Тема 1: физические основы архитектурной акустики:

1.Звук как физическое явление представляет собой волновое колебательное явление; распространяющееся в любой материальной среде.

Основа зарождения звука – механическое колебание.

2.Основные физические характеристики звуковой волны (З.В.— это упругие колебания воздуха):

λ(м) – длина волны;

с(м/с) – скорость распространения звука;

f(Гц) – частота (количество колебаний в секунду).

Основные физические характеристики звукового поля (З.П. – это пространство, в котором распространяются звуковые волны, т.е. происходят акустические колебания частиц упругой среды, заполняющей эту область):

L(дБ) - звуковое давление;

J(Вт/м²) – интенсивность звука (среднее количество звуковой энергии, переносимое звуковой волной через поверхность S = 1м², перпендикулярную направлению волны).

3.Сила звука -  это наше субъективное восприятие размаха колебательных движений звука, его амплитуды.

4.Отраженные звуки усиливают звуковую энергию и, за счет этого, увеличивается разборчивость речи. Отражения бывают направленные и рассеянные. Если размер отражающей поверхности больше длины волны и эта поверхность гладкая отражения будут направленными.

Если размер отражающей поверхности или размер архитектурного членения этой поверхности соизмеримы с длиной этой волны отражения будут рассеяны.

Рассеянные отражения всегда полезны для акустики зала; направленные отражения могут быть и полезны и вредны.

Направленные отражения:

- Усиливают звук; способствуют улучшению слышимости и разборчивости речи;

- Способствуют эхо образованию; Образованию фокусных точек; образованию мертвых зон.

Угол падения звуковой волны равен углу отражения.

Падающий и отраженный лучи лежат в одной плоскости перпендикулярной плоскости отражения.

Дифракция звука и ее значения:

Огибание, отклонение распространения звука.

Принцип Гюгенса

Малое припятствие и малое отверстие меньше λ , служат источником распространения полусферной волны.

Тема 2: акустические проектирование помещений различного назначения:

1.Критерии оценки акустики для речевых залов:

А)Время реверберации;

Б)Структура ранних отражений;

В)Диффузность звукового поля;

Г)Коэффициент разборчивости речи.

Для остальных залов:

А) Время реверберации;

Б)Структура ранних отражений;

В)Диффузность звукового поля.

2.Реверберация – процесс постепенного затухания звука после выключения источника. Время, в течении которого происходит затухание звука – время реверберации.

Стандартное В.Р. (расчетное) – время, в течении которого стандартный тон в 500 Гц уменьшается после выключения источника звука (уровень звукового давления уменьшается на 60 дБ). Оптимальное В.Р. (наилучшее) зависит от назначения помещения, его геометрических характеристик, а также от конструкций и звукопоглощающих материалов. Оптимальным называется время реверберации, при котором создаются наилучшие условия слышимости. Допустимое расхождение между расчетным и оптимальным В.Р. составляет +/-10%.

Формула Себена:

T = 0,163*V/A

Формула Эйринга(расчетная):

T = 0,163*V/φ(ɑ)/S_общ

3.Ранними полезными отражениями считаются отражения, поступающие к слушателю с временем запаздывания, по сравнению с прямым звуком не более 50 мс (миллисекунд) для речи и 80 мс для музыки. Эти отражения дополняют прямой звук источника, улучшая слышимость и разборчивость речи, повышают ясность, прозрачность звучания музыки.

Для достижения хорошей акустики в зале должен быть обеспечен приход к слушателям правильно распределенных ранних звуковых отражений.

Рекомендуемая структура ранних отражений для помещений различного назначения различна.

А)В речевых помещениях для хорошей разборчивости речи желательно, чтобы запаздывание первого отражения по сравнению с прямым звуком не превышало 20 мс.

Б)Оптимальное звучание музыки и максимальный пространственный эффект ее восприятия получается, если вслед за прямым звуком приходит первое интенсивное отражение (от боковых стен) через 25-35 мс, следующее за ним через 15-20 мс, после чего временная структура начинает уплотняться.

