КП Расчет акустики 2101р

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ДОНБАССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ

КАФЕДРА «АРХИТЕКТУРА» Секция «Архитектура промышленных и гражданских зданий»

Расчет акустики закрытого помещения

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к курсовому и дипломному проектированию

Макеевка 2001

УДК 538.84.

Строительная физика. Акустика.

Предназначены для студентов специальности «Архитектура», «Промышленное и гражданское строительство»

В методических указаниях изложены правила и приемы акустического проектирования закрытых помещений (залов).

Даты рекомендации по выбору объема и формы залов, запаздыванию отраженных звуковых волн. Дана методика расчета времени реверберации и подбора звукопоглощающих материалов.

Составил: к.т.н., доц. Г.Т. Косьмин Рецензент: к.т.н., доц. Н.Г. Прищенко

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

Введение………………………………………………………………… 5 1. Выбор объема зала. Основные требования к внутренней поверх-

ности ………………………………………………………………….. 5

1.1.Воздушный объем ……………………………………………. 5

2.Время реверберации зала ………………………………………….. 10

3.Пример акустического расчета зала ………………………………. 12

Введение

При проектировании акустики залов необходимо выполнять следующие основные требования:

-обеспечить всех слушателей звуковой энергией;

-создать диффузное звуковое поле, исключающее возможность образования эха, фокусирование звука и т. п;

-обеспечить рекомендуемое время реверберации.

Первые два требования определяются формой и размерами зала, а также характером их внутренней отделки. Поэтому первым этапом акустического проектирования является определение формы залов в плане и разрезе. Второй этап включает определение условий, обеспечивающих рекомендуемое время реверберации и распределение в залах звукопоглощающих материалов.

1. ВЫБОР ОБЪЕМА И ФОРМЫ ЗАЛА.

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ 1.1. Воздушный объем

Объем зала должен назначаться в соответствии с существующими нормами (см. СНиП), в зависимости от назначения зала и количества слушательских (зрительских) мест. На основании опыта проектирования оптимальные объемы воздуха на одного слушателя следующие (1):

-кинотеатры, аудитории – 4 м3;

-драматические театры – 5 м3;

-залы для камерной музыки и оперетты – 6 м3;

-оперный театр и концертный зал без органа – 7-9 м3;

-концертный зал с органом и хором – 10-12 м3.

Общий воздушный объем зала многоцелевого назначения средней вместимости (до 1000 мест) рекомендуется принимать, исходя из объема 4-6 м3 на одного слушателя.

Примечание: при наличии у зала сценической коробки общий объем его назначается без учета объема сцены.

1.2.Основные размеры зала

Поскольку зал не всегда имеет форму параллелепипеда, следует пользоваться понятием средней ширины, средней высоты зала. При назначении размеров необходимо, чтобы они удовлетворяли существующим нормам (см. СНиП на проектирование общественных зданий). По акустическим соображениям геометрические пропорции зала находят, определяя модуль золотого сечения линейных размеров зала (1). Золотое

сечение – это отношение размеров зала, близкое к (3 : 5 : 8). Модуль

отношения х определяется по формуле:

х = 3 V/(4,94)

где V – объем зала, м3;

Отсюда линейные размеры определяются:

Средняя высота – 3х; средняя ширина – 5х; длина – 8х. Можно рекомендовать следующие пропорции зала;

-отношение длины зала к его средней ширине следует принимать более 1 и не более 2;

-в тех же пределах рекомендуется принимать и отношение средней ширины зала к его средней высоте;

-длина зала ( от задней стенки до передней, а в залах со сценической коробкой – от задней стены до занавеса) не должна превышать 30 м.

1.3.Основные требования к внутренним поверхностям зала.

Оптимальное распределение отраженного звука и достаточная диффузность поля достигаются правильным выбором геометрической формы и очертаний внутренних поверхностей зала. При выборе формы залов необходимо, чтобы расстояние между источником звука и слушателями в последнем ряду было минимальным;

-угол, под которым со сцены видны крайние места в первом ряду, должен быть возможно меньше;

-поверхности стен вблизи сцены должны способствовать отражению звука в зал;

-форма стен и потолка не должна вызывать фокусирование звука;

-должна быть исключена возможность образования многократного эха.

1.3.1. Правильное распределение ранних полезных отражений звука.

Первые (однократные) отражения от поверхности зала на пути звука от источника к слушателям дополняют прямой звук, улучшая слышимость в разборчивость. При построении лучевого эскиза отражения звука в вертикальной плоскости строят по оси симметрии зала, в горизонтальной – на отметке головы оратора или голов актеров, музыкантов. Высота источника над уровнем пола принимается 1,5 м, а высота точки приема над полом – 1,2

м (рис. 1.).

90О 01

Рис. 1. Построение первых отражений на разрезе и плане зала

Допустимость применения геометрической акустики зависит от длины звуковой волны = с / f (c – скорость звука, f – частота), размеров отражающей поверхности и ее расположения относительно источника и точки приема звука. Наименьший размер отражающей поверхности должен не менее чем в 1,5 раза превышать длину волны. Для криволинейных отражающих поверхностей наименьший радиус кривизны должен быть не менее чем в 2 раза больше длины волны.

Для хорошей разборчивости речи желательно, чтобы отраженный звук запаздывал по сравнению с приходом прямого звука в точку М (см. рис. 1). Не более чем на 0,02 сек, что соответствует разности ходов отраженного и прямого звука около 7 м.

