• 2854 К), а в другом — люминесцентными лампа­ми дневного света (7"цв - 6500 К), то в последнем не может быть создано ощущение комфортного осве­щения. Из графика видно, что нижний дискомфор­тный уровень освещенности для ламп накаливания не превышает 100 лк, в то время как для люминес­центных ламп ЛБ (7ц_В - 3500 К) и ЛЕ (7цв-

• 4000 К) он составляет 200 лк, а для ламп лдц (ТцВ - 6000 к) и лд (ГцВ - 6500 к) повышается до 500 лк.

Между цветностью излучения и уровнем осве­щенности существует следующая взаимосвязь:

Более поздние исследования оценки комфор­тности освещения показали, что граница зоны ком­фортности смещена в сторону более высоких цве­товых температур (см. рис. 6.18, кривая 2), чем это установил Крюйтгофф. По этой кривой нижний уровень освещенности при применении ламп ЛБ снижается до 100 лк.

Результаты данных исследований нашли свое отражение в действующем СНиПе по искусствен­ному и естественному освещению [19] (см. табл. 6.11).

Недооценка значения этих факторов может исказить задуманный образ, изменить характер ко­лористического решения композиции, разрушить ее цветовое единство. Напротив, соответствие меж­ду цветностью и интенсивностью освещения обес­печивает правильное восприятие цветов, эмоцио­нальность и целостность впечатления.

Рассмотрим на примерах задачи проектировщика в процессе проекти­рования светоцветового решения ин­терьеров, в которых осуществляются различные по характеру зрительные работы.

Пример 1. Выставочный зал, где необходимо сопоставление цветов с высокими требованиями к цветоразличению. В помещении должны быть пре­дусмотрены необходимый уровень освещенности 300 лк и источники искусственного света, обеспе­чивающие вышеуказанные требования. Это могут быть, например, люминесцентные лампы естест­венной цветопередачи типа ЛЕЦ. Для отделки сле­дует использовать только ахроматические или близкие к ним цвета, поскольку в выставочном зале могут демонстрироваться самые разные экспонаты, в том числе живописные полотна, предметы при­кладного характера и т.п., что не допускает приме­нения для фона насыщенных хроматических цве­тов. Поэтому гармоничность композиционно-про­странственного цветового решения должна быть со­здана только за счет яркостных соотношений.

Пример 2. Особый вид зрительной работы связан с наблюдением за обликом интерьера и лю­дей в местах их интенсивного общения (зрелищные учреждения, залы заседаний и др.). При выборе цветовой отделки и освещения основное требова­ние по эстетизации среды определяется, в частно­сти, гармоничностью цветовых сочетаний и пра­вильным выбором цветности излучения источни­ков освещения. Это могут быть люминесцентные лампы типа ЛТБЦ, галогенные лампы накалива­ния, смешанные источники (люминесцентные хо­лодные лампы с лампами накаливания), зарубеж­ные лампы "делюкс" и "Неодим". При подобном ис­кусственном освещении сохраняется естественный цвет кожи и лица человека, цвет привычных для человека объектов (пищевые продукты, отделоч­ные породы дерева) и все цветовое окружение.

В табл. 6.12 в качестве примера даны рекомендуемые диапазоны цве­товых характеристик интерьеров жи­лых зданий. Градации цветового контраста представлены в табл. 6.13.

При фиксации взгляда на каком-либо объекте все остальные элементы поля зрения воспринимаются как фон данного объекта. Объектами восприя­тия могут быть любые поверхности ин­терьера; и сложная фактура цвета фа­сада, рассматриваемая вблизи, и эле­менты объемов зданий, вид на которые раскрывается на некотором отдалении, и, наконец, панорама колористической композиции, воспринимаемой с даль­них точек обзора. При поворотах го­ловы, даже если туловище неподвиж­но, зона обзора расширяется до 210° в вертикальной плоскости и до 240° в горизонтальной.

Мы выделим две зоны из каждой точки в зависимости от расстояния на­блюдения: зону ближнего и зону даль­него обзора. Понятно, что восприятие

цвета человеком может сильно менять­ся в зависимости от того, какие цвета в данный момент попадают в его поле зрения. Совершенно очевидно, что чем ближе наблюдатель находится к рас­сматриваемому объекту, тем большую часть сетчатки, в соответствии с за­конами перспективы, закрывает изо­бражение этой поверхности, а следо­вательно, тем большую роль играют цветовые характеристики именно этой поверхности. Поэтому чрезвычайно важно, чтобы задачи выбора цвета ре­шались с учетом и ближайшего окру­жения, и дальнего обзора — общего плана. При этом можно выделить не­сколько этапов восприятия.

Первый — когда вся композиция застройки занимает все поле зрения наблюдателя и воспринимается вместе с природным окружением — фоном (например, для микрорайона при рас­стояниях наблюдений от 500 до 1500 м); второй — когда отдельные сооружения воспринимаются в основ-

ном на фоне застройки (на расстоя­ниях от 200 до 500 м), третий — ког­да отдельная деталь воспринимается на фоне здания (до 200 м). Как из­вестно, поле зрения человека имеет вполне определенные границы. На каждом этапе восприятия меняется степень влияния окружающей среды, т.е. озеленения, городской застройки, небосвода и др. Здание выглядит, на­пример, темным на фоне светлого неба

и ярко освещенным на темном фоне; облик фасада внезапно меняется, когда на выступающие части ложится снег; красный тон кирпича воспринимается зимой иначе, чем летом, когда крас­ный цвет "усиливается" зеленью лис­твы окружающих деревьев вследствие одновременного цветового контраста.

Современный город — это огром­ный комплекс сооружений различного назначения. "Целенаправленно созда­ваемая колористика города выделяет цветовым единством его общественные центры, сообщает красочное своеобра­зие жилым районам, промышленным комплексам и способна зрительно при­вести к гармоничному единству даже разнохарактерную и несложившуюся застройку". Эта совершенно справед­ливая точка зрения, высказанная ар-хит. А. Ефимовым, формулирует об­щую цветовую концепцию архитекту­ры города. Вопрос создания колористи­ческой городской среды сводится к управлению цветовым решением, цве­товой тканью города, т.е. к выработке стратегии и тактики формирования цветовой среды.

