Реферат: Методические указания к курсовой работе для студентов архитектурных специальностей

Федеральное агентство по образованию


Санкт-Петербургский государственный

архитектурно-строительный университет


Кафедра общей и строительной физики


АКУСТИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗАЛА


Методические указания

к курсовой работе для студентов

архитектурных специальностей


Санкт-Петербург

2007

УДК [121.011.183:534.84:721.053.1] (076.5)


Акустическое проектирование зала: Методические указания к курсовой работе для студентов архитектурных специальностей / СПбГАСУ; Сост.: Т. А. Дацюк, Е. С. Вознесенская, Ю. Н. Леонтьева. – СПб., 2007. – с.


Содержатся необходимые пояснения к выполнению курсовой работы, заключающейся в проектировании зрительного зала с «естественной» акустикой. Изложены основные общие принципы акустического проектирования залов, а также особенности залов различного назначения. Приведены рекомендации по проведению компьютерного расчета времени реверберации проектируемого зала. Содержание и объем работы отвечают учебной программе по курсу архитектурной физики.


Табл. 6. Ил. 26.

Введение


В настоящее время практически все большие залы оборудуют системой звукоусиления, но для ряда залов предъявляются требования обеспечения оптимальных акустических условий без средств звукоусиления. К залам с естественной акустикой относятся лекционные, театральные и концертные залы, залы многоцелевого назначения вместимостью до 3000 человек.

Для обеспечения хорошей акустики залов необходимо выполнить следующие рекомендации:

время реверберации проектируемого помещения должно отличаться от рекомендуемого не более чем на 10 %;

на зрительских местах необходимо обеспечить максимально возможный уровень звукового давления полезного звука;

выбрать форму и очертание внутренних поверхностей, обеспечивающих как формирование ранних малозапаздывающих звуковых отражений, так и необходимую степень диффузности звукового поля;

предотвратить концентрацию звука, которая может возникнуть при наличии вогнутых поверхностей малого радиуса, а также избежать других акустических дефектов.

Нужного соотношения в распределении прямой и отраженной звуковой энергии, а также создания диффузного звукового поля добиваются путем правильного выбора:

объема зала и его вместимости;

взаимного размещения сцены и зрительских мест;

профиля и места расположения отражающих поверхностей и отдельных архитектурных элементов;

количества, свойств и размещения звукопоглощающего материала.

^ Воздушный объем и пропорции зала

Объем проектируемого зала должен назначаться в соответствии с существующими нормами. При наличии у зала сценической коробки общий объем его принимается без учета объема сцены. Если известно количество зрителей, то объем зала, м3, можно определить как


, (1)


где – удельный объем, м3; – количество зрителей.

Объем на одно зрительское место (удельный объем) v в залах различного назначения рекомендуется принимать по табл. 1.

При выборе основных размеров зала для обеспечения хорошей акустики следует соблюдать следующие правила:

отношение длины зала к его средней ширине соответствует диапазону 1–2;

отношение средней ширины зала к его средней высоте лежит в тех же пределах (в диапазоне 1–2), во всех случаях не превышает 3;

длину залов (от задней стены до передней) рекомендуется принимать не более 28–30 м, в филармонических залах не более 45 м, а залов со сценической коробкой – не более 26–35 м (от задней стены до занавеса).

Если отношение длины зала к его ширине превышает 2, то степень диффузности звукового поля снижается. При указанном отношении, меньшем 1, увеличивается время запаздывания отражений от боковых стен, при этом ухудшается слышимость на боковых местах.



Гармонические пропорции зала можно определить по величине его объема, используя модуль золотого сечения линейных размеров зала. Золотое сечение – это отношение размеров, близкое к отношению 3:5:8.

Модуль золотого сечения определяется по формуле

, (2)

где – требуемый объем зала, м3.
^ Линейные размеры зала принимаются приблизительно следующими: высота – 3Х; ширина – 5Х; длина – 8Х.


