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Cravero, Fiorella and Di Blasio, Sonjia

Influence of diffusive surface position and extension on the acoustics of a small performance space : the case study of Espace de projection = L’influenza della posizione e dell’estensione delle superfici fonodiffondenti sull’acustica di una piccola sala da spettacolo : il caso studio dell’Espace de pr.

Rel. Arianna Astolfi, Louena Shtrepi. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Architettura per il progetto sostenibile, 2015

Abstract:

The research on diffusive surfaces has been the object of many studies, which have investigated their effects on the acoustic field by means of scale models and computer simulations. Very little research has been carried out on the effectiveness and influence of diffusive surfaces in real scale halls through in-situ measurements, since it requires a lot of effort, time and economical funds. In the following research, Espace de Projection, a real scale variable-acoustic concert hall at the Institute de Recherche at Cordination Acoustique/Musique in Paris, made possible the investigation of the influence of the diffusive surface on the hall’s acoustic behavior. The Espace de Projection, housed in a separate completely underground building, is a nearly perfect rectangular box with a volume of 6800 m3 and an audience capacity of about 400. The walls and ceiling are covered by variable panels named periactes, which are three triangular rotating prisms with different acoustic characteristics faces: absorbing, specularly reflecting and diffusely reflecting.

This study has been performed by in-situ measurements, simulations and perception listening tests. In order to investigate the different positions and different extension of diffusive surfaces, twenty-one configurations have been analysed.

First, the in-situ measurements have been carried out using two artificial heads, two omnidirectional dodecahedron loudspeakers, an array of twenty-four omnidirectional microphones extended to one of the two halves of the audience area. The objective room acoustic parameters such as T30, EDT, C80 and D50 have been investigated. Two analyses on objective acoustic parameters have been performed by comparing the averaged values obtained from the two sources on one hand and by investigation on a reference condition with all absorbent surfaces compared to all other twenty configurations on the other hand. Objective results, obtained from these two analyses, are discussed and compared highlighting that different position of a little extension of diffuse surfaces not influence significantly each parameters. In order to notice objectively changes on sound field a greater extension of diffuse wall’s panels is required. The addition of diffuse surface produces objectively lower effects on clarity and definition compared to Ti0 and EDT. The distribution of reverberation is not uniform between the front and the rear hall when the wall’s hall are reflective with a little extension of diffuse surface.

Later, eight configurations have been also simulated by used Odeon 12.0 in two different ways. In the first, the diffusive surfaces are modeled as flat surfaces, while in the second they are modeled as in the real hall diffusive condition, i.e. triangular prisms. A comparison had been made between parameters predicted by flat and 3D surface models to the parameters obtained by the in-situ measurement. Results of this comparison show that the model simplification is possible, but some attentions are required, such as a preliminary calculation of volume and area ratio of the real and simplified hall. When the volume and the ratio difference between the two different models is over one, a model with high level of detail is required in order to achieve reasonable calculatihe last part of the research relates to therception of scattered sound. An investigation throuistening testsABX method has been performed to determine listeners are to changes on location and extension are surfural impulse responses obtained from in-sit have been convolved with two music passages, an o solo mpet motif. The convolution of binaural meaied out in one artificial head position and two sources positwhich remain the same for all experiments, in which configurations pairs are compared. The listening test carried out in the anechoic chamber have been performed on thirty-one listeners aged between 23 to 40 years old with normal hearing ability. All changes of extension area of the diffusive surfaces are audible by parnts, furthermoreare also acousticallytive to some different positions of diffuse surfaces, which do not appear to affect objective the sound field, as the analysis of room acoustic parameters demonstrates. Finally, the two sources positions and the two samples are not influence for participants.

In conclusion, sound filed diffusion is strongly related to the position and extension of diffusive surfaces in the concert halls. This makes it interesting to correct use of the wall's diffusive panels in order to apply only the proper extension of them in the useful position.

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L'influenza delle superfici fonodiffondenti sul campo sonoro è stata oggetto di varie indagini, le quali utilizzano modelli in scala e simulazioni. Poche, invece, sono le ricerche che hanno valutato l’influenza e l’efficacia di tali superfici all’interno di sale a scala reale in quanto queste richiedono sforzi e tempo elevati, oltre ad essere molto onerose.

Nel presente studio l’indagine sull’influenza che le superfici fonodiffondenti apportano all’acustica di sale da concerto è stata resa possibile grazie all’utilizzo della sala ad acustica variabile, Espace de Projection. Quest’ultima, situata all’interno dell’Istituto Contemporaneo di Ricerca Acustica e Musica (IRCAM) di Parigi, sorge sotto il livello della piazza Beaubourg e si presenta come un parallelepipedo a base rettangolare con un volume di 6800 m3 e una capienza di circa 400 persone. Le pareti e il soffitto della sala sono coperte da pannelli variabili chiamati periactes, i quali sono composti da prismi rettangolari rotanti di cui ogni faccia è data da una differente caratteristica acustica: assorbimento, riflessione speculare e riflessione diffusa.

Lo studio sull’Espace de Projection è stato portato avanti utilizzando tre diversi metodi: misurazioni in campo, simulazioni con specifici software e test d’ascolto soggettivi. Vent'uno configurazioni, ognuna con una differente disposizione dei pannelli variabili, sono state analizzate con l’obiettivo di valutare il cambiamento di posizione e di estensione delle superfici fonodiffondenti.

