Методичні рекомендації до вивчення розділу «Акустика інтер’єрів громадських споруд» дисципліна «Будівельна фізика» для студентів 3 курсуМетодичні рекомендації до вивчення розділу «Акустика інтер’єрів громадських споруд» дисципліна «Будівельна фізика»
для студентів 3 курсу денного та заочного відділень спеціалізації “Інтер’єр і обладнання” напрям підготовки “Дизайн”
.
Харків 2010
Методичні рекомендації до вивчення розділу «Акустика інтер’єрів громадських споруд» дисципліна «Будівельна фізика» для студентів 3 курсу денного і заочного відділень спеціалізації “Інтер’єр і обладнання” напрям підготовки “Дизайн”. - Харків: ХДАДМ, 2010. - с. (укр. мовою)
Упорядник: Іванова Н.В.
Рецензент: Калюжний В.В., к.т.н., доцент кафедри архітектурних конструкцій ХДТУБА
Розглянуто і схвалено на засіданні кафедри “Інтер’єр та обладнання” ХДАДМ Протокол № 38 від 17 березня 2010 р.
Розглянуто і схвалено на засіданні науково-методичної ради ХДАДМ Протокол № 6 від 14.04.2010 р.
Дані методичні рекомендації розроблені для студентів 3 курсу спеціальності «Дизайн», спеціалізації «Інтер’єр і обладнання» на основі робочої програми дисципліни «Будівельна фізика». Методична розробка спрямована на підвищення якості методології та методики викладання дисципліни «Будівельна фізика» розділу «Акустика інтер’єрів громадських споруд» на 3 курсі навчання в V семестрі. Підготовка фахівців в царині інтер’єра передбачає зокрема оволодіння функціональною складовою проектування інтер’єрів. Однією з основних вимог до проектування крупних об’єктів - залів для глядачів різного призначення - є забезпечення гарної чутності для всіх глядацьких місць в залі. Рішенням даної проблеми займається архітектурна акустика. Таким чином, з проблемами акустики стикається кожен художник-проектант, який проектує інтер’єри багатьох громадських будівель. Теоретичні знання із галузі акустики студенти отримують з дисципліни «Будівельна фізика». Для оволодіння теоретичними знаннями з акустики і для практичного застосування цих знань в проектуванні інтер’єрів громадських споруд на старших курсах навчання і служать дані методичні рекомендації.
І. ФІЗИЧНА ПРИРОДА ЗВУКУ. Прикладна акустика. Звук є відчуття, що викликається впливом середовища, що коливається, на людське вухо. У розширеному значенні цей термін використовується для позначення самих коливань. Можна сказати, що звук - це енергія коливань, яка завдяки пружним деформаціям повітря передається від джерела звуку вуху людини. Акустика - це наука про звук, а найпростіша акустична система складається з джерела звукових коливань, середовища, що їх передає, та приймача – реципієнта. Прикладна акустика спрямована зазвичай на рішення двох основних проблем. Задачі, які пов’язані з першою проблемою, мають на меті створити умови для повноцінного сприйняття звуку слухачами; збереження, а іноді й посилення звуку є необхідною умовою для цього. Звук в таких випадках є носієм корисної інформації – сигналом. Завдання, що відносяться до другої проблеми, ставлять метою ослаблення або придушення звуків, які заважають слуховому сприйняттю, нормальній роботі та відпочинку людини. Такі звуки називають шумами. Відповідно до диференціації звуків на сигнали і шуми зручно розділити курс прикладної акустики в галузі архітектури і будівництва на наступні дві взаємопов’язані частини, що розрізняються кінцевими цілями і технічними прийомами рішень: - архітектурна акустика, що має на меті забезпечити оптимальні умови сприйняття мови, співу, музики в приміщеннях і на відкритому повітрі; - будівельна акустика, основним завданням якої є розробка архітектурно-конструктивних заходів по придушенню або послабленню шуму. 1.1. Основні поняття, величини і одиниці, прийняті в прикладній акустиці. Звукові коливання передаються в газоподібному або рідкому