372 Часть III. Архитектурная акустика

Рис. 9.4. Зал Музыкальною общества в Вене. Продоль­ный разрез и план

5

I.

0

Ю

20м


Рис. 9.5. Зал филармонии в Ливерпуле. Продольный разрез и план

Глава 9. Акустика залов 373


Важным элементом архитектуры стали специальные звукоотражающие поверхности, являющиеся частью внутренней поверхности зала или под­вешиваемые под его потолком. Такие поверхности, располагаемые обычно около сцены, позволяют улучшить распределение отраженного звука и уменьшить его запаздывание. В случае универсальных и речевых залов эти поверхности делаются достаточно большими и слабо расчлененными. Подвесные звукоотражатели нередко используются и для ослабления фоку­сирующего эффекта вогнутого потол­ка.

Требование высокой диффузности звукового поля, особенно важное для музыкальных залов, обусловило силь­ное членение поверхностей, обеспечи­вающее рассеяние отраженного звука. Звукорассеивающие структуры, весьма разнообразные по своему характеру, стали неотъемлемой частью интерьера многих залов. Очень часто звукорас­сеивающие структуры размещаются на вогнутых поверхностях с целью уст­ранения их фокусирующего действия. Повышению диффузности звукового поля и обогащению структуры ран­них отражений способствует также си­стема вертикальных стенок в зоне слу­шательских мест. Такие стенки созда­ются в результате расположения мест отдельными участками на разной вы­соте.

Весьма характерной особенностью современных залов является примене­ние звукопоглощающей отделки внут­ренних поверхностей для корректиров­ки времени реверберации и ослабления вредных звуковых отражений. В по­следние годы довольно широко исполь­зуются акустические трансформации, в ходе которых меняются объем зала, количество звукопоглощения в нем и расположение звукоотражающих по­верхностей. Акустические трансформа­ции позволяют приспосабливать зал к различным звуковым программам.

Наиболее распространенный тип трансформации — устройство сцени­ческой оркестровой раковины (см.

Рис. 9.52).

Необходимо отметить, что, несмот­ря на весь современный арсенал средств прогнозирования и оценки акустического качества залов, успех достигается далеко не всегда. Неудачи здесь — не такое уж редкое явление, особенно если речь идет о музыкаль­ном зале. Поэтому иногда высказыва­ется мнение, что архитектурная аку­стика является искусством, которым владели древние зодчие и секреты ко­торого в настоящее время утеряны. В поддержку такого мнения обычно ссы­лаются на акустику античных театров и старых концертных и оперных залов.

Действительно, культурно-зрелищ­ные сооружения прошлого имеют, как правило, хорошую акустику. Тем не менее оснований для идеализации этих сооружений нет. Так, время ревербе­рации классических оперных залов обычно меньше рекомендуемого, а акустические условия в глубине ярусов весьма далеки от оптимальных. Неред­ко отмечается и ухудшение слышимо­сти в центральной части партера. Да­леко не все концертные залы, постро­енные в XIX в., оказались удачными с акустической точки зрения.

Если рассматривать современное строительство залов, то здесь помимо явных просчетов специалистов можно указать две причины акустических не­удач. Во-первых, довольно часто воп­росам акустики при проектировании не уделяется должного внимания, и рекомендации специалистов не выпол­няются или выполняются не полно­стью. Во-вторых, сегодня коренным образом изменились условия создания театров и концертных залов. Прежде всего значительно возросла их вмести­мость, которая раньше редко превы­шала 1000 мест. В современном кон­цертном или театральном зале требу­ется обеспечить хорошую видимость,

Комфортность мест, хорошую вентиля­цию и освещение, разместить разно­образное оборудование, и, наконец, обеспечить универсальность использо­вания зала. Все это в значительной степени осложняет решение акустиче­ских задач. Не следует также забывать о том, что современная тенденция раз­вития архитектуры (проектирование широких и низких залов) неблагопри­ятна для акустики. Определенная трудность заключается также в том, что еще не установлены однозначные связи между объективными акустиче­скими характеристиками музыкальных залов и их субъективной оценкой.

9.7. Основные акустические

Характеристики залов

На современном этапе разви­тия архитектурной акустики основны­ми акустическими характеристиками залов являются время реверберации, структура звуковых отражений и диф — фузность звукового поля. Эти харак­теристики имеют четкую связь как с архитектурно-строительными парамет­рами зала, так и с субъективной оцен­кой условий слухового восприятия зву­ковых программ.

Время реверберации. Как было от­мечено в п. 7.3, при условии диффуз — ности звукового поля помещения про­цессы нарастания и спадания плотно­сти звуковой энергии подчиняются оп­ределенным законам. Процесс спадания плотности звуковой энергии, называемый реверберацией, является в этом случае экспоненциальным. При переходе к уровню сигнала (уровню звукового давления) процесс спадания будет прямолинейным и более растя­нутым во времени, чем процесс нара­стания. На рис. 9.6 показаны измене­ния плотности звуковой энергии и ее уровня в процессах нарастания звука и реверберации. Для слухового восп­риятия более существенно изменение

А — изменение плотности звуковой энергии; б — изме —

Уровня сигнала, а не его интенсивно­сти. Поэтому процесс реверберации иг­рает в акустике залов особенно важ­ную роль.

Рис. 9.6. Нарастание зву­ка и реверберация в за­крытом помещении

Нение уровня плотности зву­ковой энергии; 1 — процесс нарастания; 2 — стационар­ное состояние; 3 — ревербе­рация

Для количественной оценки ревер­берации Сэбин еще в конце прошлого столетия предложил использовать вре­мя реверберации (см. п. 7.3), которое до сих пор остается одним из важней­ших критериев акустического качества закрытого помещения. Не давая доста­точной информации об условиях слы­шимости на отдельных местах зала, время реверберации хорошо характе­ризует его общую гулкость. За годы развития архитектурной акустики ус­тановлены зависимости оптимума ре­верберации от объема и функциональ­ного назначения залов. Ценные свой­ства времени реверберации — практи­ческая возможность проведения успешного расчета при акустическом проектировании и сравнительная про­стота измерения. Широкое использо­вание времени реверберации в акусти-

Глава 9. Акустика залов 375

Щ

Г ¦ 4

Л)

N.