Оптимальная форма зала в плане


Форма залов зависит от их назначения, однако существуют общие требования, соблюдение которых позволяет достичь хорошей акустики залов:

расстояние между источником звука и слушателем должно быть минимальным;

форма плана должна учитывать направленность источника звука, что особенно важно при проектировании аудиторий и конференц-залов. Угол между лучами, направленными от источника к крайним рядам партера, должен быть минимальным;

форма отражающих поверхностей вблизи источника звука должна обеспечивать максимально возможную передачу звуковой энергии на последние ряды;

радиус кривизны вогнутых или сводчатых поверхностей с малым звукопоглощением должен превышать расстояние от источника до вогнутой поверхности не менее чем в 2 раза, что позволит избежать очагов концентрации звука;

в залах большой вместимости следует избегать параллельности стен, а также параллельности пола и потолка для предотвращения проявления интерференции отраженных звуковых волн (возникновения стоячих волн), приводящей к неравномерному распределению звука. Отклонение от параллельности боковых стен на 2–3 позволяет исключить такие нежелательные явления, как «порхающее эхо» и концентрация звука.

Форма зала в плане, отвечающая изложенным требованиям, изображена на рис. 1.





Рис. 1. Наиболее рациональная форма зала в плане


Если последние ряды удалены от источника звука более чем на 30 м, устраивают балкон.


^ Профиль пола


Пол партера и балкона должен иметь профиль, обеспечивающий хорошую видимость эстрады или сцены, что уменьшает поглощение прямого звука при распространении его от источника над слушателями (рис. 2). Целесообразно предусмотреть подъем пола зала, составляющий приблизительно 12 см на ряд. Ряды, расположенные на расстоянии менее 9–10 м от источника звука, не требуют подъема. Пол балкона может проектироваться с несколько большим подъемом .

Высота эстрады или авансцены должна быть не менее 1 м.

При проектировании размещения зрительских мест и профиля пола рекомендуется воспользоваться следующими данными: ширина зрительского места – 0,5–0,65 м, расстояние между рядами (между спинками кресел) в коротких рядах, состоящих из 12 мест с одним выходом или 24 мест с двумя выходами, – 0,85–0,9 м; в длинных рядах, состоящих из 26 мест с одним выходом или 50 мест с двумя выходами, – 1,0 м, расстояние от авансцены или от оркестровой ямы до первого ряда – 1,0 м.



Рис. 2. Профиль пола, обеспечивающий каждое

зрительское место прямым звуком


На рис. 3 показан схематический разрез оркестровой ямы в театральном зале.




Рис. 3. Разрез оркестровой ямы


^ Правильное распределение отраженного звука


Ранние интенсивные звуковые отражения (главным образом, первые) дополняют прямой звук источника, улучшая слышимость. Если расстояние от источника до точки приема превышает 8 м, следует обеспечить, кроме прямого звука, приход в эту точку малозапаздывающих первых отражений от боковых поверхностей и потолка.

Время запаздывания отраженного звука по отношению к прямому звуку не должно превышать оптимальных значений, в противном случае отражение создает эхо. Для хорошей разборчивости речи требуется меньшее запаздывание первого отражения по сравнению с приходом прямого звука, для восприятия музыки – несколько большее. Желательно, чтобы время запаздывания первых отражений не превышало 20–30 мс. Так как скорость звука в воздухе составляет приблизительно 340 м/с, то запаздыванию на 20 мс соответствует разность длин пути отраженного и прямого звука приблизительно 7 м, на 30 мс – 10 м. Время запаздывания отражений характеризует звучание и зависит от характера воспринимаемого звука (табл. 2)




При проектировании зала необходимо при помощи геометрических построений контролировать распределение и запаздывание звуковых отражений от потолка и стен зала согласно приведенным далее рекомендациям.

Расчет геометрических отражений является основным способом контроля правильности выбора формы зала и очертания его внутренних поверхностей, направляющих отраженный звук к слушателям, и необходим для оценки опасности возникновения концентрации звука. Расчет включает:

проверку допустимости применения геометрических отражений и их построение;

определение времени запаздывания;

определение уровня отражений по отношению к прямому звуку.

При расчете геометрических (лучевых) отражений распространяющаяся звуковая волна заменяется лучом соответствующего направления, подчиняющимся законам геометрической оптики, которые сводятся к следующему:

лучи, падающий и отраженный, а также нормаль в точке падения к элементу поверхности лежат в одной плоскости (лучевая плоскость);

угол падения равен углу отражения.

