Priestorová akustika

Impulzová odozva priestoru
Meranie prenosových vlastností kanála pouţitím Diracovho impulzu – teor.
Nekonečne krátky, nekonečne široké spektrum, konečná hodnota výkonu
Prakticky nerealizovateľné – ale:
Obmedzená šírka spektra do 20 000 Hz
�f . �t � 1, ��t � 50 us
Impulzová zmena akustického tlaku a sledovanie priebehu odozvy v mieste
posluchu
Vybudíme priestor akustickým Diracovým impulzom a sledovaním impulzovej
odozvy kvadrátu ak. tlaku p 2 (t) vyhodnocujeme pokles zvukovej energie E(t)
v danom bode:
E
� �
� � 2�
� 2�
� 2
t � p � d�
� p � d�
p �� �d� � � �
t
0
t
�
0
E� Et
Problém - Ako vybudiť priestor krátkodobým impulzom reprodukovateľným
spôsobom, všesmerovo

V niektorých prípadoch sa
pouţíva budiaci signál
s definovaným
pseudonáhodným priebehom
– komplikovanejšie
spracovanie, treba poznať
priebeh budiaceho signálu
a zbaviť odozvu
(dekonvolúcia) jeho priebehu
Typický priebeh impulzovej
odozvy: Výstupné napätie
snímača v čase
Kritéria definované na základe impulzovej odozvy priestoru
Vondrášek, Antek: Porovnání objektívních kritérií kvality koncertních sálov (2004)
Definované vo výkonovej oblasti – energetický obsah zvuku
Definované v časovej oblasti – čas za ktorý zvuk dorazí na miesto...

Pokles hladiny akustického tlaku v závislosti na čase:
D
�
� �
�
E
� � � � t
t � 10log�1
E
�
�
�
[dB]
Z toho odvodená doba dozvuku T60, T30, T10,…
Čas ťaţiska kvadrátu impulzovej odozvy:
t s
�
�
�
0
t.
p
2
E
�t� �
dt
Definuje priestorovosť a jasnosť zvukovej produkcie. Optimálne hodnoty pre
koncertné sály ts = 70 ms – 150 ms v pásme 1000Hz
Prenos reči: ts = 60 ms – 80 ms v pásme 500 Hz aţ 4000 Hz
Priestorovosť (miera priestorovosti):
Subjektívne vnímanie priestoru okolo seba
Súvislosť medzi difuzitou priestoru a odrazmi od bočných stien
[s]

Miera bočnej energie, definovanej vzťahom:
80ms
�
p
�t� 5ms
LE � 80ms
�
0
2
. cos
p
2
2
�t� �dt
dt
Subjektívna hlasitosť:
�
�E � E �
80
5
E
80
cos
Primeranosť sluchového vnemu k zdroju, korelácia s objektívnym kritériom “Miera
hlasitosti” definovaným:
kde:
G
�10log
p 2 (t) je impulzová odozva v referenčnej vzdialenosti 10 m (priamy zvuk) od
všesmerového zdroja
Reálne sa definuje pre určitý frekvenčný rozsah:
2
�
�
0
�
p
E
2
10
�
�t� dt

Glow – priemer pre frekvenčné pásma (šírka oktáva) fs = 125 Hz + 250 Hz
Gmid - priemer pre frekvenčné pásma (šírka oktáva) fs = 500 Hz + 1000 Hz,
optimum pre koncertné sály +4 dB…+5,5 dB
Ghi - priemer pre frekvenčné pásma (šírka oktáva) fs = 500 Hz aţ 4000 Hz
Diferencie Glow – Ghi má byť v rozmedzí -2,4dB aţ +1 dB s priemerom -0,9 dB
Kvalifikovaný odhad miery hlasitosti priestoru:
� � T60
�
G �10.
log�
� � 45
� V �
Jasnosť zvuku (Clarity, CT a DT):
[ dB, s, m 3 ]
Rozlišovanie rýchlych krátkych tónov, vplyv rýchlosti prvých odrazov, zvuk
perkusných nástrojov, zrozumiteľnosť reči a pod. Dominantná časť odrazenej
energie musí doraziť do času T.
C
T
�10log
E
�
E
�
T
E
T
D
T
�10log
E
E
T
�

Miera priameho zvuku C7:
C
7
�
10log
E
�
E7
� E
Predikcia intenzity priameho zvuku – lokalizácia zdroja zvuku, pomer energie ktorá
dorazí do 7 ms (do 5 ms) k energii, ktorá dorazí po tomto čase
Dobrá lokalizácia polohy zdroja zvuku v rozmedzí hodnôt 0 dB aţ po -15 dB (ešte
lokalizovateľné)
Zrozumiteľnosť (reálnej reči a logatomov): pomer správne/všetky
Korelácia s objektívnym kritériom Miera zrozumiteľnosti:
50
10log
E
E
�
Väčšina energie musí doraziť k poslucháčovi do 50 ms
C
�
Na prednes reči musí byť hodnota C50 > 0 dB. Priestory s C50

