книги из ГПНТБ / Жовинский, В. Н. Корреляционные устройства

При разработке рабочих чертежей рассматриваются следующие основные вопросы:

проектирование нетипового оборудования; окончательный выбор типового оборудования, трасс

прокладки линий и мест установки оборудования; уточнение окончательного варианта системы звукофи-

кации зрелищного помещения, служебной связи, техноло­ гического телевидения, монтажных схем и таблиц;

уточнение и утверждение всех рабочих чертежей, пе­ речня оборудования и материалов для монтажных работ, сметно-финансовых расчетов.

Рассмотрим основные, узловые вопросы проектирова­ ния систем звукофикации помещений, входящие в первую стадию проектирования.

§ 18. МЕТОДИКА АКУСТИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ПОМЕЩЕНИЙ

Общие положения. Прежде чем приступить к проектированию зрительного зала, необходимо выяснить, каковы его особенности с точки зрения акустических тре­ бований, и выбрать метод расчета. В настоящее время используют два основных метода расчета: аналитический и геометрический (графо-аналитический). Моделирова­ ние на макетах облегчает поиски правильных акустиче­ ских решений и служит как бы дополнительным методом проектирования.

Аналитический метод основан на использовании ста­ тистической теории звукового поля. Эта теория допуска­ ет ряд упрощений, самым существенным из которых яв­ ляется допущение диффузности звукового поля. В тео­ рии не учитывается структура ранних отражений в поме­ щении и места расположения различных поглотителей. Допущение диффузности звукового поля может быть пригодно в основном для залов малых объемов.

Геометрический (графо-аналитический) метод осно­ ван на волновой теории звукового поля. Этот метод явля­ ется более точным как с теоретической точки зрения, так

ис практической стороны.

Врасчетах главное внимание уделяется структуре ранних отражений, как наиболее важной характеристике акустических свойств помещения. Метод учитывает так­ же места расположения различных поглощающих мате­

риалов. Но расчет геометрическим методом будет тем точнее, чем меньше длина волны по сравнению с разме­

162

ром отражающих поверхностей. Отсюда следует вывод об использовании метода для анализа помещений срав­ нительно больших объемов, причем более точными полу­ чаются результаты на средних и высоких частотах, где длина волны значительно меньше геометрических разме­ ров основных поверхностей.

Метод моделирования дает широкие возможности экспериментального исследования как уже построенных, так и проектируемых помещений. Этот метод имеет боль­ шие преимущества перед остальными методами акусти­ ческих расчетов, он позволяет изучить звуковое поле в помещениях сложных форм.

Метод моделирования учитывает места расположения материалов с различными коэффициентами поглощения, дает возможность практического наблюдения за структу­ рой ранних отражений. Измерения основных характерис­ тик, полученных на практике, и расчетные данные, под­ крепленные исследованиями на моделях, показывают вы­

был положен статистический подход к подсчету звуковой энергии и приняты следующие допущения:

метод акустического суммирования, при котором не учитываются мгновенные значения амплитуд и фаз звуковых волн, а также изменения интерференционной картины в зависимости от частоты звука и координат точки;

средняя плотность звуковой энергии в каждый дан­ ный момент времени принимается одинаковой для любой точки объема;

равномерное распределение плотности звуковой энер­ гии в объеме обусловливается равновероятным приходом отраженной энергии со всех направлений, т. е. звуковое поле диффузно.

Сделанные допущения позволяют производить основ­ ные расчетные соотношения по формуле Сэбина:

7 = 0,164— ,

а S

если средний коэффициент акустического поглощения а меньше 0,24-0,25.

Если же помещение сильно заглушено, то более точ' ные результаты дает формула Эйринга:

Эйринг оставил в силе все допущения Сэбина, кроме од­ ного, связанного с определением среднего коэффициента поглощения.

