Архитектурно-строительная+акустика_24.03.14

21

2.2.2. Оптимальное время реверберации

Для каждого помещения в зависимости от его назначения и объема существует оптимальная средняя скорость затухания звуковых волн, соответст-

вующая оптимальному времени реверберации. В зависимости от объема поме-

щений (м3) различного назначения оптимальное время реверберации (с) будет:

1)для лекционных залов, конференц-залов, залов заседаний, залов драмтеатров, кинозалов:

2)для залов многоцелевого назначения, залов, предназначенных для исполнения камерной музыки:

Данные значения справедливы для частот 500 и 2000 Гц. На низких частотах (125 Гц) оптимальное время реверберации должно быть на 20 % больше, чем на средних и высоких частотах (500 и 2000 Гц соответственно) [4].

При реальном проектировании очень сложно подобрать материалы отделки поверхностей помещения таким образом, чтобы расчетное время реверберации на всех трех частотах соответствовало оптимальному. Поэтому на графике показывают не только оптимальное время реверберации, но и область, охватывающую его допускаемые отклонения ± 10 %.

Например, необходимо определить оптимальное время реверберации для конференц-зала размерами 18 × 12 × 4,2 м. Вычисляем объем зала: V = 907 м3. По формуле (2.10) определяем оптимальное время реверберации для частот 500 и 2000 Гц: Топт = 0,29 lg 907,2 = 0,86 с. Для частоты 125 Гц полученное значение необходимо увеличить на 20 %, т.е. 0,86 с 1,2 = 1,03 с.

Определяем допускаемые отклонения оптимального времени ревербера-

ции:

-для частот 500 и 2000 Гц: 0,86 с × 1,1 = 0,95 с; 0,86 с × 0,9 = 0,77 с;

-для частоты 125 Гц: 1,03 с × 1,1 = 1,13 с; 1,03 с × 0,9 = 0,93 с.

Частотная зависимость оптимального времени реверберации для конфе- ренц-зала объемом 907 м3 в графическом виде (рис. 2.4).

22

Т, с

Рис. 2.4. Частотные характеристики оптимального времени реверберации для конференц-зала объемом 907 м3

2.2.3. Расчет времени реверберации

Начиная расчет времени реверберации, необходимо определить объем помещения V (м3); площадь каждой ограждающей поверхности помещения Si (м2); суммарную площадь всех внутренних ограждающих поверхностей Sобщ (м2); эквивалентную площадь звукопоглощения Аобщ (м2); а также оптимальное время реверберации Топт (с) по п. 2.2.2.

Эквивалентная площадь звукопоглощения Аобщ определяется обычно при 70 %-ном заполнении зала с учетом добавочного (или неучтенного) звукопоглощения (αдобSобщ). Таким образом, формула (2.7) примет следующий вид:

где αдоб – средний коэффициент добавочного звукопоглощения, учитывающий звукопоглотители, фактически существующие в помещениях (осветительная аппаратура в залах; вентиляционные решетки; щели и трещины; воздушные полости, соединенные с основным объемом помещения и т.п.).

Значения коэффициента αдоб на различных частотах представлены в табл. 1 приложения А. Для помещений, в которых условия, вызывающее добавочное звукопоглощение, выражены слабо (помещения простой формы, не имеющие пазух и объемных осветительных приборов, с малой площадью вентиляционных отверстий), добавочное звукопоглощение может быть уменьшено на 50% [3], [4].

После нахождения общей эквивалентной площади звукопоглощения Аобщ определяется αср = Аобщ/Sобщ. Расчет времени реверберации в общем случае производится по формуле Эйринга (см. выражение (2.9)) для трех частот: 125, 500

и 2000 Гц.

23

Например, необходимо определить время реверберации для конференцзала размерами 18 × 12 × 4,2 м вместимостью 150 человек и сравнить полученные значения с оптимальными. Материалы отделки поверхностей следующие:

пол – паркетный (с установленными полумягкими креслами (150 шт.), площадь одного кресла с проходом 0,5 м2);

стены – оштукатуренные и окрашенные клеевой краской (в стенах расположены 3 окна размером 1,8 × 1,8 м каждое, а также 2 двери размером 2,1 × 1,2 м каждая);

потолок – подвесной, из потолочных плит Armstrong Casa.

Площади всех поверхностей конференц-зала представлены в табл. 2.1.

Расчет будем вести на трех частотах: 125, 500 и 2000 Гц. Коэффициенты звукопоглощения поверхностей, коэффициенты добавочного звукопоглощения, а также эквивалентные площади звукопоглощения зрителями и креслами представлены в таблицах 1 и 2 приложения А.

Расчет времени реверберации сведен в табл. 2.1.

Последовательность действий при определении времени реверберации конференц-зала следующая:

1)определяем объем зала (V = 907 м3), площадь каждой из внутренних

поверхностей помещения, а также площадь всех поверхностей за исключением площади, занятой зрительскими местами, (Sобщ = 534 м2).