Структура первых звуковых отражений оценивается по лучевому эскизу зала. Обычно строят геометрические отражения в вертикальной плоскости по оси симметрии зала, в горизонтальной – на отметке источника звука. На рис. 4 приведен пример построения лучевого эскиза. Высота источника над полом эстрады или сцены принимается равной 1,5 м, а высота точки приема над полом –1,2 м (уровень уха сидящего зрителя).

Допустимость построения геометрических (лучевых) отражений зависит от длины звуковой волны, размеров отражающих поверхностей и их расположения по отношению к источнику звука и точке приема. Отражающая поверхность должна иметь массу не менее 20 кг/м2, ее коэффициент звукопоглощения для рассматриваемых частот не должен превышать 0,1. Линейные размеры отражающей поверхности должны превышать длину звуковой волны не менее чем в 1,5 раза. В случае криволинейной отражающей поверхности наименьший радиус кривизны должен превышать длину звуковой волны не менее чем в 2 раза.

Отражающие поверхности следует проектировать таким образом, чтобы приведенные условия выполнялись, по крайней мере, для частот 300–400 Гц, которые важны для разборчивости речи. Если условия применимости геометрических отражений выполнены для центральной точки отражающей поверхности, то их построение допустимо и для любой точки, отстоящей от краев не менее чем на половину длины звуковой волны. Поскольку частотам 300–400 Гц соответствует длина звуковой волны   1 м, то точки для проверки геометрических отражений должны выбираться на расстоянии не менее 0,5 м от краев отражающей поверхности, а размеры отражателя должны превышать 1,5 м.




Рис. 4. Построение лучевого эскиза:

а – продольный разрез зала; б – план зала; Q – источник звука;

M – точка приема; ON – нормаль к отражающей поверхности


При построении геометрических отражений используют метод мнимого источника Q, который симметричен действительному точечному источнику Q по отношению к отражающей плоскости (рис. 5, а). Для построения мнимого источника из точки Q опускают перпендикуляр на отражающую плоскость и на его продолжении откладывают отрезок QA, равный отрезку QA. Прямые, проведенные из мнимого источника Q, после пересечения ими отражающей плоскости являются отраженными лучами от действительного источника Q.

Метод мнимого источника может использоваться и при построении отражений от криволинейных поверхностей. В этом случае в качестве отражающей рассматривается плоскость, касательная к отражающей поверхности в точке О (см. рис. 5, б). В случае криволинейной поверхности каждой рассматриваемой точке соответствует свой мнимый источник.





Рис. 5. Построение геометрических отражений с помощью мнимого источника:

а – отражение от плоскости; б – отражение от криволинейной поверхности


При проектировании очертаний внутренних поверхностей зала и построении лучевого эскиза целесообразно определять ослабление первого отражения по отношению к прямому звуку.

Уровень прямого звука , дБ, в рассматриваемой точке определяется по формуле

, (3)


где – уровень звуковой мощности источника, дБ; – расстояние от источника до точки приема, м. Ориентировочные значения уровней звуковой мощности источников звука в залах различного назначения приведены в табл. 3.

Уровень однократно отраженного звука определяется по формуле


. (4)


Здесь – расстояние от источника до отражающей поверхности, м; – расстояние от отражающей поверхности до точки приема, м; – коэффициент звукопоглощения отражающей поверхности.

Если уровень звукового давления однократно отраженного звука не более чем на 3 дБ ниже прямого, то допустимое время запаздывания может быть увеличено в 1,5 раза. При ослаблении на 8–10 дБ первые отражения уже не формируют характер звучания. Они не рассматриваются как полезные и целесообразно обеспечить их поглощение. Если звуковое отражение приходит сзади, то время запаздывания уменьшается на 0,6 от допускаемого.




В качестве примера рассмотрим формирование отражений от потолка (см. рис. 4, а). Допустим, что расстояние, которое проходит прямой звук от источника Q до точки М, = 30 м. Путь, пройденный лучом первого отражения от источника ^ Q до точки отражения O и от точки O до точки М, = 38 м. Разность хода отраженного и прямого звука = 38 – 30 = 8 м, что соответствует времени запаздывания = 0,024 с. Приняв уровень звуковой мощности источника 85 дБ (певец), а значение коэффициента звукопоглощения = 0,1, определим по формулам (3) и (4) ослабление первого отражения по отношению к прямому звуку.