середовищі шляхом розповсюдження поздовжніх хвиль, тобто стиснень і розтягувань молекул, що чергуються, в радіальному напрямку від джерела звуку. Графічним поданням хвиль розрідження-стиснення може служити синусоїда, що описує хвильові процеси. У твердих тілах механізм передачі звуку більш складний - він може включати поширення поперечних хвиль. Зазвичай середовищем, що передає звукові коливання вуху людини, є повітря. Область розповсюдження звукових хвиль називається звуковим полем. Хвильовий рух можна описати за допомогою довжини хвилі λ;, м; ƒ; - частоти, Гц (1 Гц дорівнює одному коливання в 1 сек.); U - швидкості розповсюдження, м /сек. Ці величини пов'язані наступною залежністю U = ƒ λ; Для повітряного середовища приміщень звичайно швидкість звуку вважають рівною 340 м /с, хоча це значення дійсно для повітря лише при температурі 14°С і нормальному атмосферному тиску (101,3 кПа). Середнє людське вухо здатне сприймати звуки частоти від 16 до 20000 Гц. Інтервал між двома звуками, частоти яких відносяться як 2:1, називається октавою. Октава поділяється на 12 рівних логарифмічних інтервалів, званих півтонами, частоти яких ставляться один до одного як 1,0595:1. Ноті "до" першої октави на фортепіано відповідає частота 256 Гц. Всі звуки можуть бути поділені на прості і складні. Коливання, що відбуваються з рівними періодами і мають одну частоту, називаються простими звуками або чистими тонами і, крім лабораторних умов, зустрічаються рідко. Всі інші звуки розглядаються як складні. Вони в свою чергу можуть бути розділені на періодичні і неперіодичні. Періодичні звуки містять лише частоти, кратні основній частоті, які називають її гармоніками. Неперіодичні звуки мають безладну природу, і гармоніки не є їх характерною ознакою. Нерегулярні звукові коливання зазвичай називаються шумом. Білий шум - це звук, що містить всі чутні частоти. Всякий періодичний звук, яким би він не був складним, може бути розкладений на прості синусоїдальні коливання. Чистий тон частотою 1000 Гц прийнято вважати еталонним. У прикладної акустиці всі інші звуки прийнято порівнювати з еталонним. Кількісними заходами звуку, що поширюється в передавальному середовищі, можуть служити його інтенсивність або сила звуку İ; і звуковий тиск P. Силою або інтенсивністю звуку İ називається кількість звукової енергії, що проходить через одиницю поверхні за одиницю часу. Вимірюється сила звуку в ватах на квадратний метр. Звуковим тиском P називають силу, що впливає на одиницю площі, вимірюють його в паскалях. Оскільки в межах повного циклу звуковий тиск змінюється від нуля до позитивного максимуму, а потім знову до нуля і далі до негативного максимуму, під цим терміном звичайно розуміють середньоквадратичний тиск протягом повного циклу. Існуючі прилади дозволяють виміряти звуковий тиск за його впливом на мікрофон. Інтенсивність звуку визначають по звуковому тиску розрахунковим шляхом İ; = P 2 / ρU, де ρ; - щільність середовища, кг/м3; U - швидкість поширення звуку. Для акустичних розрахунків в інтер’єрі можуть бути застосовані наступні значення цих величин: ρ = 1,18 кг/м3; U + 340 м/сек. 1.2. Слухове сприйняття. Психологічний вплив звукових подразників вивчає один з розділів психофізики - психоакустика. Повітряні звуки досягають барабанної перетинки через зовнішній слуховий прохід і повідомляють їй коливання. Ці коливання потім передаються через систему слухових кісточок (молоточок, ковадло і стремено) внутрішній перетинці овального отвору, через яку вони досягають внутрішнього вуха (равлика). У завитку знаходяться приблизно 25000 волосових закінчень слухового нерва, що вибірково реагують на різні частоти і генерують нервові імпульси, які потім передаються в мозок. Інтерпретація цих імпульсів відноситься до функцій мозку, проте первинний відбір