1 1

1

¦ ¦ — ¦ %

1

/7 7 г

4

И9 / и

;

Рис. 9.7. Пример записи давления в процессе ревер —

Спадания уровня звукового берации

Ке помещений привело к стандартиза­ции метода измерения этого парамет­ра. Наряду с международным стан­дартом ИСО 3382—75 во многих стра­нах имеются свои национальные стан­дарты. В нашей стране измерение времени реверберации также регла­ментировано стандартом (ГОСТ

24146—90).

Согласно ГОСТ 24146—90 время реверберации измеряется путем записи с помощью логарифмического самопис­ца процесса спадания уровня звуково­го давления в зале. Время ревербера­ции определяется из участка этой за­писи, соответствующего спаданию уровня на 35 дБ после выключения источника звука с последующей апп­роксимацией спадания до 60 дБ, при­чем первые 5 дБ спадания не учиты­ваются. Для повышения диффузности звукового поля используется источник звука со многими частотными состав­ляющими в октавной или третьоктав — ной полосах частот. Результаты изме­рения относят к среднегеометрическим частотам полос. Запись спадания уров­ня звукового давления имеет неизбеж­ные флюктуации, но ее общий ход в указанном интервале должен аппрок­симироваться прямой линией. В про­тивном случае нельзя говорить о ка­ком-либо определенном времени ре­верберации. Пример записи спадания уровня звукового давления показан на

Рис. 9.7. Запись сделана на равномер­но движущейся бумажной ленте. Как видно из рисунка, уровень уменьша­ется на 30 дБ в течение 0,7 с. Отсюда время реверберации Т = 0,7*2 = 1,4 с.

Структура звуковых отражений. Как уже отмечалось, время ревербе­рации является общей акустической характеристикой зала. В то же время хорошо известно, что акустические ус­ловия в различных зонах зала далеко не одинаковы. Довольно часто залы с одним и тем же временем ревербера­ции имеют совершенно различную акустическую репутацию. Это в пер­вую очередь связано с тем, что на­чальный участок реверберационного процесса различен в разных точках од­ного зала и в разных залах. Данный участок, обычно называемый структу­рой звуковых отражений, определяется уровнями и запаздыванием отражений по отношению к прямому звуку, а также направлением их прихода в точ­ку приема. Помимо взаимного поло­жения источника и приемника звука структура отражений самым тесным образом связана с размерами зала, а также с очертаниями и отделкой его внутренних поверхностей.

Формирование структуры звуковых отражений показано на рис. 9.8,я. К расположенному в зале слушателю сначала приходит прямой звук от ис­точника (оратора, артиста). Путь этого звука самый короткий. Затем посту­пают однократные и многократные от­ражения от отдельных внутренних по­верхностей зала. Время их запаздыва­ния по отношению к прямому звуку определяется разностью путей, прой­денных соответствующим отражением и прямым звуком. Разделив эту раз­ность на скорость звука, мы получим время запаздывания отражения. Уров­ни отражений зависят от длины прой­денного пути и от звукоотражающих свойств внутренних поверхностей зала. Чем больше пройденный путь и мень-

376 Часть III. Архитектурная акустика


6)

» у

Ш

С

О

О в

8 во

СЪ Л

X ш

О

1

Дгмс


Ше коэффициент звукоотражения, тем меньше уровень отражения.

Важное значение имеет время за­паздывания первого отражения поступающего к слушателю вслед за прямым звуком (рис. 9.8,6). Этот вре­менной интервал обычно бывает са­мым значительным, хотя в некоторых случаях бывает велик интервал между последующими отражениями. С тече­нием времени число отражений воз­растает, интервал между ними уменьшается и, наконец, они слива­ются в так называемый ревербераци — онный "хвост". Этот "хвост" определя­ет время реверберации зала и является общим для всех его зон.

Картина, аналогичная изображен­ной на рис. 9.8, получается в резуль-

Ражения: 2 — от передней стены; 3 — от козырька; 4 — от потолка; 5 — от боковой стены; 6 — реверберацион- ный "хвост"; / — время за паздывания

Рис. 9.8. Формирование структуры звуковых отра­жений в зале

А — отражение звука от по­верхностей зала; б — струк­тура звуковых отражений; 1 — прямой звук; 2—5 — от­

Тате проведения в зале импульсных измерений, блок-схема которых изо­бражена на рис. 9.9. В ходе измерений воздушный объем зала возбуждается коротким звуковым импульсом, источ­ник которого обычно располагается на сцене или на эстраде. Сигнал, приня­тый микрофоном в исследуемой точке зала, после усиления и логарифмиро­вания подается на осциллограф для непосредственного наблюдения или фотографирования. Этот сигнал, назы-

Глава 9. Акустика залов 377


Р

Помещение модель

МС

СП

Рис. 9Л Блок-схема импульс­ных измерений

СП — стартовый пистолет; ИР — искровой разрядник; ИМ — измерительный микро­фон; МУ — микрофонный усилитель; ЛК — логарифми­рующий каскад; ЭЗО — элект­ронный запоминающий ос­циллограф; МС — микрофон си нхрон и заци и

Синхронизация

Ваемыи импульсным откликом зала Pit), дает нам последовательность при­хода и уровни импульсов, соответст­вующих прямому звуку и отдельным отражениям от внутренних поверхно­стей. Так как звуковой импульс яв­ляется знакопеременным, то амплиту­ды импульсов располагаются по обе стороны от осевой линии. При анализе рассматривают обычно одну половину осциллограммы, как правило, верх­нюю.

Помимо визуального анализа ос­циллограмм часто проводится и соот­ветствующая обработка импульсных откликов зала для получения количе­ственных критериев акустического ка­чества. Наиболее распространенными являются энергетические критерии, определяемые на основе функции

X

Е(х) = S p2U)dt, (9.1)

О

Которая равна сумме квадратов звуко­вых давлений отдельных отражений, поступивших в точку приема к мо­менту времени х. В последние годы для нахождения ?0с) используется вы­числительная техника, обеспечиваю­щая оперативность обработки импуль­сных откликов и возможность непос­редственного получения данных в виде таблиц и графиков.

Диффузность звукового поля. Важное значение в акустике залов имеет понятие "диффузного звукового поля", характеризуемого тем, что во всех точках поля усредненные во вре­мени уровень звукового давления и поток приходящей по любому направ­лению звуковой энергии постоянны. Постоянство уровня звукового давле­ния называют однородностью поля, а постоянство потока звуковой энер­гии — изотропностью поля. Диффуз­ное звуковое поле, в котором выпол­няются эти два условия, представляет собой идеализацию, которую нельзя полностью реализовать в залах. Тем не менее, для создания хорошей аку­стики важно обеспечить в зале доста­точно высокую степень диффузности. Диффузное звуковое поле является, как указывалось, предпосылкой спра­ведливости статистической теории ре­верберации, в частности экспоненци — альности реверберационного процесса. Мероприятия по повышению диффуз­ности звука в залах описаны в п. 9.3.

