Percepcja długości pogłosu w salach o regulowanej akustyce

Abstract

Wprowadzenie - problem badawczy. Coraz większa świadomość słuchaczy oraz chęć zapewnienia jak najlepszej jakości doznań akustycznych widzom różnych wydarzeń kulturalnych, a także konieczność wykorzystania tych samych pomieszczeń do wydarzeń różnego rodzaju spowodowały powstanie różnych rozwiązań pozwalających na regulację parametrów akustycznych w salach koncertowych. Początkowo stosowano rozwiązania pasywne, wykorzystując różnego rodzaju tkaniny tłumiące skracające czas pogłosu, obecnie – w celu regulacji warunków akustycznych – wykorzystuje się skomplikowane systemy aktywne i zaawansowane algorytmy cyfrowego przetwarzania sygnałów. Mimo upływu ponad 100 lat od wprowadzenia czasu pogłosu jako pierwszego kwantyfikatora w akustyce wnętrz, wciąż nie ustalono jednoznacznej zależności pomiędzy parametrami obiektywnymi a subiektywną oceną długości pogłosu przez słuchaczy. Niektórzy autorzy wskazują na silne powiązania między subiektywną oceną a parametrami czasu pogłosu (RT, EDT), podczas gdy inni dowodzą, że wskaźniki te nie zawsze dobrze odzwierciedlają wrażenia słuchowe. W części prac podkreśla się rolę parametrów związanych z klarownością lub wczesnymi odbiciami, które mogą istotnie wpływać na odbiór pogłosu. Pojawiają się także badania, w których różni słuchacze odmiennie interpretują długość pogłosu dla tych samych warunków akustycznych. Cel. Niniejsza dysertacja poświęcona jest analizie wpływu systemów regulacji warunków akustycznych – zarówno pasywnych, jak i aktywnych – na właściwości pogłosowe pomieszczeń oraz percepcję właściwości akustycznych przez słuchaczy. Celem pracy było zidentyfikowanie zmian w charakterystykach pogłosowych wynikających z różnych rozwiązań technicznych oraz określenie ich znaczenia dla percepcji słuchowej. Pomiary w salach koncertowych i eksperymenty psychoakustyczne umożliwiły zarówno weryfikację skuteczności systemów wspomagania akustyki, jak i pogłębioną analizę percepcji pogłosowości. Analizie poddano zarówno obiekty wyposażone w elektroniczne systemy wspomagania akustyki, umożliwiające elastyczne kształtowanie warunków odsłuchowych, jak i sale wykorzystujące wyłącznie pasywne metody regulacji parametrów akustycznych. Takie podejście umożliwiło wszechstronną ocenę skuteczności poszczególnych rozwiązań i pozwoliło na porównanie ich wpływu na obiektywne i subiektywne aspekty akustyki pomieszczeń. Metodyka. W pracy przyjęto perspektywę trójwymiarową, obejmującą przegląd literatury przedmiotu, analizę obiektywnych pomiarów akustycznych oraz eksperymenty psychoakustyczne. Pierwszym celem było zidentyfikowanie zmian w charakterystykach pogłosowych wynikających z zastosowania różnych rozwiązań technicznych, a nadrzędnym określenie, na ile zmiany te mają znaczenie z punktu widzenia percepcji słuchowej odbiorców. Dzięki szczegółowym pomiarom wykonanym w rzeczywistych salach koncertowych możliwa była weryfikacja skuteczności działania systemów regulacji akustyki, natomiast przeprowadzone w warunkach kontrolowanych eksperymenty psychoakustyczne pozwoliły na dogłębną analizę percepcji pogłosowości oraz zrozumiałości mowy na podstawie rzeczywistych materiałów dźwiękowych. Część teoretyczna (A) stanowi przegląd zagadnień akustyki wnętrz, ze szczególnym uwzględnieniem sal koncertowych i obiektów wielofunkcyjnych. Omówiono rozwój