дБ,

дБ.


Разность уровней звукового давления прямого звука и отраженного от потолка = 2 дБ, т. е. отражение полезно.


^ Оптимальное очертание ограждающих поверхностей


Передняя часть потолка обычно используется для формирования ранних отражений. При плоском горизонтальном очертании потолка бόльшая часть звуковой энергии отражается в расположенные на расстоянии менее 8 м от источника передние ряды слушателей, для которых достаточная слышимость обеспечивается прямым звуком. Если высота передней части зала велика, то запаздывание отраженного от потолка звука превышает допустимые значения (рис. 6). Центральная и задняя части такого потолка отражают звук не к слушателям, а на заднюю стену зала, которая дает вторичное запаздывающее обратное отражение звука к источнику.

Для улучшения распределения отраженного звука передней частью потолка предусматривают устройство над эстрадой или авансценой отражателя выпуклой формы (рис. 7), что к тому же обеспечивает хорошее распределение отраженного звука при различных положениях источника. Отражатель должен иметь массу не менее 20 кг/м2 и может быть выполнен из железобетона, штукатурки по сетке или другого материала с коэффициентом отражения порядка 0,1. Линейные размеры отражателя связаны с нижней частотной границей регулярного отражения. Например, для усиления речи размеры отражателя должны быть не менее 110 см, для музыки – 6 м. При построении отражения от края отражателя точка геометрического отражения берется на расстоянии 0,5 м от края.




Рис. 6. Формирование отражений от плоского горизонтального потолка:

Q1 и Q2 – положения источника звука




Рис. 7. Устройство отражателя над авансценой:

Q1 и Q2 – положения источника звука


Эффективная потолочная отражающая поверхность может быть спроектирована с помощью графического метода, предложенного Петцольдом (рис. 8). Определение необходимого наклона и размера потолочных секций над источником, расположенным в точке Q, для отражения звука в пределах угла, ограниченного точками A (ухо зрителя последнего ряда балкона) и B (ухо зрителя первого ряда партера) начинают с выбора точки P. Точка P выбирается произвольно как точка пересечения скошенных поверхностей потолка c учетом требуемой высоты зала. Построение отражающих поверхностей потолка производят указанным далее образом. Точки A и Р соединяют прямой, которая продлевается до точки Q (мнимый источник звука), таким образом, чтобы РQ было равно РQ. Проводят отрезок QQ и делят его пополам точкой S. Точку S соединяют с точкой P. Линия PS определяет необходимый наклон отражающей поверхности. Затем проводят отрезок BQ, который пересекается с линией PS в точке R. Отрезок PR представляет собою потолочную секцию, которая отражает звук от источника к зрителям, размещенным между точками A и B. Секция RT строится аналогично PR. Секция NP предназначена для отражения звука на балкон к зрителям, размещенным между точками A и C.



Рис. 8. Графическое построение оптимального профиля потолочных секций

зала с балконом


Распределение звука, отраженного задней частью потолка, улучшается, если потолок имеет наклонный участок, примыкающий к задней стене, или задняя стена наклоняется в сторону слушателей (рис. 9). В результате этого отраженный звук с малым запаздыванием по сравнению с прямым звуком направляется на задние ряды, улучшая слышимость.

Расчленение потолка секциями при правильном их очертании дает хорошее распределение отраженного звука (рис. 10). Здесь следует обращать внимание на то, чтобы звуковые отражения от смежных секций перекрывали друг друга. При построении отражения от края секции точка геометрического отражения берется на расстоянии 0,5 м от края. Секции выпуклого сечения (рис. 10, в) хорошо распределяют отраженный звук при разных положениях источника и повышают диффузность звукового поля в зале.

