Sound Levels at a Clarinetist’s Ears During Solitary Practice

Abstract

Denne rapporten presenterer målte lydtrykksnivå ved ørene til 4 klarinettister, fra individuelt framførte, strukturerte øvingssesjoner i semi-ekkofritt kammer og i et øvingsrom, sammen med den målte differansen mellom lydeffekt- og lydtrykknivå fra direktelyd målt ved ørene i semi-ekkofritt kammer, for testsignal i dynamikkgraden forte. En kvantisering av usikkerhet er oppnådd for de målte parametrene, inkludert standardavvik og 95% konfidensintervall. Lydtrykksbidragene fra direkte og reflektert lyd ved musikerenes ører har i tillegg blitt bestemt for øvingsrommet, ved bruk av Strength-målinger i kombinasjon med referansedata for ”the head-related transfer function” (HRTF) og instrumentets direktivitetindeks (DI) for radieringsvinkelen mot musikerens ører. De presenterte resultatene har med dette bidratt til ny innsikt for lydtrykksbidrag ved ørene hos klarinettister under individuell øving.

Daglige, A-vektede eksponeringsnivå LA,EX8h har blitt beregnet fra målinger av 25-minutters øvingssesjoner, basert på en gjennomsnittlig varighet på 2.1 timer for daglig individuell øving, knyttet til data publisert av O’Brien et al. [1]. Gjennomsnittlig LA,EX8h fra øvingssesjoner ble målt til 82 dB re p0 i semi-ekkofritt kammer og 85 dB re p0 i øvingsrommet. I lys av Arbeidstilsynets juridiske grense på LA,EX8h = 85 dB re p0 for A-vektet, 8-timers eksponeringsnivå [2], impliserer resultatene at alenebidraget fra daglig individuell øving vil maksimere denne grensen. Det gjennomsnittlige, C-vektede maksimallydtrykket LCFMax mellom musikerene ble målt til 106 dB re p0 i øvingsrommet, høyere enn de målte 103 dB re p0 i semi-ekkofritt kammer. Selv om nivåøkningen i øvingsrommet var forventet på grunn av romrefleksjonsbidrag, ble det observert at usikkerheten og det dynamiske området øker for rom av den gitte størrelsen (V = 21.7m3 ).

Den målte differansen mellom lydeffekt- og direktelydtrykksnivå, LWA,instrument−LA,ears ved forte, ble funnet å være 3.9 ± 0.3 dB (m = 32). Oktavbåndsdifferansen ble derimot funnet å være lavest i 1000 Hz-båndet, men mest stabil i 250 og 500 Hz-båndene. Resultatene indikerer at lave verdier for LWA,instrument − LA,ears korresponderer med musikerenes nedsatte evne til å oppfatte romresponsen. Dette ble videre bekreftet gjennom bestemmelse av direktelyd- og refleksjonsbidragene ved ørene i øvingsrommet, hvor målinger viser en moderat økning av direktelydsbidraget sammenlignet med refleksjonsbidraget i 1000 Hz-båndet. For alle resterende oktavbånd som ble evaluert, ble refleksjonsbidraget vist å være høyere enn direktelydsbidraget. Øvingsrommet som ble brukt er forøvrig ansett som for lite i henhold til romvolumgrensene oppgitt i ISO 23591:2021 [3]. Som et resultat av størrelsen er økningen i de målte lydtrykksnivåene fra romresponsen relativt høy.