Miera jasnosti hudobného prejavu
C
� 10log
E
80
E�
80
� E80
Definuje transparentnosť rýchlych pasáţí hudby
Definované pre stred pásma šírky 1 oktáva, stredná frekvencia 1 kHz
Romantická hudba C80 � -2 dB …. +4 dB
Organový koncert, pomalé dychové nástroje: 0 � 2 dB
Sláčiky, zborový spev, rýchlejšia hudba: 2 � 2 dB
Folk, pop, brnkacie nástroje: 4 � 2 dB
Rock, perkusné nástroje: 6 � 2 dB
Neprekročiteľné maximum: 8 dB.
Miera doznievania
Vyjadruje vnímanie dozvuku, pomer energie nad 50 ms k energii prichádzajúcej do
50 ms v pásme 1000 Hz. Priamo súvisí s jasnosťou/mierou zrozumiteľnosti
E � E
H �
�
�
50
10log � C50
E50

Oneskorenie prvých odrazov ITDG (Initial Time Delay Gap, intimita
zvuku)
Definuje “prázdny” čas medzi príchodom priameho zvuku a odrazov najbliţšieho
okolia a prvých odrazov od bočných stien a stropu. Poţadovaný čas do 20 ms.
Zisťuje sa z grafického priebehu impulzovej odozvy:
Kritérium ozveny (Echo kritérium)
Vyhodnocuje prítomnosť vnímateľnej/rušivej ozveny
Všeobecne: závislosť oneskorenia a intensity odrazeného zvuku na zrozumiteľnosť
Haas (�1951) “zvuk oneskorený o 10 ms…30 ms musí byť o 10 dB hlasnejší ako
priamy” (Haasov efekt, prizvučovanie priestorov)
Nadväznosť prác ostatných autorov – nábeh váţenej hodnoty času kvadrátu
impulzovej odozvy:

t
s
�� �
�
�
0 � �
t.
p
�
0
p
�t� �t� Echokritérium EK:
��E = 9 ms (reč),
14 ms (hudba)
2
2
n
n
dt
dt
EK
�� �
Kritérium umoţňuje analyzovať odrazy z
hľadiska periodicity, echa, trepotavú
ozvenu, …
Kde n = 0,67 pre hudbu a 1,00 pre reč
�ts
�
��
�� �
E
[s]

Modulačná prenosová funkcia MTF
Subakustické zmeny amplitúdy prijímaného signálu(0,6 – 12 Hz) v miestnosti
zniţujú hĺbku AM modulácie akustického signálu. Vznikajú hlukom, charakterom
priestoru. Miera ovplyvňuje zrozumiteľnosť.
Vyhodnocuje sa v 14-tich pásmach oktáv (0,63 – 12,5 Hz) pre jednotlivé oktávy
reči od 125 Hz (250 Hz) do 8 kHz. Matica 14 x 7, priemery po stĺpcoch poskytujú
hodnoty MTI (Modulation Transfer Index)
Analýzou MTI je moţné stanoviť, či zrozumiteľnosť narušuje hluk, dozvuk,
ozvena,…
Meranie modulovaným šumom alebo cez impulzovú odozvu.
STI (Speech Transmisson Index):
Kritérium zrozumiteľnosti pri prenose odvodené od MTI - váţený súčet hodnôt MTI
v jednotlivých frekv. pásmach 125 Hz…8 kHz (250…8 kHz ţeny)
STI 0,00 – 0,30 0,30 – 0,45 0,45 – 0,60 0,60 – 0,75 0,75 - 1,00
Miera
zrozumiteľnosti
Modifikácie STI:
1 (Bad) 2 3 4 5 (Excellent)
Room Accoustic STI (RASTI) – zjednodušená verzia merania STI, červ.
STI Public Access systems (STIPA) – distribučné PA systémy,
STITEL (STI Telco) – pri pouţití telekomunikačných systémov (modré)

Straty zrozumiteľnosti spoluhlások (Articulation Loss of Consonants)
Štandardne – vyhodnocovanie cez logatomy, aproximáciou cez STI (Farrel
a Beckerov vzťah):
ALC = 170.5405 e -5.419(STI) [%]

Pomer nízkych a vysokých frekvencií (spektrálna vyváţenosť nízkych
a vysokých frekvencií):
Bass Ratio:
BR
�
T
T
High Frequency Ratio:
Parametre pódia
125
500
� T
� T
HFR
250
1000
�
Ako účinkujúci počujú seba/kolegov
T
T
2000
500
�T
�T
4000
1000
Všesmerový zdroj aj prijímač na pódiu, vzdialenosť 1 m
Meria sa:
BR >1, HFR>1
STEarly – pomer energie prijatej v dobe 20…100 ms (late) k energii prijatej do 10 ms
(early)
STLate - pomer energie prijatej v dobe >100 ms (late) k energii prijatej do 10 ms
STTotal - pomer energie prijatej v dobe >20 ms (late) k energii prijatej do 10 ms.

