مشخصات فنی عمومی و اجرایی تاسیسات برقی ساختمان : ضابطه شماره 110 جلد 2 | ۴-۷- پارامترهای صوت

۱-۴-۷- سرعت صوت 

سرعت انتشار صوت در هوا به دلیل تغییر چگالی هوا تابعی از دما بوده و از رابطه زیر پیروی میکند و در دمای ۲۵ درجه سلسیوس تقریبا برابر ۳۴۴ متر بر ثانیه است. سرعت صوت از رابطه زیر به دست می آید:

که در آن T دما بر حسب درجه سلسیوس و c سرعت صوت بر حسب متر بر ثانیه است. 

به منظور ساده شدن فرمول فوق با تقریب قابل قبول می توان از رابطه زیر نیز استفاده نمود :

که در آن T دما بر حسب درجه سلسیوس و c سرعت صوت بر حسب متر بر ثانیه است. 

۲-۴-۷- پهنای باند و پاسخ فرکانسی 

پهنای باند فرکانسی صوت از 20Hz تا 20kHz است که معمولا سیستم های صوتی باید قابلیت دریافتT انتقال و پخش این باند فرکانسی را داشته باشد ولی به دلیل ملاحظات فنی و محدودیت های فیزیکی گاهی تجهیزات تمامی این باند فرکانسی را پوشش نمی دهد. لازم به ذکر است گوش انسان بسته به میزان سلامت، سن و ژنتیک معمولا تمامی این باند فرکانسی را پوشش نداده و از هر فرد تا فرد دیگر پاسخ های فرکانسی متفاوتی قابل شنیدن است. 

۳-۴-۷- اکتاو 

یک اکتاو که در نت های سازهای موسیقی کاربرد دارد عبارت است از تمام نتهای بین یک نت تا دو برابر شدن فرکانس همان نت. مشابه همین تعریف در سیستم های صوتی به عنوان پهنای باند فرکانسی به کار می رود که حد فرکانس بالایی آن دو برابر حد فرکانس پایین آن باند فرکانسی باشد. طبق این تعریف پهنای باند سیگنال های صوتی ۱۰ اکتاو است که حد فرکانس های این ۱۰ اکتاو به ترتیب عبارت است از : 

هر اکتاو دارای فرکانس میانی است که به ترتیب عبارتند از : 

در برخی کاربردهای سیستم های صوتی هر اکتاو به سه باند تقسیم می شود که هر کدام یک سوم اکتاو نامیده می شود. در شکل (7-2) تقسیمات اکتاو و یک سوم اکتاو پهنای فرکانسی صوت با فرکانس های مرکزی و کناری هر کدام نشان داده شده است. 

۴-۴-۷- زمان تاخیر 

با توجه به سرعت صوت که در بند ۷-۴-۱ ذکر شد. از زمان تولید صدا به وسیله بلندگو تا رسیدن به گوش شنونده مدت زمانی طول خواهد کشید که به این زمان، زمان تاخیر گفته می شود. در سیستم های صوتی توزیع شده که برای پوشش صوتی فضا از بلندگوهای متعدد با فواصل از هم استفاده می شود، لازم است زمان تاخیر بین بلندگوهای مختلف محاسبه و در نظر گرفته شود و به وسیله ایجاد تاخیر زمانی روی سیگنال بلندگوهای نزدیک تر به شنونده نسبت به بلندگوهای دورتر از بروز چند صدایی و کاهش وضوح صدا جلوگیری نمود. مقدار این تاخیر غالبا در حد میلی ثانیه (ms) است که در داخل پردازشگرهای دیجیتال باید با دقت تنظیم شود. در اکثر پردازش گرهای سیگنال جدید با تنظیم دمای محیط و فاصله بین بلندگوها زمان تاخیر لازم به وسیله پردازشگر محاسبه و اعمال می شود. شکل (7-1) زمان تاخیر بین دو بلندگو و شنونده را نشان می دهد.

هنگام چیدمان چند بلندگو و/یا ساب ووفر در کنار هم در صورت هم تراز نبودن، به منظور جلوگیری از اختلاف فاز و تداخل امواج صوت لازم است بلندگوها نسبت به یک دیگر ترازبندی زمانی شوند. این کار با اعمال تاخیر با زمان کوچک در حد میکروثانیه (μs) در بلندگوهای جلوتر نسبت به واحد راه اندازها یا بلندگوهای عقبی انجام می شود. این مقدار تاخیر در داخل پردازشگر سیگنال یا تقویت کننده های قدرت با پردازشگر داخلی صورت می گیرد. شکل (7-3) دو نوع قرارگیری بلندگوها به صورت هم تراز و با فاصله را نشان می دهد. 