Цель расчета проектируемого зрительного зала —по­ лучение основных данных для архитектурно-акустическо­ го решения зала с учетом специфики его эксплуатации или проверки акустических условий в существующем помещении для возможности введения акустической кор­ рекции и выбора наилучших мест установки громкогово­ рителей и микрофонов в зрительном зале, на сцене,

вфойе.

Воснове проектирования лежит техническое задание,

согласованное с инженером-строителем, в котором указы­ вается: назначение помещения, число зрительских мест, материалы, которыми обработаны все внутренние по­ верхности зрительного зала и сцены, их размеры, конст­ руктивное решение подвесного потолка и полых поверх­ ностей.

Составив задание, приступают к расчетам, придержи­ ваясь следующей последовательности:

вычерчивают эскиз развертки помещения с изображе­ нием всех основных элементов поглощающих и отражаю­ щих поверхностей;

определяют площади 5,- каждого поглощающего и от­ ражающего участка с учетом параметров помещения и структуры поверхностей;

пользуясь справочником, выбирают коэффициенты поглощения а* всех материалов и составляют таблицу поглощения для частоты 500 гц;

определив среднее поглощение помещения аср, выби­ рают расчетное выражение для вычисления времени ре­ верберации в исследуемом помещении;

определяют общий фонд поглощения А в помещении для частот 1254-4000 гц и записывают все исходные дан­ ные в сводную таблицу:

164

Зная общий фонд поглощения А и объем помеще­ ния V, определяют время реверберации Т для каждой из частот; данные сводят в таблицу:

Время реверберации (с)

Взяв логарифмический масштаб по оси абсцисс, стро­ ят частотную характеристику времени реверберации в помещении:

Te = <p(f Щ)-

После построения характеристик анализируют полу­ ченный результат. Пользуясь справочниками и соответст­ вующей литературой, определяют оптимальное время ре­ верберации для данного типа помещения с учетом осо­ бенности его работы [2, 11, 12] и строят график, совме­ щенный с расчетным графиком (масштаб оставляют без изменения).

Сравнивая два графика, дают рекомендации по устра­ нению акустических дефектов, если расхождение графи­ ков времени реверберации составляет больше 15%.

При необходимости исправления дефектов зала, сце­ ны или студии определяют значение дополнительного фонда поглощения на всех рабочих частотах заданного диапазона и подбирают поглощающие материалы (с уче­ том частотной характеристики коэффициента поглоще­ ния для каждого типа материала).

Выбрав поглощающие материалы, дают рекоменда­ ции для размещения их по соответствующим поверхно­ стям зрительного зала.

После размещения всех новых материалов делают проверочный расчет времени реверберации реконструи­ рованного помещения. Если результат нового расчета удовлетворительный (т. е. расхождение не больше 15%), то акустический расчет закончен, если же не удовлетво­ рительный, подбирают другие поглощающие материалы..

После того как получены положительные результаты, составляют эскиз развертки помещения с обозначением мест размещения всех поглощающих и отражающих ма­ териалов.

165

Если помещение зрительного зала имеет сложные формы, то применяют дополнительно геометрический метод построения лучевых эскизов на плане и на про­ дольном разрезе помещения [12].

Особенность геометрического метода расчета. Одна из основных особенностей этого метода заключается в том, что при расчетах учитывается не только общее зву­ копоглощение в закрытом помещении, но и определяются с помощью построения лучевых эскизов наиболее целе­ сообразные места расположения поглощающих и отра­ жающих поверхностей (см. рис. 1.6 и 1.7).

Геометрический метод построения звуковых лучей позволяет определить участки отражающих поверхно­ стей в помещениях сложных форм, которые создают кон­ центрацию (фокусировку) звуковой энергии в опреде­ ленных участках зрительного зала, заметно нарушая ход реверберационного процесса и ухудшая разборчи­ вость речи. Изменяя геометрию этого участка или раз­ мещая соответствующие поглощающие поверхности, мож­ но добиться ликвидации акустического дефекта в по­ мещении.

Особенности метода моделирования. Обычно иссле­ дования, проводимые на моделях, связаны с геометриче­ ским подходом к анализу звукового поля, что ограничи­ вает возможности его использования для небольших по­ мещений.