Существует целый ряд довольно сложных методов оценки диффузности поля, связанных или с проверкой ус­ловия изотропности, или с измерени­ями корреляции между звуковыми давлениями в двух точках зала. Про­стой метод оценки диффузности, ос­нованный на проверке условия одно­родности звукового поля, разработан в Научно-исследовательском институте строительной физики. При оценке диффузности по этому методу в раз­личных точках зала, находящихся в

I я

7000 Гц

""Ог^

*

1

Г

1 4М

Г

Рис. 9.10. Изменение уров­ня звуковою давления вдоль зала

Зоне преобладания отраженного звука, проводятся измерения уровней звуко­вого давления при работе ненаправ­ленного источника звука. Источник располагается на сцене и излучает по­лосы белого шума со средними гео­метрическими частотами 250 и 1000 Гц. Преобладание отраженного звука принято на расстояниях от ис­точника, превышающих

Г =0,35%/—

Общ’

Где ?общ — общая площадь внутренних поверхно­стей зала, м2; ос — средний коэффициент звуко­поглощения.

*2

2 а

(9.2)

1 — а

378 Часть ///. Архитектурная акустика

На этих расстояниях при полной диффузности отраженного звука уро­вень звукового давления в пределах точности измерений должен оставаться постоянным, а при неполной диффуз­ности — изменяться от зоны к зоне зала. Обычно уровень звукового дав­ления понижается, хотя при наличии в зале вогнутых поверхностей он мо­жет возрастать. В качестве примера на рис. 9.10 показано изменение уровней звукового давления вдоль зала. Жир­ная горизонтальная линия представля­ет уровень звукового давления для идеально диффузного поля на рассто­янии, превышающем г. Однородность звукового поля в целом по залу можно характеризовать средним абсолютным отклонением лЪ от уровня, соот­ветствующего полностью диффузному звуковому полю. О значительном на­рушении диффузности свидетельству ют значения Л Ь ^>3 дБ.

9.2. Оценка акустического

Качества залов

Акустическое качество зала (зоны слушательских мест) в конеч­ном счете определяется субъективной оценкой условий слухового восприятия речевых и музыкальных программ. Объективные параметры звукового по­ля надежно характеризуют акустику зала лишь в том случае, когда между ними и субъективными критериями су­ществуют достаточно прочные корре­ляционные связи. Такие связи в на­стоящее время установлены для залов с речевыми программами. В области акустики музыкальных залов поиски связей субъективных и объективных оценок все еще остаются предметом исследований.

Слышимость речи. Основной субъ­ективный фактор, определяющий ка­чество передачи речи в помещении, — ее разборчивость. Для определения разборчивости речи применяются так называемые артикуляционные испыта­ния, позволяющие получить разборчи­вость в процентах. В ходе испытаний в помещение с помощью диктора или фонограммы передается испытатель­ный текст, а слушатели, находящиеся в помещении, записывают этот текст. Отношение правильно записанных на слух фонетических элементов к обще­му количеству переданных и опреде­ляет процент разборчивости.

Накопленный опыт и результаты многочисленных исследований показа­ли, что для хорошей разборчивости требуется достаточно высокий уровень речи, низкий уровень шума, неболь­шое время реверберации и структура отражений, характеризующаяся нали­чием интенсивных ранних отражений при отсутствии поздних интенсивных

Глава 9. Акустика залов 379


?/5 50 55 60 65 70 75

В)

Lm, d6


Отражений (типа эха). Существующие в настоящее время методы объектив­ной оценки разборчивости в той или иной степени связаны с перечисленны­ми акустическими характеристиками.

Применительно к залам с естест­венной акустикой для оценки и про­гнозирования разборчивости наиболее часто используется формула

А — пустого зала; б — запол ненного зала

Рис. 9.11. Зависимость КЬ от уровней речи ?р и шума ?ш для спект­ров шума

Ляющей собой отношение полезной энергии Eso ко всей энергии Е Импульсного отклика:

50

Мс

J р2 (О dt

(9.3)

(9.4)

О

Рс = 96kbkR,

Где Рс — слоговая разборчивость, %; кь — коэффи­циент, учитывающий влияние уровней речи и шу­ма; k. R — коэффициент, учитывающий влияние реверберации.

Коэффициент кь определяется по диаграммам в зависимости от уровней речи Lp и шума Эти диаграммы, представленные на рис. 9.11, позволя­ют получить Jcl для спектров шума пустого и заполненного залов. Уровни речи и шума на данном слушательском месте определяются путем измерений или расчета.

Для определения коэффициента кя Существует ряд способов, основанных, как правило, на оценке импульсного отклика зала Pit). Наиболее известный из них базируется на предложенной Р. Тиле величине четкости, представ-

ОС

Е

Оо

J p2{t)dt

О

К полезной энергии относятся энергия прямого звука и энергия от­ражений, запаздывающих по отноше­нию к прямому звуку не более чем на 50 мс. Коэффициент кя в этом слу­чае равен примерно Следует отметить, что сама по себе четкость От достаточно хорошо связана с раз­борчивостью речи. На рис. 9.12 пока­зана экспериментальная зависимость слоговой разборчивости от четкости.

Звучание музыки. В отличие от речевых программ, основу субъектив­ной оценки которых составляет раз­борчивость речи, оценка качества зву­чания музыки в зале осуществляется

0,6

Рис. 9.12. Зависимость сло­говой разборчивости Рс от четкости I)

По целому ряду субъективных крите­риев. Наиболее распространенными критериями являются реверберация (гулкость зала), ясность, пространст — венность, громкость и тембр звучания. Между этими критериями и парамет­рами звукового поля в настоящее вре­мя установлены определенные связи.

0,2

О."

В

380 Часть III. Архитектурная акустика

Гулкость Зала — понятие, харак­теризующее длительность процесса за­тухания звука на месте прослушива­ния. Субъективная оценка зависит от вида музыки (органная, симфониче­ская, камерная) и ее стиля. Основйым объективным показателем гулкости по — мещения является стандартное время реверберации 7\

/

О

(9.5)

Оо

80мс

Ясность звучания характеризует разделение звуков отдельных инстру­ментов или групп инструментов как во времени (особенно при быстрых пассажах), так и в звуке одновременно играющих инструментов. Для оценки ясности чаще всего используется ин­декс ясности

80 мс

Р2 (Г) Л

С,0 = 101е

Область оптимальных значений С80 составляет от -1 до +3 дБ.

