Введение к работе
з
Актуальность работы
В нашей стране, богатой традициями музыкального исполнительства, залов для использования в режиме естественной акустики существует относительно не большое количество. Благодаря сложившимся обстоятельствам стало чем-то обычным слышать нарекания со стороны музыкантов, артистов и слушателей по поводу отсутствия хороших площадок. Это и не удивительно, ведь многие из этих залов задумывались и строились не для музыкального и артистического исполнения. Зачастую они переделывались из бывших залов городских собраний, народных домов, храмов и других общественных зданий XIX - начала XX вв., а в последнее время из залов политического просвещения, построенных в советское время.
Естественно, что акустические условия некоторых наших старых залов в первоначальном виде носили свой, специфический характер и не совсем соответствовали оптимуму музыкального исполнения. Некоторые из них претерпели реконструкцию, как во время смены назначения, так и позже, в целях улучшения акустики и удаления вредных эффектов. Примером может послужить Екатеринбургская филармония, где в 1995 году зал был разделен от фойе большой стеклопластиковой перегородкой, для избегания шума часть стены укреплена, установлены отражающие панели у отреставрированного органа. К сожалению, такие реконструкции не всегда приводят к положительному эффекту.
В последние несколько десятилетий было построено большое количество многоцелевых концертных залов, которые в советское время именовались Домами культуры, залами политического просвещения. Они имеют количество мест, колеблющееся примерно от 300 до 1200. В соответствии с назначением, характеристики этих залов усреднены, исходя из оптимумов исполнения музыки и речевого режима. Так, удельный объем на одного слушателя должен приближаться к 6 куб. м., а время реверберации (на/= 1000Гц) - 0,9 с, при объеме - 500 куб. м. и - 1,35 с, при объеме 10000 куб. м. Таким образом, эти критерии лишь с натяжкой удовлетворяют условиям при исполнении камерной музыки и не удовлетворяют им вовсе для оркестров, хоров и прочих больших коллективов. Общей проблемой слышимости является условия выбора небольших величин реверберационных характеристик, с учётом использования звукоусиливающего электроакустического оборудования с целью обеспечения возможности проведения разнообразных по жанрам концертов. Данное обстоятельство является компромиссным, поскольку, принимая допустимым все режимы выступлений в одном зале, не один из
4 них не сможет быть обеспечен оптимальными характеристиками как объективного, так и субъективного характера. В особенности это касается жанра инструментальной и вокальной музыки, исполнители и слушатели которых превыше всего ценят естественное звучание инструментов и ещё одного «инструмента» - естественной акустики зала.
В опубликованных у нас в стране методиках акустического проектирования залов, используют три теории акустических полей -статистическая, волновая и геометрическая - на основе которых даются рекомендации к акустическому проектированию. Не претендуя на полноту, отметим работы лишь некоторых авторов: Макриненко Л.И., Щевьев Ю.П., Боголепов И. И. Однако, в этих работах рассматриваются параметры качества акустики лишь опосредованно связанные с физиологической и субъективной основой восприятия человеком звукового поля концерта. В качестве измерительных сигналов, как в натурных исследованиях, так и в моделировании используются шумовые источники. Вместе с тем, такой подход лишь приблизительно удовлетворяет настройке звукового поля, источником звука в котором является такой сложный стохастический сигнал, как музыкальное произведение, исполняемое разными музыкальными инструментами.
Поэтому построение методов использования натуральных сигналов в измерениях и прогнозах акустики залов, позволяющих исследовать взаимовлияния характеристик источника и звукового поля вносимого залом, а так же приуроченный к этому анализ объективных и субъективных параметров различных сценических площадок является в настоящее время актуальной и практически значимой задачей.
Целью работы является получение закономерностей субъективных оценок восприятия звукового поля, представляющего собой имитацию реального концерта в музыкальном зале и регистрация соответствующих объективных параметров этого звукового поля, анализ влияния характера натурального сигнала на его физические характеристики, создание методов акустического проектирования и реконструкции залов путём внедрения оптимизированных параметров.
Для достижения поставленных целей были рассмотрены следующие научные задачи: 1. Получение оптимальных параметров субъективных критериев качества в
условиях синтезированного поля, имитирующих натуральные условия и
реальное исполнение на сцене. 2 Разработка методов измерения и анализа параметров объективных
критериев, связанных с характеристиками натурального источника звука,
такого же, как сигнал исполняемого музыкального произведения.