відбувається у внутрішньому вусі. Таким чином, вухо являє собою не тільки досить ефективний мікрофон, а й аналізатор. Більшість функцій слухового сприйняття більш високого рівня включає розпізнання звуків за їх характеристиками, фільтрацію (відбір зовнішньої інформації) та інтерпретацію, основою якої є пам’ять, тобто попередній досвід. Бінауральне сприйняття дозволяє досить точно визначати напрям звуку, а зменшення інтенсивності звуку, яке сприймається, може дозволити оцінити відстань до джерела звуку. Слухове сприйняття дозволяє вибірково підходити до сприйняття інформації, яка звучить одночасно. Частота визначає висоту сприйманого звуку. З точки зору психофізики частота являє собою континуум подразника, а висота – відповідний континуум реакції, який завжди вуже континуума подразника. Діапазон інтенсивностей звуків, які сприймаються вухом людини, дуже широкий. Найбільш гучний звук, що вухо сприймає поблизу больового порога, у кілька мільярдів разів інтенсивніше, ніж самий слабкий звук у порога чутності. 1.3. Рівень звукового тиску. Рівень сили звуку. Встановлено, що чутливість вуха пропорційна не абсолютній величині подразника (інтенсивності звуку або звукового тиску), а відношенню фактичної інтенсивності (або звукового тиску) до значення інтенсивності İ; 0 або тиску P 0, який відповідає порогу чутності. Відповідно до закону Фехнера ця залежність є логарифмічної R = c log S, де R - реакція; S - подразник; c - постійна. В якості значення порога чутності вибрані стандартні величини, дійсні для еталонного звуку частотою 1000 Гц, İ; 0 = 10 -12 Вт/м2, P 0 = 20 мкПа. У прикладної акустиці прийнято оцінювати силу та інтенсивність звуку і звуковий тиск у відносних логарифмічних одиницях белах і децибелах. Якщо значення сили звуку більше іншого в 10 разів то прийнято вважати, що вона за рівнем більше на 1 бел. Децибел дорівнює 0,1 бела. Іншими словами, децибел визначається як десята частина десяткового логарифма відносини двох інтенсивностей або двадцята частина відносини двох тисків P. 1.4. Рівень гучності. Гучність. Вухо людини має різну чутливість до звуків різної частоти. Суб’єктивна якість відчуття сили звуку називають гучністю. Гучність залежить від сили звуку, частоти і тривалості впливу. Для кількісної оцінки гучності застосовується метод суб’єктивного порівняння вимірюваного звуку з еталонним звуком (з частотою 1000 Гц). Змінюючи рівень сили еталонного звуку, можна домогтися, щоб еталонний і вимірюється звуки сприймалися б рівногучними. Вимірювана цим способом величина L називається рівнем гучності, її одиницею служить фон Ф. Число фонів, що оцінює рівень гучності будь-якого звуку, однаково з числом децибел, що вимірює рівень звукового тиску рівногучного еталонного тону. На основі багатьох вимірювань рівнів гучності чистих тонів різних частот в залежності від рівнів звукового тиску Д. Робінсоном і Р. Дадсоном були побудовані криві рівної гучності (ізофони) (рис. 1). Якщо для конкретного чистого тону наведені значення рівня звукового тиску в децибелах і частоти в герцах, то за допомогою даного графіка можна визначити його гучність у фонах. Характер кривих рівної гучності говорить про наступне: - чутливість вуха зі збільшенням частоти підвищується; - рівень звукового тиску і рівень гучності практично чисельно рівні в області частот від 500 до 2000 Гц. Кожне збільшення рівня гучності на 10 фон у цій шкалі сприймається як подвоєння гучності. Для зручності передачі величини відчуття гучності розроблена шкала гучності з одиницею виміру, що іменується сон. Подвоєння значення в сонах відповідає посиленню відчуття гучності вдвічі.
Рис. 1. Криві рівної гучності Гучність визначається за формулою
Гучність змінюється в два рази при збільшенні її рівня на 10 фон. На рис. 2 наводяться школи гучності і рівня гучності.