Интенсивные первые малозапаздывающие отражения от боковых стен необходимы для достижения хорошей акустики залов. При выборе очертаний стен в плане имеют силу те же соображения, что и для потолка. Особенно важной является правильная конфигурация стен вблизи сцены или эстрады. Целесообразно устройство на боковых стенах вблизи источника звука отражателей, направляющих ранние звуковые отражения на последние ряды (рис. 11). Эффективно членение стен секциями (как и для потолка) при условии, что отражения от смежных секций перекрывают друг друга. Полезным оказывается наклон боковых стен в сторону слушателей, что увеличивает количество звуковой энергии первых отражений от этих стен.


^ Предотвращение концентрации отраженного звука


В залах не должно быть вогнутых поверхностей, обладающих свойством концентрировать отражаемый ими звук. Концентрация звука при малом запаздывании приводит к ухудшению разборчивости речи, а при большом запаздывании – к появлению сильного эха.

Для предотвращения концентрации звука радиус кривизны отражающей поверхности (стены или потолка) должен по крайней мере в два раза превышать расстояние от отражающей поверхности до источника.

По той же причине залы, имеющие в плане круглую, овальную, подковообразную или другую форму с вогнутыми стенами допустимы лишь при специальном расчленении вогнутых поверхностей, предотвращающем концентрацию отраженного звука (рис. 12).

Выпуклые поверхности (рис. 13), наоборот, создают рассеянное отражение звука и повышают диффузность звукового поля.





Рис. 9. Рациональные типы примыкания потолка к задней стенке:

а – наклон задней стены; б – наклонный участок потолка; в – наклон участка потолка и задней стены; г – острый угол между потолком и задней стеной





Рис. 10. Расчленение потолка секциями:

а – неудовлетворительные очертания секций;

б, в – удовлетворительные очертания





Рис. 11. Звукоотражатели в передней части боковых стен





Рис. 12. Зал с круглой формой плана:

а – распределение звуковых отражений:

1, 2 – концентрация соответственно первых и вторых отражений;

б – эффективное членение стен




Рис. 13. Формы членения стены секциями


^ Формирование диффузного звукового поля


При акустическом проектировании следует сочетать противоречащие друг другу требования: направленность первых звуковых отражений и достаточную диффузность звукового поля.

Для обеспечения достаточной диффузности звукового поля необходимо, чтобы значительная часть внутренних поверхностей зала создавала рассеянное ненаправленное отражение звука. Это достигается расчленением поверхностей балконами, пилястрами, нишами, секциями и другого типа членениями.

Гладкие большие поверхности не способствуют хорошей диффузности. Особенно нежелательны гладкие параллельные друг другу плоскости (например боковые стены), так как в результате многократного отражения звука между ними может возникнуть «порхающее эхо». Расчленение таких поверхностей ослабляет этот эффект. Повышает диффузность и небольшое отклонение стен от параллельности (на 2,5–6 о).

На поверхностях, создающих направленные малозапаздывающие по отношению к прямому звуку отражения, членение обычно отсутствует. Если же оно имеется, то не должно создавать сильного рассеивания звука. Таковы секции потолка, показанные на рис. 10, б и в. Эти секции дают направленные отражения и несколько рассеивают отраженный звук.

На поверхностях, дающих малозапаздывающие отражения, недопустимо устройство поперечных прямоугольных пилястр или ребер (рис. 14).Такие элементы вызывают обратные отражения звука к источнику, при этом возникают зоны, лишенные геометрических отражений.





Рис. 14. Отражения от поперечных пилястр или ребер


Сильно рассеивающие детали целесообразно размещать на поверхностях, не дающих малозапаздывающих отражений, направленных к слушателям. Хорошо рассеиваются звуковые волны, длина которых близка к размерам детали. Наиболее эффективны элементы, имеющие криволинейное выпуклое (рис. 15) или треугольное сечение, так как они рассеивают также и более короткие волны.

При периодически расположенных пилястрах рассеивание звука зависит не только от формы и размеров их сечений, но и от их шага. Заштрихованная область на рис. 16 показывает примерные пределы, в которых лежат размеры пилястр и их шаг, дающие существенное рассеивание отраженного звука в соответствующих областях частот.





