STUDIOVÁ TECHNIKA II
1 verze: 2022-11-13
Laboratorní úloha č. 1
Měření doby dozvuku
Cíl úlohy
Cílem úlohy je seznámit se s měřením a výpočtem doby dozvuku prostoru a měřením
impulsové charakteristiky prostoru.
Teoretický úvod
Uzavřený prostor, ve kterém se šíří zvuková vlna a dochází k jejím odrazům a ohybu, lze
z hlediska zpracování signálu považovat za systém s několika vstupy a výstupy. Vstupy tohoto
systému jsou zdroje zvukového signálu a výstupy jsou přijímače zvukového signálu, tj.
mikrofony nebo uši posluchače. Nejjednodušším případem je snímání monofonního zdroje
zvuku jedním mikrofonem – v tom případě se jedná o systém s jedním vstupem a jedním
výstupem.
Pro analýzu vlastností akustického prostoru tedy můžeme využít metod analýzy
lineárních časově invariantních systémů, jako je kmitočtová nebo přechodová charakteristika,
přenosová funkce, atd. Nejčastěji se používá impulsová charakteristika prostoru (Room Impulse
Response, RIR), kterou lze považovat za impulsovou charakteristikou systému, který simuluje
šíření zvukových vln v prostoru s daným počtem vstupů a výstupů. Průběh impulsové
charakteristiky prostoru byl na základě poznatků prostorové akustiky a subjektivních
sluchových vjemů rozdělen na tři základní části (viz obr. 1):
1) přímé vlny, která dorazí k posluchači přímo od zdroje zvukového signálu,
2) prvotních odrazů (early reflections), což jsou odrazy zvuku přicházející k posluchači přímo
po prvním odrazu od stěn prostoru,
3) mnohonásobné odrazy, což je směs zvukových signálů přicházejících do místa poslechu po
mnohonásobných odrazech od stěn prostoru.
Obr. 1: Rozdělení impulsní odezvy prostoru na tři základní části.
Doba dozvuku
Pro určení vlastností poslechového prostoru jsou nejvíce důležité přechodové jevy při
zapnutí a vypnutí zdroje zvuku. Zvuk, který se díky odrazům od stěn a konečné rychlosti zvuku
šíří prostorem po vypnutí zdroje zvuku, nazýváme dozvuk. Aby bylo možné ho charakterizovat
kvantitativně, definujeme dobu dozvuku.
Ve statistické akustice je doba dozvuku T definována jako doba, za kterou klesne hustota
zvukové energie nebo intenzita po vypnutí zdroje zvuku na 10–6
původní velikosti. K poklesu
3010 20 40 50 60 700 t [ms]
e[dB]
přímá
vlna
prvotní
odrazy
mnohonásobné
odrazy
2 verze: 2022-11-13
energie dozvuku dochází vlivem útlumu zvuku při šíření prostředím, zejména díky útlumu
překážek. Odvození výrazu pro dobu dozvuku je možno provést za různých zjednodušujících
předpokladů statistické akustiky. Pro výpočet doby dozvuku tedy existuje několik definic:
a) Doba dozvuku podle Sabina:
S
V
T

164,0 , (1)
kde V je objem a S plocha stěn místnosti (včetně stropu a podlahy). Sabinův vzorec v praxi
vyhovuje pouze pro prostory s malým činitelem zvukové pohltivosti stěn.
b) Doba dozvuku podle Eyringa:
 

1ln
164,0
S
V
T , (2)
kde  je střední hodnota činitele pohltivosti stěn. Eyringův vzorec nedává uspokojivé výsledky
pro činitele zvukové pohltivosti větší než 0,8.
c) Doba dozvuku podle Millingtona:
 

 n
i
iS
V
T
1
i1ln
164,0

,
(3)
kde Si a i jsou obsahy a příslušné činitele pohltivosti jednotlivých stěn (včetně stropu a
podlahy). Millingtonův vzorec dává pro  > 0,8 přesnější výsledky, ale v praxi se obvykle pro
svou složitost nepoužívá.