در بلندگوهایی که دارای چند واحد راه انداز مانند تویتر یا ووفر بوده و نصب آنها در داخل جعبه دارای فاصله طولی است به منظور بهینه شدن صدای خروجی و هم فاز شدن پیک های صوت خروجی بهتر است واحد راه اندازها نسبت به یک دیگر ترازبندی زمانی شوند. این کار فقط در بلندگوهای با ساختار بای امپ امکان پذیر است و در بلندگوهای فول رنج با مدار کراس آور داخلی این امکان وجود نخواهد داشت. در شکل (7-4) ساختار و صدای خروجی دو بلندگو با واحد راه اندازهای با فاصله و واحد راه اندازهای هم تر از نشان داده شده است. 

۵-۴-۷- دسی بل (dB) 

یکی از پارامترهای اندازه گیری پرکاربرد در سیستم های صوتی بل (Bel) است. این پارامتر یک پارامتر اندازه گیری  لگاریتمی است که لگاریتم پایه ده نسبت دو مقدار مختلف از یک پارامتر فیزیکی را نشان می دهد. به منظور کار با اعداد کوچک تر، از دسی بل (dB) که ۱۰ برابر بل (Bel) است استفاده می شود. در خصوص اندازه گیری یک پارامتر خاص، مقدار مورد نظر نسبت به مقدار مرجع سنجش می شود و مقدار مرجع از جنس خود پارامتر مورد اندازه گیری است. بسته به  مقدار مرجع برای اندازه گیری انواع مختلفی از پارامترها به دست می آید. 

روابط فوق نحوه محاسبه Bel و dB را نشان می دهد که در آن P مقدار پارامتر مورد اندازه گیری و P0 مقدار مرجع است. بسته به کاربرد مقادیر متفاوتی برای مقدار مرجع در نظر گرفته می شود و متناسب با مقدار مرجع پارامترهای مختلفی جهت اندازه گیری صوت و مقادیر الکتریکی سیستم های صوتی به کار میر ود که مهمترین آنها عبارتند از: 

dB SPL – dBm – dBV – dBW

۱-۵-۴-۷- دسی بل شدت فشار صوتی (dB SPL) 

این پارامتر از لگاریتم نسبت فشار صوتی مورد سنجش به فشار صوتی آستانه شنوایی به دست می آید. 

که در آن P0=20μPa و P فشار صوت مورد سنجش بر حسب میکرو پاسکال است. شکل (7-5) شدت فشارهای صوتی مختلف را بر حسب پاسکال و dB نشان می دهد. 

۲-۵-۴-۷- دسی بل توان الکتریکی dBW و dBm 

به منظور سنجش میزان توان الکتریکی در دستگاه های صوتی از پارامتر dBW² استفاده می شود که مقدار مرجع ۱ وات در نظر گرفته شده است. هم چنین جهت سنجش میزان مقادیر ضعیف توان الکتریکی در دستگاه های صوتی از پارامتر dBm استفاده می شود که مقدار مرجع ۱ میلی وات است. جهت محاسبه هر یک از پارمترها از فرمول های زیر استفاده می شود.

۳-۵-۴-۷- دسی بل ولتاژ الکتریکی dBV و dBu 

جهت سنجش میزان ولتاژ الکتریکی سیگنال صوت در دستگاه های صوتی از پارامتر dBV استفاده می شود که در این پارامتر مقدار مرجع ۱ ولت است. جهت سنجش میزان مقادیر ولتاژهای ضعیف سیگنال الکتریکی صوت در دستگاه های صوتی از پارامتر dBu استفاده می شود که در آن مقدار مرجع ۰/۷۷۵ ولت است. این مقدار برابر ولتاژی است که در یک بار ۶۰۰ اهمی توان ۱ میلی وات ایجاد می کند. فرمول محاسبه هر یک از پارامترهای فوق طبق روابط زیر به دست می آید. 

۶-۴-۷- ضریب جذب 

هنگام برخورد موج صوتی به یک سطح، مقداری از انرژی آن در داخل سطح جذب و به انرژی حرارتی تبدیل می شود و/یا از آن عبور می کند. بخش دیگر انرژی به صورت انرژی صوتی منعکس شده و به داخل محیط بر می گردد. مقدار انرژی جذب شده نسبت به انرژی اولیه صوت را ضریب جذب می نامند و واحد اندازه گیری آن سابین است. این واحد مقداری بین صفر و یک است و گاهی به صورت درصد بیان می شود. یک سابین معادل انرژی جذب شده در سطح یک متر مربع (مانند پنجره باز) است که صدای وارد شده به آن سطح کاملا عبور کرده و هیچ انرژی از آن برنمی گردد. شکل  (7-6) برخورد انرژی صوت با سطح و انعکاس و جذب صدا را نشان می دهد. 