Рис. 15. Образование диффузных отражений от поверхности

с рельефом полукруглого сечения




Рис. 16. Профили элементов членения диффузно отражающей поверхности:

а – ширина и глубина элементов; б – шаг членения; в – частотные границы,

в пределах которых отраженный звук будет рассеянным


Пилястры выпуклого и треугольного сечения, как уже было сказано, рассеивают также и более высокие частоты по сравнению с указанными на рисунке. Мелкие элементы размером 10–20 см рассеивают частоты выше 1000 Гц. Эффективное рассеивание в области частот 200–600 Гц дают пилястры размерами 1–2 м по ширине и 0,5–1 м по глубине при шаге членения 2–4 м. Если поверхности таких пилястр подвергнуть дальнейшему членению мелкими деталями выпуклой формы, то будет достигнуто рассеивание в широком диапазоне звуковых частот. Рассеивающий эффект членений улучшается, если их шаг нерегулярен. Членение с мелким регулярным шагом 5–20 см (например, отделка поверхностей рейками или волнистой асбофанерой) вызывает периодические отражения коротких звуковых импульсов (хлопков, ударов), в результате чего возникает искажение звука.

Балконы, ложи и непараллельные стены повышают диффузность звукового поля зала на таких низких частотах, на которых пилястры не дают достаточного рассеивания.

В залах вместимостью более 600 слушателей целесообразно устройство одного или нескольких балконов, что снижает объем зала, уменьшает его длину и увеличивает диффузность поля.

Отношение выноса балкона a1 к средней высоте подбалконного пространства h1 должно быть не более 1,5 (рис. 17). Такое же отношение должно соблюдаться и в ложах. Если над балконом нет выше расположенного балкона, то отношение a2/h2 может быть увеличено до 2 (см. рис. 17). При соблюдении указанного условия достигаются хорошая слышимость и разборчивость в глубине пазух над балконом и под ним. Наклон потолка пазух также улучшает слышимость.

Итак, основными условиями, обеспечивающими диффузность звукового поля, являются:

отсутствие резких различий в основных размерах зала;

непараллельность стен;

членение значительной части внутренних поверхностей.




Рис. 17. Целесообразные пропорции балконного пространства


^ Расчет времени реверберации зала


Процесс затухания звука в помещении при выключении действующего стационарного источника называется реверберацией. Для акустических оценок помещения используют стандартное время реверберации, которое является основной количественной характеристикой и представляет собой время, в течение которого уровень звукового давления снижается на 60 дБ.

Рекомендуемое время реверберации проектируемого помещения принимается по графикам, предложенным в литературе, в зависимости от объема и назначения зала и обеспечивается путем соответствующей корректировки объема помещения и его внутренней отделки. В качестве примера на рис. 18 приведены рекомендуемые пределы времени реверберации для залов различного назначения на частоте 500 Гц.

Допускается отличие расчетного времени реверберации от рекомендуемого не более чем на 10 % на средних и высоких частотах, на частотах менее 500 Гц возможно некоторое увеличение времени реверберации с тем, чтобы на частоте 125 Гц расхождение не превышало 40 %.

Расчетные зависимости для определения времени реверберации справедливы для диффузного звукового поля. Следовательно, в проектируемых помещениях необходимо обеспечить достаточную степень диффузности звукового поля и сформировать правильное распределение отраженного звука, направляя большую его часть на удаленные от источника зрительные места.





Рис. 18. Зависимость оптимальных значений времени реверберации

от объема помещения для частоты 500 Гц:

^ 1 – хоровая и органная музыка; 2 – среднее значение для музыки;

3 – легкая музыка; 4 – среднее значение для речи; 5 – звуковые фильмы


Профессор Гарвардского университета В. Сэбин в начале XX века экспериментально показал, что время реверберации прямо пропорционально воздушному объему помещения V и обратно пропорционально среднему коэффициенту звукопоглощения и суммарной площади ограждающих поверхностей S, и вывел формулу, удобную для вычисления времени реверберации:


. (5)


Здесь k – коэффициент, зависящий от формы зала, значения которого приведены в табл. 4.


