MU_ARH_F

Основные акустические требования при проектировании залов

Хорошие акустические качества залов зависят от правильного решения целого ряда архитектурных и инженерных задач, к которым относятся:

−соблюдение требуемого относительного объема (объема на одного слушателя), что обеспечивает соответствующее назначению зала время реверберации в нем;

−обеспечение всех зрителей достаточной звуковой энергией за счет выбора рациональной формы поверхности зала;

−создание диффузного звукового поля, исключающего образование таких звуковых эффектов как эхо, стоячие волны, фокусировка звука

идр.;

−обеспечение надежной звукоизоляции зала как от внешних, так и от внутренних шумов.

1.Акустические требования к воздушному объему, форме

иотражениям внутренних поверхностей зала

1.1. Воздушный объем зала

Общий воздушный объем зала должен назначаться в соответст- вии с существующими нормами, при этом рекомендуется исходить из объема 4 − 6 м3 на одно слушательское место. При наличии у зала

сценической коробки общий объем его назначается без учета объема сцены. Общий воздушный объем расчетного помещения рекомендует- ся применить исходя из объема 3,5 − 4,5 м3 на 1 место.

В залах с воздушным объемом на одно слушательское место ме- нее 4 м3 время реверберации слишком мало и вместе с тем возникают затруднения в связи с необходимостью в этом случае надежно обеспе- чить непрерывную механическую вентиляцию зала.

Залы с воздушным объемом на одно слушательское место более 6 м3 близки к концертным залам с большим временем реверберации и с повышенным запаздыванием звуковых отражений. Для снижения времени реверберации в такие залы приходится вводить большое ко- личество звукопоглощающих материалов, но и при этом зал оказывает- ся недостаточно хорошим для многоцелевого назначения.

1.2. Общие пропорции и длина зала

Основные размеры зала должны удовлетворять существующим нормам. При этом акустическим соображениям могут быть рекомендо- ваны следующие правила:

−отношение длины зала к его средней ширине следует принимать бо- лее 1 и не более 2. Если это соотношение более 2, то диффузность звука в зале значительно ухудшается. При отношении меньше 1 (ши-

3

рокий зал малой длины), получается нежелательное запаздывание отражений от боковых стен, и вследствие направленности источни- ков звука ухудшается слышимость на боковых местах. Отношение, близкое к 1, также неблагоприятно для акустики зала;

−в тех же пределах (т.е. более 1 и не более 2) рекомендуется прини- мать и отношение средней ширины зала к его средней высоте, во всех случаях оно не должно превышать 3;

−длину залов, не имеющих сцены, рекомендуется брать не более 28 м (от задней стены до передней), а залов со сценой − не более 26 м (от задней стены до занавеса).

1.3. Построение отражений от плоских, вогнутых и выпуклых криволинейных плоскостей

Оценка формы и размеров залов, а также отдельных поверхно-

стей с акустической точки зрения состоит в анализе звукового поля на основе принципов геометрической акустики, т.е. в рассмотрении рас- пространения прямых и отраженных звуковых волн (звуковых лучей) и построении "лучевого эскиза".

Построение отражений от плоских поверхностей производится с помощью метода мнимого источника (рис. 1). Мнимый источник Им

симметричен с действительным точечным источником И по отношению к отражающей плоскости и находится по другую ее сторону.

Звуковой луч, исходящий из источника И, падает на отражающую поверхность под некоторым углом, отражается от нее под тем же углом и представляется наблюдателю исходящим из точки Им, которая явля- ется зеркальным изображением точки И.

Для построения мнимого источника надо опустить из точки И пер- пендикуляр на отражающую поверхность и на продолжении его отло- жить отрезок ИмО, равный ИО. Продолжение АС прямой, проведенной из мнимого источника звука, является отраженным лучом С.

При отражении от вогнутых поверхностей звуковые лучи концен- трируются в точке, образуя так называемый фокус (рис. 1в). Устране-

ние этого грубейшего акустического недостатка при проектировании залов обеспечивается выбором надлежащего радиуса кривизны по- верхности, при котором фокус не образуется в районе расположения мест зрителей.

При выпуклой поверхности (рис. 1б) отраженный звук рассеивает- ся в зале.