Tab. 1: Přibližné hodnoty středního činitele zvukové pohltivosti
Druh místnosti
střední činitel
zvukové pohltivosti
Téměř prázdná místnost s tvrdými stěnami z betonu, cihel nebo dlaždic 0,05
Částečně prázdná místnost s tvrdými stěnami 0,01
Místnost zařízená nábytkem; pravoúhlá dílna, průmyslová provozovna 0,15
Místnost nepravidelného tvaru zařízená nábytkem; dílna nebo
průmyslová provozovna nepravidelného tvaru
0,2
Místnost zařízená čalouněným nábytkem; průmyslový provoz nebo
dílna s dílčími akustickými úpravami na stropě nebo zdech
0,25
Místnost s materiálem pohlcujícím zvuk na stěnách a stropu 0,35
Místnost s velkým množstvím materiálu pohlcujícím zvuk na stropu a
stěnách
0,5
Vlastní kmity prostoru
Z řešení vlnové rovnice pro pravoúhlou místnost s ideálně odrazivými stěnami vyplývají
tzv. vlastní kmity prostoru nebo módy prostoru, tj. lokální maxima modulové kmitočtové
charakteristiky prostoru, kde se koncentruje energie zvukového vlnění.
3 verze: 2022-11-13
Kritický kmitočet
V reálných malých, málo tlumených místnostech, kde jsou vlastní kmity od sebe značně
vzdáleny, je přenosová charakteristika značně nepravidelná a silně závislá na poloze zdroje
zvuku a pozorovacího bodu (posluchače). U středních a vyšších kmitočtů je obvykle vzdálenost
mezi jednotlivými vlastními kmity již malá, takže každý harmonický budící signál vybudí řadu
blízkých vlastních kmitů. Jejich vzdálenost od budícího kmitočtu má Gaussovské rozložení. Od
určitého kmitočtu budicího signálu budou amplitudy a fáze těchto módů rozloženy náhodně.
K tomu dojde v rozsahu kmitočtů od dolního kritického kmitočtu fk
V
T
f 2000k  , (4)
kde T je doba dozvuku a V vnitřní objem prostoru. Od tohoto kmitočtu lze konstanty tlumení
módů s blízkým kmitočtem vyjádřit jejich průměrnou velikostí a vlastnosti akustického pole
uzavřeného prostoru zkoumat metodami statistické akustiky.
Měření doby dozvuku
Doba dozvuku je definována jako doba, za kterou poklesne hustota akustické energie na
10–6
původní velikosti, tj. o 60 dB. Proto se tato hodnota označuje T60 nebo RT60. Pro měření
takového poklesu by bylo třeba, aby hladina akustického tlaku před vypnutím zdroje byla o více
než 60 dB vyšší než hladina hluku pozadí, což nelze vždy splnit. Proto norma předpokládá, že
se vyhodnocuje doba poklesu hladiny akustického tlaku o 30 dB (označovaná T30 nebo RT30) a
poté se vypočítá její dvojnásobek.
V měření místnosti umístíme zdroj zvuku, pokud možno všesměrový, který je schopen
zajistit ustálenou hladinu akustického tlaku ve všech bodech prostoru nejméně o 40 dB vyšší
(měříme-li dobu T30), než je hladina hluku pozadí. Do prostoru umístíme všesměrový mikrofon
tak, aby nebyl v poli přímých vln, protože předpokládáme existenci difúzního pole. Vzdálenost
mikrofonu od nejbližší odrazivé plochy (včetně podlahy) nesmí být menší než čtvrtina vlnové
délky nejnižšího zkoumaného kmitočtu (často se volí 1 m). Protože v žádném prostoru není
ideální difúzní zvukové pole, proto se měření provádí ve více bodech a výsledky se průměrují.
Polohy mikrofonů mají být od sebe vzdáleny alespoň polovinu vlnové délky nejnižšího
zkoumaného kmitočtu (často se volí 2 m).
Metoda přerušeného šumu
U této metody měření doby dozvuku je prostor je vybuzen šumem a po dosažení
ustáleného stavu se zdroj zvuku vypne a zaznamená se křivka poklesu hladiny akustického tlaku
(viz obr. 2).