Это особенно актуально для совре­менных городов, где зачастую наблю­даются крайности: либо монотонность, ахроматичность, либо излишняя пест­рота. Если монотонность застроек, сходных по объемно-планировочному решению, характерна для быстро рас­тущих новых жилых районов многих городов мира, то в ряде городов, на­оборот, наблюдаются хаотичность, пе­строта цвета. Беспорядочное распреде­ление цвета высокой насыщенности и в больших количествах, калейдоскоп разрозненных цветовых пятен в про­странстве, дезинформирующих наблю­дателя, разрушающих представления о реальной структуре, подобны загряз­нению воздуха и свидетельствуют об экологической "цветовой загрязненно­сти", создают агрессивные "зрительные поля".

В Москве применение цвета в практике стро­ительства, особенно жилищного, до последнего времени носило случайный характер. Нередко ок­рашивались отдельные детали дома или вводились в застройку отдельные дома, решенные в цвете, но колористическая идея, необходимая для создания светоцветового гармоничного образа застройки, как правило, отсутствовала. В ряде случаев такое введение в существующую застройку нового или реставрированного здания разрушало пространст­венную и световую композицию ансамбля.

В последнее время цвет начали использовать более широко как наиболее доступный в условиях заводского домостроения способ придать отдель­ным домам и комплексам зданий индивидуальный облик. Для цветовой отделки стали смелее приме­нять новые отделочные материалы — керамиче­ские фасадные плитки, различные лакокрасочные покрытия, цветной бетон, цветное стекло и др. В практике строительства начал преобладать прин­цип цветового акцентирования, который основан на выделении как высотных доминант, так и мало­этажных распластанных объемов.

Своеобразно цветовое решение жилого райо­на Ясенево. На его периферии расположены высот­ные дома с активным применением цвета фасадов: белый сочетается с синим, красным, бирюзово-зе-. леным. Каждый дом имеет свой цвет и расположен в пространстве таким образом, что завершает груп­пу протяженных жилых зданий, выполненных в цветовом тоне основного цвета меньшей насыщен­ности и светлоты. Таким образом, за синим здани­ем расположена жилая группа голубоватого цвета, за красным — розоватого, за зеленым — светло-зе­леного. Подобное решение интересно рассматри­вать именно с позиций условий восприятия цвета. По мере продвижения по трассам жилого района раскрываются цветовые композиции, построенные по законам гармонии: от контрастной цветовой гар­монии к нюансной (активные цвета высотных зда­ний на границе района — приглушенные цвета де­вятиэтажных жилых домов в глубине застройки). Чередование цветов (красный, синий, зеленый) создает необходимую смену зрительных впечатле­ний, особенно важных в изменяющихся условиях освещения и окружения в различные времена года (зима, лето, весна). В результате предварительного эксперимента по выявлению влияния температуры окружающей среды (-10,+10,+25°С) и природного окружения (снег, зеленая листва и др.) отмечено достоверное влияние этих факторов на выбор цве­тового решения жилой застройки Ясенева. Иссле­дования в этом направлении следует продолжить.

Пример Ясенева убедительно показывает, что при применении в цветовом решении "растяжки" цвета по одной из его характеристик — цветовому тону, насыщенности или светлоте — создается наибольший эффект сохранения цельности градо­строительного ансамбля, обеспечивается смена цветовых впечатлений в зависимости от точки об-

зора, времени наблюдения, температурных и дру­гих условий.

Интересна работа с цветом в масштабе жилого района Тропарева. Вопросы использования цвета решаются здесь и в градостроительном аспекте в целом, и с позиций создания цветовых композиций отдельных зданий с особым вниманием к их коло­ристическому образу. Сочетания цветов основаны, как правило, на излюбленном в русской архитекту­ре светлотном контрасте, который превосходно воспринимается в условиях светового климата средней полосы. В итоге эта жилая застройка при­обрела особую живописность, стала одной из инте­реснейших среди новых районов города. Цветовые решения в некоторых случаях основаны на контр­астных сочетаниях в одном здании (белый цвет на хроматическом фоне или насыщенный цвет на ах­роматическом). В других случаях насыщенность цвета нарастает по фасаду сверху вниз благодаря по­степенному увеличению площади цветного пятна.

Интересны варианты зданий с цветовой ком­позицией, в которой крупный масштаб цветовых пятен, способствующий акцентированию здания в градостроительном окружении, сочетается с масш­табными членениями формы для восприятия на близких расстояниях, что достигается тщательной деталировкой, наличием пластических элементов, цветофактурной поверхностью.

Случайным, на наш взгляд, можно назвать цветовое решение улицы Большая Ордынка, тем не менее оно позволило придать этому участку города своеобразие: упорядоченность цвета зрительно "выпрямляет" улицу. Что касается розовых и жел­тых цветовых пятен в общем цветовом решении улицы, то они не гармонируют с цветом крыш. По­ложение, вероятно, можно исправить, окрасив, на­пример, крыши в один объединяющий цвет. Так как почти все дома на этой улице имеют биполяр­ную окраску, то их архитектурные детали (пило­ны, фронтоны, наличники) целесообразно окра­шивать также в один цвет, например в белый или близкий к белому. Индивидуальная окраска каж­дого дома требует ненасыщенных цветовых сочета­ний.