In primo luogo, i parametri acustici, T30, EDT, C80e D50 sono stati analizzati attraverso misurazioni in campo, realizzate utilizzando due teste artificiali, un dodecaedro omnidirezionale come sorgente e una griglia di microfoni, anch’essi omnidirezionali, disposti su una sola metà della platea. Due analisi sui parametri acustici oggettivi sono state effettuate: la prima prevede il confronto tra i valori medi delle due sorgenti, nella seconda una condizione di riferimento con tutte le superfici assorbenti è stata confrontata con le altre venti configurazioni. Dai risultati delle due analisi emerge che l’utilizzo di piccole estensioni di superfici fonodiffondenti, di cui si modifica la posizione, non produce effetti significativi sui quattro parametri acustici. Quindi in termini oggettivi una maggiore estensione di tali superfici è necessaria al fine di apportare modifiche sull’acustica delle piccole sale da concerto. Inoltre i parametri della chiarezza e della definizione sono meno influenzati dall’aggiunta di superfici fonodiffondenti rispetto al T30 e all’EDT. Infine quando a superfici riflettenti si abbinano piccole estensioni di superfici fonodiffondenti, la distribuzione del riverbero non appare uniforme tra inizio e fondo sala.

In seguito, l'Espace de Projection è stato anche oggetto di simulazioni tramite il software Odeon nella versione 12.0. Solo otto sono le configurazioni che si è scelto di modellare utilizzando due diversi livelli di dettaglio, il primo prevede la modellazione piana dei pannelli, mentre nel secondo questi vengono riprodotti così come si presentano nella realtà, ossia a forma di prismi triangolari. In questa seconda parte l'analisi consiste nel confrontare i risultati ottenuti dai due diversi modelli simulati con i valori derivanti dalle misurazioni in campo. Viene dimostrato che la semplificazione del modello può essere effettuata, ma solo dopo un'analisolume e superficie. Infatti quando si ottiene una differenza di tale rapporto tra il modello reale e quello semplificato superiore ad uno, il modello non può essere oggetto di una semplificazione, ma lo si deve costruire con un elevato grado di dettaglio.

In ultimo, un test d’ascolto soggettivo, che utilizza il metodo dell’ABX, è stato preparato così da valutare quanto l’orecchio umano sia sensibile ai cambiamenti di posizione ed estensione delle superfici fonodiffondenti. Le risposte all'impulso binaurali, registrate all’interno della sala reale, sono state convolute con due diversi segnali anecoici, l’orchestra e la tromba. Il test d’ascolto è composto da cinquantadue coppie di configurazioni messe a confronto e la posizione della testa artificiale e delle due sorgenti rimane la medesima per tutto il test. Quest’ ultimo, eseguito all’interno della camera anecoica del Politecnico di Torino, è stato sottoposto a trentuno ascoltatori con una normale capacità uditiva e di età compresa tra i ventitré e i quarant’anni. Il test ha dimostrato la sensibilità dei partecipanti per i cambiamenti di estensione delle superfici fonodiffondenti, ma anche la loro capacità nel percepire piccole modifiche nella posizione di tali superfici, la quale dall'indagine sui parametri oggettivi sembrano non influire il campo sonoro. Infine, dall’analisi statistica è anche emerso che la risposta scelta dai partecipanti non è stata influenzata dai due diversi segnali e dalle due posizioni di sorgenti utilizzate all’interno del test.

La conclusione emersa dal presente lavoro di ricerca è che la diffusione all'interno delle piccole sale è fortemente legata alla posizione e all'estensione delle superfici fonodiffondenti. Questo diventa particolarmente interessante per un corretto uso dei pannelli fonodiffondenti all'interno delle sale da concerto evitando che questi ricoprano le pareti e il soffitto in quantità eccessiva o in posizioni non ottimali.

Relatori: Arianna Astolfi, Louena Shtrepi
Soggetti: S Scienze e Scienze Applicate > SA Acustica
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Architettura per il progetto sostenibile
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/4053
Capitoli:

ABSTRACT

SOMMARIO

Chapter 1: The acoustics in multi-purpose hall

1.1 Room acoustic quantities

1.2 Discussion on acoustic parameters

1.3 Multi-purpose hall

1.3.1 Variable acoustic halls

REFERENCES

Chapter 2: Acoustic scattering

2.1 Scattering and diffusion coefficients

2.1.1 Diffusion coefficient

2.1.2 Scattering coefficientt

2.2 Acoustic scattering in concert hall

REFERENCES

Chapter 3: Case study

3.1 “Espace de Projection” IRCAM, Paris

3.2 Measurement set-up

3.2.1 Location diffusive surfaces

3.3 ITA-toolbox

3.4 Acoustic simulation in Odeon version 12.0

3.4.1 Calculation Odeon method

3.4.2 Room set-up in Odoen

3.4.3 Model construction

3.4.4 Model calibration

3.4.5 Model settings

REFERENCES

Chapter 4: Analysis results

4.1 ITA-toolbox

4.2 Comparison between source 1 and source 2

4.1.2 Configuration reference compared to diffusive configurations

4.2 Odeon simulations

4.2.1 Measurement results compared to simulation results

REFERENCES

Chapter 5: Subjective preference tests

5.1 listening test

5.1.1 Stimulus preparation

5.1.2 Experiment arrangement

5.1.3 Test procedure

5.1.4 Testing software

5.1.5 Statistical analysis of ABX results

5.2 Analysis listening test

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CONCLUSIONS

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