2)определяем оптимальное время реверберации на трех частотах в зависимости от вычисленного объема и назначения помещения (см. пример в п.

2.2.2).

3)определяем количество зрителей и пустых кресел из условия 70% -ного заполнения зала: количество зрителей – 105 чел., количество пустых кресел –

45 шт.

4)заносим в таблицу наименования всех поверхностей, их площади, а

также общую площадь Sобщ (см. табл. 2.1). Из табл. 1 приложения А определяем коэффициенты звукопоглощения всех поверхностей (α) для трех частот и заносим эти значения в соответствующие графы таблицы 2.1.

5)после этого перемножаем площадь каждой из поверхностей помещения (S) на соответствующий коэффициент звукопоглощения α (для всех трех частот). Получили значения эквивалентной площади звукопоглощения каждой из поверхностей (α·S). После суммирования этих значений для всех поверхностей получаем звукопоглощение поверхностями помещения (три значения для час-

тот 125, 500 и 2000 Гц).

6)аналогичные действия производим с эквивалентным звукопоглощением зрителями и пустыми креслами. Перемножаем соответствующие значения (см. табл. 2 приложения А) на количество зрителей (105 чел.) и пустых кресел (45 шт.). В результате получаем звукопоглощение зрителями и креслами (три значения для частот 125, 500 и 2000 Гц).

7)из табл. 1 приложения А определяем коэффициенты добавочного звукопоглощения на трех частотах. Для получения значений добавочного звукопоглощения перемножаем эти коэффициенты на общую площадь поверхностей

24

помещения. В данном случае в задании не указано, что в конференц-зале имеются условия, вызывающее значительное добавочное звукопоглощение (помещение конференц-зала простой формы, не имеет пазух и объемных осветительных приборов), поэтому добавочное звукопоглощение уменьшаем на 50 %

(Sобщ × 0,5 = 534 × 0,5 =267 м2).

8)суммируем значения звукопоглощения поверхностями помещения, зрителями и креслами, а также добавочное звукопоглощение. В результате получили эквивалентное звукопоглощение Аобщ на трех частотах.

9)определяем средний коэффициент звукопоглощения αср = Аобщ/Sобщ , а также функцию среднего коэффициента звукопоглощения φ(αср) = – ln(1–αср) для всех трех частот.

10)вычисляем время реверберации помещения по формуле Эйринга на трех частотах.

11)определенное расчетное время реверберации Т сравнивается с опти-

мальным временем реверберации Топт, учитывая его допускаемые отклонения (±10 %). Результаты расчета времени реверберации и сравнения его с оптимальным временем реверберации представляются в виде графика (рис. 2.5).

После чего делается вывод: для рассматриваемого помещения конференцзала расчетное время реверберации на низких частотах (125 Гц) удовлетворяет нормативным (оптимальным) значениям. На средних и высоких частотах (соответственно 500 и 2000 Гц) расчетное время реверберации меньше нижней границы допускаемых отклонений. Для исправления этого акустического дефекта эквивалентное звукопоглощение на этих частотах необходимо уменьшить, частично заменяя материалы отделки поверхностей помещения.

1,1

оптимальное время реверберации Топт

1,0

+10 %

0,9

0,8

–10 %

0,7

0,6

Рис. 2.5. Частотные характеристики оптимального и расчетного времени реверберации для конференц-зала объемом 907 м3

Варианты заданий для определения оптимального времени реверберации и расчета фактического времени реверберации помещений различного назначения представлены в табл. 3 приложения Б.

26

2.3. Особенности проектирования залов с естественной акустикой

К залам с естественной акустикой относятся залы, где звуковая энергия от исполнителя воспринимается слушателями непосредственно, без «посредника» в виде системы звукоусиления (это лекционные, театральные, концертные залы, залы многоцелевого назначения средней вместимости). Основные акустические требования, предъявляемые к данным залам, во многом сходны и зависят, главным образом, от объемно-планировочных решений залов.

Для залов с естественной акустикой необходимо выполнение следующих основных требований:

-обеспечение оптимального времени реверберации;

-создание диффузного звукового поля, исключающего возможность образование таких акустических дефектов, как эхо и фокусирование звука;

-обеспечение всех зрителей достаточной звуковой энергией.

Удовлетворение данных требований достигается рациональным выбором размеров и формы залов, а также характера внутрееней отделки.

Для достижения требуемого времени реверберации используют звукопоглощающие материалы в количестве, определяемом расчетом (см. п. 2.2). Звукопоглощающие материалы должны размещаться на тех поверхностях зала, от которых к зрителям не попадают малозапаздывающие первые отражения, о чем пойдет речь в дальнейшем.