Цветовое решение фасадов зданий является основной темой колоризации окружающей среды. Не навязывая же­стких рецептов цветового формообра­зования, вполне допустимо привести некоторые рекомендации:

необходимо учитывать ориентацию фасадов зданий по сторонам горизонта (см. этап I методики проектирования светоцветового решения). Для фаса­дов, ориентированных на юг, возмож­но применение более насыщенных цве­тов, чем для северных;

нужно помнить, что игра светотени на рельефных текстурах выражается наиболее полно на фасадах, выполнен­ных в светлых тонах;

следует иметь в виду, что грубая поверхность выглядит более темной, нежели гладкая;

насыщенный цвет рекомендуется применять при покраске сравнительно малых поверхностей (например, деко­ра);

цветовое решение здания должно соответствовать его тектонике. Так, архитектурно "тяжелый" цоколь реко­мендуется подчеркнуть и более "тяже­лым" цветом. Тонкий несущий каркас требует "легкой" окраски.

Для создания выразительного ху­дожественно-композиционного реше­ния в темное время суток необходимо особое внимание уделять выбору ис­точников света и осветительных при­боров. В настоящее время в установках наружного архитектурного освещения применяется относительно широкий ассортимент отечественных источников света: лампы накаливания различных типов, в том числе галогенные, газо­разрядные — ртутные типа ДРЛ, ДРИ, натриевые, металлогалогенные и ксеноновые.

При выборе источников света в ус­тановках наружного архитектурного освещения рекомендуется придержи­ваться следующих положений:

для цветного освещения лучше ис­пользовать источники света различно­го спектрального состава с учетом цве­та облицовочных материалов. Цветные светофильтры в светильниках и про­жекторах целесообразно применять только при декоративном и празднич­ном освещении;

при выборе источника света сле­дует принимать во внимание зритель­ное изменение цвета облицовочного материала;

соответствующим подбором источ­ников света можно создать цветовое решение, принципиально отличное от дневного. Для этого нужно выбирать такие сочетания материала и источни­ка, при которых цветовые изменения максимальны;

заколонные пространства, ниши, порталы, лоджии, смежные фасады и т.п. допускается освещать источниками света, отличными по цветности от ис­точников для освещения основного фа­сада, например, лампами ЛН при ос­вещении фасада лампами ДРЛ;

при частичной реставрации цвет­ных облицовочных материалов фасада здания рекомендуется цвет новых ма­териалов проверять визуально при тех же источниках света, которые установ­лены в осветительных приборах архи­тектурного освещения;

разные лампы ДРИ могут сущест­венно различаться по спектральному составу излучения и, следовательно, по цветности светового потока, поэто­му необходимо проверять лампы, предназначенные для освещения фаса­да большой площади.

До сих пор мы рассматривали воп­росы искусственного "белого" освеще­ния, не затрагивая цветное. Пределы использования цветного освещения оп­ределяются особенностями восприятия цветовой композиции, разрабатывае­мой по законам цветовой гармонии. Понятие о гармоничных цветовых со­четаниях, достаточно изученное ху­дожниками и архитекторами, тем не менее представляет значительные трудности при его колориметрической формализации. Действительно, рецеп­ты гармоничных цветовых сочетаний, в основу которых, как правило, поло­жено двухмерное представление цвета, в значительной мере усложняют по­иски закономерностей и затрудняют формулирование каких-либо количест­венных соотношений при гармониче­ских цветовых сочетаниях. Исследова­ния гармонических цветовых сочета­ний, проведенные в МЭИ, позволили установить ряд общих закономерно­стей. К числу закономерностей, суще­ственных для цветного декоративного освещения архитектуры города, отно­сят следующие:

гармоничное сочетание цветов за­висит не только от цвета поверхности, но и от угловых размеров и характера границ между ними;

понятие гармоничного сочетания-может быть применено только для цве­та как трехмерной величины. Поэтому яркость цветов, составляющих гармо­ничное сочетание, и яркостные контр­асты играют существенную роль в формировании цветовой гармонии;

наиболее распространенные цвето­вые гармонии представляют собой классические сочетания контрастных цветов.

Все более актуальным в условиях развития градостроительства становит­ся использование газосветных цветных установок. Это всевозможные светящи­еся рекламные надписи и панно, вы­вески, рисунки и фигуры, размещен­ные на крышах зданий, на их фасадах и специальных конструкциях. Для это­го применяются лампы накаливания как в прозрачных, так и в окрашенных колбах, разноцветные газосветные трубки. В зависимости от наполнения и используемого люминофора можно получить следующие цвета свечения газосветных ламп: красный, красно-оранжевый, желто-зеленый, малиново-розовый, сиреневый, розовый, темно-зеленый, светло-зеленый, бледно-си­ний, голубой, бледно-желтый, белый, бледно-розовый.

Эффектное зрелище представляют собой освещенные цветным светом фонтаны, причем эффект усиливается динамикой освещения водяных струй. Для этого используют осветительные приборы или зеркальные лампы с цветными светофильтрами.

Разнообразие в вечернюю картину города вносит освещенная зелень пар­ков и скверов, для чего в первую оче­редь применяются лампы ДРЛ, при-

дающие зелени яркую окраску и све­жесть.

Для декоративной подсветки по­верхностей, нуждающихся в теплых тонах, целесообразны осветительные приборы с натриевыми лампами низ­кого давления, обладающими ярко-оранжевой цветностью излучения.

Не менее важно остановиться на учете светоклиматических условий при выборе цветов. Как известно, для рай­онов с более холодным климатом пред­почтительнее в архитектуре использо­вать теплую гамму цветов, а для юж­ных — холодные оттенки, что связано прежде всего с психофизическим воз­действием цвета на человека и пред­почтением цветов у северных и юж­ных народов.

Наиболее наглядно можно рас­смотреть этот вопрос на примере ис­пользования цвета в архитектуре Средней Азии, которая ассоциируется зачастую с чем-то ярким, насыщен­ным. Природа Средней Азии достаточ­но монотонна, монохромна, под паля­щим солнцем она порой кажется се­ребристо-серой: почва, выгоревшая на солнце, белесоватая зелень, покрытая слоем пыли, бесцветное бледно-серо-голубое небо. Характер освещения в Средней Азии не позволяет четко вос­принимать округлые формы: полутень, как правило, сливается с собственной тенью. Это прекрасно понимали ста­рые народные мастера, стремясь заме­нить округлые формы гранеными. Вос­полняя то, чем обделила природа Среднюю Азию, старые мастера умело использовали яркие сочные краски в среднеазиатской древней архитектуре. Сегодняшняя среднеазиатская архи­тектура во многих отношениях выгля­дит беднее по сравнению с прошлой: серость, однообразие современной за­стройки невыгодно отличают ее от древней архитектуры. Правда, спра­ведливость требует отметить некото­рые попытки более активного исполь­зования полихромии в последние годы.

