Методическое пособие 524

перпендикуляра слева от точки Nо. Участок искомой плоскости ограничивается точкой Nn – точкой пересечения луча SnА и продолжением перпендикуляра из точки Nо на SSn.

Подобным способом можно и далее продолжать построение отражающих поверхностей потолка с учетом усиления интенсивности отраженного звука в удаленной от источника зоне.

Если есть необходимость оценить акустические качества зала, имеющего значительную ширину, то подобные построения выполняются для нескольких сечений, чтобы проследить распространение отраженного звука в различных направлениях от источника.

Следует отметить, что подобный метод можно использовать и для решения ограждающих поверхностей помещения в плане.

Вопросы для самопроверки

1.Как найти положение зеркального источника, если отражающая поверхность плоская?

2.Определить на отражающей плоскости точку, в которую должен быть

направлен звуковой луч, чтобы отраженный от нее луч попал в заданную точку.

Графическая работа № 4

Построение профиля потолка зрительного зала театра с оркестровой ямой

4.1.Цель работы

Использование методов геометрической акустики при построении профилей отражающих поверхностей в залах.

4.2. Основные теоретические сведения

Большую сложность представляет акустическое проектирование зрительных залов оперных театров, где источники звука находятся на сцене и в оркестровой яме, отделённой барьером-экраном от зрительного зала. В этом случае проверку акустических качеств зала можно провести на стадии эскизного проектирования, используя метод геометрической акустики.

Рассмотрим задачу решения профиля потолка зрительного зала, который обеспечил бы отражённой звуковой энергией партер и два балкона (рис. 4.1) при расположении источника звука в оркестровой яме. Будем считать, что форма зала в плане решена с учётом акустических требований. Оркестр, находясь

21

ниже уровня пола зала (S0), не может обеспечить прямой звуковой энергией всей зоны зала в области высоких и средних частот. Низкочастотные составляющие звука оркестра огибают барьер и распространяются по залу без ограничений, прежде всего, в зоне у оркестра. Необходимо запроектировать отражение средне - и высокочастотных составляющих звучания оркестра так, чтобы создать оптимальное звучание в зале. Очевидно, следует некоторую часть отражений звуковой энергии направить в зону около оркестра, чтобы уравновесить интенсивность низкочастотных составляющих звука оркестра.

4.3. Порядок выполнения работы

Пример. Построить профиль потолка зрительного зала с источником звука S0 в оркестровой яме. Зоны размещения зрителей определены точками 1-6, высота зала – точкой N1 (рис. 4.1).

Отражающие поверхности потолка зала могут быть решены в виде плоских, параболических и эллиптических элементов, способы построения которых рассмотрим ниже.

Для рядов 1-2 и оркестровой ямы можно решить отражающую поверхность в виде плоскости. Для этого проводим биссектрису угла S0N11 и на перпендикуляре к ней намечаем плоскость N1N0. Опуская на неё из точки S0 перпендикуляр и продолжая его за линию плоскости на такое же расстояние S0N0= N0S1 , получаем зеркальный источник S1. Соединяя точку S1 с точкой 2, находим на продолжении плоскости N0N1 точку N2 , которая ограничивает плоскость потолка N1N2 , отражающую звук в зону зала 1-2.

Зону зала 2-3 предполагаем обеспечить отражённой звуковой энергией от участка потолка, имеющего эллиптическую форму. Учитывая, что нельзя фокусировать звук от этой поверхности в зоне размещения зрителей, фокус этой поверхности выбираем в точке F, достаточно удалённой от зрителей, на продолжении прямой S1N22. В то же время линия F3N3 должна отсечь на потолке довольно большой участок N2N3 с тем, чтобы отражённые лучи имели достаточную мощность. Вместе с тем следует оставить часть потолка для обеспечения первыми отражениями зоны 3-6. Центр окружности О1, образующей часть эллиптической поверхности, находим на биссектрисе угла S0N2F (с учётом углов

α1= α2=90˚).

Зону зала 3-4 предполагаем обеспечить отражённым звуком от плоскости N3N4. Построение этой плоскости осуществляется следующим образом. Строится биссектриса угла S0N33, к которой в точке N3 восстанавливается перпендикуляр; далее, описанным выше способом, находится зеркальный источник S2, соединяя который с точкой 4, получаем плоскость N3N4.

Слушателей балкона первого яруса (зона 4-5), предполагаем обеспечить отражённой энергией от параболической поверхности потолка (в этом случае наблюдается минимальная потеря отражённой энергии). Центр окружности О2, образующей часть параболы, будет находиться на биссектрисе угла S0N44.

22

Для этого из S0 проводим прямую, параллельную N44 и на пересечении её с биссектрисой строим прямой угол α3, затем α4. Радиусом О2N4 проводим участок параболической поверхности, ограничивает которую точка N5, полученная на пересечении луча 5N5//4N4.

