Ένα τροποποιημένο μοντέλο σύζευξης για τη βελτιστοποίηση της ακουστικής συστήματος συζευγμένων χώρων με τη βοήθεια συντονιστών

Abstract

This thesis tries to answer to the question: Was resonators effective? If yes, can be used to improve the acoustics of a room or has to be used combined to some other technique? Here is used the coupling method. A lot of resonators have been found in church's walls but the effectiveness of this method has been discussed a lot by specialists. Some researchers say that resonators do not affect the acoustics of a church, some others support that resonators were used to enlarge voice or as absorbers. Many useful rates are being introduced and most of them are going to be used to evaluate the acoustics of the questioned rooms. The theory of resonators is being introduced analytically. How and when resonators have been used, which are their characteristics and their models and lastly many papers are being referred. The theory of coupling is the next important issue and is being introduced in detail. Most of the models and papers referred to coupling method are being presented and the most important questions are: which are the coupling rooms, how strong or weak is coupling and which models describe better the coupling procedure. In the end the proposed model is being presented. This model takes into account the coupling method and the resonator's function in order to evaluate the behaviour of the room. The outcomes of the model are being compared to measured values from churches. Three steps have been followed. Firstly, the vessels used as enwalled resonators were examined and marked. Then, the acoustics of rooms with resonators was evaluated and lastly a statistic model was constructed to anticipate the behaviour of coupling rooms with resonators.

Το κύριο αντικείμενο αυτής της διατριβής είναι να δοθεί απάντηση στο ιστορικό ερώτημα: ήταν αποτελεσματικοί οι συντονιστές; Και αν ναι, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την βελτιστοποίηση της ακουστικής ενός χώρου μόνοι τους ή με τη συμβολή κάποιας άλλης τεχνικής; Εδώ χρησιμοποιείται η τεχνική της σύζευξης, η οποία και αναλύεται διεξοδικά. Όπως αναπτύσσεται στα κεφάλαια της διατριβής στους χώρους λατρείας για αρκετούς αιώνες εντοίχιζαν συντονιστές που είχαν τη μορφή αγγείων [1.4-7], [1.9-10], [1.12], [1.15] [1.18] [1-25]. Για την αποτελεσματικότητα αυτής της τεχνικής αυτής έχουν διατυπωθεί αρκετές αντικρουόμενες απόψεις. Για ορισμένους ερευνητές (όπως π.χ. ο Bulle κ.α.) οι συντονιστές δεν προσέφεραν καμία βελτίωση στην ακουστική των κλειστών χώρων [1.3]. Κύριο επιχείρημα τους ήταν η εγκατάλειψη της τεχνικής αυτής γύρω στον 19ο αιώνα. Άλλοι ερευνητές όπως για παράδειγμα ο Knudsen πίστευαν ότι οι συντονιστές χρησιμοποιούνταν ως απορροφητές [1.28]. Για άλλους (όπως π.χ. o Junker), οι συντονιστές χρησιμοποιούνταν για την ενίσχυση του ήχου ή τη βελτίωση της ακουστικής ποιότητας των χώρων. Κύριο επιχείρημα της ομάδας αυτής είναι η εξάπλωση της τεχνικής αυτής σε ολόκληρο σχεδόν τον τότε πολιτισμένο κόσμο [1.19 – 20]. Στη συνέχεια παρουσιάζονται οι δείκτες και οι τρόποι με τους οποίους αξιολογούνται ακουστικά οι χώροι. Χωρίζονται σε κατηγορίες, αξιολογούνται και δίνεται έμφαση σε αυτούς που θα χρησιμοποιηθούν, σε όσους είναι πιο σημαντικοί και σε όσους μπορούν να παρουσιάσουν διαφοροποιήσεις μετρήσιμες και αξιοσημείωτες ανάλογα με τις αλλαγές που επιφέρονται στους εκάστοτε χώρους. Έχοντας παρουσιάσει τη χρήση των συντονιστών σε χώρους λατρείας με πολλά παραδείγματα και φωτογραφίες, επιχειρείται μια παρουσίασή τους πιο θεωρητική. Παρουσιάζονται τα χαρακτηριστικά τους, η λειτουργία τους, τα μοντέλα τους και όλη η θεωρεία που τους συνοδεύει με αρκετές αναφορές ιστορικές και επιστημονικές από διάφορους ερευνητές και μελετητές από τον Helmholtz μέχρι σήμερα. Το δεύτερο μεγάλο κομμάτι περιλαμβάνει τη θεωρεία της σύζευξης μέσα από τα μοντέλα που έχουν αναπτυχθεί κατά καιρούς, τις έρευνες που έχουν γίνει και τα αποτελέσματα των μελετών που έχουν κατά καιρούς ασχοληθεί με αυτή. Τα πιο σημαντικά κομμάτια είναι οι απαντήσεις στα παρακάτω ερωτήματα: ποιοι είναι συζευγμένοι χώροι, πόσο ισχυρά ή ασθενώς συζευγμένοι είναι, ποια μοντέλα τους προσδιορίζουν καλύτερα, ποιες εξισώσεις μπορούν να αποδώσουν καλύτερα τις διαδικασίες που λαμβάνουν χώρα κατά τη σύζευξη κ.α. Στο τέλος παρουσιάζεται το προτεινόμενο μοντέλο για τη σύζευξη που λαμβάνει υπόψη του τη λειτουργία των συντονιστών και το κατά πόσο μπορούν να αλλάξουν τη συμπεριφορά των συζευγμένων χώρων. Τα θεωρητικά αποτελέσματα του μοντέλου συγκρίνονται με πραγματικές μετρήσεις σε χώρους λατρείας στους οποίους στήθηκαν πειραματικές διατάξεις για να καταγράψουν τη συμπεριφορά αυτών με τη παρουσία των συντονιστών και χωρίς. Γενικότερα, για να πραγματοποιηθούν τα παραπάνω, η έρευνα προχώρησε σε τρεις κατευθύνσεις. Η πρώτη κατεύθυνση ήταν η μελέτη και η καταγραφή της τεχνικής εντοίχισης της μορφής των αγγείων, του αριθμού των αγγείων και όλων των λοιπών στοιχείων που σχετίζονται με τους συντονιστές. Η δεύτερη κατεύθυνση ήταν στη μέτρηση της ακουστικής συμπεριφοράς των χώρων με την παρουσία συντονιστών και χωρίς αυτούς. Η τρίτη κατεύθυνση αφορά την κατασκευή ενός στατιστικού μοντέλου που να περιλαμβάνει τη λειτουργία των συντονιστών. Οι προβλεπόμενες τιμές από το μοντέλο συγκρίθηκαν με μετρήσεις σε ναούς. Το μοντέλο που αναπτύχθηκε ουσιαστικά αποτελεί την επέκταση της θεωρίας της σύζευξης, διότι στους χώρους λατρείας υπάρχουν ισχυρά φαινόμενα σύζευξης, ώστε να περιλάβει συστήματα σκέδασης όπως είναι οι συντονιστές.