Автори присвячують цю роботу

пам’яті своїх вчителів і колег

Бескоровайного Бориса Михайловича,

Білоус Олени Степанівни,

Галаненко Валерія Борисовича,

Карновського Марка Ілліча,

Шоцького Бориса Івановича

Методичні вказівки з дисципліни “Прикладна акустика“ підготовлені за матеріалами роботи [1] і рекомендаціями щодо акустичного проектування приміщень, викладеними у навчальному посібнику [2].

Методика акустичного проектування є необхідним інструментом для роботи кваліфікованих інженерів, що спеціалізуються з напрямку “Акустотехніка”.

В курсі “Прикладна акустика“, який вивчається студентами спеціальності “Акустичні засоби та системи”, питанням поширення звуку в приміщеннях і, зокрема, акустичному проектуванню приділяється значна увага. У відповідності з учбовим планом студенти виконують розрахунково-графічну роботу з акустичного розрахунку і проектування теле- і радіостудій, кінотеатрів, концертних і театральних залів, аудиторій та інших приміщень.

Практика будівництва показала, що приміщення, призначені для прослуховування і запису музичних програм, мають високі акустичні якості лише в тому випадку, якщо при їх проектуванні був проведений відповідний акустичний розрахунок, а в ході будівництва вжиті спеціальні заходи для покращення якостей будівлі. Ці заходи, як правило, економічно виправдані, оскільки, завдяки їх здійсненню вдається добитися того, щоб приміщення найкращим чином відповідало своєму призначенню, а також для уникнення наступних затрат на переробки.

Мета курсової роботи – навчити студентів прийомам і методам акустичного проектування приміщень.

Дані методичні вказівки в значній мірі допоможуть при виконанні курсової роботи. В них детально викладені принципи вибору форми приміщення і відношення його розмірів; наведено довідковий матеріал по вибору оптимальних значень часу реверберації і його частотної характеристики, детально викладені методи підбору звукопоглинаючих матеріалів для одержання оптимальних умов відтворення звуку. Викладена методика побудови площадок перших і других відбиттів, розглянуті питання звукоізоляції приміщення від проникнення зовнішних шумів, принципи і методика розрахунку звукоізоляції вентиляційних установок.

1. Форма поверхні стелі і стін

Форма приміщення має безпосередній вплив на утворене в ньому звукове поле.

Приміщення, що найчастіше застосовуються, мають форму паралелепіпеда з достатньо пропорційним відношенням сторін. В них вдається забезпечити високу дифузність звукового поля завдяки рівній ймовірності відбиттів від усіх огороджуючи поверхонь. Це дозволить уникнути утворення луни, зон фокусування звуку та акустичної тіні, які спричиняються, перш за все, наявністю криволінійних поверхонь або переважанням одного з розмірів приміщення.

Променевий розрахунок, наприклад, показав, що плоске горизонтальне окреслення стелі не є оптимальною його формою. Частина звуку, відбитого від такої стелі, потрапляє в розташовані на невеликих відстанях передні ряди слухачів, для яких достатня чутність забезпечується вже одним прямим звуком. При дуже великій висоті залу це може призвести до виникнення луни. Крім того, віддалена від джерела звуку частина стелі відбиває звук не до слухачів, а до задньої стінки залу. Примикаючи до задньої стінки під прямим кутом, стеля дає (після повторного відбивання від стіни) зворотнє відбивання звуку до джерела (рис.1).

Розподіл звуку, відбитого передньою частиною стелі, можна покращити облаштуванням над естрадою чи над авансценою відбивача (рис.2), який скеровує цей звук не на передні ряди, а до більш віддалених слухачів. Доцільно надати йому випуклого профіля, забезпечуючи розсіяний розподіл відбитого звуку при різних положеннях джерела. Відбивач не слід виконувати із залізобетона, штукатурки по металевій сітці чи іншого матеріалу з малим коефіцієнтом звукопоглинання.

Розподіл звуку, відбитого задньою частиною стелі, покращується, якщо стеля має уклінну, примикаючу до задньої стінки ділянку (рис.3). Такий самий результат досягається і нахилом в бік слухачів задньої стіни (рис.4).

В практиці проектування залів часто використовується розподіл стелі на секції (рис.5). Це дає при правильному виборі їх профілю однорідний розподіл відбитого звуку. Тут необхідно звертати увагу на те, щоб звукові відбиття від суміжних секцій перекривали одне одного. Секції, показані на рис.6, незадовільні, оскільки відбиття від суміжних секцій не перекриваються, внаслідок чого утворюються зони тіні, які не мають відбиттів звуку.