Пространственность звучания — Субъективный параметр, характеризу­ющий ощущение закрытого простран­ства. Это ощущение ранее связывалось со временем реверберации или соот­ношением энергии ранних и поздних отражений в импульсном отклике. Увеличение времени реверберации или преобладание энергии поздних отраже­ний сопровождается увеличением про­странственного впечатления. Более поздние исследования выявили очень важную роль ранних боковых отраже­ний в формировании пространственно­го впечатления. Было установлено, что ощущение пространства возрастает с увеличением энергии боковых отраже­ний, причем отражения, приходящие по направлению оси уха слушателя, вызывают наибольшее пространствен­ное впечатление. Пространственный эффект не меняется, если запаздыва­ние отражений находится в пределах 8—100 мс, а также в том случае, ког­да небольшое число интенсивных от­ражений заменяется большим числом слабых отражений, имеющих такую же общую энергию.

I Рд (*)<**

101е —————

80 мс

О

Отражения от потолка не увели­чивают пространственного впечатле­ния, однако и не оказывают маскиру­ющего действия на отражения от бо­ковых стен. Потолочные отражения увеличивают ясность звучания. Боко­вые отражения с запаздыванием 25— 80 мс увеличивают как пространст­венность, так и ясность звучания. Для объективной оценки пространственно — сти предложен целый ряд критериев, наиболее простым из которых является критерий В. Йордана

80мс

(9.6)

Буквенными индексами в этом вы­ражении обозначены виды диаграмм направленности микрофона, использу­емого для получения импульсных от­кликов помещений (К — круговая ди­аграмма, Л — диаграмма направлен­ности в виде восьмерки). При прове­дении измерений направленный микрофон располагается таким обра­зом, чтобы ось его минимальной чув­ствительности была направлена на ис­точник звука. Выражение под знаком логарифма характеризует отношение энергии, поступившей с боковых на­правлений за время от 25 до 80 мс, ко всей энергии, пришедшей в точку измерения за 80 мс. Оптимальное зна­чение Ь] находится в области от -5 до -7 дБ.

©о*

Громкость звучания — субъектив­ный критерий, характеризующий громкость источника музыки при игре фортиссимо по отношению к некото­рой ожидаемой громкости на месте прослушивания. Субъективное ощуще­ние силы звука (громкость) прямо пропорционально плотности звуковой энергии в стационарном состоянии. Стационарная плотность звуковой энергии на слушательском месте мо­жет быть определена путем измерения уровня звукового давления ^т при возбуждении воздушного объема поме­щения стационарным звуковым сигна­лом (шумом) или путем измерения об­щей энергии импульсного отклика Я

Д Ь = Ььт

Где Лет — общий уровень звукового давления на слушательском месте; Ьр — общий уровень звуко­вой мощности источника.

Оптимальные значения А Ь за­висят от объема зала и составляют от -5 до -10 дБ для залов объемом около 1000 м и от -8 до -16 дБ для залов объемом 15000 м.

Тембр звучания — понятие, ха­рактеризующее восприятие отдельных составляющих спектра звука музы­кального источника на месте прослу­шивания. Речь идет о том, в какой степени свойства помещения изменяют типичный тембр данного источника. Тембр звучания до сих пор связывался только с частотной характеристикой времени реверберации Т(/), причем для музыкальных помещений считает­ся весьма желательным подъем Т(/) в сторону низких частот. В качестве оп­тимального обычно рекомендуется та­кой подъем, при котором время ревер­берации на частоте 125 Гц возрастает примерно на 20% по сравнению со временем реверберации на частотах

(9.8)

ЬРу

Глава 9. Акустика залов 381

500-1000 Гц.

(9.9)

Ью,

Более целесообразно использовать для объективной оценки тембра час­тотную характеристику передачи (ЧХП) звука от источника к точке приема

Аф = и


— 7ргшг ~ 1р2(Ш А9.7)

О о

Где Т — время реверберации помещения.

Так как при оценке акустического качества нас прежде всего интересует влияние самого помещения, то /^т и Е оо обычно нормируются на величи­ну, пропорциональную мощности ис­точника звука (относительная гром­кость Д ?). При стационарном воз­буждении звукового поля относитель­ная громкость Где Ц — уровень звукового давления в /-й полосе частот; Цо — опорный уровень звукового давления в 1-й полосе частот, определенный путем усредне­ния по сфере радиусом 1 м, описанной вокруг ис­точника.

Звуковое поле при определении ЧХП возбуждается стационарным сиг­налом (шумом). Уровни звукового дав­ления измеряются с помощью ненап — разленного микрофона в 1/3-октавных полосах частот в диапазоне 63— 8000 Гц. Источник звука располагает­ся на сцене зала. При оценке тембра

63 125 250 500 1000 2000 </000 н/ц

Рис. 9.13. Оптимальная форма характеристики A(f)

На основе A(f) определяется частотная зависимость

A\(f) = A(f) — Ло,

Где Ло — среднее значение величин Л, полученных в данной точке зала во всем частотном диапазоне измерений.

Зависимость А \ (/) не должна су­щественно отклоняться от оптималь­ной кривой, изображенной на рис. 9.13 (пределы допустимых откло­нений показаны штриховкой).

(9.10)

Очень важным условием нормаль­ного восприятия как речи, так и му­зыки является отсутствие мешающих акустических факторов, к которым от­носятся эхо, порхающее эхо, наруше­ние локализации источника звука, тембровые искажения и шумы.

Эхо. Поздние звуковые отражения при определенных условиях могут вы­звать эхо — заметное на слух повто­рение прямого звука. Заметность эха и его мешающее действие зависят от ряда объективных параметров. Наибо­лее важными из них являются время запаздывания и интенсивность отраже­ния по отношению к прямому звуку, а также тип звукового сигнала. Взаи­мосвязь этих трех параметров харак­теризуют пороги заметности эха (рис. 9.14), усредненные по данным измерений многих авторов. Наиболее низкий порог — для речи, а наиболее высокий — для медленных скрипич­ных пассажей. Эхо, заметное при ре­чевом сигнале, может совсем не ме­шать при исполнении музыкальных произведений.