dyscypliny, aktualne metody badawcze i pomiarowe oraz kluczowe parametry akustyczne w kontekście funkcji użytkowych. Przeanalizowano również literaturę przedmiotu, w tym najważniejsze badania dotyczące relacji między właściwościami fizycznymi a subiektywnym odbiorem przez słuchaczy. Część empiryczna (B) skupia się na analizie obiektywnych parametrów akustycznych wnętrz z aktywną i pasywną regulacją pogłosowości, bazując na szerokim materiale pomiarowym z sal koncertowych. Wyniki zestawiono z klasycznymi danymi referencyjnymi, co pozwoliło zidentyfikować typowe schematy działania poszczególnych systemów oraz stanowiło podstawę dalszych badań percepcyjnych. Część eksperymentalna (C) obejmuje weryfikację wpływu modyfikacji warunków akustycznych na percepcję pogłosowości i zrozumiałość mowy. W części tej opisano 11 przeprowadzonych eksperymentów badawczych, w których wykorzystano precyzyjnie przygotowany materiał dźwiękowy, pozwalający na manipulację wartościami wybranych parametrów akustycznych. Uczestnicy oceniali próbki odzwierciedlające warunki akustyczne rzeczywistych sal koncertowych, a zgromadzone dane zostały poddane szczegółowej analizie statystycznej. Analiza ta pozwoliła zidentyfikować zależności pomiędzy obiektywnymi, fizycznymi parametrami akustycznymi a subiektywnymi ocenami słuchaczy, co umożliwiło określenie percepcyjnej czułości na zmiany poszczególnych właściwości akustycznych. Wyniki. Rezultaty przeprowadzonych eksperymentów jednoznacznie wskazują, że percepcja długości pogłosu w salach z systemami RES znacząco różni się od percepcji w przestrzeniach bez regulacji lub z rozwiązaniami pasywnymi. Zarówno dobór parametrów najsilniej powiązanych z percepcją długości pogłosu, jak i ich znaczenie dla oceny subiektywnej, zależą od zastosowanego systemu regulacji oraz trybu pogłosu. W salach z RES obserwuje się większe znaczenie parametrów związanych z klarownością i zrozumiałością mowy oraz odmienność w kierunkach korelacji klasycznych wskaźników, takich jak EDT, w porównaniu z salami bez aktywnej regulacji. Wnioski. Identyfikacja parametrów najlepiej skorelowanych z percepcją długości pogłosu, takich jak RT20 oraz C80, pozwala na lepsze dostosowanie ustawień systemów aktywnych do oczekiwanych efektów akustycznych. Zwrócono jednak uwagę, że w niektórych scenariuszach pomiarowych istotny okazał się także parametr EDT, co wskazuje na potrzebę monitorowania zarówno parametrów związanych z fazą późną, jak i z wczesnym przebiegiem zaniku energii. Wyniki eksperymentów pokazały również, że niektóre ustawienia RES mogą prowadzić do spadku jednorodności akustycznej, co powinno być uwzględniane przy projektowaniu i strojeniu systemów. Wnioski płynące z pracy podkreślają praktyczne znaczenie zarówno obiektywnych parametrów akustycznych, jak i ich odbioru słuchowego w zastosowaniach inżynierskich i projektowych. Wyniki te stanowią kolejny krok w procesie naukowego poszukiwania relacji między parametrami pomiarowymi a subiektywną percepcją dźwięku w pomieszczeniach, która mimo wieloletnich badań wciąż pozostaje kluczowym wyzwaniem dla akustyków i projektantów. Ostateczną miarą jakości akustyki pozostaje bowiem odbiór subiektywny słuchacza, dla którego decydujące są indywidualne wrażenia towarzyszące przebywaniu w danym miejscu i odbiorowi prezentowanych utworów, niezależnie od wartości uzyskanych w pomiarach technicznych.