4

1.4 Допустимое запаздывание ранних звуковых отражений

Достаточно ранние интенсивные звуковые отражения (в основном это первые, т.е. однократные отражения от поверхностей зала на пути звука от источника к слушателю) дополняют прямой звук источника, улучшая слышимость и разборчивость.

Интенсивными звуковыми отражениями являются (при достаточно малом их запаздывании) те, которые удовлетворяют условиям приме-

нимости геометрических отражений На рис. 2 показан в виде лучей ход прямого звука от источника И

и первых отражений (с углом падения γ1, равным углу отражения γ1) от потолка и стен, приходящих в какую-либо точку М в области располо- жения слушателей.

γ /1 γ /2

N

И

М

γ /1 = γ /2

Рис. 2. Ход прямого звука и его первых отражений, AN − нормаль к отражающей поверхности

а − продольный разрез зала; б − план зала

Если расстояние от источника И до точки приема М превышает 8 м, следует обеспечить кроме прямого звука приход в эту точку мало- запаздывающего первого отражения. Для хорошей разборчивости речи

6

желательно, чтобы оно запаздывало по сравнению с приходом прямого звука не более чем на 20 мс. В случаях, когда добиться такого малого запаздывания затруднительно, оно может быть увеличено до 30 мс.

Так как скорость звука в воздухе составляет около 340 м/с, то за- паздыванию на 20 мс соответствует разность ходов отраженного и прямого звука около 7 м, на 30 мс − 10 м.

Таким образом, при расстоянии точки М от источника более 8 м

для наиболее раннего отражения желательно чтобы разность ходов

ИА + АМ − ИМ (см. рис. 2) не превышала 7 м, во всяком случае не была больше 10 м. При этом следует брать истинные длины указанных отрезков, а не их проекций на чертеже.

Последовательные запаздывания прихода дальнейших отраже- ний (т.е. промежутки времени между приходами отдельных отражений) также не должны превышать указанных значений.

При расчетах разности ходов высота источника над полом эстра- ды или сцены принимается равной 1,5 м (уровень рта исполнителя), а высота точки приема над полом − равной 1,2 м (уровень уха слушате- ля).

1.5 Влияние формы поверхности потолка и стен на распределение первых отражений

Очертания потолка и стен зала должны способствовать хорошему распределению отраженного от них звука, направляя большую его до- лю на удаленные от источника слушательские места. При проектиро- вании зала следует при помощи геометрических (лучевых) построений контролировать распределение и запаздывание первых звуковых отра- жений от потолка и стен зала.

Плоское горизонтальное очертание потолка (рис. 3) не является оптимальной ее формой. Часть звука, отраженного от такого потолка, попадает в расположенные на расстоянии менее 8 м от источника пе- редние ряды слушателей, для которых достаточная слышимость обес- печивается уже одним прямым звуком. Если высота передней части зала сравнительно велика, то запаздывание отраженного потолком звука по отношению к прямому звуку превышает 0,03 с. Вместе с тем, как видно из рис. 3, удаленная от источника часть такого потолка отра- жает звук не к слушателям, а на заднюю стенку зала. Примыкая к зад- ней стене под прямым углом, потолок дает после вторичного отраже- ния от нее запаздывающее обратное отражение звука к источнику.

Распределение отраженного передней частью потолка звука мож-

но улучшить устройством над эстрадой или авансценой отражателя (рис. 4), направляющего этот звук в основном не в передние ряды, а к более удаленным слушателям. Отражателю целесообразно придать показанное на рис. 4 выпуклое очертание, обеспечивающее хорошее

7

распределение отраженного звука при разных положениях источника. В виде такого источника выполняется передняя часть потолка или уст- раивается отражатель, подвешиваемый под потолком. Отражатель должен иметь массу не менее 20 кг/м2 и может быть выполнен из желе- зобетона, штукатурки по сетке или иного материала с малым коэффи- циентом звукопоглощения.

И2 И1

Рис. 3. Распределение отражений от плоского горизонтального потол-

ка

И2 и И1 − положения источника звука

0,5 м

0,5 м

Рис. 4. Звукоотражатель в передней части потолка

И2 и И1 − положения источника звука

Распределение звука, отраженного задней частью потолка, улуч- шается, если потолок имеет наклонный, примыкающий к задней стене участок (рис. 5 б, в). В результате этого отраженный звук направляется, мало запаздывая по сравнению с прямым звуком, на задние места пар- тера, улучшая там слышимость. Та же цель достигается наклоном в

8

сторону слушателей задней стены (рис. 5г). Полезным оказывается (в тех случаях, когда это согласуется с архитектурным замыслом) и на- клон в сторону слушателей боковых стен, увеличивающий приходящую к слушателям долю звуковой энергии первых отражений от этих стен.

