Akustiskās ārstēšanas attīstība visu vecumu

📖 Lasīšanas laiks: 5 minūtes un 27 sekundes

Ko Platons teiktu par akustiku? Droši vien daudz ko. Mēs neesam pilnīgi pārliecināti, bet mēs noteikti varam iegūt tehniskus datus par akustisko apstrādi. Godīgi sakot, lielākā daļa cilvēku neapzinās, cik daudz zinātnes tiek ieguldīts, lai telpa patiešām skanētu labi.

Un tā tas ir bijis jau gadsimtiem ilgi, kā redzēsim šajā rakstā. No smagām akmens konstrukcijām un krāšņām senām ēkām līdz augsto tehnoloģiju studijām un modernām telpām — cilvēces deja ar skaņu ir atbalsojusies cauri gadsimtiem (vārdspēle iecerēta).

Akustiskā apstrāde: kas tā ir un kāpēc tā ir svarīga?

Termins akustika aptver veselu materiālu arsenālu — putas, paneļus ar audumu, difuzorus, absorbētājus, separatorus... Nosauciet visu, ko vien vēlaties — katram no tiem ir īpašības, kas izstrādātas, lai manipulētu ar skaņas viļņiem slēgtās telpās.

Šeit nav runa par dažu paneļu piesišanu pie sienas; runa ir par to, kā skaņa mijiedarbojas ar virsmām, un pēc tam apzinātu šīs mijiedarbības pārvaldību. Kādi ir mērķi? Samazināt atbalsi, izkliedēt atstarojumus un samazināt nevēlamā trokšņa pārraidi. Ja kādreiz esat mēģinājis rīkot Zoom sapulci tukšā birojā, jūs zināt, cik nežēlīgas var būt neapstrādātas telpas skaidrības nodrošināšanai.

Katra slēgta vide, neatkarīgi no tā, vai tā ir mājas studija, katedrāle, konferenču telpa vai pat pupiņu konservu kārba, rada unikālu akustisko izaicinājumu kopumu. Tehniskā ziņā jūs pārvaldāt tādus faktorus kā absorbcijas koeficientus, difūzijas modeļus un skaņas caurlaidības klases (STC) vērtējumus.

Produktu izmantošana problēmas risināšanai varētu izdoties, taču tas vienkārši nav mūsu gaumē. Mums patīk analizēt telpu režīmus, aprēķināt optimālo paneļu izvietojumu un... akustiskā simulācija par to, kā telpa skanēs pirms vienas skrūves ieskrūvēšanas sienā. Ziniet... Kā tas ir paredzēts. Lūk, kā tiek panākta inženiertehniski veidota vide, kurā akustika pilda paredzēto funkciju, neatkarīgi no tā, vai tā ir nevainojama mūzikas producēšana vai kristāldzidra runa.

Senā akustika: kā grieķi un romieši apguva skaņu

Cilvēkiem patīk domāt, ka akustika ir jauna lieta, taču grieķi un romieši jau pirms gadsimtiem veica savus eksperimentus, tikai bez dB metriem un datormodelēšanas. Epidauras teātris ir senās akustiskās inženierijas mācību grāmatas piemērs. Ģeometrija — pusapļa sēdvietas, daudzpakāpju rindas, precīzi leņķi — nebija paredzēta tikai izrādei.

Arhitekti izmantoja dabas atstarošanas un difūzijas likumus. Kaļķakmens ar savu augsto atstarošanas spēju un smalko porainību palīdzēja projicēt skaņu, vienlaikus maigi izkliedējot skarbas atbalsis. Mīts, ka čuksts Epidauras teātrī varētu būt dzirdams 50 metru attālumā, ir pārspīlēts, taču fakts paliek fakts: runas saprotamība šādā attālumā nebija nejauša.

Romiešu amfiteātri, lai gan bieži tika būvēti bravūras dēļ, ieviesa slēgtas konstrukcijas un tālāk atbalss laika kontrole (RT60, ja vēlaties tehnisku skaidrojumu). Slēgtas telpas ļāva radīt vienmērīgāku akustisko vidi, samazinot ārējā trokšņa iekļūšanu un nodrošinot uzticamāku skaņas projicēšanu. Romieši pat stratēģiski izmantoja tādus materiālus kā marmors un mozaīkas, izprotot — ar izmēģinājumu un kļūdu metodi —, kā virsmas apdare ietekmē skaņas enerģiju.