Рис. 2. Шкали рівня гучності і гучності звуку 2. ОСНОВИ геометричної акустики. 2.1. Відбивання звукових хвиль. У формуванні звукового режиму в приміщенні велику роль грає відображення і розсіювання хвиль внутрішніми поверхнями. При розгляді питань відбиття та розсіювання звукових хвиль зручно користуватися поняттям фронту звукової хвилі, яка розповсюджується. Фронт рухомої хвилі в просторі представляє безперервну поверхню, всі точки якої в даний момент часу мають однакову фазу коливання. Напрямок поширення звукової хвилі перпендикулярний фронту хвилі в усіх його точках. Практично при вирішенні акустичних завдань фронт хвилі зручно представляти за допомогою побудови звукових променів. Звукові відображення можуть бути спрямованими і розсіяними. Характер відображення залежить від розмірів і фактури поверхні, що відбиває, а саме: при малій глибині фактурного шару і великих розмірах архітектурного членування поверхонь (в порівнянні з довжиною хвилі) звукові хвилі відбиваються направлено. Наведемо деякі характерні величини: Ø частота 100 Гц відповідає довжині хвилі 3,4 м; Ø при частоті 1000 Гц довжина хвилі – 34 см; Ø при частоті 10000 Гц довжина хвилі – 3,4 см. Для спрямованих звуків діють відомі оптичні закони, згідно з якими: а) кут падіння дорівнює куту відбиття; б) падаючий і відбитий промені лежать в одній площині, перпендикулярної до поверхні, що відбиває. Ці закони дозволяють проектантові відповідним розташуванням відбиваючих поверхонь в залі надати відбитим звуковим променям бажаний напрямок. Розсіяні відображення спостерігаються в тих випадках, коли розміри архітектурних членувань поверхонь приблизно збігаються з довжиною звукових хвиль. Геометричний спосіб побудови відбитих звукових променів представлений на рис. 3.
Рис. 3. Побудова звукових променів, відбитих від плоскої поверхні (за законом дзеркального відображення) Звукові промені, які виходять від джерела звуку S, падають на поверхню стіни під кутами зображенням точки S. Користуючись цим методом, знаходять відображення звукових променів від увігнутих і опуклих поверхонь. На рис. 4 наводяться побудови відбитих звукових хвиль від увігнутою поверхні. Неважко помітити, що після відбиття звукові промені сходяться в точці, утворюючи так званий фокус. Місце знаходження фокусу визначається за формулою
Рис. 4. Схема до визначення знаходження фокусу при відбитті звуку від увігнутою поверхні де x - відстань фокусу до увігнутою поверхні; d - відстань джерела звуку до увігнутою поверхні; r - радіус кривизни поверхні. При проектуванні приміщень з увігнутими поверхнями необхідно вибирати радіус кривизни поверхні, при якому усувається виникнення фокусів у зоні місць глядачів. Однак при розташуванні джерела звуку поблизу увігнутої поверхні на відстані меншій 0,5 r (рис. 5) спостерігається розсіювання звукових променів.
Рис. 5. Схема, що ілюструє випадки, коли увігнута поверхня розсіює падаючі на неї звуки Для усунення фокусів в зоні розташування глядачів у приміщеннях зі склепінчастими або купольними перекриттями необхідно радіус кривизни перекриття вибрати в межах 1,5 – 2 H (де H - висота приміщення). Побудова відбитих звукових хвиль від опуклих поверхонь свідчить про звукові властивості цього виду поверхонь (рис. 6). Тому в практиці ці поверхні широко використовуються для одержання дифузного звукового поля в приміщенні.
Рис. 6. Схема побудови відбитих звукових променів при падінні звуків на опуклі поверхні, що мають властивість розсіювати звукові хвилі Застосування опуклих поверхонь в оздобленні стін особливо бажано в приміщеннях з круглою і еліптичної формою плану (рис. 7). У таких приміщеннях поряд з утворенням фокусів виникають повзучі звуки, які при гладкому облицюванню стін можуть передаватися по периметру приміщення на великі відстані.