Полихромия — одна из характер­нейших черт новой западной архитек­туры. Активное использование цвета во многих странах имеет свои тради­ции. Достаточно вспомнить творчество Ле Корбюзье, Анд ре Сива и других архитекторов, понявших роль, кото­рую может играть цвет в архитектуре. В настоящее время в городах Фран­ции, Германии, Италии и других стран цвет используется в масштабе целых районов. Колористическое решение от­дельных домов и кварталов часто осу­ществляется совместно архитекторами, колористами, дизайнерами (рис. XXIII, XXIY). Среди примеров вклю­чения полихромии в современные ур­банистические образования следует от­метить кварталы Парижа (Дефанс, рис. XXY), небольшие города Париж­ского района (Сержи Понтуаз, Ля Гранд Бори, Эври) и др. В большин­стве случаев цвет играет формообра­зующую роль, способствует созданию архитектурного образа, раскрывающе­го функцию сооружений. Во многих случаях цвет панелей жилых домов дополняется суперграфикой (рис. XXYI), которая в данном случае не­редко играет двойную роль — чисто функциональную, помогая ориентиро­ваться в сложной системе переходов и галерей, и декоративную.

Архитекторам необходимо сформи­ровать единую концепцию оптималь­ной светоцветовой среды (будь то ин­терьер, город или микрорайон) и вы­работать модель светоцветовой среды как результат анализа требований оп­тимальной колористической и световой среды. На основе такой модели с ис­пользованием современной методики проектирования архитектор должен со­здавать проекты светоцветового реше­ния отдельных архитектурных комп­лексов с учетом всех вышеперечислен­ных факторов и с ориентацией на кон­кретные строительные и отделочные материалы и осветительные средства. Необходима целенаправленная разра-

ботка светоцветовой среды проектиру­емого объекта с предварительным ана­лизом традиций архитектурной поли­хромии исторически ценной застройки, климатических особенностей, новых функций архитектурных объектов.

Современные знания о цвете да­леко не всегда могут в полной мере гарантировать архитектору высокое качество проектируемой светоцветовой среды. Архитектору нередко приходит­ся заботиться о том, чтобы запроек-

тированное решение соответствовало реализованному во избежание ошибок, связанных с искажением авторского замысла при переходе от проекта к натуре, в особенности при воспроиз­ведении задуманной цветовой компо­зиции. Архитектору необходимо "ви­деть" результат его деятельности, если речь идет о восприятии цвета. Только аналитическим и расчетным путем в его практике обойтись, как правило, невозможно, необходимо еще образное мышление. Основой для решения мно­гих задач архитектурного цветоведе-ния может быть моделирование. С этой целью в МАрхИ создана лабора­тория, где есть экспериментальные ус­тановки, позволяющие моделировать различные условия зрительного восп­риятия. Студенты собственноручно мо­гут изготовлять простые по технике исполнения макеты из белой и цвет­ной бумаги, картона и другого легко-обрабатываемого материала. Еще при склеивании макета студенты исполь­зуют различные свегопрозрачные (хроматические и ахроматические) ма­териалы, необходимые для моделиро­вания, а также лампы, различные по размеру, мощности и цветности, кото­рые искусно вводятся в макет.

Изготовленные макеты помещают в различные установки в зависимости от поставленной задачи: это демонст­рационные кабины цветопередачи (рис. 6.19), позволяющие моделиро­вать различные условия разноспект-рального освещения (в зависимости от типов ламп, уровней яркости, направ­ления световых потоков) и наблюде­ния (в зависимости от цвета фона) и производить оценку влияния освеще­ния на восприятие цвета. Для моде­лирования цветностей излучений раз­личного спектрального состава служит лабораторная установка, позволяющая устанавливать яркостные соотношения разноцветных стимулов, уравненных по светлоте (рис. 6.20). Для демонст­рации аддитивного смешения цветов используется установка, показанная на рис. 6.11. Проиллюстрировать возмож­ности изменяющегося по цветности ес­тественного света (прямого света сол-

нца, света солнца на закате) и цвет­ного освещения можно на установке, схема которой показана на рис. 6.19.

Физико-геометрическое моделиро­вание (с помощью форэскизов, графи­ческого моделирования и др.) предус­матривает объективные методы и сред­ства решения экспериментальных ко­лориметрических задач, а физико-психологическое моделирование бази­руется на методах субъективных зри­тельных оценок и результатах прове­дения экспериментальных исследова­ний восприятия цвета на моделях. Не-

6. Гусев Н.М., Киреев Н.Н. Освещение про­мышленных зданий. — М.: Стройиздат, 1968.

7. Гусев Н.М., Макаревич В.Г. Световая ар­хитектура. — М.: Стройиздат, 1973.

8. Дашкевич Л.Л. Методы расчета инсоляции при проектировании промышленных зданий. — М., 1939.

9. Ефимов А.В. Колористика города. — М.: Стройиздат, 1990.

10. Иванова Н.С., Мигалина И.В. Основы ар­хитектурного цветоведения: Учеб. пособие для ву­зов. — М., 1981.

11. Каменская Г.В., Петрова Л.И. и др. Мето­дические рекомендации по проектированию на­ружного архитектурного освещения зданий и соо-ружений//ЦНИИЭП инженерного оборудова­ния. — М., 1977.

10. Келер В., Лукхардт В. Свет в архитекту­ре. — М., 1961.

10. Короев Ю.И., Федоров М.В. Архитекту­ра и особенности зрительного восприятия. — М., 1954.