Применение метода моделирования заключается в ис­ пользовании анализа картин отражений, получаемых в результате излучения короткого сигнала (импульса ульт­ развука) и приема его совместно с отражениями, после­ довательно приходящими от различных поверхностей мо­ дели. Исследование модели зрелищного помещения, уменьшенного в 40 раз, проводят на частоте, соответст­ венно увеличенной в 40 раз (ультразвук).

Если дополнительно к импульсному методу исследо­ вания моделей применить реверберационный, т. е. ана­ лизировать влияние звукопоглощающих свойств поверх­ ностей на характер и время затухания звука, то резуль­ таты исследования моделей будут более точными.

В НИКФИ при исследовании акустических условий в помещениях была разработана и изготовлена установка, позволяющая производить необходимые акустические из­ мерения на моделях. В качестве эквивалентов поглощаю­ щих материалов были подобраны аналоги, которые на ультразвуковой частоте имеют коэффициенты поглоще­

166

ния, соответствующие реальным материалам. Так, напри­ мер, оргстекло, испытанное на ультразвуке в модели, со­ ответствует по поглощающим свойствам оштукатурен­ ной, покрашенной масляной краской поверхности в реальных условиях.

Эксперименты, проведенные в НИК.ФИ, показали, что исследования на моделях позволяют значительно расши­ рить возможности изучения звукового поля в помеще­ ниях не только простых, но и сложных форм [12].

З в у к о п о г л о ща ющие м а т е р и а л ы и ме с т а их ра з мещения . При выборе материалов для внут­ ренней отделки помещений зрительных залов необходимо учитывать следующие особенности.

1. Звукопоглощающие материалы при архитектурно­ акустическом оформлении зрительного зала должны от­ вечать нормам эстетики, не изменять своих акустических свойств и не деформироваться при длительной эксплуа­ тации, допускать наружную обработку без заметного из­ менения их акустических свойств (покраску тонким сло­ ем, пропитку огнестойкими составами и др.); быть огне­ стойкими и не сыпучими (особенно неприятны с этой точки зрения стекло-волокнистые материалы); иметь до­ статочно низкую стоимость.

2. Архитектурно-акустическое оформление поверхно­ стей зрительного зала должно обеспечивать хорошее рассеивание звуковой энергии на площади всех зритель­ ских мест, оптимальную величину ранних и поздних от­ ражений и времени реверберации. При введении большо­ го количества звукопоглощающих материалов необходи­ мо помнить, что переглушенный зал делает звук вялым, неестественным.

3. При выборе материала для обработки поверхностей зрительного зала следует комплексно решать художест­ венные, акустические и функциональные задачи. К ним относятся физические параметры материалов, архитек­ турно-декоративные требования (цвет, форма, сохран­ ность цвета, долговечность материала), удобство эксплу­ атационного обслуживания, экономичность, возможность применения звукотехнической аппаратуры и др.

4. Исторический опыт показывает, что дерево, как ос-, новной элемент строительных конструкций, создает в зрительном зале наиболее благоприятные акустические условия. Звучание музыкальных произведений в таких помещениях почти всегда отличается красивой тембровой окраской. При современных способах строительства ис-

167

пользуется много новых строительных и отделочных ма­ териалов [1].

Известно, что для создания оптимальных акустических условий в зрительном зале необходимо правильное раз­ мещение поглощающих и отражающих поверхностей в вертикальном, поперечном и продольном направлениях. Метод моделирования и геометрический метод построе­ ния лучевых эскизов позволяют с достаточной точностью определить наилучшие места расположения поглощаю­ щих и отражающих поверхностей. Но названные методы не всегда могут быть использованы театральными работ­ никами. В этих случаях необходимо учитывать ряд прак­ тических рекомендаций, которые сводятся к следую­ щему:

1)поглощающие и отражающие поверхности должны чередоваться в определенной последовательности, чтобы их расположение было более равномерным, а на парал­ лельных плоскостях — асимметричным;