Obr. 2: Pokles hladiny akustického tlaku při měření doby dozvuku metodou přerušeného šumu.
4 verze: 2022-11-13
Metoda integrované impulsové odezvy
Doba dozvuku souvisí s odrazy v uzavřeném prostoru, a proto lze předpokládat, že bude
souviset i s odezvou na Diracův impuls. Tuto myšlenku rozvinul Schröder v šedesátých letech
minulého století a zavedl další definici doby dozvuku vypočtené na základě impulsové odezvy.
Je-li uzavřený prostor vybuzen akustickým Diracovým impulsem, potom z časového průběhu
akustického tlaku p(t) (impulsové odezvy) v daném bodě určíme pokles energie dozvuku a z něj
pokles o 60 dB stejně jako u metody přerušeného šumu.
Realizace dostatečně úzkého a zároveň vysokého akustického impulsu je ale obtížná.
Proto se jako jeho aproximace požívají výstřely z pistole, elektrické výboje atd. Spektrum
takových impulsů je tím plošší, čím je impuls užší. Lze ale využít i další signály a impulsovou
charakteristiku prostoru lze získat pomocí spektrálního dělení. Požadavkem ale je, aby budicí
signál měl co nejplošší spektrum, dostatečnou energii, aby byl málo náchylný na zkreslení
v reprodukčním řetězci (zejména v reproduktorové soustavě) a byl pokud možno
deterministický. Proto se používají přelaďované harmonické signály, bílý a růžový šum nebo
signál MLS (Maximum Length Sequence). Jedná se o pseudonáhodný binární šum generovaný
zpětnovazebním systémem s posuvným registrem, který je deterministický a má ploché
spektrum stejně jako bílý šum.
Zadání
1) Vypočtěte odhad doby dozvuku v laboratoři podle Sabinova a Eyringova vzorce.
2) Změřte dobu dozvuku v oktávových pásmech metodou přerušeného šumu a porovnejte
výsledek s vaším výpočtem. Určete kategorii místnosti podle norem ČSN a určete, zda
místnost splňuje požadavky pro tuto kategorii.
3) Změřte impulsovou charakteristiku laboratoře a metodou integrované impulsové odezvy
určete dobu dozvuku a kritický kmitočet prostoru.
Postup
ad 1) Odhad doby dozvuku
Na obr. 3 je znázorněn zjednodušený půdorys laboratoře. Výška místnosti je 2,8 m.
Z těchto údajů je možné vypočítat objem místnosti i obsah všech stěn (včetně podlahy a stropu),
které jsou nutné pro výpočet doby dozvuku podle vzorců (1) a (2). Pro vypracování máte
k dispozici šablonu v Excelu, která vám také umožní import souborů měření z programu
MiniLink. Na prvním listu šablony je už spočítaný objem a plocha všech stěn. Střední činitel
zvukové pohltivosti určete z tab. 1 a do tabulky zadejte vaše vypočítané hodnoty doby dozvuku.
ad 2) Měření doby dozvuku metodou přerušeného šumu
Pro měření doby dozvuku v oktávových pásmech pomocí metody přerušeného šumu
použijte analyzátor AL1. Do jeho vstupu připojte mikrofon na stojanu. Dobu dozvuku změřte
v 6 různých pozicích (2 různé pozice zdroje zvuku, pro každou jiné 3 pozice mikrofonu).
Nezapomeňte, že akustická osa mikrofonu musí být ve svislém směru. Vzhledem k malým
rozměrům místnosti nebude možné dodržet podmínku vzdálenosti jednotlivých pozic
mikrofonů od sebe, proto se řiďte těmito doporučeními:
- vzdálenost mikrofonu oz zdroje musí být alespoň 2 m,
- vzdálenost mikrofonu od stěny musí být alespoň 1 m,
- vzdálenost zdroje od stěny musí být alespoň 1 m,
- vzdálenost pozic mikrofonů musí být alespoň 1 m.
5 verze: 2022-11-13
Obr. 3: Půdorys laboratoře.