Разработка методики и алгоритма расчёта параметров объективных критериев, связанных с характеристиками натурального источника звука, аналогичного сигналу исполняемого музыкального произведения.
-
Получение субъективных и объективных характеристик акустического поля концертных залов, связанных с характеристиками натурального источника звука.
-
Сопоставление расчетных результатов с экспериментальными результатами, полученными из субъективных и объективных характеристик акустического поля исследуемых залов.
-
Разработка методов акустического проектирования и реконструкции музыкальных залов, направленных на получение оптимальных параметров субъективных и объективных критериев качества.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. На основе сигналов множества музыкальных произведений получена
частотно-временная зависимость параметра - время спада огибающей
автокорреляционной функции (те,АКФ), позволившая оптимизировать
критерий - время первого отражения (А?,) при акустическом
проектировании музыкальных залов, согласующаяся с оценками
субъективного звуковосприятия.
2. Разработан метод получения параметра те,АКФ сигналов музыкальных
источников в условиях типовой театральной сцены.
-
Предложен критерий - время спада огибающей автокорреляционной функции (те,АКФ), как показатель степени влияния акустической среды зала на частотно-временную характеристику музыкального сигнала.
-
Предложен метод настройки критерия А?, в акустическом проектировании зала.
-
Модернизирован критерий субъективной оценки «Пространственность», путём разделения на два самостоятельных критерия: «ширина источника» и «слышимость отражений», подтверждённые объективными экспериментами и субъективными экспертизами.
-
Предложен метод и алгоритм расчёта акустики залов способом граничных элементов и анализа критериев т^АКФи Дг,.
Практическая значимость:
Предложенные метод и алгоритмы имеют значимость для решения
практических задач оценки, реконструкции и проектирования музыкальных
залов. Достигнуто повышение качества расчетных методик в соответствии
с характером сигналов музыкальных произведений. Предложен метод
6 акустической реконструкции залов, не имеющих необходимые характеристики для исполнения академической музыки. Снижены трудозатраты при получении параметра те,АКФ, необходимого в изучении частотно-временных характеристик музыкальных сигналов.
Положения выносимые на защиту ;
-
Методика получения и анализа параметра те>АКФ, необходимого в изучении частотно-временных характеристик музыкальных сигналов.
-
Метод настройки параметров критерия д<, в условиях музыкального зала.
-
Методика математического моделирования и алгоритм расчёта акустического поля зала.
-
Выявление зависимости параметров критерия д/, от объективных и субъективных критериев акустики помещений на основе экспериментальных исследований акустического поля шести музыкальных залов.
Реализация и внедрение результатов работы.
Представленные в работе результаты были получены при выполнении научно-исследовательской работы «Акустическая реконструкция большого зала Концертно-театрального центра» в г. Ханты-Мансийске. Полученные результаты теоретических исследований и экспериментов, методы, модель и алгоритмы использовались в создании новой версии программы акустического моделирования и анализа «Аист» научного предприятия ООО «Аист-Лаб», а также в учебном процессе кафедры ЭГА и МТ.
Достоверность результатов диссертации обеспечена корректностью постановки задач, подтверждается хорошим согласованием экспериментальных данных с результатами теоретических исследований и численного моделирования, согласованностью результатов нескольких, независимых между собой экспериментов, а так же, физической и математической обоснованностью теоретических расчётов.
Апробация результатов работы.
Разработанные методики и прикладная программа проходили апробацию в 000 «Аист-Лаб» в проекте - «Компьютерные модели залов и обработка акустических сигналов в акустике помещений»
Основные результаты работы докладывались на XI международной конференции «Современные проблемы механики сплошной среды», г.
Ростов-на-Дону, 2007г.; конференции «Медицинские информационные системы», г. Таганрог, 2008г.; XX сессии Российского Акустического Общества, 2008г., г. Москва.
Публикации.
По результатам диссертационной работы опубликовано 7 статей, из них, четыре - в изданиях, включённых в Перечень ВАК.
Структура и объём диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка цитируемой литературы и трёх приложений. Содержание диссертации изложено на 146 страницах и включает 62 рисунка и 96 наименований отечественной и зарубежной литературы.