(340 м/с 0,02с = 8,7 м). Допустимая разница ходов прямого и отраженного звука (ИM + OM – ИM) принимается равной 10 м, что соответствует 0,03 сек.

Потолок и боковые стены необходимо проектировать таким образом, чтобы отраженный звук большей частью попадал в заднюю часть зала. Это достигается устройством над эстрадой или авансценой отражателя (рис. 2), который направляет отраженный звук к более удаленным зрителям. В виде аналогичного отражателя проектируются и боковые стены вблизи сцены или эстрады (рис. 2). Такие отражатели выполняются из материалов массой не

менее 20 кг/м2 (железобетон, штукатурка и т.п.) с малым коэффициентом звукопоглощения.

0,5м 0,5м

И

И

2,5-3о

Рис. 2. Устройство отражателей над эстрадой и у боковых стен

Для улучшения распределения звука в глубине зала, участок потолка, примыкающий к задней стене, проектируют наклонным, либо наклонной в сторону слушателей делается сама стена (рис. 2). В этом случае отраженный звук с малым запаздыванием направляется на задние места партера. В противном случае звук от задней стены будет отражаться в передние ряды партера (рис. 1).

При проектировании поверхности стен и потолка необходимо добиваться, чтобы отражение звука было рассеянным, равномерным по всей длине зала. При построении лучевого эскиза необходимо контролировать, чтобы отражения от секций потолка перекрывали друг друга и не возникали в зале зоны, полностью лишенные отражений. На рис. 3 показаны наиболее удачные членения потолка и стен на секции, при которых обеспечено равномерное распределение отражений.

И

Рис. 3. Расчленение потолка и стен секциями.

Примечание: при построении отражения от секции или экрана точки геометрического отражения берется на расстоянии 0,5 м от края, что

соответствует наиболее распространенным длинам волны 1м для частот, превышающих 300-400 Гц.

1.3.2. Диффузность звукового поля

Одним из главных условий создания хороших акустических условий в залах является диффузность звукового поля. Большие гладкие поверхности не способствует достижению хорошей диффузности звукового поля. Особенно неудачны гладкие параллельные стены. Отклонение от параллельности двух стен примерно на 2,5-3о (рис.2) или одной из них на 5-6о ослабляет возможность образования «порхающего эха». Для повышения диффузности желательно, чтобы большая часть внутренних поверхностей зала создавала рассеянное, ненаправленное отражение звука, что достигается расчленением поверхностей балконами, пилястрами, нишами и т.п. Целесообразно расчленять поверхности, не дающие направленных ранних отражений в зал.

1.3.3. Размещение звукопоглощающих материалов.

Для исправления возможных акустических дефектов и достижения требуемого времени реверберации используются звукопоглощающие материалы, размещенные на поверхностях, от которых не попадают к зрителям первые отражения. Место возможного расположения звукопоглотителей можно определить при построении лучевого эскиза для различных положений источника звука. На рис. 4 показаны участки внутренних поверхностей зала, где целесообразно размещение звукопоглотителей (заштрихованная область). Более подробно методика определения размещения звукопоглощающих материалов дана в (5).

10м

И (0,05-0,1)

h 1.0м

И

1,5 2.0

Рис. 4 Размещение звукопоглощающих материалов.

2. ВРЕМЯ РЕВЕРБЕРАЦИИ ЗАЛА Процесс затухания уровня звукового давления в помещении после

прекращения звучания источника называется реверберацией. Для оценки реверберации помещения измеряют время, в течение которого после выключения источника звука остаточная звуковая энергия уменьшится в 106 раз. При этом уровень силы звука понизиться на 60 дБ.

Расчет времени реверберации зала производиться на частотах 125, 500, 2000 Гц. При этом заранее оговаривается внутренняя отделка зала, т.е. материал полов, потолка, стен. Необходимо знать, какая мебель (стулья, кресла) будет установлена в зале. После решения всех сопутствующих вопросов приступают к определению времени реверберации. Проверочный расчет времени Т следует проводить в следующем порядке.

1.Находят объем зала V (м3), который должен быть определен с учетом пункта 1.1. настоящих методических указаний.

2.Определяет суммарную площадь внутренних поверхностей зала Аобщ (м2), выделяя площади с одинаковой отделкой.

3.Подсчитывают ЭПЗ (эквивалентную площадь звукопоглощения) Аобщ (м2). ЭПЗ какой-либо поверхности площадью S и коэффициентом

A - сумма ЭПЗ зрителями и креслами (м2). Прил. 4, (5);доб – средний коэффициент добавочного звукопоглощения,

учитывающий звукопоглотители, фактически существующие в залах (осветительная арматура; полости, соединенные с основным объемом зала; щели и трещины; вентиляционные решетки и т.д.).

Средний коэффициент добавочного звукопоглощения в среднем может быть принят равным 0,08-0,09 на частоте 125 Гц и 0,04-0,05 на частотах 5002000 Гц.

Для залов, в которых указанные условия выражены слабо, эти заключения следует уменьшить примерно на 30%.

В расчете времени реверберации зала принимается заполнение слушателями 70% общего количества мест, ЭПЗ остальных мест принимается как для пустых кресел.

4. После нахождения эквивалентной площади звукопглощения Аобщ определяется ср – средний коэффициент звукопоглощения поверхности зала данной частоте