Index difúznosti povrchu SDI
Difúzne pole – teoretická fikcia – reálne pole nie je celkom homogénne s
konštantnou energiou v celom priestore, nemá konštantný tok energie vo všetkých
smeroch (izotrópnosť), signály sa sčítavajú aj vektorovo, nielen výkonovo.
Ale: na kvalitný posluch poţadujeme, aby riešenie priestoru v čo najväčšej miere sa
blíţilo dokonale difúznemu zvuku
Pravoúhle tvrdé hladné steny – záruka vzniku efektu hrebeňového filtra, periodické
zvlnenie frekvenčnej charakteristiky
d = (2⋅n + 1)⋅λ /2,
kde n sú celé čísla, d – rozdiel dráhy priameho a odrazeného zvuku.
Členenie priestoru musí vykazovať čo najviac makro a mikro nepravidelností
Hodnotenie difuzity:
Objektívne
Subjektívne.
Objektívne – meraním úrovne akustických tokov na mnohých miestach smerovými
mikrofónami s následným spracovaním (napr Tismerova metóda s pouţitím 6
kardioidných mikrofónov a digitálnym “odstránením” priameho poľa
(komplikované spracovanie)
Čiastočné riešenie – Koeficient kríţovej korelácie vnímania ušami (InterAural Cross
Correlation Coefficient, IACC)

Meranie na umelej/prirodzenej hlave dvojicou mikrofónov
IACF
t1,
t 2
�� �
�
t 2
�
t1
p
L
�t�. p �t ��
�
R
t 2
t 2
�
2
pL
�
t1
t1
2 �t�dt * p �t�dt pL, pR – impulzová odozva na vstupe ľavého/pravého ucha
Činiteľ interaurálnej vzájomnej korelácie IACC – maximum z abs. hodnoty
IACF v časovom úseku -1 ms …�… +1 ms
Meranie sa robí pre rôzne integračné časy a rôzne frekvenčné pásma:
Označ. IACC t1 [ms] t2 [ms] f [kHz, 1/3 okt.]
IACCE3 0,0 80 500 - 2000
IACCE5 0,0 80 500 - 4000
IACCL3 80 1000 500 - 2000
IACCL5 80 1000 500 - 4000
IACCA3 0,0 1000 500 - 2000
IACCA5 0,0 1000 500 - 4000
R

Kritérium hodnotí mieru rozdielneho príjmu kaţdým uchom (nepriamo difuzity)
Hodnoty v rozmedzí 0,4 ….1 (totálne rozdielne signály, max. difuzita)
Špičkové sály – IACCE3 okolo 0,6.
Subjektívne hodnotenie difuzity – vizuálnym hodnotením priestoru
Povrchy s vysokým rozptylom: kazety, hranolovité prierezy, výklenky,… po celej
ploche hĺbka min. 10 cm, difúzne elementy s hĺbkou min. 5 cm. Nesmie obsahovať
pohltivý materiál. Difúzny koeficient DK= 1.
Povrchy so stredným rozptylom: pílovité povrchy, náhodná štruktúra s hĺbkou do 5
cm, betón krytý polopriepustným materiálom (mreţe, ţaluzie). Difúzny koeficient
DK= 0,5.
Povrch s nízkym rozptylom: jednotlivé panely, hladké zakrivené plochy, jemné
mreţe, vysokopohltivé materially. Difúzny koeficient DK= 0.
Celková difuzita: SDI = (�(DKi * Si))/S
S – celková plocha všetkých “i” častí stien a stropu okrem zadnej steny
SDI dosahuje hodnoty 0 … 1, najlepšie sály sveta z hľadiska difuzity okolo 0,96
Subjektívne hodnotenie ostatných parametrov uzatvorených priestorov:
Intimita – dojem, ţe hudba je prevádzkovaná v komorných priestoroch
Ţivosť – vzniká v sále, kde je dlhá doba dozvuku v pásme nad 500 Hz

Vrelosť - vzniká v sále, kde je dlhá doba dozvuku v pásme pod 500 Hz
Brilancia – jasnosť tónu – súvisí s jasnosťou
Vyváţenosť – hlasitosti jednotlivých hudobných nástrojov
Premiešanie – vnímame orchester ako celok, nie ako jednotlivé nástroje
Súhra – ako sa hudobníci navzájom počujú, parameter podia
Odozva sálu – bez ozveny, dobre detekovateľný dozvuk
Bez ozveny – signály s oneskorením viac ako 70 ms sú dostatočne potlačené
Dynamika – obmedzená prenikajúcim hlukom, akustickým výkonom orchestra,
prienikom zvuku mimo priestor
Tónová kvalita – reprodukovanie jednotlivých tónov v miestnosti
Homogenita posluchového priestoru – všetky posluchové miesta majú rovnakú
kvalitu zvuku