книги / Физико-техническое проектирование ограждающих конструкций зданий

Для пазухи над балконом (если нет вышележащего балкона) отноше­ ние a2lh2 может быть увеличено до 2. При соблюдении этих требований на­ блюдаются благоприятные акустиче­ ские условия на местах, расположен­ ных на балконе и под ним.

Пол партера и балкона должен иметь профиль, обеспечивающий хо­ рошую видимость сцены и умень­ шающий поглощение прямого звука при его распространении над сидящи­ ми слушателями и экранирование слушателями друг друга. Для этой же цели высота сцены должна возвы­ шаться над уровнем пола, прилегаю­ щего к сцене партера не менее 1 м.

В зрительных залах допустимое отклонение времени ревер­ берации от оптимальных значений не должно превышать ±10 %. При большем отклонении величин необходимо внести измене­ ния в конструктивное решение зала.

Время реверберации является важным, но не единственным критерием оценки акустических качеств зала. В больших зри­ тельных залах на качество звучания значительное влияние ока­ зывает не только реверберация звука, но и структура ранних от­ ражений.

Необходимая структура ранних отражений в зрительных за­ лах обеспечивается пластической отделкой интерьера и специ­ альными звукоотражательными экранами, располагаемыми на пути распространения звуковых волн, которые через некоторые интервалы времени после одного или нескольких отражений до­ ходят до зрителя.

Анализ ранних отражений проводится с помощью способов геометрической акустики. Расчет геометрических отражений звуковых волн (главным образом первых) является основным способом контроля правильности выбора формы зала и очерта­ ний его внутренних поверхностей. Данные расчета позволяют проанализировать структуру первых отражений в отдельных

181

точках зала и распределение их по всей площади размещения мест слушателей. С помощью расчета геометрических отраже­ ний также производится оценка опасности возникновения эха.

Сущность расчета геометрических отражений основана на понятии того, что вместо звуковых волн рассматриваются звуко­ вые лучи, в направлении которых распространяются эти волны. Распределение звуковых лучей аналогично распределению све­ товых лучей в геометрической оптике. Оно базируется на двух законах геометрического отражения:

1) падающие и отраженные от какой-либо точки поверхно­ сти лучи образуют равные углы (угол падения и угол отражения)

снормалью к отражающей поверхности в этой точке;

2)падающий и отраженный лучи лежат с нормалью в одной плоскости (лучевая плоскость).

Построение отраженных звуковых лучей от плоскости и криволинейной поверхности показано на рис. 2.26.

Рис. 2.26. Построение геометрических отражений от прямой плоско­ сти (а) и криволинейной поверхности (б)

При построении геометрических отражений от прямой плоскости (см. рис. 2.26, а) используется мнимый источник звука Qi, симметричный с действительным источником Q по отноше­ нию к отражающей поверхности и находящийся по другую ее сторону. Для построения мнимого источника необходимо из точки точечного источника Q опустить перпендикуляр QA и на

182

его продолжении отложить отрезок QiA, равный отрезку QA. Прямая, проведенная из мнимого источника Qi, после пересече­ ния или отражения плоскости позволяет получить равенство уг­ лов падения и отражения.

При построении отражений от криволинейной поверхности (см. рис. 2.26, б) при заданном положении точечного источника Q необходимо в точке О построить прямую плоскость Тк, каса­ тельную к криволинейной С. Мнимый источник Qi строится так же, как это показано в предыдущем примере. Продолжение ОМ прямой QiO после пересечения с криволинейной поверхностью

Сявляется искомым отраженным лучем.

Вслучае отражения от криволинейной поверхности для ка­ ждой точки отражающей поверхности необходимо строить свой мнимый источник Qi, а при отражении от любой точки прямой плоскости мнимый источник один и тот же при постоянном по­ ложении точечного источника Q.

Такие звукорассеивающие свойства отраженных звуковых лучей от выпуклых криволинейных поверхностей позволяют применять их для создания дуффузионного звукового поля.

Диффузность звукового поля может быть достигнута двумя средствами: за счет периодического расположения на стенах по­ мещения звукопоглощающих материалов или за счет создания рельефа на поверхностях стен и потолка. Однако применение звукопоглотителей может оказаться нежелательным, если время реверберации станет меньше оптимального. Применение релье­ фа является более рациональным и особенно эффективным, ко­ гда длина звуковых волн соответствует размерам рельефных де­ талей. Особенно пригодны для этой цели элементы с криволи­ нейным выпуклым сечением, которые рассеивают также и более короткие волны.

