Физика13636. Исследовательская работа по физике Звукоизоляция в студии
 Скачать 341.14 Kb.
|
|
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №6 Г. Калач, Воронежская область Исследовательская работа по физике «Звукоизоляция в студии» Выполнил: Гавшин Андрей Владимирович, Ученик 11 класса МБОУ СОШ №6 г. Калач Руководитель: Трунов Иван Анатольевич, учитель физики МБОУ СОШ №6 Калач 2022 год Оглавление1 Введение 3 Звукоизоляция и акустическая обработка студии звукозаписи 4 Звукоизоляция 6 Акустическая обработка 8 Список используемой литературы 17 ВведениеЦель работы: Узнать о звукоизоляции проектной студии звукозаписи ограниченного бюджета. Основной проблемой, которого будет то, что помещение негативно влияет на процесс работы, внося нежелательное окрашивание в звук. Второй проблемой окажется — проникновение звука в соседние помещения Задачи: Изучить звукоизоляцию в проектной студии. Актуальность выбранной темы: Актуальность данной темы, имеет малую аудиторию в физике, как изоляция звука, но зато имеет большую актуальность в теме: “Введение в звукозапись”. Звукоизоляция и акустическая обработка студии звукозаписиЗвук — физическое явление, представляющее собой распространение в виде упругих волн механических колебаний в твёрдой, жидкой или газообразной среде. Шум — беспорядочные колебания различной физической природы, отличающиеся сложностью временной и спектральной структуры. Первоначально слово шум относилось исключительно к звуковым колебаниям, однако в современной науке оно было распространено и на другие виды колебаний (радио-, электричество). Проектная студия звукозаписи (проджект - студия) очень часто строится на основе ограниченного бюджета. Владелец студии стремится правильно вложить свои средства в оборудование и по финансовым соображениям вынужден придавать, куда меньшее значение акустической обработке. Однако собственный звук студии — это не только пульт, приборы и колонки: это в первую очередь стены и потолки, и потому акустика помещения, в котором вы собираетесь работать, нуждается в самом пристальном внимании на раннем этапе планирования студии. Основная проблема, с которой обычно сталкивается владелец студии звукозаписи, заключается в том, что помещение негативно влияет на процесс работы, внося нежелательное окрашивание в звук. Вторая проблема — проникновение звука в соседние помещения (этот вопрос в особенности принципиален для тех, кто собирается записывать барабаны, гитары и другие громкие инструменты, а также сводить музыку на большой громкости: далеко не все соседи будут терпимо относиться к постоянному шуму, проникающему к ним через стены, пол и потолок). Эти две проблемы решаются с помощью двух совершенно разных процессов: в первом случае применяется акустическая обработка помещения, во втором — звукоизоляция. Акустическая обработка позволяет улучшить акустические свойства помещения с точки зрения слушателя. Это значит, что при наличии качественных мониторов звук в контрольной комнате, подвергнутой акустической обработке, будет более точным, нежели при использовании тех же самых мониторов в необработанном помещении. Звукоизоляция, с другой стороны, занимается исключительно вопросами снижения просачивания звука из студии во внешний мир (и наоборот). Мы начнем именно с этой темы, так как в большинстве случаев эту задачу требуется решить, прежде всего. ЗвукоизоляцияСреди непрофессионалов существует мнение, что проблему звукоизоляции можно решить с помощью обычной картонной тары из-под яиц. На самом деле такая тара может применяться для снижения уровня отражений от жестких поверхностей, но на звукоизоляцию она не влияет никоим образом. То же самое относится и к легким подвесным потолкам, акустической пене и материалу «роквул»: все эти вещи предназначены для акустической обработки, а не для звукоизоляции. Наиболее эффективны для звукоизоляции толстые, массивные стены — чем толще, тем лучше. Как правило, если увеличить толщину стены в два раза, то ровно во столько же раз меньше звука будет проникать из студии наружу (равно как и из соседних помещений — в студию). Тут есть одна оговорка: массивная стена, прежде всего, заглушит средние и высокие частоты. С басами могут по-прежнему иметься проблемы. Существуют таблицы, в которых указаны индексы понижения уровня звука для различных материалов (SRI). Например, кирпичная стена имеет значение SRI, равное 45 дБ (усредненное для всех частот), а обычная панельная дверь — всего 10 дБ. Однако не следует думать, что если установить две кирпичные стены параллельно друг другу, то общий индекс SRI такой конструкции станет равным 90 дБ: воздух между стенами тоже передает звук, поэтому данное решение годится только в том случае, когда между двумя стенами оставлен значительный запас. В профессиональных студиях звукозаписи применяется покрытие стен минимум тремя слоями гипсокартона с каждой стороны. Это позволяет получить достаточную для звукоизоляции массу, хотя бетон или кирпич все равно лучше справятся с данной задачей. Помимо стен, в студии есть также двери и окна — и они-то и являются наиболее уязвимыми местами с точки зрения звукоизоляции. Бетон или кирпич в данном случае не подходит по