Content uploaded by Jens Holger Rindel
Author content
All content in this area was uploaded by Jens Holger Rindel on May 15, 2015
Content may be subject to copyright.
Acoustic Design of Reflectors in Auditoria
Abstract
Sound reflectors are often used in auditoria for improving the acoustics. The reasons can be to support a weak sound source, to improve the balance between different groups in an orchestra, to improve the ensemble conditions on the stage, to block a possible echo path, to increase the level and clarity at remote seats, to create lateral reflections in the auditorium, or to create diffuse reflections. The paper presents simple design methods for single reflectors and for reflector arrays.
... There, HO diffraction leads to spectral effects predominantly at low frequencies (e.g., [15,18,19]). For finite reflectors, a high-pass effect is observed (see also [19][20][21]). ...
... While, e.g., [28], provides a computationally-efficient sequential solution for double diffraction in the shadow of both edges, the transition to conditions where only one edge of a three-sided barrier casts a (sound) shadow, is disregarded. The effects of HO diffraction at finite objects have so far been most commonly considered in the context of backscattering from finite reflectors [18,20,21] and for loudspeaker enclosures (e.g., [36]). So far, there is a lack of physically-based approximations for higher-order and double diffraction for applications in VA and sound rendering, offering computationally efficient calculations and spatial smoothness of the rendered sound field. ...
... As suggested in [27], the cross-over frequency for the two complementary filters is based on Rindel [20,21], who proposed a limiting frequency f g for rectangular reflectors, above which diffraction losses at a reflector "can be considered negligible": ...
Geometrical acoustics (GA) offers a high computational efficiency, as required for real-time renderings of complex acoustic environments with applications in, e.g., hearing research, architectural planning, and entertainment. However, the assumed ray-like sound propagation does not account for perceptually relevant effects of diffraction. In indoor environments, diffraction at finite objects and apertures such as tables, music stands, and doors is of interest for computationally efficient rendering. Outdoors, buildings and barriers are relevant. Here, we extend the recent physically-based universal diffraction filter approximation (UDFA) for GA to approximate spectral effects of higher-order diffraction and apply it to a flat finite object and a double edge. At low frequencies, such effects predominantly occur when sound is diffracted repeatedly at the edges of a finite object, and at high frequencies when sound is propagating around subsequent edges of, e.g., buildings or sound barriers. In contrast to existing methods, the suggested filter approaches and topology offer spatially smooth infinite impulse response implementation for modelling higher-order diffraction at flat objects for arbitrary geometrical arrangements. For double diffraction at a three-sided barrier, errors are considerably decreased in comparison to a state-of-the-art sequential approach. Both suggested methods are computationally highly efficient and scalable depending on the desired accuracy.
... The traces for MP02 and MP03 exhibit ripples, caused by the travel time differences between the contributions of individual wedges and an enveloping 3 dB/oct low-pass characteristic. For MP02, the diffracted sound in the mid frequencies is attenuated by about 6 dB, compared to the level of a geometrical reflection at the center point, in agreement with the observations from [57], [58]. For MP03, the attenuation effect is even stronger, as expected. ...
... To approximate the spectral effects of higher-order diffraction (disregarding the exact underlying temporal effects of repeated "bounces" between the different edges in the diffraction impulse response), we propose using an additional (for simplicity first-order) high pass filter (see green, dotted traces in Fig. 7). For rectangular reflectors, a limiting frequency g , above which diffraction losses at a reflector "can be considered negligible", was proposed in [57], [58]: ...
... While the suggested (first-order) high-pass filter accounts for the main effects, the energy at low frequencies tends to be overestimated, given the steeper slope in the HO-BTMS simulations. The here suggested high-pass filtering at f g 2 ⁄ is considered a rough approximation for objects with moderate aspects ratios for which [58] assumed that length and width "do not differ too much". Unity gain at low frequencies for the occluded cases, observed in Fig. 7 a) and for R2 in Fig. 7 d), is achieved by rendering the high-pass filtered diffracted component, and an additional direct sound component filtered by the complementary first-order low-pass with the same cutoff frequency g 2 ⁄ . ...
