15. Основные принципы расчёта акустики зрительного зала.

Архитектурная акустика - раздел прикладной акустики, изучающий:

- распространение звуковых волн в помещении;

- отражение и поглощение их ограждающими конструкциями;

- влияние отраженных волн на слышимость речи и музыки.

Критерии акустического качества зала.

Акустическое качество залов с фокусированием большей частью является неудовлетворительным из-за возможного образования эха ( в больших залах), неравномерного распределения отраженной звуковой энергии и, наконец, из-за нарушения необходимого соотношения между прямой и отраженной звуковой энергией.

Как критерий акустического качества залов наиболее часто используется запаздывание прихода первого отражения по сравнению с прямым звуком, к-рое не должно превышать 0 02 - 0 03 с. При разнице во времени прихода прямого и отраженного сигналов более 0 05 с человек воспринимает отраженный звук как эхо.

Очень большое влияние на акустические качества залов оказывает выбор высоты потолка. При большой высоте первые отражения звуковой энергии могут не поступить в партерную часть зрительного зала. Кроме того, увеличивается объем зала, который для драматических театров должен определяться из условия удельного объема 4 - 4 5 м3 на одного зрителя. Поэтому высота потолка обычно не должна превышать 10 м, что обеспечивает приход отраженных звуковых волн по всей площади зала за время, меньшее 0 05 с.

Очень большое влияние на акустические качества залов оказывает выбор высоты потолка. При большой высоте первые отражения звуковой энергии могут не поступить в партерную часть зрительного зала.

Воздушный объем помещения представляет собой колебательную систему с очень большим числом собственных частот. Целью является разработка приемов проектирования театральных, концертных, лекционных, радиостудий и других залов с заранее предусмотренными условиями слышимости.

Выбор формы, размеров и архитектурно-акустической отделки зрительного зала. должен обеспечивать в нем оптимальные условия восприятия речи и музыки.

Геометрическая форма зала и очертание его внутренних поверхностей должны обеспечивать правильное распределение отраженного звука и достаточную диффузность звукового поля. Не допускаются формы и очертания, вызывающие концентрацию или неравномерное распределение отраженного звука.

Запаздывание первого интенсивного отражения, приходящего к слушателю вслед за прямым звуком, а также промежутки времени между приходами последующих отдельных интенсивных отражений не должны превышать 30 мс.

При размещении громкоговорителей за экраном на заэкранной стене зала обязательно устройство звукопоглощающей отделки с коэффициентами звукопоглощения не менее 0,6 в диапазоне частот 100—4000 Гц.

В помещении проекционной обязательно, а в помещениях фойе, распределительных кулуаров и кассового вестибюля допускается применение звукопоглощающей отделки.

Звукопоглощающая отделка должна иметь коэффициент звукопоглощения не менее 0,6 в диапазоне частот 500—2000 Гц.

Планировочные, конструктивные решения и специальные мероприятия по звукоизоляции должны обеспечивать в зрительном зале и в других помещениях уровни шума, не превышающие допускаемые значения.

Последовательность расчета.

Первое и самое главное требование: думать об акустике нужно с самого начала, на этапе проектирования. Причем не отдавать готовый проект акустику для «расчета» и «подбора материалов», а продумывать геометрию зала с учетом требований к его акустическим характеристикам.

Для проектирования «на бумаге» используется приближение геометрической акустики: когда длина волны намного меньше размеров препятствий, распространение звука можно представить в виде лучей, как в школьном курсе оптики (рис.1).

От стен они отражаются зеркально, теряя при каждом отражении часть энергии в соответствии с коэффициентом поглощения материала. При этом вогнутые поверхности (например, куполы) фокусируют звук, выгнутые — рассеивают. Звук распространяется от источника и многократно переотражается преградами, теряя энергию. Этот процесс называется реверберацией. Различают первые отражения, которые слушатель может воспринимать отдельно, и реверберационный «хвост» — множество отражений с меньшей энергией и большей плотностью во времени. Время реверберации — время, за которое уровень звукового давления в помещении спадает на 60 дБ, — является одним из важнейших акустических параметров помещения. Время реверберации часто вычисляют с помощью формул Эйринга и Сэбина, основанных на статистической теории [1]. Статистическая теория работает, если звуковое поле является диффузным — все направления движения волн равновероятны, а плотность звуковой энергии в каждой точке пространства помещения одинакова. Например, звуковое поле в узком длинном помещении с низким потолком не диффузное — у волн есть предпочтительное направление распространения.

Выбор габаритов и формы помещения

Объем и форма помещения определяются его назначением.

Для получения диффузного звукового поля в зале нужно соблюсти пропорции: длина зала превышает его ширину, но не более чем в два раза, и ширина больше высоты, опять же, не более чем в два раза. Длина зала не должна превышать допустимую длину, указанную в таблице. Необходимо избегать больших параллельных поверхностей: между ними возникает многократное отражение, так называемое «порхающее эхо», очень неприятное на слух, причем обработка поверхностей звукопоглощающими материалами не дает заметного эффекта. Оптимальная форма плана зала – трапеция. Следует также избегать фокусирующих звук вогнутых поверхностей.

Проверка достоверности глобальной оценки акустики зала по статистической теории

Здесь нужно проверить, работает ли для зала статистическая теория, т.е. является ли звуковое поле диффузным. Для этого рассчитывается критическая частота помещения по формуле:
Выше этой частоты для оценки времени реверберации можно использовать формулы Эйринга и Сэбина. Для большинства зрительных залов критическая частота лежит ниже 125 Гц.

Расчет частотной характеристики времени реверберации зала для выявления соответствия его оптимуму

Время реверберации рассчитывается в октавных полосах и сравнивается с оптимальным (рис. 3). Допустимое отклонение от оптимального значения – ±10%. На частотах ниже 125 Гц согласно СНиП допускается подъем времени реверберации, но не более чем на 20%. Бытует мнение, что в залах без звукоусиления или тех, где уровень звукового давления невысокий, поддержка низких частот за счет реверберации желательна, так как компенсирует меньшую чувствительность к ним человеческого слуха (см. кривые равной громкости). Однако в залах, где планируются мощные системы звукоусиления, этого следует избегать, так как при высоких уровнях звукового давления чувствительность уха примерно одинакова на разных частотах; излишняя реверберация в этом случае воспринимается как «бубнение». Если время реверберации в одной из частотных полос превышает оптимальное, необходимо внести дополнительный фонд звукопоглощения. Нужное количество звукопоглощающего материала можно приблизительно оценить следующим образом:  пусть рассчитанное по формуле Сэбина время реверберации в данной полосе частот, А – фонд звукопоглощения.оптимальное время реверберации, из которого можно вычислить оптимальный фонд звукопоглощения. Разница  Δ A = A _опт - A и есть дополнительный фонд звукопоглощения, который надо внести. В зависимости от коэффициента поглощения материала, который предполагается использовать, его площадь составит