АНАЛИЗ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗВУКА В ЗРИТЕЛЬНОМ ЗАЛЕ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ ЗАПАЗДЫВАНИЯ ПЕРВЫХ ОТРАЖЕНИЙ

Очертания потолка и стен зала должны способствовать хорошему распределению отраженного от них звука, направляя большую его часть на удаленные от источника звука зрительские места. Оценка формы и размеров залов, а также отдельных поверхностей с акустической точки зрения состоит в анализе звукового поля на основе принципов геометрической акустики, т.е. в рассмотрении распространения прямых и отраженных звуковых волн (звуковых лучей) и построении "лучевого эскиза".

Целью графического анализа чертежей зала является проверка равномерности поступления в зоны слушательских мест первых отражений от стен и потолка с допустимыми запаздываниями ∆ t: 20-25 мс для речи и 30-35 мс - для музыки [1]. Все построения проводятся по законам лучевой (геометрической) оптики. Запаздывание первых отражений ∆ t, мс, определяют по формуле

, (мс) (5)

где l _отр - длина пути отраженного звука, м; l _пр - длина пути прямого звука, м; с - скорость звука в воздухе (с = 340 м/с).

Перед началом построений каждая из исследуемых отражающих поверхностей при заданных положениях источника и приемника звука должна пройти проверку на допустимость использования ее для построения звуковых отражений. Допустимость применения геометрических отражений зависит от длины звуковой волны, размеров отражающей поверхности и ее расположения по отношению к источнику звука и точке приема. Применение геометрических отражений можно считать допустимым, если наименьшая сторона отражаемой поверхности не менее чем 1,5-2,0 м.

Построение отражений от плоских поверхностей производится с помощью метода мнимого источника (рис.1). Мнимый источник S_i симметричен с действительным точечным источником S (расчетная точка звучания) по отношению к отражающей плоскости 1 и находится по другую ее сторону.

Рис.1 Схема построения первых отражений по методу мнимых источников

Звуковой луч, исходящий из источника S, падает на отражающую поверхность под некоторым углом, отражается от нее под тем же углом и представляется наблюдателю исходящим из точки S_i, которая является зеркальным изображением точки S.

Для построения мнимого источника надо опустить из точки S перпендикуляр на отражающую поверхность и на продолжении его отложить отрезок, равный расстоянию от точки S до поверхности отражения. Продолжение прямой, проведенной из мнимого источника звука S_i в точку приема R, является отраженным лучом.

Анализ запаздывания отраженного звука по сравнению с прямым производится для нескольких наиболее характерных точек зрительного зала. Такими являются точки, расположенные в центре и по краям первого, среднего и последнего рядов зала, а при наличии балкона - в первом и последнем ряду балкона.

Результат анализа "лучевого" эскиза представляется в виде табл.2.

Таблица 2 Расчет времени запаздывания первых отражений

№ точки	l пр	отражения
от потолка	от левой стены	от правой стены
l отр	∆ l	∆ t	l отр	∆ l	∆ t	l отр	∆ l	∆ t
....

В табл.2 приняты следующие обозначения: l _отр и l _пр - см. обозначения к формуле (5); ∆ l = l _отр - l _пр, (м) - разность длины отраженного и прямого звука, приходящего в расчетную точку; ∆ t, (с) - время запаздывания первых отражений, определяемое по формуле (5).

Первые геометрические отражения должны поддерживать прямой звук начиная с радиуса действия прямого звука. Радиус действия прямого звука r _пр составляет для речи 8-9 м, для музыки - 10-12 м. На зрительских местах в пределах r _пр усиление прямого звука с помощью отражений не требуется. Начиная с r _пр интенсивные первые отражения должны перекрывать всю зону зрительских мест. Если поверхности стен или потолка состоят их отдельных секций, следует конфигурацию членений выполнять так, чтобы отражения от соседних элементов перекрывали друг друга, не оставляя "мертвых зон", лишенных отраженного звука.

В залах с относительно большой высотой и шириной наибольшая опасность прихода первых отражений с недопустимым запаздыванием возникает в первых рядах зрительских мест. Для исправления этого явления следует выполнять специальные звукоотражающие конструкции на потолке и стенах в припортальной зоне.

После завершения графического анализа чертежей и создания в зале оптимальной структуры ранних отражений не занятые для этой цели поверхности должны быть использованы для формирования диффузного звукового поля путем их эффективного расчленения различной формы звукорассеивающими элементами для создания рассеянного, ненаправленного отражения звука. Это достигается расчленением поверхностей балконами, пилястрами, нишами и тому подобными неровностями.

Гладкие большие поверхности не способствуют достижению хорошей диффузности звукового поля. Особенно нежелательны гладкие, параллельные друг другу плоскости, вызывающие эффект "порхающего эха", получающегося в результате многократного отражения звука между ними. Расчленение таких стен ослабляет этот эффект и увеличивает диффузность. Причем хорошо рассеиваются звуковые волны, длина которых близка к размерам детали. Рассеивающий эффект увеличивается, если шаг членений нерегулярен, т.е. расстояния между смежными членениями не одинаковы по всей расчлененной поверхности.

Балконы, ложи и скошенные стены повышают диффузность поля на низких частотах. Практически применяемые в архитектурной практике пилястры - в основном в области средних и высоких частот.

При примыкании задней стены зала к потолку под углом 90° или меньше может возникнуть так называемое "театральное" эхо - отражение звука от потолка и стены в направлении к источнику звука, приходящее с большим запаздыванием. Для устранения такого эха следует выполнить наклонной часть потолка у задней стены или наклонной заднюю стену зала (рис.2).

Рис.2 Конструкция потолка или задней стены зала:

а, б - наличие "театрального" эха; в, г, д - "театральное эхо" отсутствует