Nastavení parametrů měření doby dozvuku na analyzátoru AL1 se provádí pomocí
tlačítek se šipkami a tlačítka . Pomocí šipek najedete na požadovaný parametr (je zobrazen
inverzně), pomocí tlačítka  aktivujete jeho nastavování (rozbalí se menu nebo začne parametr
blikat), pomocí šipek provedete natavení a tlačítkem  nastavování ukončíte. V menu  zvolte
režim RT60. V menu  potom zvolte zobrazení měření ikona . Funkce ostatních parametrů
je následující:
- Položka  (RANGE) aktivuje automatické nastavení rozsahu měření.
- Položka  (STAT:) ukazuje aktuální stav měření.
- Parametrem  se aktivuje posun zobrazených pásem (všechna pásma se totiž nevejdou
zároveň na displej).
- Ikonou  se spouští a zastavuje měření.
- Ikonou  se měření pozastaví.
- Pomocí menu  (MEM) lze výsledky měření uložit do paměti AL1.
- Symboly  za středními kmitočty pásem zobrazují, zda se dobu dozvuku v daném pásmu
podařilo změřit (symbol ) nebo ne (symbol –).
výška 2,8m
stůl
4,4m
0,6m
4,9m
rack
1,0m
1,0m
1,1m






 
6 verze: 2022-11-13
Jako zdroj budícího signálu použijete všesměrový zdroj zvuku buzený ručním
generátorem Minirator. Nejprve zkontrolujte, zda je výkonový zesilovač vypnutý a zda jsou
oba jeho potenciometry CH1 a CH2 nastaveny přibližně na 10. Poté zapněte Minirator a
aktivujte tlačítko mute (musí červeně blikat). Teprve potom zapněte výkonový zesilovač. Na
Miniratoru pomocí tlačítka wave zvolte PNOISE (růžový šum) a pomocí tlačítka level nastavte
hodnotu LVL na displeji na –6 dBV. Při měření použijte chrániče sluchu a zavřete dveře do
laboratoře!
Na analyzátoru AL1 aktivujte RANGE  a potvrďte OK. Analyzátor změří
v jednotlivých oktávových pásmech hluk pozadí a určí hladiny akustického tlaku, kterých je
třeba v každém pásmu dosáhnout, aby bylo možné změřit dobu dozvuku. Analyzátor ve
skutečnosti měří dobu T20, ale výsledky přepočítává na dobu T60.
Poté spusťte měření pomocí ikony ►. Aktuální stav analyzátoru  se změní na ARMED,
tj. přístroj je připraven k měření. Na generátoru vypněte funkci mute, čímž začne všesměrový
zdroj generovat růžový šum. Počkejte, až se aktuální stav analyzátoru  se změní na NOISE a
pak funkci mute opět aktivujte. Aktuální stav analyzátoru  se změní na DECAY, což
znamená, že analyzátor měří dobu poklesu energie. Jakmile se stav změní opět na ARMED,
pozastavte měření ikonou pauzy . Zkontrolujte, zda se v pásmech od 125 Hz až 8 kHz
podařilo změřit dobu dozvuku (symboly  za středními kmitočty pásem se změní na , pásmo
63 Hz ignorujte). Pokud ne, zvyšte mírně zesílení výkonového zesilovače a měření opakujte.
Pokud se i poté nepodaří dobu dozvuku změřit ve všech pásmech, požádejte o pomoc
vyučujícího. Pokud je doba dozvuku správně změřená, změňte polohu mikrofonu a/nebo
všesměrového zdroje. Pak opět pomocí ikony pauzy  měření znovu aktivujte. Tímto
postupem opakujte měření pro všechny pozice. Číslo AVRG: na displeji ukazuje, kolik měření
bylo zaznamenáno (včetně nepovedených měření). Po skončení měření ve všech pozicích
ukončete měření ikonou ■ () a v menu MEM () aktivujte položku STORE. Tím se měření
uloží do paměti analyzátoru.