Sound propagation in urban and indoor environments often involves diffraction at corners, finite objects and openings, resulting in perceptually relevant frequency-dependent attenuation. Geometrical acoustics (GA) have become a de-facto standard for the prediction and simulation of sound propagation and real-time virtual acoustics, including effects of edge diffraction. However, methods to account for edge diffraction often assume infinite edges, such as the uniform theory of diffraction, or are computationally involved, such as the Biot-Tolstoy-Medwin-Svensson (BTMS) method. Particularly for interactive auralization, an efficient approximation of edge diffraction is desirable. Here, an extension of GA to account for diffraction with simple-to-derive parameters and a time-domain recursive filter implementation is suggested. This universal diffraction filter approximation (UDFA) describes diffraction from infinite and finite wedges using a combination of first-order and (fractional) half-order low-pass filters to account for the frequency-dependent attenuation of the diffracted incident and reflected sound field. The physically-based UDFA exactly matches asymptotic solutions for infinite wedges and provides approximations for finite wedges. It is demonstrated that first-order diffraction from flat finite objects like a plate or an aperture can be described by combining the filters for each edge. To account for effects of higher-order diffraction, an additional heuristic filter extension is suggested.
... It is important to highlight that Rindel's theory [36,37] is generally used by many scholars to enhance sound energy distribution auditoria, opera house, and churches. To this aim, a specific appendix was added in order to analyse the diffraction properties of the array of rectangular reflectors (reflective canopies) and also the attenuation due to the absorptive canopies distributed over the audience (Appendix B). ...
... The aim of this analysis is the evaluation of the usable frequency range and the attenuation levels due to diffraction, absorption, and distances between source, reflector, and receiver. Although, as suggested in Rindel's studies [36,37] for the design of a reflector array, to give efficient sound reflections in a wide frequency range, many small reflectors should be preferred to a few large reflectors. Nevertheless, in this case study, few large reflectors were installed because of the budget limitations and in order to respect the architectural-historical constraints. ...
... Moreover, this limitation has also led to the design of plane reflectors instead of the concave ones, which are considered to be more effective. However, some of the recommendations provided in Rindel's theory [37] were con-sidered as for example the height above the stage, that is set between 8.5 and 10.6 m, almost corresponding to the optimal one (7-10 m, as reported in [36]). ...
In the present paper the design and the ante- and post-operam experimental analysis of the acoustic performance of the church of San Francesco al Prato in Perugia (Italy) are presented and discussed within the framework of a long process of design and construction. During its refurbishment (2012–2020) and its transformation from worship to auditorium, the authors carried out four experimental campaigns for the evaluation of the main acoustic indexes (Reverberation Time and Clarity Index). Measured data were used to validate four simulation models (one for each experimental campaign) by means of Ramsete software for the prediction of the acoustic behavior of the auditorium and for the design of the indoor finishes. A laboratory experimental campaign in a small-scaled reverberation room was carried out for the characterization and the design of the sound absorptive canopies hanged over the ceiling, which represent the acoustic “dominant” layer, especially at medium frequencies, where the room needed the most significant correction. A total number of 20 canopies (perforated resonant systems with rock wool inside) were installed, for a total surface area of about 180 m²; together with the plaster and the 514 armchairs, they played an important role in reducing the Reverberation Time.
The acoustic quality indexes gradually approached to their optimal values for music listening during the works period: the average Reverberation Time passes from a value of 4.56 s ante-operam to a value of 1.96 s post-operam; C80 passes from a mean value of −4 dB to about −0.5 dB. The first values are in line with the ones of other churches with the same volume found in the Literature, whereas the second ones are within the optimal ranges for music listening.
... İki kırıcının ortasındaki bir alıcıya gelen ses düzeyi hesaplanırken, kırıcıların üzerindeki üç özel yansıma noktası dikkate alınmıştır. Yansıma sırasında toplam ses azaltımı hesaplanırken, bu noktaların oluşturduğu bölgeler için farklı kırılma hesap yöntemleri uygulanacaktır (Rindel, 1999). Bu noktaların tanımı Şekil 3'te yapılmıştır. ...