Рис. 7. Схема, що пояснює виникнення (а) і усунення (б) повзучих звуків у приміщеннях круглої форми
2.2. Відлуння. Критичний інтервал часу. Вухо людини здатне чітко розрізняти імпульси прямого і відбитого звуків тільки при певному критичному інтервалі за часом між їх приходом до слухача. Залежно від інтервалу в часі відбитих звуків вони можуть: а) підсилювати звуки і покращувати чутність; б) створювати відлуння і перешкоди, які погіршують чутність. Величина критичного інтервалу залежить від виду звучання, для мови його можна прийняти рівним 1 / 20 сек. При підвищенні критичного інтервалу часу відбитий звук сприймається слухачем як Відлуння (луна) - в цьому випадку між сприйняттям прямого і відбитого звуків утворюється пауза. При швидкості розповсюдження звуку в приміщенні з нормальною температурою повітря, що дорівнює 340 м / с, шлях, прохідний за інтервал часу 1 / 20 с, становить 17 м. Це дозволяє перевірку на виникнення відлуння (луни) в приміщенні провадити геометричним шляхом. На поздовжньому розрізі або на плані приміщення наносять шляхи прямого SA і відбитого SO + OA звуків (рис. 8). Потім обчислені в масштабі креслень значення SA та SO + OA порівнюють між собою. Для усунення можливості утворення відлуння необхідно, щоб SA + Д де Д - шлях, прохідний звуком за критичний інтервал часу, тобто SA + 17 Усунення відлуння в приміщеннях досягається застосуванням: а) звукопоглинальною або звукорозсіючою обробкою задньої стіни; б) скошених ділянок бічних стін, що прилягають до стіни (естраді); в) скошеної стелі і звуковідбивних екранів, розміщених над сценою (естрадою) або поблизу неї; г) амфітеатром глядацьких місць, який круто піднімається. У приміщеннях з паралельними стінами, облицьованими гладкими матеріалами (мармур), часто утворюється так звана «пурхаюча» луна. Для усунення цього ефекту застосовують звукопоглинальні екрани, що встановлюються під різними кутами до стін. З метою підвищення рівня сили звуку у віддалених від сцени місцях залу для глядачів влаштовуються скошені частини стелі та стін, а також спеціальні звуковідбивні екрани. Для забезпечення гарного ефекту дії відбивача необхідно, щоб довжина падаючих на нього звукових хвиль була досить малою у порівнянні з лінійними розмірами відбивача. Для забезпечення гарного ефекту дії відбивача необхідно, щоб довжина падаючих на нього звукових хвиль була досить малою у порівнянні з лінійними розмірами відбивача. Практично розмір відбивного екрану рекомендується приймати не менше 2 м.
Рис. 8. Схема, що пояснює умови утворення відлуння в приміщеннях залів. Метод проектування відбивних екранів можна розглянути на прикладі залу для глядачів, поздовжній розріз якого наведено на рис. 9.
Рис. 9. Схема побудови профілю звуковідбивного екрану над естрадою та на стелі над балконом У просторі, що прилягає до естради, довільно вибирають точку Р 1 (зазвичай на вертикалі, що проходить через край естради). Потім через неї проводять лінію Р 1 S (S - джерело звуку) і А 1 Р 1 (А 1 точка відповідає положенню голови глядача, що сидить в останньому ряду амфітеатру). За напрямком А 1 Р 1 відкладаємо Р 1 М 1 = Р 1 S 1. З’єднуємо точки М 1 та S і з точки Р 1, опускаємо перпендикуляр на основу трикутника М 1 S Р 1. Напрямок лінії Р 1 К 1 (бісектриси кута) визначає положення площини, що відбиває звуки від джерела S в точку А 1 . Необхідний розмір площини, що відбиває звуки від джерела до місць амфітеатру (Р 1 Р 2 ), визначається побудовою лінії М 1 А 2 де А 2 - точка, що відповідає положенню голови глядача, що сидить в першому ряду амфітеатру. Побудова відбивачів, розташованих у місцях сполучення стін з стелею, проводиться в такий спосіб: у просторі довільно вибирають точку Р 3, яку потім з’єднують з джерелом звуку S і з точкою А 3 , до якої припускають направити відбитий звуковий промінь. Отриманий кут ділять навпіл бісектрисою. Перпендикуляр до бісектриси визначає положення шуканого екрану. Подібним чином визначають поверхні, що відбивають звуки до інших рядів амфітеатру або балкона.