Зона 5-6 (балкон второго яруса) обеспечивается отражённой энергией от плоской поверхности потолка. Направление её определяем с помощью угла S0N55, к биссектрисе которого проводим перпендикуляр через точку N5. С помощью зеркального источника в точке S3, соединяя его с точкой 6, находим точку N6, ограничивающую плоскую поверхность N5N6, отражающую звуковую энергию в зону 5-6.

Опасность эха в связи с возможным отражением звука в переднюю часть зала от задней стены устраняем наклоном её в сторону сцены. Для этого выберем точку N7 на высоте 2-2,5 м от пола последнего ряда балкона и соединим её с точкой N6. Плоскость N6N7 дополнительно усиливает отражённый звук в зоне

5-6.

Вопросы для самопроверки

1.Как построить плоскую отражающую поверхность потолка зала?

2.Как построить эллиптическую отражающую поверхность потолка зала?

3.Как построить параболическую отражающую поверхность потолка зала?

Расчётно-графическая работа № 5

Построение сценической части (отражающих раковин) открытых театров

5.1. Цель работы

Изучение правил построения отражающих раковин открытых театров.

5.2. Основные теоретические данные

При акустическом проектировании открытых театров необходимо учитывать: особенности распространения звука в различных атмосферных условиях; акустические характеристики окружающей местности (шумовой фон, эпизодические шумы и т.д.); универсальность назначения открытых театров используемых для концертных, оперно-драматических, хореографических, хоровых выступлений, демонстраций кинофильмов и т.д. При распространении сфери-

24

ческих волн от точечного источника звука разница в уровнях звукового давления ∆L в точках, находящихся от источника на расстоянии D1 и D2, определяется по формуле

Из этой формулы можно определить, что уровень звукового давления снижается на 20 дБ при каждом увеличении расстояния в 10 раз или на 6 дБ при его удвоении.

Для открытых драматических или эстрадных театров предел удалённости без звукоусиления обычно ограничивается 30 м при вместимости от 1500 до 2500 человек. Однако при наличии хорошей защищённости амфитеатра от шума и ветра удалённость последнего ряда мест от эстрады может быть увеличена до 40 м.

Хорошая акустика открытых театров зависит от правильного выбора площадки для возведения театрального сооружения: использования местности для размещения амфитеатра (с нужным углом подъёма) на естественном основании, окружения чаши амфитеатра широкой полосой зелени, насыпями и т.п., защищающими её от внешних (городского и транспортного) шумов, удаления от высоких естественных преград или строений, могущих создать эхо или вредные звуковые отражения; защищённости от ветров, ухудшающих артикуляцию и др.

Довольно простым в конструктивном отношении является решение раковины в виде сценической трапециевидной площадки, ограниченной задней вертикальной стеной, двумя расходящимися боковыми стенами и наклонным потолком. Однако чаще всего отражающие раковины расчленяют на отдельные секции, которые располагают таким образом, чтобы обеспечить первыми звуковыми отражениями зрительские места и, в первую очередь, наиболее удалённые от сцены.

5.3. Порядок выполнения работы

Пример 1. Построить отражающую раковину открытого театра с источником звука на сцене и заданным профилем амфитеатра. Высота сцены определена точкой Б. Для определения угла наклона отражающей потолочной поверхности первой секции выполнены следующие построения (рис. 5.1).

Из точки А, соответствующей уху слушателя, сидящего в последнем ряду (1,10 м от пола), проводится прямая линия через т. Б, являющуюся началом отражающей потолочной поверхности первой секции. На продолжении линии АБ откладывается отрезок БВ, равный БК (расстоянию от источника звука – рта исполнителя – до начала отражающей поверхности); точка В является мнимым источником звука. Точка Б принимается за центр окружности, радиус которой принимается равным 0,75λ, но не менее 1,50 м (в данном случае радиус окруж-

25

ности принят равным 1,50 м). К данной окружности от мнимого источника звука В и источника звука К проводятся касательные ВГ и КД, которые

Рис. 5.1. Построение отражающих “раковин” по методу Ф.Р. Ватсона

пересекаются в точке И. Точку пересечения касательных ВГ и КД соединяют с Б; данная линия БИ и есть направление отражающей потолочной поверхности. Продолжив БИ до точки пересечения с вертикалью, ограничивающей первую секцию слева, получаем точку И1 – нижний край первой плоскости. Угол АВЕ называется углом охвата той части амфитеатра, которая будет получать отражённые звуковые лучи от поверхности БИ1. Определение углов наклона потолочных отражающих плоскостей для последующих секций может производиться аналогично.