На субъективную оценку эха вли­яют и другие физические параметры звукового поля. Ослаблению эха спо­собствуют, например, достаточно ин­тенсивные промежуточные отражения, расположенные (по времени запазды­вания) между эхом и прямым звуком, а также уменьшение абсолютного уровня прямого звука.

ALyї6


Рис — 9Л4. Пороги заметно* сти. vea для разли чных зву­ковых сигналов

200 At, MC

100

150

50

0

1 — речь; 2 — скрипка (быст­рые пассажи); 3 — орган; 4 — скрипка (медленные пассажи)

90%

50%

10%

Глава 9. Акустика залов 383

Рис — 9.7 5. Пороги мешающе­го действия эха по дан­ным Болта и Дока

200

100

О

300 ЛЬ, мс


Оценку заметности эха можно про­водить с использованием пороговых кривых (см. рис. 9.14), если имеются данные о запаздывании и относитель­ном уровне эхоопасного отражения. Для оценки мешающего действия эха удобна диаграмма, представленная на рис. 9.15. Совмещая эту диаграмму с осциллограммой импульсного отклика зала, по пересечению наиболее харак­терных отражений с соответствующим порогом можно определить, какому проценту слушателей будет мешать эхо.

Порхающее эхо. Многократное, или порхающее, эхо представляет со­бой периодическую последовательность эха. Порхающим обычно считается, по крайней мере, трехкратное эхо. Ми­нимальный временной интервал (пе­риод) , при котором возникает порха­ющее эхо, зависит от разницы в уров­нях предыдущего и последующего от­ражений, а также от типа звукового сигнала. Для речи этот интервал бли­зок к 50 мс, а для музыки — к 100 мс. Мешающее действие порхаю­щего эха (как и однократного) умень­шается при наличии промежуточных отражений.

Нарушение локализации источни­ка звука. Правильная локализация ис­точника звука (совпадение зрительно­го образа со слуховым) особенно важна в речевых помещениях. В концертных залах требование правильной локали­зации не столь жесткое, некоторое "рассеяние" звукового образа иногда даже желательно. Тем не менее силь­ное нарушение локализации недопу­стимо и в этом случае.

Причиной нарушения локализации источника звука является, как прави­ло, значительная концентрация отра­жений, направление прихода которых отличается от направления прихода прямого звука. При значительном за­паздывании эти отражения могут так­же вызвать эхо. В залах, где эхо или концентрация отражений отсутствуют, нарушения локализации обычно не на­блюдается.

Искажение тембра. Искажение первоначального звукового сигнала мо­жет возникнуть при наличии порхаю­щего эха, если период последователь­ности отражений меньше 20 мс (час­тота более 50 Гц). В этом случае слу­шатель помимо основного сигнала воспринимает тон, частота которого равна частоте последовательности. Аналогичный эффект наблюдается при отражении звука от поверхностей, имеющих членения с мелким регуляр­ным шагом. Свидетельством тембро­вых искажений являются также резкие

Пики и провалы в частотных характе­ристиках реверберации или звукопе — редачи.

Мешающие шумы. В условиях экс­плуатации шумовой режим залов оп­ределяется шумом, создаваемым пуб­ликой, и проникающими шумами. Шум, создаваемый людьми, находящи­мися внутри зала, не нормируется, так как в основном зависит от их дисцип­линированности и физического состо­яния (например, большое число про­стуженных в зале) или может быть связан с жестким полом помещения (шорбх), наличием жестких старых кресел (скрип), а также с плохой аку­стикой, вызывающей нервозность слу­шателей. Обычно уровень шума пуб­лики в паузах составляет 40—50 дБА.

Когда говорят о мешающих шумах, то, как правило, имеют в виду шумы, проникающие в зал из соседних по­мещений или с улицы, а также со­здаваемые различным инженерным оборудованием здания. Измеренные уровни проникающего шума в октав — ных полосах частот в диапазоне 63— 8000 Гц не должны превышать значе­ний, указанных в СНиП Н-12-77. Уро­вень проникающего шума в концерт­ных залах должен быть не более 35 дБА, а в остальных залах — не более 40 дБА.

Несовершенное исполнение. К су­щественному ухудшению качества вос­приятия речи и особенно музыки мо­жет привести несовершенство испол­нения, связанное с несоблюдением в исполнительской зоне необходимых акустических условий. Трудность здесь заключается в отсутствии четкого оп­ределения этих условий.

9.3. Общие принципы акустического проектирования залов

384 Часть ///. Архитектурная акустика

Акустическое решение вновь проектируемого или реконструируемо­го зала зависит от его назначения и

Вместимости (см. пп. 9.4—9.6). Одна­ко арсенал методов, используемых при акустическом проектировании, являет­ся общим для залов различного про­филя. В этот арсенал обычно входят требования к основным архитектурно — строительным параметрам зала, а так­же расчеты времени реверберации и геометрических отражений. Дополне­нием расчетных методов, а часто и ос­новным средством акустического реше­ния зала служит применение техники моделирования. С помощью всех этих средств выбираются и корректируются объем зала, его форма, а также очер­тания и отделка внутренних поверх­ностей. Независимо от назначения за­ла в нем должны быть обеспечены до­статочно низкий уровень шума, отсут­ствие эха, порхающего эха и тембровых искажений.

Основные архитектурно-строи­тельные параметры зала. Размеры за­ла, зависящие от его вместимости и назначения, должны удовлетворять со­ответствующим нормам. Рекомендации по выбору воздушного объема и длины залов различного назначения даны в пп. 9.4—9.6. По акустическим сообра­жениям 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.

В залах вместимостью более 600 слушателей целесообразно устройство одного или нескольких балконов. По­мимо сокращения длины зала устрой­ство балконов повышает диффузность звукового поля на низких частотах, на которых обычные элементы отделки не дают достаточного рассеивания. Про­ектируя балконы, необходимо следить

За тем, чтобы отношение выноса бал — * *

Кона а\ к средней высоте подбалкон- ной пазухи И.\ не превышало 1,5 (рис. 9.16). Это требование относится и к устройству лож. Для пазухи над балконом (если нет вышележащего

Рис. 9.16. Пазухи над бал — 1 — вариант наклонного по — конам и под ним толка

Балкона) отношение а2/&2 может быть увеличено до 2. При соблюдении этих требований можно ожидать создания благоприятных акустических условий на местах, расположенных на балконе и под ним.