3. Процес реверберації. Основним критерієм, що характеризує акустичні властивості приміщення в цілому, є час реверберації. Під реверберацією розуміється наявність остаточного звучання в приміщенні (відгуку) після припинення дії джерела звуку. Реверберація є процесом загасання власних коливань повітряного об’єму приміщень, що виникає після припинення дії джерела звуку. Вона характеризується різною швидкістю загасання звуку в залежності від властивості самих приміщень. Реверберація викликає протягом часток секунди швидке наростання звукової енергії і далі більш повільне згасання її. При надмірній реверберації в залі звуки, що послідовно видаються джерелом, перекривають один одного і створюють несприятливі умови для сприйняття не тільки мови, але і музики. У той же час мала реверберація приміщення також є несприятливою для музики - вона сприймається неприродною. Тому кількісний вибір часу реверберації представляється досить важливим при розрахунках акустики приміщень. Час реверберації в приміщенні не є постійним для звуків різної частоти. Це пояснюється різною звукопоглинальною здатністю оздоблювальних матеріалів. В архітектурній практиці час реверберації визначається звичайно для частот 128, 512 та 2048 Гц, оскільки ці частоти характерні для діапазону звуків, що найчастіше зустрічаються в мові і музиці. У ряді приміщень, для яких якість акустики обмежується вимогою чутності і чіткість мовлення, час реверберації звичайно визначається для однієї частоти – 512 Гц. Середній рівень звукових полів по відношенню до порога чутності становить близько 60 дБ. Тому виявилося зручним встановити стандартний час реверберації приміщення, тобто час, протягом якого рівень звукового тиску стандартного тону частотою 512 Гц зменшується на 60 дБ. Відомий вчений Себін довів, що для кожного приміщення залежно від його призначення і обсягу існує оптимальна середня швидкість загасання звукових хвиль, що відповідає оптимальному для даних умов часу реверберації. Оптимальний час реверберації встановлюється на підставі зіставлення чисельних значень цього критерію з суб’єктивною оцінкою якості звучання в умовах, що відповідають виміряним значенням значень критерію. Концепція оптимуму реверберації припускає можливість поділу загальної тривалості остаточного звучання на два якісно нерівноцінні частини, з яких: перша - початкова (від моменту припинення звуку до певного моменту t 1) - грає позитивну роль, підвищуючи рівень гучності звуку і збагачуючи його звучання, друга - більш пізня (від моменту t 1 до кінця процесу звучання) - або марна, або навіть шкідлива, якщо її рівні можна порівняти з рівнем прямого звуку. Якщо час реверберації перевищує оптимальну величину, то рівні у другій частині остаточного звучання дуже великі і створюють відчутну перешкоду сприйняття звуку, що створюється джерелом. Якщо ж час реверберації менше оптимального, то рівні звуку в початковій частині процесу дуже малі - це призводить до зниження рівня гучності і до збіднення якості звучання. При оптимальному часу реверберації досягається найбільш повне використання початкової частини відгомону і разом з тим рівні в другій пізньої частини остаточного звучання настільки малі, що не створюють ревербераційних перешкод. Оптимальний час реверберації залежить від призначення та об’єму приміщення, а також від частоти коливання. Наближено оптимальний час реверберації для частоти 512 Гц можна визначити за формулою
де k - коефіцієнт, який залежить від призначення приміщення: · для оперних театрів і концертних залів - 0,41; · для драматичних театрів - 0,36; · для кінотеатрів і аудиторій - 0,29;
Для кожного глядацького залу (аудиторії, концертного залу і т.п.) час реверберації визначається розрахунковим шляхом. Найбільш зручною для розрахунку буде формула Себіна
де
Постійне звукове поглинання внутрішніми поверхнями приміщення визначається за формулою А пост = a1 S1 + a2 S2 + a3 S3 + …, де a1 + a2 + a3 - коефіцієнти звукового поглинання стін, стелі, панелей і т.д.; S1 + S2 + S3 - відповідно площі цих поверхонь. Перемінне звукове поглинання А змін визначається за формулою А змін = А 1 N 1 + А 2 N 2 де А 1 - звукове поглинання одним відвідувачем; N 1 - кількість відвідувачів у залі; А 2 - звукове поглинання одним кріслом; N 2 - кількість вільних, не зайнятих відвідувачами крісел. Розрахунковий час реверберації має збігатися з оптимальним при 70% заповнення залу.