11. Кравец В.И. Колористическое формооб­разование в архитектуре. — Харьков: Высшая школа, 1987.

12. Мешков В.В., Матвеев А.Б. Основы све­тотехники. — М.: Энергоиздат. Ч. I, 1979; ч. II, 1989.

13. Оболенский Н.В. Архитектура и солн­це. — М.: Стройиздат, 1988.

14. Пономарева Е.С. Цвет в интерьере. — Минск: Высшая школа, 1984.

15. Степанов Н.Н. Цвет в интерьере. — Киев: Высшая школа, 1985.

19. Строительные нормы и правила. СНиП П-4-79 "Естественное и искусственное осве­щение".

20. Указания по проектированию цветовой отделки интерьеров производственных зданий про­мышленных предприятий. СН 181-70. — M.: Стройиздат, 1972.

21. Устинов А. Цвет в производственной сре­де. — М.: ВНИИТЭ, 1967.

22. Физиология сенсорных систем. 4.1. Фи­зиология зрения. — Л.: Наука, 1971.

23. Харкнесс Е., Мехта М. Регулирование солнечной радиации в зданиях. — М.: Стройиздат, 1984.

24. Щепетков Н.И. Проектирование архи­тектурного освещения города: Учеб. пособие для вузов. — М., 1986.

Ч а с т ь III

АРХИТЕКТУРНАЯ АКУСТИКА

Г л а в а 7. ЗВУКОВАЯ СРЕДА В ГОРОДАХ И ЗДАНИЯХ

Со всех сторон человека окружают звуки. Слыша звук, человек может ис­пытывать самые различные эмоции — радость, страх, беспокойство. Звук со­ставляет основу речи, т.е. он является средством общения между людьми. Музыка представляет собой сложный комплекс звуков, вызывающий самые разнообразные ощущения. И, наконец, существует такая специфическая фор­ма звука, как шум, который в послед­ние десятилетия стал бедствием чело­вечества. Шум вызывает раздражение, затрудняет восприятие речи и музыки, а в некоторых случаях является при­чиной глухоты и различных болезней. Таким образом, перед проектировщи­ками стоят две противоположные за­дачи: первая — создание условий для наилучшего восприятия речи и музыки и вторая — всемерное подавление шу­ма.

Ведущая роль в решении этих за­дач принадлежит архитекторам, кото­рые должны иметь представление о физических и физиологических харак­теристиках звука и шума, закономер­ностях их распространения на терри­ториях и в помещениях, характери­стиках источников шума, архитектур­но-планировочных и конструктивных способах усиления и подавления* звука и шума, а также об имеющихся по этим вопросам нормативных докумен­тах.

7.1. Основные понятия

С физической точки зрения звук — это колебательное движение в любой материальной, т.е. обладаю­щей упругостью и инерционностью среде.

Звуковой волной называют про­цесс распространения колебательного движения в среде.

Звуковые волны возникают в том случае, когда в упругой среде имеется колеблющееся тело или когда частицы упругой среды (газообразной, жидкой или твердой) приходят в колебатель­ное движение вследствие воздействия на них какой-либо возмущающей си­лы. При этом энергия передается от источника с помощью звуковых волн, а частицы упругой среды совершают только колебательные движения по от­ношению к положению равновесия, как это показано на рис. 7.1.

При распространении звуковой волны следует различать два совер­шенно разных явления: движение ча­стиц среды в волне и перемещение са­мой волны в среде. Обычно колеба­тельные скорости частиц среды в не­сколько тысяч раз меньше скорости звука.

Фронтом звуковой волны называ­ют поверхность, проходящую через ча­стицы среды, совершающие колебания в одной и той же фазе. Направление распространения звука в каждой точке фронта является нормалью к его по­верхности. Различают три типа звуко­вых волн, отличающихся друг от друга формой фронта: плоские, имеющие фронт в виде плоскости, нормальной к направлению распространения, ша­ровые с фронтом в виде сферы и ци­линдрические, форма фронта которых имеет вид боковой поверхности цилин­дра. Звуковое поле обычно может быть

представлено как поле плоской волны, если линейные размеры источника ве­лики по сравнению с длиной излуча­емой им волны или если рассматри­ваемая зона звукового поля находится на достаточно большом (по сравнению с длиной волны) расстоянии от источ­ника.

Упругие и инерционные силы су­ществуют не только в системах с со­средоточенными параметрами, но и в сплошных средах. Эти силы обуслов­лены соответственно упругим взаимо­действием частиц среды и инерцион­ными свойствами массы частиц. Упру­гость и масса как бы распределены по элементам среды, поэтому сплошные среды называют системами с распре­деленными параметрами. В них также возможны упругие колебания, состоя­щие из ряда следующих друг за другом сжатий и разрежений среды, причем эти сжатия и разрежения распростра­няются от источника возмущения с оп­ределенной скоростью. Этот процесс распространяющихся в среде механи­ческих колебаний и называют звуком.

Звуковой процесс возникает, в ча­стности, в среде окружающей систему, при ее колебаниях (рис. 7.2). Возврат­но-поступательное движение ножек камертона приводит к появлению на их поверхности периодических сжатий

и разрежений среды, распространяю­щихся в окружающем пространстве и воспринимаемых как звук.

Возбудителями звука могут быть не только механические колебатель­ные системы с сосредоточенными па­раметрами, но также вихревые очаги и трущиеся поверхности. Звуковые волны, распространяющиеся в воздухе, называют воздушным звуком, а коле­бания звуковых частот, распространя­ющиеся в достаточно протяженных твердых телах, — структурным зву­ком.

В твердых телах конечных разме­ров (пластины, стержни) звуковой процесс проявляется в форме звуковой вибрации. Упругие свойства газообраз­ных и жидких сред в полной мере ха­рактеризуются одной упругой постоян­ной — коэффициентом сжимаемо­сти или обратной ему величиной — модулем упругости. В этих средах мо­жет возникнуть лишь один вид зву­ковых колебаний — волны сжатия или продольные, в которых направле­ние колебаний частиц среды совпадает с направлением распространения коле­баний.