Pomocí USB kabelu připojte Acoustilizer k počítači a spusťte program MiniLINK
(zástupce na ploše). V záložce AL1 Memory jsou jako ikony zobrazena jednotlivá uložená
měření, která jsou postupně číslována. Vaše měření bude to poslední. Pomocí myši označte
ikonu vašeho měření a klikněte na tlačítko Save. Objeví se dialog, ve kterém klikněte na tlačítko
Change a zvolte adresář „D:\STUDENTI“, případně si v něm vytvořte svůj adresář. Dále
zatrhněte „Selected files“ a zrušte zatržení u „Delete files after save“. Změřená data se uloží
jako textový soubor s názvem končícím „_Axxx_RT60.txt“, kde xxx je číslo vašeho uloženého
měření. Zkontrolujte, zda je soubor opravdu uložený na disku a teprve potom ho v hlavním
okně MiniLINKu označte a smažte pomocí klávesy Delete. Ukončete program MiniLINK,
odpojte Acoustilizer a vypněte ho.
Do listu „metoda přerušeného šumu“ připraveného sešitu Excelu naimportujte pomocí
tlačítka „Import“ vámi uložený soubor. Automaticky se vypočítá průměrná hodnota a rozptyl
doby dozvuku v jednotlivých pásmech a zobrazí se jako sloupcový graf. Pokud chcete, aby
nepovedená měření nebyla do výpočtu zahrnuta, smažte celý řádek odpovídající danému
měření. Pokud potřebujete naimportovat nový soubor z Acoustilizeru, odstraňte nejprve
všechny řádky měření.
Z hodnot doby dozvuku v jednotlivých pásmech se automaticky vypočítá průměrná
hodnota pro celé měřené pásmo kmitočtů. Tu porovnejte s hodnotou, která vám vyšla výpočtem
podle Sabinova a Eyringova vzorce. V příloze tohoto návodu jsou uvedeny doporučené objemy,
doby dozvuku a jejich toleranční pásma pro různé kategorie poslechových prostorů podle
norem ČSN 73 0526 a 73 0527. Rozhodněte, do jaké kategorie laboratoř patří a zda splňuje
požadavky normy na dobu dozvuku. K tomu můžete použít list „přípustná rozmezí T60“, ve
kterém se importu měření z AL1 vypočítají její přípustná rozmezí pro jednotlivá oktávová
pásma pro všechny tři typy prostorů a zobrazí se grafy s naměřenou dobou dozvuku.
7 verze: 2022-11-13
ad 3) Měření impulsové charakteristiky
Pro měření impulsní charakteristiky použijete USB zvukovou kartu M-Audio Fast Track
a program EASERA (zástupce na ploše). Předtím, než program spustíte, připojte zvukovou
kartu! Výstup Channel 1 (Left) zvukové karty připojte k výkonovému zesilovači místo
generátoru Minirator a na vstup kanálu 1 (XLR konektor se symbolem mikrofonu) připojte
mikrofon místo vstupu Acoustilizeru. Potenciometry Output a Mic Gain nastavte asi na tři
čtvrtiny rozsahu. Spusťte program EASERA. Pokud se po spuštění objeví dialog pro otevření
souboru, zavřete jej. Poté je potřeba aktivovat záložku Measure (viz obr. 4). Na ní se pomocí
tlačítek Next a Back můžete pohybovat jednotlivými stránkami pro nastavení a spuštění měření:
1) Stránka Select measurement Setup: nastavení hardware pro měření. V části Measurement
Setup zkontrolujte, zda je zvolena konfigurace „1→1 Single Channel“, HW Input: „1:
(Default Input Line)“, HW Output: „1: (Default Output Line)“, Microphone: „MiniSPL“
a System in Use: „Omnisource“. Zkontrolujte také, zda je v části Input uvedeno „Line 1/2
(2 – M-Audio Fast Track)“ a v části Output „Reproduktory (2 – M-Audio Fast Track)“.
Pokud ne, požádejte o pomoc vyučujícího.
Obr. 4: Okno nastavení měření aplikace EASERA.
2) Stránka Choose Stimulus Parameters: nastavení budicího signálu, v levé části zvolte
MLS, v pravé nastavte parametr „Sampling Rate“ na 48 kHz, „Recording Time“ na
1,4 s a v části Frequency Weighting zvolte „Pink“.