4. Акустика залів різного призначення. Архітектурно-художнє рішення аудиторій, театрів, концертних залів має великий вплив на фізичні процеси відбиття, поглинання та розсіювання звукової енергії, які визначають якість акустики приміщення. Висока акустична якість глядацьких залів забезпечується при виконанні наступних умов: 1) на всіх місцях залу повинна бути забезпечена достатня сила звуку; 2) в приміщенні повинно бути створено дифузне звукове поле, що виключає утворення луни, фокусів і т.д.; 3) при заповненні залу глядачами час реверберації має наближатися до оптимального. Виконання цих умов забезпечується архітектурно-художніми засобами: розмірами, формою, обробкою приміщень. Для кращого розсіювання звуків поверхні інтер’єру повинні відповідати вимозі, щоб до слухача приходило якомога більша кількість відбиттів, які швидко йдуть одне за одним. Це досягається, з одного боку, архітектурними членуваннями внутрішніх поверхонь, з іншого - рівномірним розподілом у приміщенні ділянок зі звукопоглинальною обробкою. Найбільш ефективними є членування призматичної і циліндричної форми, які добре розсіюють звуки в діапазоні середніх і високих частот; прямокутна форма членування відносно краще розсіює звуки низької частоти. Ефективне розсіювання звукової енергії в діапазоні всіх частот забезпечують великорозмірні членування стін і стелі (не менше 2 м в ширину і кілька дециметрів в глибину). Роль акустичної обробки різна в залах різного призначення: · в аудиторіях і конференц-залах обробка служить засобом зменшення гулкості для забезпечення чіткість мовлення; · у концертних і театральних залах акустична обробка сприяє збереженню і збагаченню якості звучання. Доцільно розглянути різні зали з точки зору акустики. 4.1. Акустика аудиторій і конференц-залів. При проектуванні інтер’єрів аудиторій і конференц-залів необхідно пам’ятати, про головне, з точки зору акустики, - розбірливість мови. Вона залежить від віддалення слухача і від розміщення його в залі. Так, спостерігається погіршення чіткості в бічних місцях широких залів - в цьому випадку рекомендується облицювання звукопоглинальними конструкціями стін. При розподілі відбитого звуку переважним є направлення від лектора до слухачів. Необхідно застосування скошеної поверхні над лектором і скосів по бічних стін. Рекомендується трапецієвидна форма плану та підйом рядів. Необхідно пам’ятати, що для чіткості мовлення поглинання низьких частот стоїть на першому місці. Простіше за все його виконати шляхом використання порожнин під поверхнею підлоги, що піднімається. Інші звукопоглинання слід виконати за рахунок оббивки крісел волокнистим матеріалом, оскільки застосування жорстких відбиваючих поверхонь стелі і стін більше виправдано - особливо у великих аудиторіях. Доцільно обсяг, який припадає на одного слухача, вибирати між 4 і 5 м3. При великих обсягах необхідне застосування звукопоглинального облицювання, чим забезпечується сприятливий час реверберації. 4.2. Акустика залів драматичних театрів. Акустика глядацьких залів драматичних театрів характеризується малою потужністю джерела звуку, яким служить голос людини, що знижується, у ряді випадків до шепоту. Для забезпечення гарної чутності і чіткості мовлення в цих умовах необхідний невеликий питомий обсяг (4-5 м3 на одного глядача). Форма залу для глядачів і його оздоблення повинні сприяти найкращому використанню первинних звукових відбиттів для компенсації швидко убутної з видаленням від сцени прямої звукової енергії. У цьому відношенні перевагою володіють зали з розбіжними бічними стінами, що розташовані під кутом не більш 12° до площини порталу. Позитивна роль відбитих звуків особливо існує для місць, розташованих під балконом. При цьому глибина зони амфітеатру під балконом не повинна бути більше, ніж подвоєна висота від підлоги до нижнього краю балконного перекриття. Досвід показує, що розбірливість мови в бічних місцях залу залежить від наступних відносин: 1) ширини порталу до ширини залу в частині, що прилягає до сцени (оптимальне співвідношення 0,85); 2) площі залу до площі ігрової частини сцени (оптимальне відношення дорівнює 3). Як правило, доброю акустикою володіють зали місткістю до 1000 місць і з часом реверберації близько 1 с. 4.3. Акустика концертних залів. Природність звуку, його ясність, виразність і сталість тембру, рівновага звучання всіх