В)В залах многоцелевого назначения запаздывание первого отражения, по сравнению с прямым звуком (а также промежутки времени между приходами следующих отражений), не должно превышать 20-30 мс.

При расчете разности ходов высота источника звука над полом эстрады или сцены принимается равной 1,5 (уровень рта исполнителя), а высота точки приема над полом – равной 1,2 (уровень уха слушателя).

4.Диффузность – равномерность распределения потоков звуковой энергии по различным направлениям.

5.После завершения графического анализа чертежей и создания в зале оптимальной структуры ранних отражений не занятые для этой цели поверхности должны быть использованы для формирования диффузного звукового поля путем их эффективного расчленения различной формы звукорассеивающими элементами для создания рассеянного, ненаправленного отражения звука. Это достигается расчленением поверхностей балконами, пилястрами, нишами и тому подобными неровностями.

Гладкие большие поверхности не способствуют достижению хорошей диффузности звукового поля. Особенно нежелательны гладкие, параллельные друг другу плоскости, вызывающие эффект «порхающего эха», получающегося в результате многократного отражения звука между ними. Расчленение таких стен ослабляет этот эффект и увеличивает диффузность. Причем хорошо рассеиваются звуковые волны, длина которых близка к размерам детали. Рассеивающий эффект увеличивается, если шаг членений нерегулярен, т.е. расстояния между смежными членениями не одинаковы по всей расчлененной поверхности.

При примыкании задней стены зала к потолку под углом 90° или меньше может возникнуть так называемое театральное эхо - отражение звука от потолка и стены в направлении к источнику звука, приходящее с большим запаздыванием. Для устранения такого эха следует выполнить наклонной часть потолка у задней стены или наклонной заднюю стену зала.

а и б - «театральное эхо»; в - д - «театральное эхо» отсутствует .

Большие вогнутые поверхности ограждающих конструкций залов (купол, свод, вогнутая в плане задняя стена) создают опасность концентрации отражений. При этом звук фокусируется в одной части зала, создавая сильное эхо, другие же части зала не получают отражений.

На рисунке приведены три варианта проектного решения купола. Вариант а иллюстрирует крайне неудачное решение, радиус кривизны купола примерно равен высоте зала, звук фокусируется в центре зала. Вариант б - радиус кривизны составляет половину высоты зала, отражения проходят через точку фокуса и далее распределяются по площади пола. Вариант в -радиус кривизны составляет примерно две высоты зала. Звук отражается от купола в виде пучка параллельных лучей.

Если форму купола изменить невозможно (например, здание цирка) для предотвращения фокусирования звука следует применить членение поверхности купола (рисунки  г и д) или использовать облицовку купола звукопоглощающими материалами.

6.Очень важным критерием оценки акустики в помещении, предназначенном для передачи речи, служит разборчивость. Установлено, что разборчивость зависит от соотношения «полезной» и «бесполезной» частей звуковой энергии, приходящей к слушателю. К «полезной» звуковой энергии относится энергия прямого звука и энергия ранних отражений, приходящих вслед за прямым звуком в течении первых 50 миллисекунд. К «бесполезной» - вся остальная звуковая энергия; «бесполезна» она условно, так как фактически она представляет собой реверберирующий фон в помещении.

Разборчивость оценивается коэффициентом разборчивости (К_Р), который вычисляется по формуле:

Где ā*S – общая фактическая ЭПЗ (А^Ф_общ) при 100% заполнения зала для частоты 500 Гц;

ā - средний коэффициент звукопоглощения при тех же условиях;

r₀ - расстояние между источником звука и рассматриваемой точкой;

r₁, r₂,.., r_n- путь первых отражений от источника звука до точки наблюдения, приходящих в первые 50 миллисекунд;

а₁, a₂,…, a_n- коэффициенты звукопоглощения поверхностей, от которых пришли первые полезные отражения.

Коэффициент разборчивости речи считается в трех точках (первые ряды, середина зала, последние ряды). Минимальной величиной К_Р следует считать 0,2.