Agrīnie arhitektūras skaņas dizaina principi

Šīs senās telpas darbojās kā pilna mēroga testa laboratorijas tam, ko mēs tagad saucam par arhitektūras akustiku. Lai optimizētu skaņas sadalījumu, tika manipulēti tādi mainīgie lielumi kā augstums, izliekums un materiāla blīvums. Pat sēdvietu dizainā tika ņemts vērā: masīvi akmens soliņi ar izliektām atzveltnēm atstaroja vidējās un augstās frekvences uz priekšu, uzlabojot runas skaidrību lielai auditorijai.Elementāras iezīmes, piemēram, kolonādes un dekoratīvie reljefi, nebija tikai estētiskas; tās izjauca paralēlas virsmas, mazinot plandīšanās atbalsis un stāvošos viļņus.

Pārejot uz mūsdienām, jūs atradīsiet tos pašus principus, kas iestrādāti mūsdienu produktos. DECIBEL's GLL Auduma akustiskie paneļi piedāvā frekvencēm atbilstošu absorbciju, savukārt WAVO Perforētas koka akustiskās paneļi ir izstrādāti, izmantojot precīzas matemātiskas secības, lai vienmērīgi izkliedētu skaņu. Mēs turpinām darbu pie tā, ko atklāja senie cilvēki — tikai tagad mums ir rīki, lai izmērītu rezultātus līdz milisekundei.

Viduslaiku skaņas dizains: katedrāles, dziedājumi un atbalss

Viduslaiki iezīmēja pāreju no āra akustikas uz plašu iekštelpu izaicinājumiem. Gotiskās katedrāles ar saviem augstajiem griestiem, rievotajām velvēm un akmens virsmām radīja milzīgus atbalss laukus. Garie RT60 (dažreiz pārsniedza 6 sekundes) bagātināja kormūziku, padarot gregorisko dziedājumu skanējumu ēterisku un ieskaujošu. Taču no runas saprotamības viedokļa šīs pašas īpašības bija murgs.

Viduslaiku celtnieki, kuriem trūka mūsdienu terminoloģijas, joprojām eksperimentēja ar pasīvām apstrādes metodēm. Gobelēni, koka paneļi un pat solu izvietojums bija agrīni mēģinājumi kontrolēt pārmērīgu atbalsi. Absorbējošu materiālu un difūzu virsmu izmantošana liecināja par intuitīvu izpratni par tādiem jēdzieniem kā absorbcijas koeficienti un izkliede, pat ja zinātne vēl nebija formalizēta. Šīs metodes lika pamatus mūsdienu integrētajiem akustiskajiem risinājumiem.

Plkst. DECIBEL, tādi produkti kā ACER, CIRCULOvai DOMINO, Paneļi turpina šo tradīciju. Tie ir izstrādāti, lai darbotos noteiktos frekvenču diapazonos, saglabātu arhitektūras integritāti un atbilstu mūsdienu dizaina standartiem. Mēs izmantojam uz datiem balstītas metodes — impulsa reakcijas testēšanu, frekvenču analīzi —, lai nodrošinātu, ka mūsu paneļi darbojas kā paredzēts, līdzsvarojot atbalss kontroli ar estētiskām prasībām.

Renesanse: no mākslinieciskā instinkta līdz zinātniskai akustikai

Renesanse iezīmēja dziļas pārmaiņas cilvēku izpratnē par pasauli, un skaņa nebija izņēmums. Akustika attīstījās no intuitīva amata par izmērāma zinātneMākslinieki, arhitekti un zinātnieki vairs nepaļāvās tikai uz pieredzi vai mantotajām būvniecības tradīcijām; viņi sāka novērot, dokumentēt un aprēķināt. skaņas uzvedība ar matemātikas precizitāti un eksperimentālās fizikas zinātkāri.

Kvantitatīvās akustikas dzimšana

Vizionāri, piemēram, Leonardo da Vinči veica dažus no agrākajiem zināmajiem skaņas viļņu pētījumiem, savās piezīmju grāmatiņās rakstot par to, kā skaņa izstaro sfēriski, vājinās attālumā un atsitas pret šķēršļiem. Piemēram, viņš atzīmēja, ka skaņa pārvietojas viļņos līdzīgi kā viļņošanās ūdens — salīdzinājums, ko vēlāk apstiprināja mūsdienu viļņu teorija. Lai gan Leonardo nepublicēja formālu akustisko teoriju, viņa empīriskie novērojumi lika pamatus analītiskākai pieejai.

Tikmēr, Marins Mersens, franču zinātnieks un mūks, bieži tiek dēvēts par akustikas tēvu. 17. gadsimta sākumā viņš veica revolucionārus eksperimentus ar stīgu vibrācija un frekvence, kulminējot ar to, ko mēs tagad saucam Mersena likumi — formulas, kas nosaka, kā stīgas augstums ir atkarīgs no tās garuma, spriegojuma un masas.Šie vienādojumi joprojām ir muzikālās akustikas un instrumentu dizaina pamatā.