груп інструментів оркестру в приміщенні концертного залу можуть бути досягнуті лише при правильному виборі акустичних заходів. Хороша акустика таких залів вимагає з боку проектувальників уваги до вибору форми, обсягу залу та оздоблювальних матеріалів. Питомий обсяг концертних залів не повинен перевищувати 8 м3/люд. Форма концертного залу повинна сприяти створенню в ньому рівномірного дифузного звукового поля. Це полегшується при секторальній формі залу, а також при застосуванні звуковідбивних екранів звукорозсіючого профілю і великих членувань стін і стелі опуклими криволінійними поверхнями. Профіль стелі треба вибирати з розрахунком, щоб частину відбиттів звукової енергії спрямовувалась на естраду. Це необхідно для того, щоб кожен музикант міг стежити за грою інших і погоджувати з ними своє власне виконання. Дослідження останніх років показали, що для сприйняття музики бічне відображення більш важливо, ніж верхнє. Відбивні бічні стіни підсилюють бінауральний ефект, надаючи звуку велику пластичність. Членування стін і стелі може здійснюватися в такий спосіб: 1) несучими конструкціями (ребрами, кесонами і т.д.); 2) спеціальними акустичними елементами; 3) великими архітектурними формами, що створюють розсіювання звукової енергії у всьому діапазоні частот (балкони, ложі і т.д.). Зазвичай у великих концертних залах виникає необхідність і в звуковому поглинання. При цьому виникає питання про доцільне розташування звуковідбиваючих і звукопоглинальних матеріалів. Звукопоглиначі зручніше застосовувати на порівняно невеликих ділянках, чергуючи їх з відбиваючими поверхнями. У першу чергу доцільно заглушати задню стіну - в цьому випадку форма стіни може мати криволінійне обрис. 4.4. Акустика залів універсального призначення. Зали універсального призначення розраховуються зазвичай на місткість в кілька тисяч чоловік. Великі розміри таких залів, як показує досвід, вимагають штучного посилення звуку за допомогою електроакустичних систем. В цих випадках розподіл звукової енергії в залі і рівні звукового тиску в різних місцях приміщення залежать не тільки від його акустичних властивостей, але і від розташування, спрямованості і потужності системи звукопідсилення. З огляду на той факт, що в таких залах можуть проводитися і доповіді, і концерти джазової або симфонічної музики, оптимум реверберації не може бути критерієм акустичних якостей приміщення. У таких залах час реверберації має змінюватись в залежності від характеру видовища. Тому при розробці проекту інтер’єру зали універсального призначення необхідно виконувати наступні умови: Ø форма і акустична оздоблення залу повинна допускати можливість прихованого від глядачів розташування систем звукопідсилення в місцях, що сприяють створенню в залі рівномірного звукового поля; Ø для нормальної роботи системи звукопідсилення необхідно забезпечити в залі дифузне рівномірне звукове поле і достатню заглушеність приміщення шляхом застосування обробки з високим коефіцієнтом та рівномірної частотної характеристикою звукопоглинання. Підбір кількостей звукового поглинання провадять виходячи з оптимальних умов сприйняття мови. Заглушеність не виникне, тому що застосовуються амбіофонічні системи, що дозволяють управляти акустичними процесами в залі. Вони дають можливість збільшувати тривалість реверберації, керувати частотної характеристикою реверберації, змінювати ступінь дифузного звукового поля з урахуванням особливостей виконуваних в залі програм. У разі проектування залів різного призначення доцільно перевіряти їх акустику на моделях, виконаних у масштабі 1:20 в спеціальних лабораторних умовах.
5. Звукопоглинальні матеріали і конструкції. Для створення в приміщенні оптимального часу реверберації часто виникає необхідність вдаватися до додаткового звукопоглинанню. У практиці не існує універсальних звукопоглинальних матеріалів і конструкцій. У кожному випадку матеріали і конструкції підбираються окремо за характеристиками звукопоглинання. Відповідно фізичному процесу поглинання звуку можна виділити три основні типи звукопоглиначів: пористі матеріали, резонуючі коливальні панелі, конструкції з перфорованим шаром. 5.1. Порист
|
.
1, 
SO + OA
SO + OA
- об’єм приміщення, м3.
- повне звукове поглинання в приміщенні А, яке складається з двох складових: постійного поглинання А пост і змінного А змін (А пост + А змін).