Участки рельефа должны быть достаточно большими (не менее 1,5-2 м). Отдельные мелкие неровности поверхностей стен и потолка не обеспечивают надлежащего рассеяния звуко­ вой энергии. Хорошо рассеивают звуки в диапазоне средних и высоких частот архитектурные членения в виде цилиндриче­ ских и призматических форм, а в диапазоне звуковых волн низ­ кой частоты - членения прямоугольной формы (рис. 2.27).

183

Рис. 2.27. Формы и размеры пластических архитектурных членений, обеспечивающих рассеивание отражений

Ориентировочные размеры периодических членений, обес печивающие рассеяние отраженного звука в зависимости от раз ных частот приведены на рис. 2.28.

Рис. 2.28. Ориентировочные размеры периодических чле­ нений, обеспечивающие рассеяние отраженного звука разных частот; Ъ - ширина элемента; d - глубина профи­ лировки; g - период членения

184

Заштрихованная область на рис. 2.28 показывает пределы примерных размеров пилястр и их шаг, при которых существен­ но рассеивается отраженный звук в указанных областях частот.

Мелкие элементы членения размером 10-20 см рассеивают отраженный звук на частотах выше 1000 Гц. Эффективное рассеивание отраженного звука в области частот 200-600 Гц да­ ют пилястры размером 1-2 м по ширине и 0,5-1 м по глубине при шаге членения 2-4 м. Пилообразные членения глубиной 15-20 см и шагом 1,2-1,5 м эффективны, начиная с 600 Гц.

Рассеивающий эффект членений улучшается, если их шаг неравномерен, т.е. расстояния между смежными членениями не­ одинаковы по всей поверхности.

Рис. 2.29. Рациональные типы примыкания потолка к задней стене: а - наклон задней стены; б - наклон примыкающего к стене участка потолка; в - наклон участка потолка и задней стены; г - острый угол между потолком и задней стеной

При примыкании задней стены зала к потолку под углом 90° или меньше может возникнуть так называемое эхо - отражение звука от потолка и стены в направлении к источнику звука, при­ ходящее с большим запаздыванием. Для устранения такого эха следует выполнить наклонной часть потолка у задней стены или наклонной заднюю стену зала (рис. 2.29).

185

2.11. Специфические особенности акустического проектирования залов

различного функционального назначения

По акустическим качествам зрительные залы подразделяют­ ся на следующие группы:

-залы для речевых программ (лекционные залы и залы драматических театров);

-залы для музыкальных программ (концертные залы и залы оперных театров);

-залы с совмещением речевых и музыкальных программ (залы многоцелевого назначения, залы кинотеатров).

Основным показателем акустического качества залов рече­ вых программ является разборчивость речи, т.е. обеспечение слушательских мест интенсивным прямым звуком и интенсив­ ным малозапаздывающим отражением при небольшом времени реверберации.

Рекомендуемое время реверберации для залов речевых про­ грамм на средних частотах (500-1000 Гц) в зависимости от объ­ ема зала показано на рис. 2.18. Необходимо отметить, что ука­ занное на рис. 2.18 время реверберации обеспечивается без применения специальных звукопоглотителей, если объем, при­ ходящийся на одно место, составляет 4-5 м3 Чтобы время ре­ верберации меньше зависело от степени заполнения залов слу­ шателями, рекомендуется оборудовать их мягкими или полумяг­ кими креслами.

Критерием разборчивости речи является слоговая арти­ куляция. Для определения разборчивости речи применяются так называемые артикуляционные испытания, позволяющие полу­ чить процент разборчивости речи. В ходе испытаний в помеще­ ниях с помощью диктофона или фонограммы передается специ­ альный текст, состоящий из слогов, а слушатели, находящиеся

впомещении, записывают количество воспринятых слогов. От­ ношение правильно записанных слогов к общему количеству пе­ реданных и определяет процент разборчивости речи. Разборчи­ вость считается отличной при 96 % правильно воспринимае­ мых слогов, хорошей - при 95-85 %, удовлетворительной - при

186

84-75 %, трудно разборчивой - при 74—65 %, неудовлетвори­ тельной - при 65 % и ниже.

Слоговая артикуляция зависит от уровня громкости речи, времени реверберации, уровня шума в окружающем пространст­

где К х - коэффициент учитывающий влияние уровня громкости

на разборчивость речи;

К2 - коэффициент, учитывающий влияние времени ревер­ берации;

Къ - коэффициент, учитывающий помехи вследствие шу­

мового фона; КА - коэффициент, учитывающий влияние на разборчи­

вость речи формы помещения.

При диффузности звукового поля в лекционном зале значе­ ние К А = 1. В больших залах при наличии вогнутых стен и по­

толка значение К А = 0,9, а в малых помещениях при звукоотра­ жающей их отделке К А = 1,06.