Однородные изотропные твердые среды характеризуются двумя упруги­ми постоянными: модулем упругости (Юнга) и модулем сдвига.

Под влиянием второй упругой по­стоянной в безграничных твердых сре­дах возможно появление, помимо де­формаций сжатия, деформаций сдвига и образование двух видов волн — про­дольных и поперечных. При возник­новении поперечных волн колебания происходят в направлении, перпенди­кулярном направлению распростране­ния волн.

Распространение поперечных волн приобретает особое значение при про­хождении звука по стержням и пла­стинам, в которых они являются ко­лебаниями изгиба. Эти колебания пе­реносят основную долю энергии, рас­пространяющуюся, в частности, по ог­раждающим конструкциям зданий.

Таким образом, любое нарушение стационарного состояния сплошной твердой, жидкой или газообразной сре­ды в какой-либо точке пространства приводит к появлению возмущений (волн), распространяющихся от этой точки. Область пространства, в кото­рой наблюдаются эти волны, называ­ется звуковым полем. Физическое со­стояние среды в звуковом поле или, точнее, изменение этого состояния, обусловленное наличием волн, харак­теризуется обычно звуковым давлени­ем р — разностью между мгновенным значением полного давления и сред­ним давлением, которое наблюдается в среде при отсутствии звукового поля (единица измерения — Н/м²). В фазе сжатия звуковое давление положи­тельно, а в фазе разрежения — отри­цательно.

Звуковые волны, возникшие в сре­де, распространяются от точки возник­новения (источника звука), и требу­ется определенное время, чтобы звук из одной точки достиг другой. Скоро­сть распространения звука зависит от характера среды и вида распространя­ющейся в ней звуковой волны. Так, скорость звука в воздухе при темпе­ратуре 20°С составляет 340 м/с. Ско­рость звука с не следует смешивать с колебательной скоростью частиц среды v — знакопеременной величиной, за­висящей как от частоты, так и от зву­кового давления.

Длиной звуковой волны JL называ­ют расстояние, измеренное вдоль рас­пространения звуковой волны между двумя ближайшими точками звукового поля, в которых фаза колебания час­тиц среды одинакова (измеряется в метрах).

В изотропных средах длина волны связана с частотой / и скоростью звука с простой зависимостью

/ - clf. (7.1)

Зависимость длин волн от частоты показана на рис. 7.3.

При распространении звуковых волн распространяется и звуковая энергия.

Наиболее просты плоские звуковые волны, распространяющиеся от источ­ника только в одном направлении, при этом волновые фронты параллельны друг другу. Такие волны могут рас­пространяться в длинных трубах, име­ющих отражающие звук внутренние поверхности. В этом случае звуковая энергия распространяется вдоль трубы практически без затухания.

Любой источник звука может ха­рактеризоваться звуковой мощностью Р — количеством звуковой энергии в ваттах, излучаемой в единицу време­ни. Звуковая мощность является ос­новным параметром, характеризую­щим источник звука или шума.

В качестве основного параметра звукового поля используется, звуковая энергия, содержащаяся в единице объ­ема среды. Она называется плотностью звуковой энергии D и связана с зву­ковым давлением р формулой

D = p²l fic², (7.2.)

где J3 — плотность среды; с — скорость звука в среде.

Плотность звуковой энергии — ве­личина скалярная. Она характеризует энергию звукового поля в случае не­определенного направления звуковых волн (например, в помещениях).

Интенсивность звуковой энергии, распространяющейся через единицу площади звукового поля (перпендику­лярно направлению распространения волн в том случае, если поле недиф­фузно) в единицу времени, различна для различных типов звуковых полей.

Для свободного звукового поля, в котором звуковые волны приходят только в одном направлении от источ­ника, интенсивность звука / опреде­ляется формулой

/ - р²//>с. (7.3)

Для диффузного звукового поля, которое име­ет место в идеальной реверберационной камере, где равновероятен приход звуковых волн из любого на­правления, общая интенсивность равна нулю. Од­нако интенсивность звука, проходящего через еди­ницу плоской поверхности только с одной стороны, равна

/ = р²/А fic, (7.4)

где j>c — акустическое сопротивление среды (импеданс) при температуре 20°С, равное для воз­духа 407 рел (кг'м с ).

Значения звукового давления, интенсивности звука и звуковой мощности источников шума могут изменяться в широких пределах, например от 210⁴ до 210"⁵ Н/м² для звукового давления, т.е. в 10⁹раз.

Пользоваться абсолютными значениями та­ких сильно разнящихся между собой величин крайне неудобно. В технической акустике принято оценивать интенсивность звука, звуковое давле­ние, плотность звуковой энергии и звуковую мощ­ность не в абсолютных, а в относительных логариф­мических единицах — децибелах.

Таким образом, вместо шкалы абсолютных значений перечисленных выше величин обычно пользуются относительной логарифмической шка­лой, позволяющей резко сократить диапазон зна­чений измеряемых величин. Каждому делению та­кой шкалы соответствует изменение интенсивно­сти звука, звукового давления или мощности не на определенное число единиц, а в определенное чис­ло раз.

Уровень интенсивности звука определяют по формуле

U = 10 lg (///о), (7.5)

где /о — интенсивность звука, соответствующая не­которому условно выбираемому пороговому (нуле­вому) уровню; по международному соглашению выбрана интенсивность /о - 10'¹²Вт/м², прибли­женно соответствующая интенсивности едва слы­шимого звука в частотной области наибольшей чув­ствительности слуха.

Как следует из формулы (7.3), ин­тенсивность звука пропорциональна квадрату звукового давления. Уровень интенсивности звука можно опреде­лить также исходя из величины зву­кового давления по формуле

Li = 10 lg (///о) = 10 lg (р²/р²) =

= 20 lg (p/po) = L. (7.6)

Вычисляемый по этой формуле уровень принято называть уровнем звукового давления. Для того чтобы уровни звукового давления соответст­вовали уровням интенсивности, нужно в качестве пороговой величины звуко­вого давления рп принять значение ро ⁼ 210"⁵ Н/м , соответствующее пороговой интенсивности 10" ² Вт/м².