очевидным причинам, поэтому все, что здесь можно сделать — использовать двойные стекла на окнах (причем, чем массивнее стекло и чем больше зазор между стеклами, тем лучше будет эффект). Стеклопакет должен быть абсолютно герметичным, иначе звук будет все равно просачиваться наружу. Некоторые владельцы студий закладывают ненужные окна мешками с песком или даже кирпичами: это лишает их естественного освещения, однако звукоизоляция в данном случае максимальна. Если окнами можно пожертвовать в целях звукоизоляции, то с дверями дело обстоит сложнее. Вне зависимости от того, насколько они массивны, сквозь них всегда проходит больше звука, чем сквозь соседние с ними стены. Самое эффективное решение — установить две двери и оставить между ними максимально большое расстояние. Теперь что касается пола и потолка. Понятно, что люди, работающие, живущие или отдыхающие на этаже, расположенном под студией, обычно предъявляют много претензий по поводу шума, доносящегося сверху. Именно поэтому студии звукозаписи часто стремятся устроить на нижнем этаже здания или в подвале: в этом случае проблема как минимум с одной стороны уже решена. В противном случае владельцу студии приходится идти на весьма трудоемкие ухищрения, вплоть до строительства «плавающей комнаты». Акустическая обработкаЗдесь могут иметься две проблемы. Одна из них связана с высокими частотами, вторая — с низкими. Первую проблему легко диагностировать, причем для этого не требуется никакого оборудования. Сядьте в том месте комнаты, где вы собираетесь заниматься сведением, и хлопните в ладоши — а потом слушайте, что происходит после вашего хлопка. В идеале после хлопка не должно быть ничего. Но в большинстве случаев вы услышите несколько отзвуков, «догоняющих» ваш хлопок. Эти отзвуки — результат отражения звука от жестких поверхностей. Решение очевидно — обложить жесткие стены мягким материалом. Для начала будет достаточно подвесить одеяло на расстоянии 3…5 см перед одной из стен и опять хлопнуть в ладоши. Если отзвуков стало меньше — значит, вы нашли самую проблемную стену. Весьма вероятно, что для борьбы с отражениями вам будет достаточно заглушить только эту стену, а не всю комнату целиком. В качестве постоянного заглушающего покрытия подойдут любые мягкие материалы, от одеял и тяжелых портьер до специальных акустических панелей или потолочных плит Rockwool. После того, как проблема с высокими частотами будет решена, ваши мониторы станут звучать более точно, что, разумеется, весьма положительно скажется на результатах вашей работы. Излишек низких частот — более сложная проблема. Во-первых, ее достаточно трудно идентифицировать без специальной аппаратуры для тестирования, поэтому человек, работающий в такой аппаратной, неизбежно будет судить об уровне баса чисто субъективно. В одной из предыдущих статей мы подробно говорили о том, к каким проблемам это может привести, но тут не грех повториться: работая в неадекватном с точки зрения уровня НЧ акустическом окружении, вы неизбежно будете совершать серьезные ошибки по части частотной коррекции. В домашней или небольшой проектной студии эту проблему почти полностью можно решить, отказавшись от больших студийных мониторов и сводя музыку только на двухполосных мониторах ближнего поля: в этом случае, сидя за пультом, звукоинженер слышит в основном прямой сигнал, тем самым эффект помещения становится меньше заметен. Но чем больше аппаратная (и тем самым, чем больше расстояние между пультом и мониторами), тем сильнее проявляются аномалии помещения. Начнем с того, как определить проблему. Самое простое — сидя за пультом, слушать через студийные мониторы гамму, сыгранную на бас-гитаре (заранее запишите такой фрагмент с применением достаточного количества компрессии). Каждая нота должна звучать примерно с одинаковым уровнем громкости; если же на одних нотах вы слышите провалы, а на других — пики уровня, то это значит, что именно на этих частотах в данном помещении имеются проблемы. Здесь не помешает повторить, что мониторы должны быть инсталлированы по всем правилам, иначе этот тест не даст адекватных результатов. Вы также можете перемещаться по комнате во время прослушивания. Пики и провалы уровня указывают вам, на то, что в помещении возникает стоячая волна. В любой комнате с параллельными стенами, полом и потолком стоячая волна будет присутствовать неизбежно. Основная частота стоячей волны вычисляется по формуле f1=v/2L, где v — скорость звука в воздухе (около 345 м/с при нормальных условиях), а L — расстояние между стенами. Например, если параллельные стены находятся на расстоянии 4 метров друг от друга, то стоячая волна будет иметься на частоте 43,12 Гц и ее производных — 86,25 Гц, 129,37 Гц и т.