Одним из главных условий создания хорошего акустического качества залов является достаточная диффузность звукового поля. Вместе с тем требуется и правильная направленность ранних звуковых отражений. При акустическом проектировании залов необходимо по возможности сочетать оба эти несколько противоречивые условия.

Большие гладкие поверхности не способствуют достижению хорошей диффузности звукового поля. Особенно неудачны гладкие параллельные стены.

Отклонение от параллельности двух стен примерно на 2,5 3 или одной из них на 5 6 ослабляет возможность образования «порхающего эха».

Для повышения диффузности желательно, чтобы большая часть внутренних поверхностей зала создавало рассеянное (т.е. ненаправленное) отражение звука, что достигается расчленением поверхностей балконами, пилястрами, нишами или специальными рассеивающими элементами. На поверхностях, создающих полезные малозапаздывающие отражения, членения должны быть слабыми или совсем отсутствовать.

При проектировании залов желательно, чтобы отношение длины зала к его средней ширине было не менее 1 и не более 2. Если это отношение превышает 2 (длинный узкий зал), то диффузность звука в зале может значительно ухудшиться. При отношении, меньшем 1 (широкий зал малой длины), получается нежелательное запаздывание отражений от боковых стен и ухудшается слышимость на боковых местах. В тех же пределах (т.е. более 1 и не более 2) желательно и отношение средней ширины зала к его средней

27

высоте. Длина зала с естественной акустикой как правило не должна превышать 30 м.

В зале должно быть обеспечено поступление к зрителям правильно распределенных и достаточно ранних звуковых отражений. При большой высоте потолка первые отражения не поступают в партер зала. Для того, чтобы этого не происходило, форма потолка (так же как и стен) должна обеспечивать более равномерное распределение звуковой энергии за счет интенсивных малозапаздывающих отражений. На рис. 2.6 приведены формы и профили потолка, обеспечивающие необходимое отражение звука.

Высота и расположение поверхностей первых малозапаздывающих отражений определяются из условия (см. рис. 2.6а): если расстояние от источника звука И до точки Б (штриховая линия) превышает 8 м, то для хорошей разборчивости речи необходимо обеспечить поступление в эту точку первых отражений от потолка (ИА + АБ), запаздывающих по сравнению с прямым звуком не более чем на 0,03 с.

а)

А

И

Б

И

Рис. 2.6. Профили потолка, обеспечивающие необходимое отражение звука

28

Таким образом, задавшись формой отражателя и высотой его расположения над источником звука, проверяют разность ходов отраженного и прямого звука для различных точек зала. Геометрически при скорости звука в воздухе с = 344 м/с разность ходов отраженного и прямого звука не должна превышать 10 м. Т.е., на примере на рис. 2.6а:

(ИА + АБ) – ИБ 10 м.

При определении размеров отражателя необходимо учитывать то, что он будет хорошо отражать звук с длиной волны меньше минимального размера отражателя примерно в 1,5 раза.

Часто потолок расчленяется на несколько отражающих секций, которые при правильном очертании хорошо распределяют отраженный звук. Секции необходимо проектировать таким образом, чтобы звуковые отражения от смежных секций на уровне зрительских мест перекрывали друг друга (см. рис.

2.6б).

Устройство прямоугольных поперечных ребер на потолке и пилистр в нижней части боковых стен зала не допустимо, так как при этом получаются нежелательные отражения звука к источнику (линия 1 на рис. 2.7) и возникает зона, лишенная отражений (зона 2 на см. рис. 2.7).

1

Рис. 2.7. Образование нежелательных отражений (1) к источнику звука и зон (2), лишенных отраженного звука

Если потолок примыкает к задней стене под прямым углом (см. рис. 2.8), то это может дать нежелательное сильно запаздывающее (ИА + АБ + БВ) по сравнению с прямым звуком (ИВ) обратное отражение звука к источнику.

А

Б

И

В

Рис. 2.8. Нежелательное примыкание потолка к задней стене

30

Необходимо также отметить, что хорошие акустические условия в залах могут быть достигнуты лишь при их изоляции от шумов, возникающих как внутри здания, так и проникающих в него снаружи.

Для уменьшения шумов в самом здании необходима соответствующая планировка, предусматривающая отделение шумных помещений здания от самого зала. Большое внимание должно быть уделено борьбе с шумом инженерно-технического оборудования и особенно с шумом приточновытяжных вентиляционных систем и систем кондиционирования воздуха. Вентиляционные агрегаты запрещено размещать смежно с залом. Все вибрирующее оборудование необходимо устанавливать на амортизаторы, для того чтобы не допустить передачу и распространение вибрации по несущим и ограждающим конструкциям здания.

Для уменьшения проникнования шума извне, зрелищные сооружения не размещают вблизи железнодорожных путей, открытых линий и линий метрополитена мелкого заложения, а также других интенсивных источников шума и вибрации.