Background: Growing listener awareness and the desire to provide the best possible acoustic experience for audiences at various cultural events, coupled with the need to use the same rooms for different types of events, have led to the development of solutions for adjusting concert hall acoustics. Initially, passive solutions employing various types of soundabsorbing fabric were used to reduce reverberation time. Nowadays, complex active systems and advanced digital signal processing algorithms are employed to regulate acoustic conditions. Despite more than 100 years having passed since reverberation time was introduced as the first quantifier in interior acoustics, a clear relationship has yet to be established between objective parameters and listeners' subjective assessment of reverberation length. While some authors emphasise the strong links between subjective assessment and reverberation time parameters (RT, EDT), others argue that these indicators do not always accurately reflect auditory impressions. Some studies emphasise the role of parameters related to clarity or early reflections, which can significantly affect perception of reverberation. Furthermore, there are studies in which different listeners interpret the same acoustic conditions differently in terms of reverberation time. Aim of the study: This dissertation analyses the impact of acoustic control systems (both passive and active) on the reverberation properties of rooms, and how these properties are perceived by listeners. The work aimed to identify changes in reverberation characteristics resulting from various technical solutions, and determine their significance for auditory perception. Measurements in concert halls and psychoacoustic experiments verified the effectiveness of acoustic support systems and enabled an in-depth analysis of reverberation perception. The analysis covered facilities with electronic acoustic support systems that enable flexible shaping of listening conditions, as well as halls that use passive methods of acoustic parameter control only. This approach allowed for a comprehensive evaluation of the effectiveness of the individual solutions and a comparison of their impact on objective and subjective aspects of room acoustics. Methodology: The study took a three-dimensional approach, incorporating a literature review, analysis of objective acoustic measurements and psychoacoustic experiments. The primary objective was to identify changes in reverberation characteristics resulting from various technical solutions. The overarching objective was to determine the significance of these changes from the perspective of audience auditory perception. Detailed measurements taken in real concert halls verified the effectiveness of acoustic control systems, and psychoacoustic experiments conducted under controlled conditions enabled an in-depth analysis of reverberation perception and speech intelligibility based on real sound materials. The theoretical section (A) provides an overview of interior acoustics, with a particular focus on concert halls and multifunctional facilities. It discusses the development of the discipline, current research and measurement methods, and key acoustic parameters in the context of functional use. The literature on the subject is analysed, including the most important studies on the relationship between physical properties and listeners' subjective perception. The empirical section (B) focuses on analysing the objective acoustic parameters of interiors with active and passive reverberation control, based on extensive measurement data from concert halls. These results were compared with classic reference data to identify typical operational patterns of individual systems, forming the basis for further perceptual research. Part C (the experimental section) verifies the impact of acoustic modifications on the perception of reverberation and speech intelligibility. It describes 11 research experiments that used precisely prepared sound material to allow the manipulation of selected acoustic parameters. Participants evaluated samples reflecting the acoustic conditions of real concert halls, and the collected data were subjected to detailed statistical analysis. This analysis revealed correlations between objective acoustic parameters and subjective listener evaluations, enabling the determination of perceptual sensitivity to changes in individual acoustic properties. Results: The results of the experiments clearly demonstrate that the perception of reverberation time differs significantly between rooms with and without RES systems, or with passive solutions. The parameters most strongly associated with the perception of reverberation time, and their significance for subjective assessment, depend on the control system and reverberation mode used. In rooms with RES, parameters related to speech clarity and intelligibility are more important, and the correlation directions of classic indicators such as EDT differ compared to rooms without active control. Conclusions: Identifying the parameters that best correlate with the perception of reverberation time, such as RT20 and C80, enables more precise adjustment of active system settings to achieve the desired acoustic effects. However, it was noted that, in some measurement scenarios, the EDT parameter was also significant, indicating the need to monitor both late- and early-phase energy decay parameters. The results of the experiments also showed that some RES settings can decrease acoustic homogeneity, a factor that must be considered when designing and tuning systems. The conclusions drawn from this study emphasise the practical importance of objective acoustic parameters and their auditory perception in engineering and design applications. These results represent another step in the scientific investigation of the relationship between measurement parameters and the subjective perception of sound in rooms. Despite many years of research, this remains a key challenge for acousticians and designers. Ultimately, the subjective perception of the listener remains the ultimate measure of acoustic quality, as their individual impressions and perception of the presented works in a given place are decisive, regardless of the values obtained in technical measurements.