Часторебристі перекриття краще за інші конструктивні елементи можуть бути застосовані як дифузно видбиваючі поверхні на високих частотах. При розмірах ребер та відстаней між ними порядку 10–20 мм область найбільшого розсіювання поширюється на діапазон частот вище 1000 Гц. Якщо бажано охопити також і середні частоти, то слід збільшувати розміри ребер та відстані між ними. Розсіювання можна також збільшити, застосовуючи форму ребер, показаних на рис.5. Практичне застосовування ребристих конструкцій для стелі обмежене тим, що її поверхню здебільшого доводиться використовувати для відбиття звуку у віддалені місця приміщення. Тому у кожному окремому випадку потрібно вирішувати, чи можна відмовитися від направлених відбиттів стелі на користь збільшення дифузності звукового поля.

При виборі контуру стін мають силу ті ж міркування, що і для стелі. Важливою є правильна конфігурація стін поблизу естради чи сцени. При плоских паралельних бокових стінах (рис.7) відбиття від ділянок, прилеглих до сцени чи до естради, потрапляють в передні ряди слухачів, де для чутності достатньо прямого звуку джерела.

Окрім того, наявність паралельних прямих стін може призвести до появи “порхаючої“ луни чи до створення стоячих хвиль. Розчленування бокових стін послаблює ці ефекти і збільшує дифузність звукового поля. Підвищує дифузність і незначне відхилення стін від паралельності на 2,5–3 градуси (рис.8). Особливо ефективні для цієї цілі елементи, які мають криволінійний випуклий перетин. Один із найбільш раціональних варіантів форми глядацького залу в горизонтальному перетині показаний на рис.9.

Розсіюючі деталі доцільно розміщувати на поверхнях, відбиття від яких направлені на місця глядачів, але сильно запізнюються,. Позитивна дія членованих поверхонь ґрунтується ще і на тому, що загальна площа їх зовнішньої поверхні зростає. В результаті при матеріалах з невеликим коефіцієнтом звукопоглинання одержують значне загальне поглинання звуку.

Для створення приміщення з досконалими акустичними якостями, слід уникати ввігнутих і зведених поверхонь. Наявність таких форм пов`язана з небезпекою виникнення фокусування звуку, в той час як випуклі поверхні створюють розсіяне відбиття і підвищують дифузність звукового поля. Якщо з якихось причин бажано чи необхідно мати в приміщенні циліндричний звід чи купол, то потрібно вибирати радіус кривизни стелі меншим за половину висоти залу або, навпаки, вдвічі більшим за висоту (рис.10).

Н

Рис.9

Рис.10

еобхідно пам`ятати, що добре розсіюються тільки ті звукові хвилі, довжина яких близька до розмірів розчленованої деталі. Балкони, лоджії та скошені стіни підвищують дифузність звуку в залі на низьких частотах, в той час як пілястри, що часто застосовуються в архітектурній практиці, забезпечують достатнє розсіювання на середніх і високих частотах. Поверхні стін і стелі зазвичай сприяють відбиванню звукових хвиль, а підлога з розташованими на ній слухачами впливає на якість прямої передачі звуку. Це має важливе значення, оскільки прямий звук в першу чергу зумовлює силу звучання, що сприймається слухачем. Через те що заповнена слухачами поверхня підлоги сильно розділена і заглушена, відбивання від неї незначні і їх можна не враховувати. Тому на вибір форми поверхні підлоги впливають лише критерії прямої звукопередачі. Користуються принципом, що при достатній видимості можна розраховувати на добру пряму передачу звуку. Як правило, це досягається підвищеним розташуванням джерела звуку або послідовним підвищенням рядів глядацьких місць. Підвищене розташування джерела звуку застосовується, якщо звук зконцентрований в одній точці, а підвищення рядів слухачів незастосовно. З цією метою висота естради або авансцени над рівнем прилеглої підлоги партера повинна бути не менше одного метра. Досвід показує, що чим крутіше підйом підлоги, тим краща пряма передача звуку. Тому бажано надавати підлозі в передній частині зала менший, а в задній – більший нахил.

В залах місткістю більш ніж 800 слухачів доцільним є встановлення одного чи декількох балконів. Таким чином досягається зниження об`єму залу, зменшення його довжини і розчленування стін, що сприяє добрій акустиці залу. Відношення виносу а₁ балкона до середньої висоти h₁ підбалконної пазухи має бути не більшим за 1,5 (рис.11).

Таке ж відношення повинно виконуватись і в лоджіях. Для пазух над балконами відношення а₂/h₂ може бути збільшено до двох. При виконуванні даної вимоги досягається добра чутність і розбірливість мови в глибині цих пазух.