Analysis and perception of the seat-dip effect in concert halls

Thumbnail Image
Files
isbn9789526405131.pdf (3.83 MB)
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Science | Doctoral thesis (article-based) | Defence date: 2021-10-15
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2021
Department
Tietotekniikan laitos
Department of Computer Science
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
75 + app. 57
Series
Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS, 126/2021
Abstract
One of the acoustic phenomena in concert halls is the so-called seat-dip effect, which is the selective low-frequency attenuation of the direct sound and reflections arriving at grazing angles to the audience. It has been considered detrimental to the concert hall's acoustics, and efforts to understand and model the effect have led to several design suggestions for its remedy. Perhaps somewhat surprisingly, the perceptual significance of the seat-dip effect has been very little studied. Most conclusions have been drawn from objective measurements with a few source-receiver positions in the concert halls, scale models, and simplified simulation models. This work extends the analysis and study of the perception of the seat-dip effect with a relatively large database of measured room acoustic responses in concert halls and with a purpose-built scale model. The concert halls are measured with a loudspeaker orchestra that approximates an orchestra in layout and directivity. In addition to single-number room acoustic parameters, time-frequency and spatiotemporal analyses of the cumulative sound energy are used to characterise the seat-dip effect. This approach reveals that the initial seat-dip attenuation 20 ms after the direct sound in existing concert halls is typically either narrow-band attenuation centred around 100 Hz or asymmetric wide-band attenuation centred around 200 Hz depending on the seat and floor design. The initial attenuation then levels off to varying degrees depending on the concert hall geometry, and spatially even distribution of the reflected incident sound energy at the listener position appears to be beneficial. Furthermore, seats with underpass enhance the low frequencies below the main attenuation frequency. Furthermore, listening tests with the auralised measurements in the concert halls were carried out to determine the audibility of the seat-dip effect and to study the perception of low frequencies. The results show that the single-number room acoustic parameters do not seem to capture the perception of low frequencies well. In addition, the results indicate that the seat-dip effect is not perceived in concert halls with sufficient reflected incident sound energy at the listener position. Consequently, to avoid hampering the low frequencies with the seat-dip effect, the main focus should be on designing adequate reflections, and the seating area design comes in second. Based on the results, it is recommended that seats with underpasses and flat or very moderately raked floors should be used.

Yksi konserttisalin akustisista ilmiöistä on nimeltään katsomovaimennus. Nimensä mukaisesti katsomoon pienessä kulmassa saapuva ääni, yleensä suora ääni sekä osa varhaisista heijastuksista, vaimenee pienillä taajuuksilla. Vaimeneminen rajoittuu tietyille taajuuskaistoille riippuen katsomon ja penkkien rakenteesta. Katsomovaimennuksen on yleisesti ajateltu heikentävän konserttisalin akustisia olosuhteita, ja siihen liittyvä tutkimus on pääasiassa tähdännyt vaimennuksen poistamiseen. Katsomovaimennuksen havaittavuutta on tutkittu yllättävän vähän ja johtopäätöksiä vaimennuksesta on tehty analysoimalla muutamia lähde-vastaanottopisteitä saleissa ja pienoismalleissa sekä yksinkertaistetuilla tietokonemalleilla. Tässä työssä laajennettiin katsomovaimennuksen analysointia ja havaittavuuden tutkimusta laaja-alaisin konserttisalimittauksin sekä pienoismallilla. Mittauksissa hyödynnettiin kaiutinorkesteria, jonka avulla saadaan kokonaiskuva katsomovaimennuksesta yksittäisten lähdepisteiden sijaan. Tutkimuksessa huomattiin, että katsomovaimennus on joko syvä ja kapea notko noin 100 Hz taajuudella tai laajakaistainen, epäsymmetrinen vaimennus, syvimmällään noin 200 Hz taajuudella. Vaimennustyyppi riippuu penkkien muodosta ja lattian kaltevuudesta. Alkuvasteen katsomovaimennuksen tasoittuminen ajan kanssa vaihtelee konserttisalin geometrian mukaan. Tasaisesti jakautunut äänienergia saleissa vaikuttaisi auttavan vasteen tasoittumisessa. Penkit, joiden alla on ilmatilaa, jossa ääni pääsee kulkemaan, vahvistavat myös pientaajuuksia katsomovaimennustaajuuksien alapuolella. Saleista mitatuilla impulssivasteilla tutkittiin laboratorio-olosuhteissa katsomovaimennuksen havaittavuutta sekä yleisesti bassoisuuden havaitsemista. Tutkimukset osoittavat, että olemassaolevat yksilukuarvot eivät kuvaa bassojen havaittavuutta salissa kovinkaan hyvin. Lisäksi katsomovaimennusta ei havaita saleissa, joissa on riittävästi heijastuksia. Katsomovaimennuksen haittojen ehkäisyssä tulisi siis katsomoalueen suunnittelun sijaan ensisijaisesti keskittyä riittävien varhaisten heijastusten varmistamiseen. Tämän työn tulosten perusteella suositellaan tasaista tai hyvin loivasti kallistuvaa katsomoa ja riittävää ilmatilaa katsomon penkkien alle.
Description
Defence is held on 15.10.2021 12:00 – 16:00 Zoom, https://aalto.zoom.us/j/69036206977
Supervising professor
Lokki, Tapio, Prof., Department of Signal Processing and Acoustics, Aalto University
Thesis advisor
Lokki, Tapio, Prof., Aalto University
Pätynen, Jukka, Dr., Akukon Ltd
Keywords
room acoustics, concert halls, seat-dip effect, tone colouration, huoneakustiikka, konserttisalit, katsomovaimennus, äänen värittyminen
Other note
Parts
  • [Publication 1]: H. Tahvanainen, J. Pätynen, T. Lokki. Analysis of the seat-dip effect in twelve concert halls. Acta Acustica United with Acustica, vol.101, no. 4, pp. 731–742, 2015,
    DOI: 10.3813/AAA.918869 View at publisher
  • [Publication 2]: Tahvanainen, T. Lokki, H.S. Yang, J.Y. Jeon. Investigating the seat area design and enclosure on the seat-dip effect using scale model measurements. Acta Acustica United with Acustica, vol.4, article 15, 2020.
    Full text in Acris/Aaltodoc: http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202010165846
    DOI: 10.1051/aacus/2020016 View at publisher
  • [Publication 3]: H. Tahvanainen, J. Pätynen, T. Lokki. Studies on the perception of bass in four concert halls. Psychomusicology: Music, Mind and Brain – Special Issue on Performance Spaces of Music, vol. 25, no. 3, pp. 294–305, 2015.
    DOI: 10.1037/pmu0000063 View at publisher
  • [Publication 4]: H. Tahvanainen, A. Haapaniemi, and T. Lokki. Perceptual significance of seat-dip effect related direct sound colorations. Journal of the Acoustical Society of America, vol. 141, no. 3, pp. 1560–1570, 2017.
    Full text in Acris/Aaltodoc: http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201808014251
    DOI: 10.1121/1.4977188 View at publisher
Citation
Permanent link to this item
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-64-0513-1
Collections
[diss] Perustieteiden korkeakoulu / SCI