Средний коэффициент звукопоглощения для зала на данной частоте определяется как

, (6)


где S – общая площадь внутренних поверхностей, м2; A – общая эквивалентная площадь звукопоглощения зала, м2, рассчитываемая по формуле


, (7)


где – сумма произведений площадей отдельных поверхностей , м2, на их коэффициенты звукопоглощения для данной частоты; – сумма эквивалентных площадей звукопоглощения, м2, слушателей и кресел; – добавочное звукопоглощение осветительной арматурой и другим оборудованием и звукопоглощение, вызываемое проникновением звуковых волн в различные щели и отверстия.

Таким образом, средний коэффициент звукопоглощения соответствует единому материалу, которым могли быть обработаны все внутренние поверхности зала, при котором обеспечивается общее звукопоглощение .

Формула Сэбина (5) позволяет достаточно точно определять время реверберации «живых» помещений, т. е. при небольших значениях среднего коэффициента звукопоглощения . В случае «мертвых» помещений () более точной оказывается формула Эйринга (США, 1930)


. (8)


Здесь обозначения соответствуют принятым в формуле (5).

На частотах выше 1000 Гц существенное значение имеет поглощение звука в воздушном объеме зала, и время реверберации рекомендуется определять по формуле

, (9)


где m – коэффициент, м –1, учитывающий поглощение звука в воздухе и зависящий от температуры и относительной влажности воздуха; остальные обозначения те же, что в формуле (5).

Расчет времени реверберации проводится для пустого зала и для зала, заполненного на 70 % зрителями.

Чтобы время реверберации менее зависело от процента заполнения мест, целесообразно оборудовать зал мягкими или полумягкими обитыми воздухопроницаемой тканью креслами. В залах с жесткими креслами, обладающими незначительным звукопоглощением, время реверберации пустого или малозаполненного зала сильно возрастет по сравнению с заполненным.

При расчете времени реверберации в залах со сценической коробкой, оборудованной декорациями, кулисами и т. п. и отделенной от зала порталом, объем и площади внутренних поверхностей сцены не учитываются, а вводится площадь проема сцены (в плоскости портала) с соответствующими коэффициентами звукопоглощения.

Время реверберации зала, как правило, рассчитывают для частот 125, 500 и 2000 Гц, округляя до 0,05 с.

Если время реверберации оказывается меньше рекомендуемого, следует увеличить объем зала, если больше, – убавить по возможности объем и увеличить звукопоглощение.


^ Звукопоглощающая отделка зала


Если воздушный объем зала выбран правильно, то для достижения нужного времени реверберации обычно не требуется специальных звукопоглощающих материалов и конструкций. В случаях, когда расчет времени реверберации показывает необходимость увеличения эквивалентной площади звукопоглощения зала, этого проще всего достигнуть применением тонких деревянных панелей, увеличивающих звукопоглощение преимущественно на низких частотах, тканевых портьер и дорожек, поглощающих, в основном, средние и высокие частоты.

Звукопоглощающие материалы и конструкции не следует располагать на участках стен и потолка, используемых для формирования первых малозапаздывающих отражений звука к слушателям. На остальной поверхности потолка и стен могут размещаться указанные звукопоглотители. Целесообразно, если это согласуется с интерьером зала, размещать звукопоглотитель раздельными участками площадью 1–5 м2, что несколько увеличивает его фактическое поглощение и дает некоторое рассеивание отраженного звука.

Поверхности над и под балконами не следует отделывать звукопоглощающими материалами.


^ Особенности проектирования залов различного назначения


Лекционные залы


Основным критерием оценки акустических свойств служит разборчивость речи, которая непосредственно связана с малым временем запаздывания первых отражений (не более 0,02 с). Время реверберации существенно меньше, чем для залов другого назначения.

Объем зала принимается возможно меньшим, слушатели располагаются вблизи лекционного стола, места соответственно приподнимаются. В больших аудиториях или конференц-залах места для слушателей целесообразно располагать в виде амфитеатра, что улучшает как видимость, так и разборчивость речи. Целесообразно устройство отражателей над эстрадой и на участках боковых стен, примыкающих к эстраде.

Вместимость лекционного зала обычно не превышает 400 мест, а длина – 20 м. Если же помещение должно вмещать 500 человек и более необходимо ввести балкон, чтобы слушателей приблизить к лектору.

Рекомендуемые формы лекционного зала показаны на рис. 19 и 20.