... Yansımalar sırasındaki ses azaltımı için kullanılan temel denklemler şu şekildedir (Rindel, 1999): ...
Mimari cephe elemanları, fiziksel çevre şartlarını kontrol etme aşamasında yapıyı tamamlayıcı rol oynar. Bir eleman, yapıdaki birincil fonksiyonunun haricinde diğer fiziksel çevre şartlarından bazılarını yönlendirme avantajına da sahipse, sürdürülebilirlik açısından binaya katkı sağlar. Güneş kırıcılar, binanın bulunduğu bölgenin coğrafi konumu, binanın araziye yerleşimi ve bu verilere dayanarak, günün belirli saatlerinde vermesi istenen gölge miktarı göz önünde bulundurularak tasarlanır. Pencerelerin önünde ve yanında hizalanan bu elemanların, birer bariyer ve yanısıtıcı panel etkisi göstererek, dışarıdan bina içine gelen ses üzerinde akustik açıdan etkileri olur. Geometrik değerler ve yutuculuk katsayıları baz alınarak yapılan hesaplamalarda, pencereye gelen ses üzerinde elemanların azaltıcı veya bazen arttırıcı etkisi olabildiği gözlemlenmiştir. Kırıcılardan, gölge oluşturma işlevini takiben ek olarak sağlanabilecek bu faydanın akustik açıdan optimizasyonu için belli malzeme ve mimari eleman boyutları çerçevesinde değerlendirmeler yapılmıştır. Tasarlanacak veya halihazırda uygulanmış ve akustik açıdan analiz edilmesi istenen düşey güneş kırıcıların, cepheye sokaktan gelen trafik gürültüsü üzerinde etkileri, sesin yansıma ve kırılma fenomenleri baz alınarak oluşturulan bir hesaplama yöntemi ile güneş kırıcıların derinliği ve düşey elemanların arasındaki mesafeler açısından incelenmiş, akustik açıdan oluşacak en ideal durum tanımlanmıştır. Bu hesaplar sonucunda, istenen gölge alanı ve miktarını olumsuz etkilemeyecek biçimde kırıcı boyutlandırma ve konumlandırmaları, gürültü kontrolü açısından da fayda sağlayabilecek şekilde yapılabilecektir.
... (b) Render do projeto da nova sede. Para que o som chegue a todos os ouvintes de forma inteligível, a distribuição sonora pode ser otimizada com o uso de refletores estrategicamente posicionados, assim como a angulação do forro, por meio de aplicações geométricas elementares [8]. Tais ...
... Aşağıdaki parametreler göz önünde bulundurularak söz konusu salonlar tasarlanmıştır; -Görüş çizgileri ve zemin eğimi (Ham 1972, 29-37), (Long 2006 Şekil 1: Akustik Kusurlar (Long 2006, 589), (Balcı 2007, 121) .-Yansıtıcılar (Ham 1972, 40), (Long 2006, 235-249), (Long 2006, 583-590), (Rossing 2007, 304-332), (Balcı 2007, 109), (Ateş 2007, 104), (Barron 1993, 42), (Rindel 1999). ...
... 6 Zemin eğimi ve görüş çizgileri için bakınız (Ham, 1972;Long, 2006;Rossing, 2007;Strong, 2010;Çelebi Şeker, 2014). 7 Işın analiz kontrolleri ve tavan panelleri için bakınız (Rindel, 1999;Mehta, 1999;Rossing, 2007;Kutruff, 1999 • Bir ışının maksimum yansıma sayısı (maximum reflection order), • Işın sayısı (number of rays), • Sanal kaynakların yansıma derecesi (transition order), • Arka plan gürültü düzeyi, ortam sıcaklığı ve nemdir. Hesaplama yapılacak modeller için; bir ışının maksimum yansıma süresi 3000 ms, bir ışının maksimum yansıma sayısı 2000, erken ışın sayısı her salon için programın önerdiği değer, sanal kaynakların yansıma derecesi 2, arka plan gürültü seviyesi NC 25, 9 sıcaklık 20 C°, nem oranı %50 olarak belirlenmiştir. ...