2)вдоль нижней части стен до уровня 2—3 м относи­ тельно пола желательно устанавливать панели из сплош­ ного деревянного щита или широких рассеивающих звук реек;

3)поглощающие конструкции с чередующимися от­ ражающими поверхностями следует размещать на верх­ ней части стен и на потолке, чтобы снизить время ревер­ берации в местах, где возможны появления аку­ стических дефектов из-за фокусирования звука или

значительного его запаздывания;

4)над просцениумом (рампой) желательно ставить отражающий козырек из неперфорированного мате­ риала;

5)в зрительном зале должны быть мягкие кресла, чтобы акустические свойства помещения в минимальной степени зависели от количества зрителей в зале;

6)пол в проходах следует застилать коврами с неглу­ боким ворсом для поглощения шума шагов зрителей;

7)если на сценической площадке имеются жесткие и мягкие декорации (подмостковые станки, кулисы, задник

идр.), то звукопоглощение в сценической части помещен ния будет неравномерным. Например, поглощение на низких частотах может увеличиться до 70%, на сред­

них— до 40—50% и на высоких — до 50—60% (относи­ тельно общего поглощения в помещении без декораций). Декорации создают как бы местную акустическую среду, которую всегда необходимо учитывать.

168

Если в театре проводятся реконструкционные работы, то после проведенных расчетов, выбора поглощающих и отражающих материалов, а также определения мест их размещения производят акустическую настройку зри­ тельного зала при соответствующих акустических измере­ ниях.

Необходимость настройки, акустической корректиров­ ки помещения зрительного зала вызвана тем, что строи­ тели не всегда точно выполняют рекомендации ііо архи-

Рнс. V. 1. Условная развертка зрительного зала с обозначением

основных поверхностей, влияющих на поглощение н отражение звука

тектурно-акустическому решению, допускают отклонения при изготовлении звукопоглощающих и звукоотражаю­ щих сборных конструкций. Кроме того, заводы-поставщи­ ки не могут гарантировать постоянство акустических па­ раметров звукопоглощающих материалов. При акусти­ ческой настройке зрительного зала могут подбираться новые поглощающие и отражающие поверхности, изме­ няться места их размещения.

Пример акустическог о р а с ч е т а . з ри ­ т е л ь н о г о з а л а унив е рс а л ь ног о н а з н а ч е ­ ния на 600 мест.

1. Для акустического расчета предварительно опреде­ ляют габариты зала и его объем (см. эскиз развертки за­ ла на рис. V. 1 и общий вид на рис. V. 3). В данном поме­ щении простых форм общий объем зала и сцены состав­ ляет 3492 м3.

2. Площадь каждого поглощающего или отражающе­ го материала, размещенного в зрительном зале и на сце­ не, обозначена в табл. 2.

169

3. Пользуясь справочными данными на поглощающие материалы, ориентировочно определяют фонд поглоще­ ния А для каждого материала на частоте 500 гц. Эти зна­ чения показаны в табл. 2.

Суммируя все площади и определив общий фонд по­ глощения Аобщ» находят значение среднего коэффициен­ та поглощения:

общий фонд поглощения на частотах 125, 250, 1000, 2000, 4000 гц. Данные вычислений сведены в табл. 2. К полу­ ченным значениям фонда поглощения прибавляют 10% на неучтенные потери звуковой энергии.

6. Определяют оптимальное значение времени ревер­ берации и характер частотной характеристики времени реверберации в зависимости от объема и назначения по­ мещения [2, 11].

7. Используя расчетные данные общего фонда погло­ щения, определяют время реверберации помещения на каждой дискретной частоте:

и строят частотную характеристику времени ревербера­ ции для существующего зала и рекомендуемую (рис. V. 2).

8. Анализируя два графика (рекомендованный и полу­ чившийся) для данного зала, можно сделать вывод, что существующая архитектурно-акустическая обработка за­ ла не удовлетворяет акустическим нормам.

172