Treća faza istraživanja podrazumeva konačno ispitivanje uticaja koji imaju recipročne strukture na akustiku prostora koncertne sale, kroz simulaciju prostiranja zvučnih talasa, koristeći Pachyderm acoustics simulation plug-in.
Da bi se moglo utvrditi kakav uticaj ove strukture imaju na akustiku prostora, sprovedene su četiri simulacije na četiri različita 3D modela:
Zajedničke karakteristike modela koncertne sale:
Oblik modela koncertne sale – shoebox, dimenzija 20mx35mx15m, sa 1 binom i šest blokova sedišta za publiku.
Materijal svih zidova sale, bine, kao i svih recipročnih struktura je drvo.
Položaj resipročne strukture – 12m iznad poda koncertne sale.
Postavka elemenata Pachyderm softvera – jedan izvor zvuka, postavljen na prednju polovinu bine, (izvor zvuka ima SPL (sound pressure level) 120dB na svim oktavama) i tri prijemnika – prvi prijemnik zvuka (rec 0) je na 8,2m od izvora, drugi prijemnik zvuka (rec 1) na 14,2m od izvora, i treći prijemnik (rec 2) na 20,2m od izvora zvuka (više prijemnika je postavljeno radi očitavanja rezultata jasnoće zvuka – CD80). Merenje akustičkih parametara se sprovodi kroz osam standardnih oktava zvuka (62,5Hz, 125Hz, 250Hz, 500Hz, 1000Hz, 2000Hz, 4000Hz i 8000Hz).
Model koncertne sale sa položajem izvora zvuka (I) i prijemnira (R0), (R1) i (R2)
Specifičnosti svakog modela koncertne sale:
Kontrolni model (simulacija 0) – simulacija koja ne sadrži recipročnu strukturu, radi utvrđivanja početnih akustičkih uslova u modelu koncertne sale.
Kontrolni model
Kontrolni model
Model 1 (simulacija 1) – sadrži recipročnu strukturu koja ima ujednačenu gustinu rasporeda elemenata mreže. Cilj je ispitati opšti uticaj linijskih elemenata recipročne strukture na akustiku sale.
Recipročna struktura – model 1
Modelovanje recipročne strukture – model 1
Model 2 (simulacija 2) – sadrži recipročnu strukturu koja ima lokalno povećanu gustinu rasporeda i drugačiji položaj elemenata mreže. Ova struktura je modelovana pomoću vizuelizacije zvučnih talasa u Pachyderm softveru, odnosno tačke prvog odbijanja zvučnih talasa direktno su izmenile početnu mrežu recipročne strukture, tako da se na kraju dobija struktura koja ima lokalno veću gustinu rasporeda i veći broj elemenata mreže. Cilj je ispitati, da li možemo pomoću direktnog uticaja zvučnih talasa formirati strukturu koja će poboljšati akustiku sale (perfomance based architecture) .
Recipročna striktura – model 2
Modelovanje recipročne strukture – model 2
Modelovanje recipročne strukture – model 2
Modelovanje recipročne strukture – model 2
Model 3 (simulacija 3) – sadži recipročnu strukturu koja ima globalno i ujednačeno veću gustinu rasporeda i broj elemenata mreže. Cilj je ispitati da li bolji uticaj na akustiku sale ima čisto povećanje gustine rasporeda i broja elemenata strukture.
Recipročna struktura – model 3
Modelovanje recipročne strukture – model 3
Rezultati simulacija:
Rezultati koji su od interesa su reverberacijsko vreme (T30) i jasnoća zvuka (CD80).
Reverberacijsko vreme je vreme za koje se zvučna energija smanji za 60dB, izražava se u sekundama, a optimalne vrednosti za koncertne sale shoebox oblika su 1.8s do 2.2s na srednjim frekvencijama zvuka, (vrednosti zavise od vrste muzike/zvuka – ove vrednosti su za simfonijsku muziku). Reverberacijsko vreme je očitavano na prijemniku smeštenom na polovini sale (rec 1) i krajnji rezultat je predstavljen kao srednja vrednost reverberacijskog vremena (RTmid) na srednjim frekvencijama zvuka 250, 500, 1000 i 2000Hz. Uz rezultat reverberacijskog vremena, za svaku simulaciju izražen je i koeficijent bas frekvencija (BR), što je akustički parametar kojim se opisuje akustička toplina prostora, optimalne vrednosti su od 1,1 do 1,25.