Resultater og målinger presentert i denne rapporten innehar bestemte begrensninger, relatert til utvalgsstørrelse og målemetodikk. Det har blitt benyttet en metode for måling av lydeffekt i fritt felt over en reflekterende overflate oppgitt i ISO 3744:2010 [4], som har ført til at kilden er definert som hele musikeren med klarinetten, ettersom isolasjon av klarinetten er utfordrende. Dermed eksisterer det en overlapp mellom kilde og mottaker. Grunnet et ikke-stasjonært akustisk senter av klarinetten som er posisjonert over gulvet, er også interferenseffekter fra gulvrefleksjoner tilstede i målingene. Simuleringer viser opptil et -2 dB relativt avvik i 250 Hz-båndet for målt lydtrykk benyttet i lydeffektberegninger, grunnet gulvrefleksjon. Videre forskning er nødvendig for å kaste lys over Bb-klarinettens akustiske senteroide, og muligheten for å isolere instrumentet i målinger. En detaljert studie av representativiteten for ekkofritt og semi-ekkofritt kammer ville også vært ønskelig, med et mål om å gi en best mulig representasjon av klarinettens direktelyd egnet for praktiske formål. Til sist ville det vært av stor interesse å identifisere differansen LWA,instrument − LA,ears for flere musikkinstrumenter.

This report presents sound pressure levels (SPL) measured at the ears of 4 clarinetists, individually playing structured practice sessions in a semi-anechoic chamber and in a practice room, along with the measured difference between sound power level (SWL) and the direct SPL at ears, for test signals in the dynamic forte measured in the semi-anechoic chamber. A quantification of uncertainty has been determined for the found parameters, including standard deviations and 95% confidence intervals. The sound level contributions of the direct and the reflected sound at the musicians’ ears have additionally been determined for the practice room, using sound strength measurements with reference data of the head-related transfer function (HRTF) and the instrument’s directivity index (DI) for the radiation angle towards the musician’s ears. The findings have thus provided new insight of sound level contributions at the ears of clarinetists during solitary practice.

Daily, A-weighted exposure levels LA,EX8h have been calculated from measurements of 25 minute practice sessions, based on average daily practice session durations of 2.1 hours, relating to published results by O’Brien et al. [1]. The average measured LA,EX8h from practice sessions was found to be 82 dB re p0 in the semi-anechoic chamber and 85 dB re p0 in the practice room. As The Norwegian Labour Inspection Authority (Arbeidstilsynet) sets a legal limit of LA,EX8h = 85 dB re p0 [2], the exposure from daily solitary practice in the practice room will alone maximize this limit. The average, C-weighted, maximum SPL LCFMax between musicians was found to be 106 dB re p0 in the practice room, higher than the measured 103 dB re p0 in the semi-anechoic chamber. Although the level increase was expected due to room reflections, the dynamic range and uncertainty is observed to increase for a room of the given size (V = 21.7m3 ).

The measured power-pressure difference LWA,instrument −LA,ears at the dynamic forte was found to be 3.9 ± 0.3 dB (m = 32). The octave band level difference was however found to be lowest at the 1000 Hz band, but most stable in the 250 and 500 Hz bands. Results indicate that low values of LWA,instrument−LA,ears correspond with the musicians’ decreased ability to hear the room response. This is verified through determination of the direct and reflected sound contribution at ears in the practice room, where measurements showed a slight increase of the direct sound compared to the reflected sound in the 1000 Hz octave band. For all other evaluated bands, the reflected sound level contribution was found to be higher than for the direct sound. The practice room used for measurements is however considered too small for an individual practice room, according to the volume limits given in ISO 23591:2021 [3]. As a result, the increase in SPL from the room response is relatively high.

The measurements and results presented in this report have certain limitations, related to sample size and methodology. Using a sound power measurement method for a free field environment over a reflective plane given in ISO 3744:2010 [4], the source has been defined as the entire musician playing the clarinet, as isolating the clarinet is difficult. Hence, the source and receiver overlap. Due to the non-stationary acoustic center of the clarinet, positioned above the floor, interference effects from floor reflection are also present in measurements. Simulations show up to a relative -2 dB SPL offset deviation in the 250 Hz band, for the measured sound pressure levels used for SWL measurements. Further research is needed to cast light on the Bb clarinet’s acoustic centeroid, and the possibility of isolating the instrument. It would also be desirable with an in-depth study of the representative properties of an anechoic versus a semi-anechoic environment, aiming for the best practically viable representation of the direct sound of the clarinet. Finally, determining the LWA,instrument − LA,ears difference for other instruments would be of great interest.