F F

F

F

Рис. 5. Влияние форм поверхности потолка на распределение первых отражений:

а − распределение отражений от плоского горизонтального потолка; б − звукоотражатель в передней части потолка; в, г − рекомендуемое примыкание потолка к задней стене;

д, е − формы потолка, обусловленные акустическими требованиями

Часто применяющееся в практике проектирования залов расчле- нение потолка секциями (рис. 6) дает при правильном их очертании хо- рошее распределение отраженного звука. Здесь следует обращать внимание на то, чтобы звуковые отражения от смежных секций пере- крывали друг друга. Секции, изображенные на рис. 6а, недостаточно удовлетворительны, так как отражения от смежных секций не перекры-

9

вает друг друга, вследствие чего образуются зоны, лишенные геомет- рических отражений (при построении отражения от края секции точка геометрического отражения берется на расстоянии 0,5 м от края). Сек- ции на рис. 5б и в не имеют этого недостатка: их геометрические отра- жения перекрывают друг друга. Такого рода секции выпуклого сечения (см. рис. 6в) предпочтительнее, так как они хорошо распределяют от- раженный звук при разных положениях источника и повышают диффуз- ность звукового поля в зале.

а)

Q

Зона, лишенная

геометрических

отражений

б)

Q

в)

Q

Рис. 6. Расчленение потолка секциями

а − неудовлетворительные очертания секций; б, в − удовлетворительные очертания секций

Интенсивные малозапаздывающие отражения от боковых стен весьма важны для достижения хорошей акустики зала. При выборе очертаний стен в плане имеют силу те же соображения, что и для по-

10

толка. Особенно важной является правильная конфигурация стен вблизи эстрады или сцены. При плоских параллельных боковых стенах отражения от их участков, прилегающих к сцене или эстраде, попадают в передние ряды слушателей, где для слышимости достаточен прямой звук источника (рис. 7а). Вместе с тем запаздывание этих отражений по отношению к прямому звуку превышает 0,03 с, если ширина передней части зала сравнительно велика. Положение улучшается при устройст- ве передней части боковых стен в виде отражателя (рис. 7б) типа, опи- санного для потолка и уменьшении ширины зала в передней его части.

Рис. 7. Влияние формы плана на распределение первых отражений:

а − распределение отражений при параллельных боковых стенах; б − звукоотражатели в передней части боковых стен; в, г − распределение отражений в зале секторной формы; д − распределение отражений в зале круглой формы;

е − членение поверхностей с целью создания диффузного звукового поля

11

1.6. Обеспечение достаточной диффузности звукового поля

Одним из важнейших условий хорошей акустики зала является достаточная диффузность звукового поля. Для повышения диффузно- сти необходимо, чтобы значительная часть внутренних поверхностей зала создавала рассеянное, ненаправленное отражение звука. Это достигается расчленением поверхностей балконами, пилястрами, ни- шами, описанными выше секциями и тому подобными неровностями. Вместе с тем требуется и направленность ранних звуковых отражений. При акустическом проектировании следует сочетать эти несколько про- тиворечащие друг другу требования при помощи разной степени рас- членения отдельных поверхностей зала.

Гладкие большие поверхности не способствуют достижению хо- рошей диффузности. Особенно нежелательны гладкие параллельные друг другу плоскости (обычно это бывают боковые стены зала); они вы- зывают “порхающее эхо”, получающееся в результате многократного отражения звука между ними. Расчленение таких стен ослабляет этот эффект и увеличивает диффузность. Повышает диффузность и не- большое отклонение стен от параллельности (рис. 8).

2,5−30 5−60

Рис. 8. Непараллельные боковые стены

а − скос обеих стен; б − скос одной стены

Сильно рассеивающие детали целесообразно размещать на по- верхностях, не дающих малозапаздывающих отражений, направленных на слушательские места. Хорошо рассеиваются звуковые волны, длина которых близка к размерам детали. Особо выгодны для этой цели эле- менты, имеющие криволинейное выпуклое сечение; этим же свойством обладают и треугольные пилястры (рис. 9).

12