۷-۴-۷- زمان طنین (RT) 

یکی از پارامترهای اندازه گیری آکوستیک، زمان طنین یا زمان واخنش است واحد زمان طنین ثانیه بوده و به صورت پارامترهای RT30 ، RT20 و RT60 اندازه گیری می شود. عموما پارامتر RT60 بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد. زمان طنين RT60 در یک فضای مشخص عبارت است از مقدار زمانی که طول می کشد تا شدت صوت پس از قطع منبع آن به میزان ۶0dB کاهش یابد. این مقدار کاهش در پارامتر RT20 معادل 20dB و در پارامتر RT30 معادل ۳۰dB است. این پارامتر هر چقدر کم تر باشد نشان دهنده ضریب جذب بیشتر و ضریب انعکاس کم تر سطوح بوده و در نتیجه شرایط آکوستیک بهتر است. شکل (۷-۷) منحنی زمان RT60 را نشان می دهد. 

شکل جهت محاسبه RT از دو فرمول زیر به نام های Sabine و Eyring استفاده می شود. 

که در آن V کل حجم فضا بر حسب متر مکعب، S مجموع كل سطوح فضا بر حسب متر مربع و a میانگین ضرایب جذب  تمام سطوح تشکیل دهنده فضا بر حسب سابین بوده که از رابطه زیر به دست می آید: 

که در آن به ترتیب a1 ضریب جذب S1 ، و a2 ضریب جذب S2 و an ضریب جذب Sn است. 

در جدول (7-1) مقایسه مقادیر مختلف RT60 نشان داده شده است. 

8-4-7- درک پذیری صوت

پارامترها و استانداردهای مختلفی جهت سنجش کیفیت و میزان درک پذیری صوت تعریف شده است که در این بخش مشخصات فنی پارامترهای STI وALcons% و C50 بیان می شود.

۱-۸-۴-۷- شاخص انتقال گفتار  (STI) 

یکی از پارامترهای اندازه گیری میزان درک پذیری شاخص انتقال گفتار با STI است که به آن درک پذیری گفتار نیز گفته می شود. این شاخص عددی بین ۰ تا ۱ و بدون واحد است و گاهی به صورت درصد بیان می شود که بیانگر وضعیت آکوستیک محیط در نقطه اندازه گیری شده نسبت به صدای انسان (سخنران) بوده و به وسیله دستگاه های اندازه گیری مخصوص سنجش می شود. هر چقدر مقدار STI به عدد یک نزدیک تر باشد شرایط آکوستیک محیط بهتر و انعکاس های ناخواسته داخلی کم تر است. بر اساس ساختار STI انواع مشابه دیگری مانند شاخص انتقال گفتار اکوستیک اتاق یا RASTI و شاخص انتقال گفتار سخنرانی عمومی یا STIPA نیز وجود دارد که مفهوم و مقادیر همه آنها مشابه یک دیگر است. شکل (7-9) مقادیر STI و وضعیت آکوستیک را مطابق با استاندارد 16-60268 IEC نشان می دهد. جدول (7-2) مقادیر STI و درصد درک پذیری هجاها (بخش) کلمه ها و جمله ها را نشان می دهد. 

۲-۸-۴-۷- شاخص ALcons% 

یکی از روش های بیان میزان درک پذیری کلام پارامتر ALcons% بوده و به صورت درصد بیان می شود و برعکس مقدار STI کیفیت صدا با کاهش درصد مقدار ALcons% افزایش می یابد. اندازه گیری در این روش در فرکانس ۲kHz با پهنای یک سوم اکتاو انجام می شود و از دقت بالایی برخوردار نیست جدول (7-3) مقادیر ALcons% در مقایسه با STI را نشان می دهد. 

۳-۸-۴-۷- شفافیت صوت 

شفافیت صوت با C50 بیان می شود و یکی از پارامترهای اندازه گیری درک پذیری و وضوح صدا است که وضعیت آکوستیک فضا را نشان می دهد. شفافیت صوت نسبت میزان انرژی صوت پنجاه میلی ثانیه قبل و بعد از پاسخ ضربه است و از رابطه زیر بدست می آید :

که در آن :

   • E50 : مقدار انرژی صدا پس از ۵۰ میلی ثانیه 

    • ∞E : میزان انرژی اولیه ضربه 

پارامتر C50 غالبا جهت سنجش وضوح صدای انسان به کار می رود و در آن صوت در پهنای فرکانسی 500Hz تا ۴۰۰0Hz اندازه گیری می شود. مقادر مثبت (C50≥0dB) بیانگر وضعیت مناسب آکوستیک و اعداد منفی (C50<0dB) بیانگر وضعیت نامناسب آن است. جهت سنجش وضوح صدای موسیقی از پارامتر C80 استفاده می شود که مشابه C50 ولی با فاصله زمانی (80ms) اندازه گیری می شود.