Логарифмические единицы уров­ней являются не абсолютными, а от­носительными и потому безразмерны­ми единицами. Однако после того как пороговые значения /о и ро были стан­дартизованы, определяемые относи­тельно них уровни интенсивности и уровни звукового давления приобрели смысл абсолютных, так как они одно­значно определяют соответствующие абсолютные значения интенсивности и звукового давления.

Абсолютные уровни звукового дав­ления в ряде ситуаций приведены ни­же.

Кроме уровней интенсивности и уровней звукового давления в послед­ние годы широко применяется понятие уровня звуковой мощности источника шума, определяемого по формуле

L_p - 10 lg (Р/Ро). (7.7)

В качестве порогового значения звуковой мощности обычно выбирают Ро - 10"¹² Вт.

Характеристики направленности излучения источников шума необхо­димо знать для расчетов уровней зву­кового давления на рабочих местах или в других точках помещения, а также в тех случаях, когда машины устанавливают на открытых площад­ках и их шум может распространиться

на застроенную территорию.

Характеристики направленности излучения включают угловое распределение относительных уровней звукового давления или показатель на­правленности излучения ПН.

Угловое распределение относительных уров­ней характеризуют значения уровней звукового давления, измеренные обычно через каждые 30° в какой-либо плоскости на сферической или по­лусферической поверхности и отнесенные к од­ному из измеренных значений, принятому за основное.

Неравномерность излучения источника шума в различных направлениях может быть выражена также показателем направленности

ПН - L - L, (7.8)

где L — уровень звукового давления, измеренный в заданном направлении на фиксированном рассто­янии от источника, дБ; L — усредненный по всем направлениям уровень звукового давления на том же фиксированном расстоянии, дБ.

Показатель направленности ПН связан с фактором направленности простым соотношением

ПН - 10 Ig Ф , (7.9)

Разложение сложного колебатель­ного процесса на простейшие состав­ляющие называют частотным анали­зом шума, а величины, характеризу­ющие распределение энергии шума по частотному диапазону, — его частот­ным спектром.

Частотный спектр обычно пред­ставляется в виде распределения уров­ней (звукового давления, звуковой мощности) по полосам частот. За сред­нюю частоту полосы обычно принима­ют среднегеометрическую частоту

/с_Р = V~hh. (7.10)

Частота f\ называется нижней гра­ничной частотой полосы спектра, а /2 — верхней граничной частотой.

В практике измерения шумов и проведения акустических расчетов

принято представлять спектры в поло­сах частот определенной ширины. По­лоса частот, у которой отношение /2//1 = ₃2, называется октавой. Если /2//1 = гТ = 1,26, то ширина полосы равна 1/3 октавы. Чаще всего исполь­зуются спектры шума в октавных по­лосах частот. На рис. 7.4 показан спектр шума в октавных полосах ча­стот со среднегеометрическими часто­тами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц.

Часто бывает необходимо сложить уровни звукового давления двух или более источников звука или найти средние уровни звукового давления. Такое сложение уровней может быть осуществлено с помощью номограммы, представленной на рис. 7.5.

Уровни шума различных источни­ков суммируются последовательно. По разности уровней шума L\ и Ьг двух источников с помощью номограммы определяется величина Д в децибе­лах, которая добавляется к большему уровню Li, в результате чего получа­ется суммарный уровень шума двух

475 Часть III. Архитектурная акустика

источников. Считая полученный уро­вень уровнем шума некоторого экви­валентного источника, его суммируют с уровнем шума третьего источника. Находят уровень шума источника, эк­вивалентного первым трем, и так да­лее до тех пор, пока не будет опре­делен общий уровень шума всех ис­точников.

7.2. Звук и слух

Человек воспринимает звук чаще всего посредством органа слуха. Органы слуха, т.е. ухо и следующие за ним органы обработки сигнала на пути к мозгу, позволяют человеку вос­принимать звуковой процесс в обшир­ной области изменений звукового дав­ления и частоты и различать его по силе, высоте тона и окраске, а также узнавать направление его прихода. Чувствительность этого органа превос­ходит во многих отношениях свойства лучшей электроакустической аппара­туры.

Порог слышимости, например, ле­жит так низко, что дальнейшее не-

значительное его снижение привело бы к восприятию шумов, сопровождаю­щих пищеварение, тепловое движение молекул, а также шумов в системе кровообращения.

Ухо человека состоит из трех ос­новных частей: наружного уха, сред­него и внутреннего (рис. 7.6). Наруж­ное ухо согласовывает импеданс (со­противление) барабанных перепонок с импедансом воздуха; согласование очень хорошее при частоте колебаний 800 Гц, оставаясь достаточно хорошим и при частотах выше 800 Гц. И только при частотах ниже 400 Гц согласова­ние несколько хуже.

Колебания барабанной перепонки механиче­ским путем через среднее ухо передаются внутрен­нему уху. Так как внутреннее ухо заполнено лим­фой, при этом происходит дальнейшее "согласова­ние" импеданса. Колебания барабанной перепонки преобразуются в колебания со значительно мень­шей амплитудой, но более высоким давлением во внутреннем ухе. Наконец, восприятие звука нервными окончаниями происходит вдоль основной мембраны улитки внутреннего уха. Здесь же осуществляется в некотором роде частотный анализ звука.

Весь процесс восприятия звука можно разде­лить на ряд отдельных процессов, которые сами по себе очень сложны, поэтому не существует просто­го и однозначного соотношения между физически

измеренным уровнем звукового давления и восприятием звука человеком. Например, громкость некоторого чистого тона может отличаться от громкости другого чистого тона или от их комбинации, даже если во всех случаях уровень звукового давления один и тот же.