Dizains, ko ietekmējusi skaņas zinātne

Šis laikmets ieviesa jaunu koncepciju: akustiskā intencionalitātePlkst. pirmkārt, tā bija laimīgu negadījumu virkne, taču arvien vairāk renesanses arhitektu sāka iekļaut proporcijas ne tikai skaistuma, bet arī skaņas sadalījumsKupolus precīzi noregulēja, lai tie atstarotu balsis uz leju. Griestu velves tika pielāgotas, lai novērstu atbalsi. Telpas tika veidotas, pamatojoties uz rezonanses frekvences lai uzlabotu muzikālās harmonijas vai mazinātu neskaidrību runas laikā.

Viens no slavenākajiem piemēriem ir Olimpiskais teātris Vičencā, Itālijā (pabeidzis 1585. gadā Andrea Palladio), kam raksturīga rūpīgi proporcionāla ģeometrija un koka virsmas, kas optimizēts runas projekcija pilnībā slēgtā telpā — savam laikam ievērojams akustiskais sasniegums.

Uzplaukums tipogrāfija bija vēl viens katalizators. Iepriekš sargātie arhitektūras noslēpumi tagad tika publicēti un izplatīti visā Eiropā. Vinčenco Galileja Darbi par skaņošanas sistēmām (jā, Galileo tēvs) piedāvāja strukturētas zināšanas par to, kā manipulēt ar akustiskajām parādībām. Vēlāk arhitekti sāka izmantot šos tekstus, lai informētu garuma un platuma attiecība, pozicionēšana paraboliskas virsmasun izmantošanu Atstarojošie un absorbējošie materiāli.

Materiāli ar mērķi

Arī materiālu izvēle ir attīstījusies. Akmens un marmors galvenokārt tika izmantoti, lai panāktu grandiozitāti un statuss, bet lēnām, celtnieki pamanīja viņu akustiskā atstarošanaKoks, kas jau sen ir pazīstams ar savu tonālo siltumu, bija labvēlīgs teātros un mūzikas telpās. Spazemīgi, dizaineri to apzinājās porainas virsmas pret blīvs vieni, atzīstot kā dažādas tekstūras ietekmēja atbalsi.

Šī arhitektūras, matemātikas un akustiskās zinātkāres saplūšana lika pamatus mūsdienu telpas akustika — zinātne, kas turpina informēt par to, kā mēs būvēt viss, sākot no operas namiem līdz biroju telpām.

Atbalss kontrole kļūst par apzinātu praksi

Šis laikmets pārveidoja akustiku no nejauša blakusprodukta par apzinātu arhitektūras dizaina sastāvdaļu. DECIBEL's TETRIS akustiskie paneļipiemēram, ir izstrādāti ar precīzām absorbcijas līknēm un konstruēti kontrolētai difūzijai, atspoguļojot renesanses pāreju uz pierādījumos balstītu praksi.

Mūsdienu akustiskā inženierija ļauj mums precīzi noregulēt ne tikai atbalss laiku, bet arī skaņas emocionālo un psiholoģisko ietekmi, radot telpas, kas rada komforta, koncentrēšanās vai pat bijības iedvesmas sajūtu – tas viss pēc dizaina.

Mūsdienu laikmets: no rūpnieciskās izolācijas līdz digitālajai precizitātei

Mūsdienu akustikas laikmets, kas aptver laiku no 20. gadsimta sākuma līdz digitālajai mūsdienām, ir lēciens no reaktīviem risinājumiem uz preventīvu precizitāti. Agrīnie skaņas kontroles centieni bija vērsti uz traucējoša trokšņa samazināšanu. Šodienas pieeja ir par akustiskās pieredzes veidošanu no pašiem pamatiem — bieži vien pirms viena ķieģeļa ielikšanas.

Rūpnieciskās saknes: inženierizētās izolācijas uzplaukums

20. gs. sākumā industriālo pilsētu un mehanizēto darba vietu izaugsme palielināja izpratni par darba vides radītajiem trokšņa apdraudējumiem. Tas veicināja tādu materiālu kā stiklšķiedras (izstrādātas 20. gs. trīsdesmitajos gados), minerālvates un vēlāk akustisko putu izgudrošanu un masveida ieviešanu. Šie materiāli nodrošināja mērogojamus un rentablus veidus, kā samazināt gaisā esošo un strukturālo troksni rūpnīcās, teātros un dzīvojamās ēkās.

