ổ

S.ỗ a S
ố
R =
4.mV
ổ
1-ỗ a+
S
ố
VH

ử
ữ
ứ
ử
ữ
ứ

Giỏ trị Q (hệ số
định hướng của
nguồn âm) có thể
1, 2, 4 và 8 tuỳ
vị trí nguồn âm

m: hệ số hút âm của
khơng khí (tra biểu
đồ)

19

Phòng khán giả của một nhà hát N = 1200 chỗ ngồi. V= 9700m3.
Diện tích các bề mặt trong phịng S = 3135m2.
Hệ số hút âm trung bình ở tần số 500Hz: 𝛼# = 0,263, S. 𝛼# = 3135 x
0,263 = 824,5m2.
R = S.𝛼/(1
#
- 𝛼# ) = 824,5/(1 – 0,263) = 1120m2.
Hệ số định hướng của nguồn âm Q = 1
Mức âm u cầu ở giữa phịng 60dB, vị trí này cách nguồn âm r = 22,5m
Tính cơng suất tiếng nói của diễn viên.
Tính mức áp suất âm ở hàng ghế cuối cùng cách nguồn âm r = 34m
Tính cơng suất âm của diễn viên
L! = 10lgW + 10lg

"
#$𝓇 !

60 = 10lgW + 10lg

+

#
&

+ 120

'
# .),'# . ++,, !

+

#
''+-

+ 120

lgW = -lg3870 = - 3,5877 => W = 278µWatt = 278.10./

Watt

Mức áp suất âm ở hàng ghế cuối cùng cách nguồn âm 34m
L! = 10. lg278.10 − 6 + 10. lg

1
4.3,14. 34

VH

+
+

4
+ 120 = 60 (dB)
1120

20


1- Cấu tạo khuếch tán âm
Để tăng khả năng khuếch tán năng lượng âm, trường âm phân bố đồng

đều trong phòng, thường tạo một số yếu tố kiến trúc trên các bề
mặt trong phòng theo một tỷ lệ lựa chọn thích hợp và kết hợp với
việc bố trí hút âm.
Các yếu tố hình trụ, lăng trụ, hiệu quả khuếch tán âm tần số trung
tốt, những yếu tố góc vng khuếch tán âm tần số thấp tốt.
Nếu vật liệu hút âm được chia thành các dãi nhỏ và bố trí phân tán
đều trên các bề mặt thì trường âm trong phịng sẽ tắt dần một cách
đều đặn, biểu hiện của trường âm khuếch tán cao.

VH

21


2 - Yêu cầu đối với cấu trúc các âm phản xạ đầu tiên
•
•

•

Đảm bảo được cấu trúc các âm phản xạ đầu tiên sẽ tăng độ khuếch
tán, độ rõ, đồng thời chất lượng âm nghe sẽ phong phú hơn.
Khi nguồn âm ngừng tác dụng, những âm phản xạ tới một điểm nào
đó trong phịng sau âm trực tiếp trong vòng 50ms gọi là những âm
phản xạ đầu tiên.
Nếu âm phản xạ lần thứ 1, 2, 3...đều sau âm trực tiếp trong
vòng 50ms nhưng mức áp suất nhỏ hơn mức áp suất âm trực tiếp
quá 10dB sẽ không nghe thấy, khơng có tác dụng hỗ trợ cho âm
trực tiếp, khơng gây hiệu quả âm vang.

Cấu trúc của âm phản xạ gồm 2 yếu tố:
v Chênh lệch thời gian
v Chênh lệch mức áp suất âm.

VH

22


Theo Katrerovit, cấu trúc âm tốt nhất như hình vẽ:
Lp (dB)

Lp (dB)
£ 2 dB

£ 2 dB
£ 1,5 - 2

£ 1,5 - 2
£ 1,5 - 2

20 - 30

15 - 20

15

£ 1,5 - 2

t (ms)

t (ms)
10 - 15

ÂM NHẠC

5 - 10

5

TIẾNG NÓI

VH

23


II - ÂM VANG - THỜI GIAN ÂM VANG
1 - Âm vang
Âm còn nghe được sau khi nguồn âm ngừng tác dụng. Sóng âm phản xạ
qua lại nhiều lần giữa các bề mặt trong phòng, mỗi lần phản xạ một
bộ phận năng lượng âm bị hấp thu cho nên nguồn âm tắt dần cho tới
khi khơng cịn nghe thấy. Do nguyên nhân này nên nguồn âm khi ngừng
tác dụng vẫn còn nghe âm kéo dài ra vài giây, hiện tượng này gọi là
âm vang. Phòng càng lớn âm vang càng lâu.
Hoặc do các phần tử khơng khí dao động tiêu hao năng lượng để thắng
lực cản của môi trường.
Âm vang đưọc hình thành ở giai đoạn tắt dần của một quá trình âm. Âm
1 dài và mạnh che lấp mất âm tiếng sau làm giảm độ rõ, nếu âm ngắn
quá chỉ nghe âm trực tiếp khơng có nền, khơng có tác dụng của âm

phản xạ có lợi bổ sung cho âm trực tiếp.

Cường độ âm :

I=

W
4π r

2

VH
24


2 - Thời gian âm vang (T)
Thời gian âm vang rất quan trọng trong việc thiết kế chất lượng âm
trong phịng.
Phịng có mục đích khác nhau, u cầu thời gian âm vang khác nhau.
Khi thiết kế trang âm thường lấy thời gian âm vang tối ưu của tần
số 500Hz, vì tần số này là tần số giới hạn giữa âm trầm với âm
trung và cao cho nên có tính đại diện nhất định cho 2 miền tần số
này.
u Thời gian âm vang tiêu chuẩn:
Sabin xác định thời gian âm vang là thời gian cần thiết để mức áp
suất âm của một tần số nào đó ở trạng thái ổn định tiêu chuẩn 60dB
giảm xuống đến khi khơng cịn nghe được (0dB).
Hay thời gian âm vang chuẩn là thời gian cần thiết để năng lượng
của một âm nào đó từ trạng thái ổn định tiêu chuẩn C tắt dần cịn
bằng 10-6C. Như vậy khi năng lượng thay đổi 10-6 lần mức năng

lượng (hay mức áp suất) thay đổi 60dB.

VH

25