В дальнейшем решении построения сценической части принят метод Ф.Р. Ватсона: потолочные поверхности всех четырёх секций построены с одинаковым углом наклона со смещением правого края каждой следующей «коробки» на 0,3-0,4 м вверх от левого края предыдущей. В зазорах между наклонными потолочными поверхностями могут быть расположены светильники, вентиляционные решётки и т.п. Наклонная потолочная поверхность второй секции будет посылать отражённые звуковые лучи к слушателям первых рядов, а поверхности 3- 4-й секции – к исполнителям, находящимся на сцене.

В целях более звуконасыщенного отражения, посылаемого в амфитеатр, можно применить комбинированный метод построения отражающих поверхностей потолка, заключающийся в следующем: для потолка первой секции выполняется построение, приведенное на рис. 5.1; угол наклона потолка четвёртой секции определяется по формуле

Углы наклона 2- 3-й «коробок» и β1 и β3 должны иметь промежуточные значения между β1 и β4 с равномерным переходом от меньшего угла β1 к большему β4. Величина изменения угла наклона очередной коробки по отношению к углу наклона предыдущей

Построение отражающей раковины комбинированным методом приведено на рис.5.2

Пример 2. Построить отражающую раковину комбинированным методом, если β1 = 32о30' (см. пример 1) и γ = 8о.

Определяем угол наклона 4-й секции:

β4=45+ γ2 =49о.

Угол наклона каждой следующей секции будет изменяться на величину ∆ β:

Углы наклона 2- 3-й секции:

β2 = β1 + ∆β = 32о 30, +5о30, =38о;

β3 = β2 + ∆β = 38о +5о30, = 43о30, .

Рис. 5.2. Комбинированный метод построения отражающих раковин

В целях максимального использования площади сцены высота вертикальной задней стены должна быть не менее двух метров. Это даёт возможность разместить, например, большой симфонический оркестр, вплоть до задней стены, а

27

сама вертикальная стена, находящаяся непосредственно позади оркестра, будет значительно увеличивать интенсивность звука, направляемого к слушателям.

Вопросы для самопроверки

1.От каких факторов зависит акустика открытых театров?

2.На сколько дБ снижается уровень звукового давления на расстоянии 5, 10, 15, 20, 25, 30 метров от источника звука?

3.Как влияет количество отражающих поверхностей раковины на её акустические свойства?

Расчетно-графическая работа № 6

Расчёт снижения уровня шума зданиями – экранами

6.1. Цель работы

Определение эффективности экранов для защиты от транспортного шума.

6.2. Основные теоретические данные

Основными источниками внешнего шума в городах являются транспортные потоки на улицах и магистралях, трансформаторы, предприятия, расположенные в зоне застройки, внутриквартальный шум и т.п.

В крупных городах уровни различных шумов возрастают в среднем на 1 дБ в год. Поэтому борьба с шумом в градостроительстве весьма актуальна. Существенное влияние на распространение шума оказывают препятствия в виде экранов (сплошные стены, насыпи, здания и т.д.). Если между источниками шума и расчётной точкой располагается такой экран, то за этим экраном образуется звуковая тень.

Однако в зоне звуковой тени шум от источника исключается не полностью. Звуковые волны частично огибают экран, что объясняется явлением дифракции.

Эффективность экрана зависит от его размеров, расстояния от источника шума до экрана, расстояния от экрана до расчетной точки, длины звуковой волны.

6.3. Порядок выполнения работы

Расчёт эффективности экрана без учёта затухания шума по мере удаления от источника осуществляется в следующем порядке.

28

Вычерчивается в масштабе поперечный разрез и план места расположения источника шума, экрана (здания) и расчётной точки (рис. 6.1).

Источник шума располагается на наиболее удалённой полосе движения транспорта на высоте 1м от поверхности дорожного покрытия. Определяют расстояния a, b и c, вычисляют δ = a+b-c в соответствии со схемой (рис. 6.1).

По табл. 6.1 определяют снижение звука зданием-экраном ∆L'Аэкр, дБА, в зависимости от δ. Определяют углы α1 и α2 (рис. 6.1) при принятой длине экрана и

затем - снижение уровня звука ∆LАэкрα1 и ∆LАэкрα2, дБА, в зависимости от ∆L'Аэкр и углов α1 и α2 по табл. 6.2.

Рис. 6.1. Расчётная схема здания-экрана

29

Таблица 6.1 Снижение уровня звука ∆L'Аэкр ,дБА, экраном в зависимости от δ.

Таблица 6.2 Снижение уровня звука, дБА, экраном в зависимости от ∆L'Аэкр

и углов α1 и α2

По табл. 6.3 в зависимости от разности величин ∆LАэкрα1 и ∆LАэкрα2 определяют поправку Л (дБА), которую затем прибавляют к меньшей величине

∆LАэкр αmin :

Полученная величина ∆LАэкр определяет эффективность снижения уровня звука (дБА) экранирующим сооружением в расчётной точке.

30