3) Stránka Adjust Levels: pomocné okno pro nastavení úrovně signálu, v levé horní části
zobrazuje průběh úrovně signálu z mikrofonu v reálném čase. Použijte chrániče
sluchu a klikněte na tlačítko „=> Play Test Signal! =>“. Pokud se část křivky v okně
náhledu zbarví do červena, snižte citlivost vstupu zvukové karty potenciometrem Mic
Gain. Pokud je vše v pořádku, opětovným kliknutím na tlačítko zastavte přehrávání
testovacího signálu. Pokud se nezačne přehrávat testovací signál nebo nezobrazí
žádná křivka v okně průběhu úrovně signálu, poproste o pomoc vyučujícího.
4) Stránka Start Measurement: spuštění měření. Zde pouze nastavte hodnotu Averages
na 10 a v části Compensate zrušte zatržení položky „System“, pokud zatržená je.
Použijte chrániče sluchu a kliknutím na tlačítko „Go“ měření spusťte.
8 verze: 2022-11-13
Jakmile měření proběhne, program EASERA zobrazí změřenou impulsovou
charakteristiku prostoru, podobnou té na obr. 5. V levé části okna ve skupině „Time (Full IR)“
zvolte položku „Schroeder“, tím zobrazíte graf Schröderova integrálu změřené impulsní
charakteristiky. Aktivujte funkci menu Mouse / Peek a pomocí kurzoru odečtěte dobu poklesu
z hodnoty –5 dB na –35 dB a určete z něj dobu dozvuku T60. Pozice kurzoru se vypisuje v okně
dole (viz obr. 5, hodnoty v závorce). Výsledek porovnejte s vašimi výsledky z bodu 1) a 2).
Obr. 5: Okno zobrazení výsledků měření aplikace EASERA.
Do listu „impulsní charakteristika“ Excelu si vložte obrázky změřené impulsní
charakteristiky a Schröderova integrálu (skupina „Time (Full IR)“, položka „Impulse
Response“ resp. „Schroeder“). To provedete tak, že zobrazíte daný graf, v menu File zvolíte
položku „Sent Picture To – Clipboard“ a obrázek pak vložíte do Excelu. Ze zjištěné doby
dozvuku T60 vypočtěte kritický kmitočet prostoru fk podle rovnice (4). Program EASERA
ukončete.
9 verze: 2022-11-13
Příloha: Parametry poslechových prostorů podle ČSN 73 0526 a 73 0527
Doporučený objem a optimální doba dozvuku vybraných skupin prostorů
Druh místnosti V0 [m3
] T0 [s]
Malé hudební studio 1500 1,0
Střední hudební studio 4000 1,5
Střední televizní / filmové studio 10000 1,1
Hlasatelská kabina 30 0,3
Dabingové studio 90 0,3
Režijní místnost 130 0,3
Mixážní hala 700 0,7
Mixážní hala pro vícekanálový záznam zvuku 700 0,5
Malá posluchárna do 250 0,7
Audiovizuální učebna 200 0,6
ČSN 73 0526: Akustika – Projektování v oboru prostorové akustiky – Studia a místnosti pro
snímání, zpracování a kontrolu zvuku. Česká technická norma, Český normalizační institut,
únor 1998.
ČSN 73 0527: Akustika – Projektování v oboru prostorové akustiky – Prostory ve školách –
Prostory pro veřejné účely. Česká technická norma, Český normalizační institut, březen 2005.
10 verze: 2022-11-13
Přípustné rozmezí T60/T0 obsazeného prostoru určeného především pro hudbu v závislosti na
středním kmitočtu oktávového pásma.
Přípustné rozmezí T60/T0 obsazeného prostoru určeného pro hudbu a řeč v závislosti na
středním kmitočtu oktávového pásma.
Přípustné rozmezí T60/T0 obsazeného prostoru určeného především pro řeč v závislosti na
středním kmitočtu oktávového pásma.
400020001000500250125
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
f [Hz]
T60/T0
400020001000500250125
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
f [Hz]
T60/T0
400020001000500250125
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
f [Hz]
T60/T0