Bir performansın sergilenmesi, bir araya gelme ve paylaşımda bulunma gibi sebeplerle ortaya çıkmış yapılardan biri olan konuşma amaçlı salonlar; kullanılmaya başlandığı ilk günden beri, teknolojinin gelişmesi, farklı uzmanlık alanlarının ortaya çıkması/artması ile mimari açıdan farklı bir boyuta ulaşmıştır. Tiyatrolar, konferans salonları, ofisler, derslikler, toplantı salonları, restoranlar, küçük ve büyük derslikler, amfiler, çok amaçlı salonlar vb. şeklinde sıralanabilecek konuşma amaçlı salonlarda sergilenen performans boyunca oyuncunun/konuşmacının performansını gerçekleştirebilmesi aynı zamanda izleyicinin fazladan çaba sarf etmeden performansı izleyebilmesi/dinleyebilmesi ve anlayabilmesi önemlidir. Bu bağlamda; fiziksel, görsel, işitsel konfor şartlarının iyileştirilmesi konuşma anlaşılabilirliğinin ve konsantrasyonun sağlanması için gereklidir. Bunun için de literatürde kabul görmüş geometrik parametreler sağlanarak akustik performansı yüksek hacimler tasarlanmalıdır. Salonlar tasarlanırken salonun genişliği, uzunluğu, en/boy oranı, salonda bulunan paralel yüzeyler, yan duvarların katkısı, yan duvarların ve tavan panellerinin formu, oturma alanı gibi geometrik farklılıkların erken yansımaları, gecikmiş yansımaları, yanal yansımaları, toplam ses enerjisini, bu da akustik performansı ve işitsel konforu etkilemektedir. Bu sebeple akustik konforun ve konuşma anlaşılabilirliğinin sağlanması için geometrik şartların da rolünün göz önünde bulundurulması gerekmektedir. Bu sebeple çalışma kapsamında, geometrik tasarım parametrelerinden; görüş çizgisi, 140o kuralı, maksimum salon uzunluğu, en/boy oranı, zemin eğimi, tavan panelleri ve yan duvar ışın analizi, oturma alanı; koltuk, koridor, sahne ölçüleri, ses ışın analizine göre yapı elemanlarının biçimleri ve boyutları; optimum çınlama süresini sağlamak için yapı elemanlarının bitiş malzemeleri, bahsedilen konfor şartlarının sağlanması amacına yönelik olarak irdelenmiştir. Bu doğrultuda bahsi geçen parametrelere bağlı olarak; hacimleri (m3), kişi sayıları, ortalama yükseklikleri (h), kişi başına düşen hacim ve alanları (m3-m2), yapı elemanları yüzey bitiş malzemeleri, birbirleriyle benzer olan farklı plan şemalı salonlar yazar tarafından tasarlanmış ve bu salonların işitsel konfor koşulları incelenmiştir.
This chapter deals specifically with concepts, tools, and architectural variables of importance when designing auditoria for speech and music. The focus will be on cultivating the useful components of the sound in the room rather than on avoiding noise from outside or from installations, which is dealt with in Chap. 11. The chapter starts by presenting the subjective aspects of the room acoustic experience according to consensus at the time of writing. Then follows a description of their objective counterparts, the objective room acoustic parameters, among which the classical reverberation time measure is only one of many, but still of fundamental value. After explanations on how these parameters can be measured and predicted during the design phase, the remainder of the chapter deals with how the acoustic properties can be controlled by the architectural design of auditoria. This is done by presenting the influence of individual design elements as well as brief descriptions of halls designed for specific purposes, such as drama, opera, and symphonic concerts. Finally, some important aspects of loudspeaker installations in auditoria are briefly touched upon.
ResearchGate has not been able to resolve any references for this publication.