Рис. 19. Рекомендуемая форма лекционного зала





Рис. 20. Целесообразная форма потолка

при значительной длине лекционного зала


Залы драматических театров


Как и в лекционных залах, прежде всего должна быть обеспечена четкость и разборчивость речи. Но в отличие от лекционных залов источники звука (актеры) располагаются в пространстве сцены, оборудованной мягкими декорациями и связанной с залом сравнительно небольшим сценическим проемом, поэтому большая доля звуковой энергии теряется в сценической коробке. При этом из-за направленности человеческого голоса доля энергии, излучаемой в зал, становится еще меньше, когда актер отворачивается от зала. В то же время актеры обладают по сравнению с лекторами более сильными и хорошо поставленными голосами, а уровень шума в зале театра обычно ниже, чем в лекционном помещении. Последние два фактора позволяют делать залы театров значительно больших размеров, чем лекционные.

Основные рекомендуемые размеры зала: длина 26–30 м (с балконом), наибольшее расстояние от последнего ряда до плоскости портала – 27 м, ширина вблизи сцены – не более 20 м, высота – до 10 м. Максимальная вместимость зала составляет 1200 слушателей. В качестве максимального объема зала, соответствующего максимальной вместимости, рекомендуется 6000 м3.

Поверхность потолка над порталом и припортальные поверхности боковых стен следует делать выпуклыми с тем, чтобы слушательские места обеспечивались первыми отражениями при расположении источника как на авансцене, так и в глубине сцены (см. рис. 7 и 11). Более удаленные от портала участки боковых стен целесообразно скашивать (секторная форма в плане) с углом раскрытия до 10о.

В залах овальной формы при наличии ярусов акустические условия благоприятны из-за хорошего рассеивания звука.

Существенное значение имеет оборудование сцены. Увеличение количества мягких кулис и декораций может несколько уменьшить время реверберации зала. Использование же фанерных декораций увеличивает время реверберации зала. Кроме того, фанерные декорации могут направить в зал полезные звуковые отражения.


Залы театров оперы и балета


В зале оперного театра необходимо обеспечить как хорошее звучание музыки, так и хорошую разборчивость пения и речитатива.

Время реверберации должно быть на 20–25 % больше, чем в драматических театрах. Рекомендуется, чтобы время реверберации на частоте 125 Гц увеличивалось на 20 % по сравнению со временем реверберации на частоте 500 Гц. Большее значение приобретает необходимость получения высокой степени диффузности звукового поля.

Характерная форма многих залов – овальная с использованием многоярусной системы для обеспечения минимального удаления последнего ряда от сцены и создания диффузного поля.

Требования к структуре звуковых отражений не столь однозначны, как в залах для речевых программ. Увеличение интенсивности прямого звука и малозапаздывающих отражений, приводящее к большой ясности звучания, является положительным фактором для разборчивости речи. В случае слишком большой ясности звучания снижается пространственное впечатление при восприятии музыки. В свою очередь рост пространственного впечатления, связанный с несколько большим временем запаздывания отражений и с большим временем реверберации, может вызвать некоторую потерю ясности звучания.

Повышения ясности звучания при одновременном увеличении пространственного впечатления можно добиться путем увеличения энергии отражений от боковых стен (рис. 21). Запаздывание этих отражений должно находиться в диапазоне 0,025–0,08 с.





Рис. 21. Благоприятные очертания боковых стен оперного театра


Примыкающие к порталу части потолка и стен часто делают в виде выпуклых звукоотражателей. При этом необходимо обеспечить правильный баланс между звучанием голоса певца со сцены и звучанием оркестра, расположенного в оркестровой яме. Оркестр, акустическая мощность которого существенно превосходит мощность человеческого голоса, не должен «подавлять» певца. Необходимо создать условия взаимной слышимости музыкантов, а также музыкантов и певцов. Успешное решение этих задач связано с правильным выбором форм припортальной зоны зала. На рис. 22 показан удачный вариант козырька над порталом.

По аналогичным соображениям боковые припортальные стенки не должны сильно раскрываться в сторону зала. Желательно, чтобы их направление в плане было близким к продольной оси зала (см. рис. 21). Такая ориентация боковых сте