The propagation of low frequency sound through an audience

Shabalina, Elena D.; Vorländer, Michael

doi:4921

The propagation of low frequency sound through an audience = Die Schallausbreitung durch Publikum bei tiefen Frequenzen

Shabalina, Elena D. (Author)

2013 & 2014

VerantwortlichkeitsangabeElena Shabalina

ImpressumBerlin : Logos-Verl. 2013

UmfangIII, 71 S. : Ill., graph. Darst.

ISBN978-3-8325-3608-4

ReiheAachener Beiträge zur technischen Akustik ; 17

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2013

Druckausgabe: 2013. - Onlineausgabe: 2014

Genehmigende Fakultät
Fak06

Hauptberichter/Gutachter
Vorländer, Michael (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2013-04-30

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-49217
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/229210/files/4921.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl und Institut für Technische Akustik (613510)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Akustik (Genormte SW) ; Veranstaltungstechnik (Genormte SW) ; Beschallungstechnik (Genormte SW) ; Physik (frei) ; Beschallung (frei) ; acoustics (frei) ; sound reinforcement (frei) ; equivalent fluid (frei) ; subwoofer array (frei) ; sound propagation (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 530

Kurzfassung
Anläßlich großer Konzerte werden Basslautsprecher oft in einer horizontalen Anordnung vor der Bühne platziert, um Kontrolle über das Abstrahlverhalten tiefer Frequenzen zu erlangen. Da das Publikum dicht gedrängt genau vor den Lautsprechern steht, findet die Schallausbreitung teilweise durch die anwesenden Personen hindurch und teilweise über sie hinweg statt. Diese Dissertation untersucht, wie die Anwesenheit von Publikum die Schallausbreitung beeinflusst. Mittels der Theorie der porösen Medien wurde eine mathematische Beschreibung des Publikums als poröser Absorber entwickelt. Die relevanten Parameter wie beispielsweise Wellenimpedanz, Schallgeschwindigkeit und der Reflexionskoeffizient des Publikum-Luft-Übergangs wurden sowohl für konstante als auch variable Publikumsdichten berechnet. Das Modell wurde durch eine BEM (Boundary Elements Method) Simulation, Modellversuche und Messungen bei Liveveranstaltungen verifiziert. Dazu wurde ein Messverfahren entwickelt, dass Messungen der komplexen Übertragungsfunktion der eingesetzten Basslautsprecher während einer laufenden Veranstaltung ermöglicht, ohne diese zu stören. Die für diese Dissertation angestellten Forschungen haben ergeben, dass das Konzertpublikum für tiefe Frequenzen ein Medium mit einer von Luft deutlich unterschiedlichen Wellenimpedanz darstellt. Dies führt zu Reflexionen am Medienübergang zurück in das Publikum und entsprechenden räumlichen Interferenzeffekten. Mögliche Anwendungsgebiete der Forschungsergebnisse sind die Planung von Beschallungsanlagen und Schallemmissionskontrollmaßnahmen für Veranstaltungen.

In this thesis it is investigated, how low frequency sound (30-100Hz) propagates through an audience. At large outdoor concerts or festivals subwoofers, the dedicated low frequency loudspeakers, are often placed in a row in front of the stage as an evenly spaced array in order to control the directivity of sound at low frequencies. The audience itself often stands tightly packed in front of the array, so that sound waves propagate partly through the audience and partly over it. The purpose of the present research is to investigate how exactly the presence of the audience influences the propagation of sound. A new live measurement method was developed to evaluate the low frequency sound pressure level distribution without disturbing the ongoing event. It was experimentally shown that there is a measurable difference between the sound pressure level distribution in an empty venue and in the presence of an audience. The sound decay with the distance tends to be less in the presence of an audience. A mathematical model of an audience as a porous medium was constructed. This model allows to calculate the wave impedance of an audience from its concentration, the modelling results correspond to Boundary Element Method (BEM) modelling of an audience as a set of hard upright cylinders. It was shown both analytically and with the use of a BEM-simulation that the finite height of an audience leads to a modal field within the audience as well as evanescent waves. The study reaches the conclusion that at low frequencies an audience forms a medium with the impedance significantly different from the impedance of the air, which leads to the reflection of sound waves from the boundaries back into the audience and increase of the sound pressure level as well as interference effects. Possible applications of the findings are mainly sound system design and event planning.

Fulltext:
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