Atšķirībā no iepriekšējo gadsimtu smagajiem mūriem, šie jaunie materiāli tika izstrādāti, ņemot vērā porainību, blīvumu un plūsmas pretestību — galvenās skaņas absorbcijas īpašības. Poraini absorbētāji, piemēram, stikla šķiedra, darbojas, pārveidojot skaņas enerģiju siltumā, izmantojot viskozu berzi to šķiedru struktūrā. Pareizi pielietoti, tie ievērojami samazina atbalsi un vidējas un augstas frekvences atstarošanos.

Līdz 20. gadsimta vidum tika izveidoti akustiskie standarti, piemēram, ISO 140 (gaisa un trieciena skaņas izolācijas mērīšana) un ASTM E90 (skaņas pārraides zudumi), lai nodrošinātu, ka veiktspēju var kvantificēt un atkārtot dažādos projektos.

Digitālā revolūcija akustiskajā dizainā

21. gadsimta mija atnesa līdzi līdz šim lielāko inovāciju: digitālo modelēšanu un simulāciju. Tas, kas kādreiz prasīja gadiem ilgu lauka testēšanu un fizisku maketu izveidi, tagad var tikt simulēts augstā precizitātē, izmantojot programmatūru.

Akustikas konsultanti tagad izmanto virkni modernu rīku:

• Staru izsekošanas algoritmi: simulē skaņas viļņu ceļus, tiem atstarojoties no virsmām, izkliedējoties vai absorbējoties. Īpaši noderīgi izrāžu zālēs un auditorijās, kur runas un mūzikas saprotamība ir kritiski svarīga.

• Galīgo elementu metode (FEM): Sadala sarežģītas struktūras mazākos komponentos, lai aprēķinātu, kā skaņa mijiedarbojas ar materiāliem granulārā līmenī. FEM ir īpaši spēcīga zemfrekvences modālās uzvedības risināšanai neregulārās telpās, piemēram, transportlīdzekļu kabīnēs vai mazās studijās.

• Robeželementu metode (BEM): Atrisina akustiskās problēmas atklātās telpās vai vietās, kur ģeometrija ļauj modelēt tikai robežas. Bieži izmanto āra trokšņa novērtējumos vai transportlīdzekļu ārējās akustikas noteikšanā.

• Binaurālā modelēšana: izmanto ar galvu saistītas pārneses funkcijas (HRTF), lai simulētu, kā cilvēka auss uztver telpisko skaņu. Tas ir ļoti svarīgi VR, AR un ieskaujošās vidēs, kur nepieciešami virziena un reālistiski skaņas lauki.

Šie rīki ļauj akustikas inženieriem veidot auralizācijas — audio simulācijas par to, kā telpa skanēs pēc uzbūvēšanas. Tas ļauj klientiem un dizaineriem novērtēt akustisko veiktspēju pirms būvniecības sākuma, samazinot dārgas kļūdas un nodrošinot precizitāti.

No datiem līdz dizainam

Līdztekus šiem instrumentiem ir attīstījušies arī moderni materiāli. Mūsdienu augstas veiktspējas akustiskie paneļi nav tikai absorbējoši — tie ir frekvenču ziņā specifiski, ugunsdroši, ilgtspējīgi un modulāri.

Pat adaptīvā akustika — telpas ar dinamiskām virsmām vai DSP kontrolētiem skaļruņu masīviem — vairs nav zinātniskā fantastika.Dažās mūsdienu koncertzālēs tiek izmantoti motorizēti atstarotāji un absorbētāji, kas pielāgojas atkarībā no priekšnesuma veida, piedāvājot akustisko rekonfigurāciju reāllaikā.

Akustiskā apstrāde ir attīstījusies no senās intuīcijas mazā kurkuļa līdz mūsdienu precīzās inženierijas labākajam paraugam. Katru soli virza dziļāka fizikas, psihoakustikas un materiālzinātnes izpratne. Visa šī vēsture ir mūsu rīcībā, lai turpinātu darīt to, ko darām vislabāk – apvienojot laika gaitā pārbaudītas koncepcijas ar jaunākās paaudzes tehnoloģijām, lai radītu telpas, kas atbilst visstingrākajām akustiskajām prasībām. Nekādu minējumu, tikai akustiski rezultāti.

Papildu lasāmviela un bibliogrāfiskie resursi

• Izliektu ģeometriju dizainam veltīta akustiskā analīze, izmantojot diferenciālās staru izsekošanas tehniku. Saite

• Mersenne, M. (1636). Harmonie Universelle (Izvilkumi tulkoti un analizēti). Grāmatā D. P. Volkers (red.), Studijas mūzikas zinātnē renesanses laikā. Saite

• Hodgson, M. (1999). Telpu akustisko raksturlielumu eksperimentāls novērtējums: atbalss laiks un tālāk. Ēku akustika. Saite

• Longs, M. (2014). Arhitektūras akustika. Saite