Пол партера и балкона должен иметь профиль, обеспечивающий хо­рошую видимость эстрады или сцены. Это важно и для акустики зала, так как при соблюдении указанного тре­бования уменьшаются поглощение прямого звука при его распростране­нии над сидящими слушателями и эк­ранирование слушателями друг друга. С этой же целью высота эстрады или авансцены над уровнем прилегающего пола партера должна быть не менее 1 м. Профиль пола партера и балко­нов строится по правилам архитектур­ного проектирования зрительных за­лов.

Расчет времени реверберации. Оп­тимальное время реверберации на средних частотах (500-1000 Гц) для залов различного назначения в зави­симости от их объема показано на рис. 9.17. Расчет времени ревербера­ции позволяет установить, требуется ли для обеспечения оптимума ревер­берации в проектируемом зале изме­нить его объем или отделку. В прак­тике акустического проектирования время реверберации рассчитывается, как правило, по классическим форму­лам, чаще всего по формуле Эйринга. Эти формулы, как уже отмечалось, справедливы только тогда, когда зву­ковое поле зала можно считать доста­точно диффузным.

Условиями обеспечения достаточно диффузного звукового поля являются хорошие пропорции зала (отсутствие резкой разницы в основных размерах), непараллельность стен, равномерное распределение звукопоглотителя и членение значительной части внутрен­них поверхностей. Несоблюдение этих условий ведет к нарушению диффуз — ности звукового поля, при котором мы уже не можем пользоваться классиче­скими формулами и обеспечить строго определенное время реверберации.

При проектировании концертных и оперных залов, а также залов, в ко­торых применяются различные узко­полосные звукопоглотители, расчет времени реверберации следует произ­водить на частотах 125, 250, 500, 1000, 2000 и 4000 Гц. В остальных

Случаях достаточно рассчитать время реверберации для 125, 500 и 2000 Гц.

Глава 9. Акустика залов 383

Для расчета времени реверберации зала надо предварительно подсчитать его воздушный объем V, м3, общую площадь внутренних поверхностей ?общ, м2> и общую ЭПЗ (эквивалент­ною площадь звукопоглощения) Лобщ, м. Общая ЭПЗ на частоте, для ко­торой ведется расчет, находится по формуле

386 Часть III. Архитектурная акустика


4 5 6 7 8 9 10

10й

Рис — 9.17, Зависимость опти­мальною времени ревербера­ции на средних частотах (500-1000 Гц) для залов раз­личного назначения от их объема

1 — залы для ораторий и ор­ганной музыки; 2 — залы для исполнения симфонической музыки; 3 — залы для испол­нения камерной музыки, за­лы оперных театров; 4 — за­лы многоцелевого назначе­ния, залы музыкально-драма­тических театров, спортивные залы; 5 — лекци­онные залы, залы заседаний, залы драматических театров, кинозалы

Лобщ = EcCS + ? А +

(9.11)

Где SctS — сумма произведений площадей от­дельных поверхностей м2, на их коэффициент звукопоглощения сС для данной частоты; ? А —

У —

Сумма ЭПЗ, м, слушателей и кресел; сСдоб — ко­эффициент добавочного звукопоглощения, учиты­вающий добавочное звукопоглощение, вызывае­мое прониканием звуковых волн в различные щели и отверстия, а также колебаниями разнообразных гибких элементов. Этот коэффициент учитывает также поглощение звука осветительной аппарату­рой и другим оборудованием зала.

Коэффициенты звукопоглощения различных материалов и конструкций, а также ЭПЗ слушателей и кресел да­ны в табл. III. la, III.16, Ш.1в При­ложения. Приведенные в таблицах значения получены путем измерения реверберационным методом, дающим коэффициент звукопоглощения, усред­ненный для разнообразных направле­ний падения звуковых волн. Эти зна­чения взяты в среднем по разным дан­ным, с округлением.

Коэффициент добавочного звуко­поглощения ?1доб в среднем может быть принят равным 0,09 на частоте 125 Гц, 0,07 на частоте 250 Гц и 0,05 на частотах 500-4000 Гц. Для за­лов, в которых сильно выражены ус­ловия, вызывающие добавочное звуко­поглощение (например, многочислен­ные щели и отверстия на внутренних поверхностях зала, многочисленные гибкие элементы — гибкие абажуры и панели светильников и т. п.), следует эти значения увеличить примерно на 30%, а в залах, где эти условия вы­ражены слабо, примерно на 30%

Уменьшить.

После нахождения. Аобщ подсчиты — вается оС — средний коэффициент звукопоглощения внутренней поверх­ности зала на данной частоте:

ОС= Лобщ/5общ. (9.12)

Время реверберации зала Т в се­кундах на частотах до 1000 Гц нахо­дится по формуле Эйринга

Т = 0,163К/5общ У> ( * ),(9.13)

Где ф ( оо) ¦ -1п(1— ек) — функция среднего ко­эффициента звукопоглощения Ы, значения кото­рой приведены в табл. III.2 Приложения.

На частотах выше 1000 Гц суще­ственное значение имеет поглощение звука в воздушном объеме зала, и вре­мя реверберации здесь вычисляется по формуле

Т =о,1бзу/[5общ ^ ( ? >+

+ 4 тК], (9.14)

Где т — коэффициент, м"1, учитывающий погло­щение звука в воздухе и зависящий от температуры и относительной влажности воздуха. Значения ко­эффициента т приведены в табл. III.3 Приложе­ния.

При расчете времени реверберации зала, как правило, принимается запол­нение слушателями 70% общего числа мест, а ЭПЗ остальных мест прини­мается как для пустых кресел. Соглас­но опытным данным, при заполнении слушателями мест сверх 70% ЭПЗ уже не возрастает. Для залов, где наи­более вероятно заполнение слушателя­ми менее 70% мест, расчетное запол­нение в процентах следует соответст­венно уменьшать. ЭПЗ слушателей в настоящее время часто рассчитывают исходя из коэффициента звукопогло­щения площади пола, занятой слуша­телями, с некоторыми добавками на края этой площади. Рекомендуемый расчет по ЭПЗ, приходящейся на од­ного слушателя, более прост и при обычной площади пола около 0,6 м2 на слушателя дает не менее точный результат.

Для того чтобы время ревербера­ции меньше зависело от заполнения мест, целесообразно оборудовать зал мягкими или полумягкими креслами, обитыми воздухопроницаемой тканью. В залах с жесткими креслами, обла­дающими незначительным звукопогло­щением, время реверберации малоза — полненного зала сильно возрастает по сравнению с заполненным; в таких случаях следует обращать особое вни­мание на то, чтобы расчетное время реверберации не было завышенным по сравнению с рекомендуемым на рис. 9.17.