д. Первое, что можно сделать, чтобы решить проблему с басом — сделать стены и/или пол и потолок непараллельными друг другу (что возможно, как правило, только на этапе строительства студии). Второе — можно построить в аппаратной так называемые «басовые ловушки». Это менее радикальное и менее трудоемкое, однако нередко очень эффективное решение заключается в том, чтобы поместить звукопоглощающие материалы в стратегических местах аппаратной (например, в углах) и тем самым снизить эффект суммирования частот. В случае с басом обычные звукопоглощающие плиты не помогут — они хороши только для высоких частот. Принцип работы басовой ловушки основан на трансформации звуковой энергии в движение и далее в тепло. На рисунке 1 показана схема такой конструкции. Звуковые волны проникают внутрь ловушки через отверстия перфорированной плиты. Звуковая энергия передается на картонные перегородки, находящиеся внутри ловушки. Происходящая при этом потеря низкочастотной энергии вызывает снижение уровня баса в контрольной комнате. Построить такое сооружение вряд ли составит какую-либо проблему; спереди его можно задрапировать тканью. Басовые ловушки работают не с одной частотой, а с полосой, поэтому невозможно сказать, сколько таких ловушек потребуется в среднестатистическом помещении. То же самое относится и к конкретным точкам их размещения. Потребуется идти эмпирическим путем, т.е. установить ловушку в одном месте, послушать, как изменилась акустика, переместить ловушку в другое место и/или добавить вторую, если это необходимо. Будьте готовы к тому, что одной ловушкой вам не обойтись. Однако и к полному заглушению комнаты не следует стремиться. Все, что требуется — получить адекватное звучание фонограммы, которое позволит вам избежать ошибок при работе в вашей студии. Различные производители (например, Auralex) выпускают готовые наборы акустических панелей и НЧ ловушек, а также комплекты для изолирования ограниченных объемов пространства в проджект-студиях, TV- и радиостудиях. На их основе выполняется отделка вокальных и дикторских «будок», звукоизоляция ударных и других инструментов, акустическая обработка учебных аудиторий и т.д. Звукоизоляция, как физика процессов Звуковое давление в продольной волне (колебания направлены по пути ее движения) p=Z∙v где Z – коэффициент пропорциональности представляет собой акустическое сопротивление среды, равное произведению плотности среды на скорость распространения звука в ней , v – колебательная скорость частиц интенсивность или сила звука, представляющей собой поток звуковой энергии через единицу площади фронта волны в единицу времени  /(2∙Z). Итак, при отражении звуковой волны в металле образуется переменное давление вдвое больше давления в волне, соответственно и громкость удваивается, так как слуховые аппараты большинства животных реагируют именно на величину звукового давления. Удивительное происходит если внимательно посмотреть на формулы приведенные выше. Пусть звуковое давление p увеличится в 2 раза, тогда числитель первой дроби увеличится в 4 раза, но ввиду того что коэффициент звукового сопротивления среды Z в знаменателе увеличится в тысячи раз, звуковая энергия во второй среде(металл) будет ничтожно мала. Так например в воду из воздуха переходит лишь малая доля энергии падающей волны, а в металл и того меньше. Звуковая энергия почти полностью отражается от границы раздела среды с большим акустическим сопротивлением. При обратном переходе, колебательная скорость во второй среде будет близка к удвоенному значению, а звуковое давление близко к нулю, при ничтожной величине передаваемой энергии звука.Следует помнить о явлении резонанса совпадения. Суть его заключается в том, что при равенстве фазовой скорости звуковой волны вдоль поверхности пластины и скорости изгибных волн в пластине падающая волна должна полностью пройти через пластину. Иными словами, при данной частоте и данном угле падения звука звукоизоляция пластины будет равна нулю, если в ней нет потерь энергии. "Дефективный" резонанс совпадения обусловил довольно противоречивую картину зависимости звукоизоляции от толщины стенки. С одной стороны, увеличение толщины стенки согласно "закону массы" увеличивает звукоизоляцию, но с другой стороны, поскольку при этом уменьшается отношение массы стенки к ее изгибной жесткости, ухудшающий звукоизоляцию, резонанс совпадения проявляется на более низких частотах и захватывает более широкую полосу частот. Так как в диффузном, размешанном звуковом поле все углы падения звука на пластину равновероятны, то при этом виде поля, полоса частот резонанса совпадения каждой перегородки (а следовательно, и полоса частот, в которой перегородка пропускает звук) достаточно широка. Для хорошей звукоизоляции материал должен быть твердым, тяжелым и гибким.   Объем 1 резистора – V1 = 0,042 м³  Уровень звукового давления Lp1 = 22.6 Дб 2. Объем 2 резистора – V2 = 0,016 м³  Уровень звукового давления Lp2 = 24 Дб Вывод: V2/V1 = 0,38 L2/L1 = 1,06 Звуковое давление обратно пропорционально объему резистора. Заключение Проделав работу по выбранной теме, я изучил звукоизоляцию в физике, в поглощение шума, применение в работе, в студиях. Понял, как зависит зву- ковое давление от объема резистора. Выполнил задачу перед собой, тем самым нашел точную информацию о звукоизоляции, изучил её, провел исследование и сделал из этого проект. Список используемой литературы Электронные ресурсы Wikipedia.org https://ru.wikipedia.org/wiki/Звукоизоляция Delta-grup.ru http://delta-grup.ru/bibliot/97/59.htm PROантишум https://proantishum.ru/shumoizolyatsiya-kvartiry/vsyo-o-harakteristikah-izoliruyushhih-materialov |