Ряд исследователей в течение последних десятилетий изучали восприятие человеком громкости чистых тонов на различных частотах и предложили большое число "диаграмм равной громкости". Эти кривые явились ре­зультатом проведения целого ряда психоакустических экспериментов, по­этому, естественно, они имеют смысл только при выполнении некоторых ус­ловий проведения эксперимента. На­пример, слушатель должен быть обра­щен лицом к источнику и находиться вместе с источником в акустически свободном поле, а также быть в "нормальном" физическом и психологиче­ском состоянии. Кроме того, он не должен "видеть то, что делает" и тем са­мым влиять на результаты измерений и т.д.

Система кривых равной громкости, принятая в качестве стандартной в международном масштабе, приведена на рис. 7.7, где показано изменение

уровня громкости чистых тонов с ча­стотой при постоянном уровне звуко­вого давления.

Шкала уровней звукового давле­ния в децибелах отложена по оси ор­динат. Эта шкала введена на основа­нии фундаментального психофизиче­ского закона Вебера—Фехнера, кото­рый утверждает, что изменение чувствительности при изменении воз­буждения обратно пропорционально значению абсолютного возбуждения, имевшему место до начала изменения. Кроме того, эта шкала удобна при большом динамическом диапазоне зву­ков, воспринимаемых человеком (1:1 ООО ООО).

Следует отметить, что если интен­сивность звука увеличить так, что слу­шателю он покажется в 2 раза громче, то повышение уровня звукового дав­ления не будет соответствовать удво­ению. В большей части слышимого ди­апазона в этом случае наблюдается по­вышение уровня звукового давления примерно на 10 дБ.

Воспринимаемую человеком гром­кость измеряют в сонах, и, как уже было сказано, двукратное изменение

477 Часть III. Архитектурная акустика

громкости эквивалентно изменению уровня громкости звука на 10 дБ (фон). Эта связь (рис. 7.8) принята в качестве международного стандарта.

На рис. 7.9 для наглядности пока­зана частотная область восприятия звука ухом человека.

Большинство шумов содержит зву­ки почти всех частот слухового диа­пазона, но они имеют разное распре­деление уровней звукового давления по частотам, а также характеризуется изменением их во времени. По харак­теру спектра шумы подразделяются на широкополосные и тональные. По рас­пределению уровней по частотам шу­мы могут быть разбиты на низкоча­стотные — шумы с максимальными уровнями звукового давления в обла­сти частот ниже 300 Гц, среднечастот-ные — шумы с максимальными уров­нями звукового давления в области ча­стот 300—800 Гц и высокочастот­ные — шумы с максимумом звукового давления в области частот выше 800 Гц.

По временным характеристикам шумы подразделяются на постоянные, уровень звука которых изменяется во времени не более чем на 5 дБА, и непостоянные, уровень звука которых изменяется во времени более чем на 5 дБА.

К постоянным шумам можно от­нести шум постоянно работающих на­сосных или вентиляционных уСТаНО-

Таблица 7.1. Относительная частотная характеристика коррекции А

Частота, Гц 63 ~| 125 250 ~|~500 J 1000 j~

Относительная —26,2 —16,1 —8,6 —3,2 0

2000J 4000 J 8000 +1,2 +1,0 -1,1

частотная харак­теристика, дБ

вок, а также шум постоянно работа­ющего оборудования промышленных предприятий (воздуходувки, компрес­сорные установки, различные испыта­тельные стенды).

Непостоянные шумы в свою оче­редь можно подразделить на следую­щие: колеблющиеся во времени, уро­вень звука которых непрерывно изме­няется; прерывистые, уровень звука которых резко падает до уровня фо­нового шума несколько раз за время наблюдения, причем длительность ин­тервалов, в течение которых уровень остается постоянным и превышающим уровень фонового шума, составляет 1 с и более; импульсные, состоящие из одного или нескольких следующих друг за другом ударов длительностью менее 1 с. К непостоянному, колеб­лющемуся во времени относится шум транспортного движения.

Прерывистые шумы — это шумы от работы лебедки лифтовой установ­ки, периодически включающихся аг­регатов холодильных установок, шумы некоторых непостоянно работающих установок промышленных предприя­тий или мастерских.

К импульсным шумам относятся шум ударов пневматического молотка, кузнечно-прессового оборудования, по­этажного лифтового переключателя, хлопанье дверьми и др.

Методы оценки шума зависят в первую очередь от его характера. По­стоянный шум оценивается по уровням звукового давления в децибелах (дБ) в октавных полосах частот со средне­геометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц. Этот метод оценки постоянного шума является основным.

Для оценки непостоянных шумов, а также для ориентировочной оценки постоянных используют "уровень зву- ка" — общий уровень звукового дав- ления, измеряемый шумомером на ча- стотной коррекции А, характеризую- щей приближенно частотную характе- ристику восприятия шума человеческим ухом. Относительная ча- стотная характеристика коррекции А (шкала А) показывает, на сколько де- цибел на каждой частоте чувствитель- ность уха человека отличается от его чувствительности на частоте 1000 Гц. При проведении измерений на частот- ной коррекции А (шкала А) уровни на низких частотах уменьшаются по аналогии с уменьшением относитель- ной чувствительности органа слуха, у которого на низких частотах слуховая чувствительность ниже, чем на сред- них и высоких. Так, при звуке с ча- стотой 63 Гц измеренный уровень по шкале "Лин" с прямолинейной частот- ной характеристикой будет отличаться от уровня, измеренного по шкале А, на 26,2 дБ. Относительная частотная характеристика коррекции А шумоме- ра приведена в табл. 7.1.

Сопоставление уровней звука по шкалам А и "Лин" имеет практическое значение при отсутствии прибора для измерения спектра шума. В этом слу­чае по разности уровней можно ори­ентировочно определить характер шу­ма. Так, если эта разность мала, то шум преимущественно высокочастот­ный; если же она значительна — шум низкочастотный. Например, для транс­портного шума разность может состав­лять 10—15 дБ, что свидетельствует о его низкочастотном характере.