При расчете времени реверберации в зале со сценой, оборудованной ко­лосниками, декорациями, задником и кулисами и отделенной от зала пор­талом, объем и площади внутренних поверхностей сцены не учитываются, а вводится площадь проема сцены с коэффициентами звукопоглощения,

Приведенными в табл. III. 1а Приложе­ния.

Время реверберации следует под­считывать с учетом предполагаемой

Отделки зала для частот 125, 250, 500 и 1000 Гц по формуле (9.13), а для частот 2000 и 4000 Гц — по формуле (9.14). Если оно окажется меньше ре­комендуемого (см. рис. 9.17), следует увеличить объем зала, если больше — убавить по возможности объем и уве­личить звукопоглощение. Регулировку объема зала следует производить на ранних стадиях проектирования зда­ния.

Выяснить, насколько требуется из­менить общую ЭПЗ зала, можно сле­дующим образом. Исходя из требуе­мого времени реверберации Т вычис­ляем (p(6L) для частот 125, 250, 500 и 1000 Гц в соответствии с формулой

(9.13):

Ipiцi) = 0,163F/7\So6ub (9.15)

А для частот 2000 и 4000 Гц — в со­ответствии с формулой (9.14):

<р(Ю = (0,163—4Tm) X

Х V/TSобщ. (9.16)

Из табл. III.2 Приложения по най­денному значению tp (цi ) определя­ем средний коэффициент звукопогло­щения оС, после чего подсчитываем требуемую общую ЭПЗ зала А0бщ = =°^общ. Сравнив это значение с име­ющейся при намеченной отделке зала общей ЭПЗ, видим, насколько следует изменить имеющуюся ЭПЗ для дости­жения рекомендуемого времени ревер­берации. Окончательный результат должен быть выражен в виде времени реверберации, рассчитанного по фор­мулам (9.13) и (9.14). Полученные расчетные значения времени ревербе­рации следует округлять с точностью

Глава 9. Акустика залов 387

До 0,05 с.

388 Часть ///. Архитектурная акустика


Рис. 9.18. Участки потол­ка и стен зала, пригод­ные для размещения зву — копоглотителя (продоль­ный разрез и план)

1 — прямой звук; 2 — отра­женный звук; 3 — зоны раз­мещения зву коп огл отите — ля; Q — источник звука

Поглощающих в основном средние и высокие частоты.

Если все же возникает необходи­мость в применении специальных зву­копоглощающих материалов и конст­рукций, то их следует размещать на тех частях внутренней поверхности за­ла, которые не дают первых малоза — паздывающих отражений к слушате­лям. Такими частями являются верх­няя зона стен и зона по периметру потолка (рис. 9.18). Размещать звуко — поглотитель в этих зонах целесообраз­но участками площадью 1—5 м, что увеличивает эффективность звукопог — лотителя и дает некоторое рассеивание отраженного звука. Поверхности стен и потолка на балконе и под балконом не следует отделывать звукопоглоща­ющими материалами. Сплошная зву­копоглощающая отделка задней стены (в помещениях без балконов) может быть допущена в том случае, когда от нее поступают к слушателям отраже­ния с большим временем запаздыва­ния. В залах, оборудованных кино­установками (особенно многоканаль­ными) , за киноэкраном следует раз­мещать эффективный звукопоглотитель.

Расчет геометрических отраже­ний. В инженерной практике расчет геометрических отражений (главным образом первых) является основным способом контроля правильности вы­бора формы зала и очертаний его внутренних поверхностей. Расчет включает проверку допустимости при­менения геометрических отражений, их построение, а также определение запаздывания Д * и уровня л Ь отражений по отношению к прямому звуку.

Необходимо заметить, что увели­чение звукопоглощения, вызываемое обычно завышенным объемом зала, приводит (при постоянной мощности источника) к снижению уровня звуко­вого давления на площади слушатель­ских мест. Ввиду ограниченной мощ­ности источников звука в залах с ес­тественной акустикой такое снижение крайне нежелательно. При правильно выбранном объеме зала, приходящемся на одно слушательское место, для до­стижения рекомендуемого времени ре­верберации обычно не требуется ис­пользование специальных звукопогло­щающих материалов. В тех случаях, когда в соответствии с расчетом вре­мени реверберации требуется неболь­шое увеличение общего звукопоглоще­ния, проще всего это достигается пу­тем применения тонких деревянных панелей, увеличивающих звукопогло­щение преимущественно на низких ча­стотах, и тканевых портьер и дорожек,

Данные расчета позволяют проана­лизировать как структуру первых от­ражений в отдельных точках (зонах) зала, так и распределение этих отра­жений по всей площади слушатель­ских мест. Расчет геометрических от­ражений необходим также для оценки

Глава 9. Акустика залов 389


Опасности возникновения эха и пор­хающего эха.

При определенных условиях, о ко­торых говорится далее, можно вместо звуковых волн рассматривать звуковые лучи, в направлении которых распро­страняются эти волны. Распростране­ние таких лучей аналогично распро­странению световых лучей в геомет­рической оптике. Построение геомет­рических (лучевых) отражений широко применяется в архитектурной акустике. Законы геометрического от­ражения хорошо известны из оптики: 1) падающий и отраженный от какой — либо точки поверхности лучи образу­ют равные углы (угол падения и угол отражения) с нормалью к отражающей поверхности в этой точке; 2) падаю­щий и отраженный лучи лежат совме­стно с нормалью в одной плоскости (лучевая плоскость).

Допустимость применения геомет­рических отражений зависит от длины звуковой волны, размеров отражаю­щей поверхности и ее расположения по отношению к источнику звука и точке приема. При этом отражающая поверхность должна быть достаточно жесткой и иметь поверхностную массу не менее 20 кг/м2 в залах с музы — кальными программами и не менее 10 кг/м2 в залах с речевыми програм­мами. Коэффициент звукопоглощения поверхности для рассматриваемых ча­стот не должен превышать 0,1. На рис. 9.19 отражающая поверхность взята в виде прямоугольного плоского отражателя со сторонами, равными 2а и 2Ь. Центр его совпадает с точкой геометрического отражения О, а сто­рона 2а параллельна лучевой плоско­сти Р, в которой лежат падающий луч (Ю, отраженный лучом ОМ, и нор­маль Ко — расстояние от источ­ника () до точки О; Я — расстояние от точки О до точки М; у — углы падения и отражения.