Если в лекционных залах уровень громкости речи составля­

в табл. 2.19.

Установлено, что процент артикуляции речи увеличивается с повышением уровня громкости звука до 70 дБ и значительно уменьшается при нарастании времени реверберации.

прямоугольной формой плана и плоским горизонтальным по­ толком.

187

В более крупных лекционных залах устройство плоского горизонтального потолка нецелесообразно, так как отражения от передней части такого потолка попадают в первые ряды слуша­ телей, для которых достаточная разборчивость речи обеспечива­ ется прямым звуком. Кроме того, в больших лекционных залах ряды мест круто подымаются к задней стене, в результате чего при горизонтальном потолке высота в передней части зала, а следовательно, и отражение звука от потолка доходят до слу­ шателей передних рядов с запаздыванием. Существенным недос­ татком таких залов является то, что задняя часть горизонтально­ го потолка вместе с вертикальной задней стеной служат причи­ ной неблагоприятного обратного отражения звука к источнику (рис. 2.30).

Рис. 2.30. Отражение звука в зале с горизон­ тальным потолком и вертикальной задней стеной

188

Распределение звука, отраженного передней частью гори­ зонтального потолка, можно улучшить путем устройства скоса или специального звукоотражателя, подвешенного под потол­ ком, а отраженного от задней части потолка - путем наклона участка задней стены (рис. 2.31, а).

С целью улучшения разборчивости речи в лекционных за­ лах большой вместимости рекомендуется участки боковых стен в передней зоне скашивать, как это показано на рис. 2.31, б, что­ бы отражения от каждого из них попадали в противоположный дальний угол зала. Оставшимся участкам боковых стен также целесообразно придавать небольшой скос 10-12°, что позволяет увеличить долю отраженного звука на удаленные от источника места и ослабить эффект «порхающего эха».

Рис. 2.31. Рекомендуемая форма лекционного зала большой вместимо­ сти: а - продольный разрез; б - план

Для драматических театров источники звука, как правило, располагаются в пространстве колосниковой сцены, оборудо­ ванной мягкими декорациями, что ведет к потере большей доли излучаемой актерами звуковой энергии в сценической коробке. Когда актер в процессе действия отворачивается от зрительного зала, доля звуковой энергии становится еще меньше. Однако ак­ теры обладают по сравнению с лекторами гораздо более силь­ ным и хорошо поставленным голосом и, что особенно важно, во время спектакля уровень шума в зале обычно ниже, чем в лекци­

189

онном помещении, что позволяет компенсировать неблагоприят­ ные условия излучения звука со сцены и проектировать залы драматических театров значительно больших размеров, чем лек­ ционные.

Установлено, что максимальная вместимость зала драмати­ ческого театра не должна превышать 1200 слушателей, а наи­ большее расстояние от плоскости портала до последнего ряда - 27 м. Максимальный объем драматического театра, соответст­ вующий предельной вместимости, составляет 6000 м3

В залах, предназначенных для исполнения музыкальных программ, необходимо обеспечить большее время реверберации по сравнению с залами для речевых программ с целью усиления пространственного впечатления при восприятии музыки. Кроме того, если для разборчивости речи увеличение интенсивности прямого звука и мапозапаздывающих отражений является поло­ жительным фактором, то для восприятия музыки это является нежелательным, так как снижается пространственное впечатле­ ние. Все это делает акустическое проектирование залов для му­ зыкальных программ довольно сложной задачей.

Для концертных залов оптимальное время реверберации за­ висит от его объема и вида исполняемой музыки. Самое большое время реверберации требуется для исполнения органной музыки, несколько меньше - для симфонической и сравнительно не­ большое - для камерной. Частотная характеристика времени ре­ верберации во всех случаях должна иметь некоторое повышение в сторону низких частот. Рекомендуется, чтобы время ревербе­ рации на частоте 125 Гц было на 20 % выше по сравнению со временем реверберации на частоте 500 Гц.

Время реверберации старых концертных залов, как правило, значительно выше, чем новых (примерно на 0,3 с). Они обладают более высокой степенью диффузности звукового поля за счет использования разнообразного членения стен и потолка (от не­ скольких сантиметров до 2-3 м), которое обеспечивает диффуз­ ное отражение звука в широком диапазоне частот. Кроме того, старые оперные театры характеризуются малой шириной залов (не более 20 м), значительной высотой (в среднем 17 м), мень­ шим объемом на одно место (около 5 м3) и сильным расчленени­ ем поверхностей боковых стен и потолка. При строительстве

190