Jasnoća zvuka (CD80) je parametar koji se odnosi na razumljivost zvuka- da li jasno i pojedinačno čujemo sve izgovorene reči i odsvirane tonove, ili se oni mešaju u jedan nerazumljiv zvuk, CD80 se odnosi na jasnoću muzičkih tonova. Jasnoća zvuka zavisi najviše od udaljenosti prijemnika od izvora, zato su u modelima postavljena tri prijemnika i krajnji rezultat predstavljen je kao promena srednje vrednosti jasnoće (CD80mid) na srednjim frekvencijama zvuka
500 i 1000Hz za svaki prijemnik . Optimalne vrednosti, za simfonijsku muziku su od +2 do -2 dB.
Rezultati kontrolnog modela – simulacija 0:
Rezultat reverberacijskog vremena
Srednje reverberacijsko vreme i koeficijent bas frekvencija
Rezultati srednje jasnoće zvuka (CD80mid) na svakom prijemniku
Rezultati simulacije 1:
Rezultat reverberacijskog vremena
Srednje reverberacijsko vreme i koeficijent bas frekvencija
Rezultati srednje jasnoće zvuka (CD80mid) na svakom prijemniku
Rezultati simulacije 2:
Rezultat reverberacijskog vremena
Srednje reverberacijsko vreme i koeficijent bas frekvencija
Rezultati srednje jasnoće zvuka (CD80mid) na svakom prijemniku
Rezultati simulacije 3:
Rezultat reverberacijskog vremena
Srednje reverberacijsko vreme i koeficijent bas frekvencija
Rezultati srednje jasnoće zvuka (CD80mid) na svakom prijemniku
Interpretacija rezultata:
U sve četiri simulacije, primećuje se da je reverberacijsko vreme više od preporučenih vrednosti, što znači da se zvuk u ovoj koncertnoj sali može opisati kao “živ”, dakle u sali ima više reflektivnih površina, nego što ima apsorptivnih površina, pa se zvuk duže zadržava u prostoru i više vremena mu treba da utihne. Takođe rezultati koeficijenta bas frekvencija su kod svih simulacija niži od optimalnih vrednosti, pa možemo okarakterisati zvuk u sali kao “oštar” i “hladan”.
Rezultati jasnoće zvuka su specifični za svaku simulaciju: u kontrolnoj simulaciji vidi se da je jasnoća zvuka na prvom prijemniku veoma dobra (u sredini optimalnih vrednosti), ali da je jasnoća zvuka drastično smanjena na sledeća dva prijemnika, što potvrđuje da se u sali zadržava dosta kasne energije i da ona smanjuje jasnoću muzike, odnosno tonovi postaju stopljeni. U simulaciji 1, jasnoća zvuka je genaralno bolja i kroz sva tri prijemnika održava se u granicama optimalnih vrednosti, ali se i u ovom slučaju javlja isti problem – višak
kasne energije zvuka. Simulacija 2 pokazuje znatno bolje rezultate, sve vrednosti ostaju u optimalnim granicama, ali i razlika između njih nije toliko drastična, kao što je slučaj u ostalim simulacijama (grafik je skoro linearan). I u simulaciji 3, ponovo se vidi značajan pad vrednosti jasnoće zvuka između prvog i druga dva prijemnika zbog viška kasne energije zvuka.
Najbolje rezultate daje simulacija 2 sa RTmid = 2.43s,
BR = 0.85 i grafikonom jasnoće zvuka koji pokazuje skoro linearan pad.
Zaključak:
Recipročna struktura na akustiku koncertne sale ima uticaj difuzora – svojom geometrijom i površinama elemenata, raspršuje zvučne talase kroz prostor, što dovodi do produžavanja trajanja zvuka (zvučni talas sporije gubi svoju energiju).
Gustina rasporeda i broj elemenata recipročne strukture jesu bitni – simulacija 2 je dala najbolje rezultate, dakle lokalno (iznad izvora zvuka u ovom slučaju) povećana gustina rasporeda i broja elemenata mreže ima značajan uticaj na akustiku prostora.