Если ввести безразмерные величи­ны

Рис. 9.19. Отражение зву­ка от прямоугольного от­ражателя

И — а со$7

X • ко к

(9.17)

Я

О

Где Л — длина звуковой волны, то абсолютное от­клонение фактического уровня звукового давления в точке приема М от уровня, соответствующего строго геометрическому отражению, не превысит,

(9.18)

ДБ,

ДЬ = 4,4(1 +1/у).

Применение геометрических отра­жений можно считать допустимым, ес­ли д! не более 5 дБ, а наименьшая сторона отражателя не менее чем в 1,5 раза превышает длину волны Л.

Я

Если форма и ориентировка отра­жателя отличаются от показанных на рис. 9.19, то расчет значительно ус­ложняется. Для ориентировочной оценки отклонения от геометрической акустики можно приближенно исполь­зовать формулу (9.18), вписав в от­ражатель прямоугольник, удовлетворя­ющий рис. 9.19. Формула (9.18) при­менима и для криволинейного отража­теля, если его наименьший радиус

390 Часть III. Архитектурная акустика


<уг криволинейной поверх — ности

Рис. 9.20. Построение гео­метрических отражений от плоскости

Рис. 9.21. Построение гео­метрического отражения

Кривизны не менее чем в 2 раза пре­вышает длину волны Л.

Поверхности, дающие направлен­ные отражения, следует проектировать таким образом, чтобы приведенные выше условия применимости геомет­рических отражений выполнялись, по крайней мере, для частот, превышаю­щих 300—400 Гц (т. е. для звуковых волн длиной примерно 1 м и менее). Если условия применимости геометри­ческих отражений выполнены, то их построение допустимо не только от центра отражателя, но и от других то­чек его поверхности, удаленных от краев отражателя не менее чем на по­ловину длины волны X. При задан­ном требовании 1 ^ 1 м это означа­ет, что точки геометрического отраже­ния должны браться не ближе 0,5 м от краев отражающей поверхности.

При построении геометрических отражений от плоскости удобен прием, показанный на рис. 9.20. Здесь ис­пользуется мнимый источник сим­метричный с действительным точеч­ным источником () по отношению к отражающей плоскости и находящийся по другую ее сторону. Для построения мнимого источника необходимо опу­стить из точки (2 перпендикуляр ОА на отражающую плоскость и на про­должении его отложить отрезок А()\, Равный отрезку ОА. Прямые, прове­денные из мнимого источника по­сле пересечения ими отражающей пло­скости удовлетворяют условию равен­ства углов падения и отражения, т. е. являются искомыми отраженными лу­чами, создаваемыми действительным источником ?). Метод мнимых источ­ников применим и при построении от­ражений от криволинейных поверхно­стей. Если требуется найти отражение от какой-либо точки О кривой повер­хности С (рис. 9.21) при заданном по­ложении источника ?), то следует в точке О построить плоскость Гк, ка­сательную к поверхности С. Мнимый источник в этом случае — точка <2ь симметричная источнику относительно касательной плоскости; продолжение ОМ прямой <2\0 после пересечения ее с поверхностью С является искомым отраженным лучом. Здесь для каждой точки отражающей поверхности при­ходится находить свой мнимый источ­ник ?>1, в отличие от плоскости, у которой для отражения от любой ее точки мнимый источник один и тот же (при заданном положении источ­ника О).

Рассмотренные приемы построения геометрических отражений относятся к

Случаям, когда лучевая плоскость па­раллельна одной из плоскостей проек­ций (вертикальной или горизонталь­ной). Не представляет трудности по­строение отраженного луча в тех слу­чаях, когда лучевая плоскость не параллельна плоскости проекции, но ей параллельна нормаль к отражаю­щей поверхности в точке отражения. Это равносильно тому, что касатель­ная плоскость к отражающей поверх­ности (в той же точке) перпендику­лярна плоскости проекции.

Для примера на рис. 9.22 дано по­строение геометрического отражения от отражателя в виде цилиндрической поверхности с произвольной криволи­нейной направляющей и с образую­щими, перпендикулярными к верти­кальной плоскости проекции. Отража­тель помещен над верхним порталом зала. Точечный источник звука задан его проекциями д и д‘ Требуется найти геометрическое отражение от некото­рой точки отражателя, имеющей про­екции а и а! В данном случае каса­тельная плоскость к поверхности от­ражателя в этой точке перпендикуляр­на вертикальной плоскости проекции; вертикальная проекция этой касатель­ной плоскости есть прямая I’Пря­Мые Д’а’и д а являются вертикальной и горизонтальной проекциями луча, исходящего из источника и достигаю­щего точки отражения.

Вертикальную проекцию мнимого источника <71 находим, опустив из точ­ки ^’перпендикуляр д’О’ на прямую отложив на его продолжении от­резок О <71, равный отрезку д’0[ Снося точку д\ на горизонтальную прямую, проходящую через точку <?, находим горизонтальную проекцию мнимого ис­точника <71. Продолжения прямых д\а и д\а[ лежащие вправо от точек а’ и а, являются соответственно вертикаль­ной и горизонтальной проекциями от­раженного луча.

Вертикальная проекция отражен­ного луча пересекает в точке г’повер-

Рис. 9.22. Построение гео­метрического отражения при касательной плоско­

Хность слушательских мест, проходя­щую на 1,2 м выше пола зала. Снося точку е’на горизонтальную проекцию отраженного луча, находим горизон­тальную проекцию е точки пересече­ния отраженного луча с поверхностью мест. Длина ломаной линии, имеющей проекции д а е и дае\ равна полному пут и от ражен н ого звука от Ист оч — Ника до точки приема с проекциями е и еЭта длина равна расстоянию от мнимого источника до точки приема. Прямая с проекциями д е и д е’дает Путь прямого звука. Как Видно из Рис. 9.22, длина пути отраженного звука (от Источника до точки при­ема)

/охр = Г{д\еУ + <У'<71)

Где/— точка пересечения горизонтальной прямой, проведенной через точку е[ с вертикальной прямой

Сти, перпендикулярной к плоскости проекций

(9.19)

Глава 9. Акустика залов 391

Ят-


392 Часть 111. Архитектурная акустика


Прямой г’\ А— коэффициент звукоотражения по­верхности; к — коэффициент концентрации (рас­сеяния) отраженного звука.

(9.23)

О

В случае ненаправленного источ­ника звука формула (9.22) приобре­тает вид:

Д/, = 101?

(г’ + г")

Длина пути прямого звука

Ае) + (е’е\)2,

Где е\ — точка пересечения горизонтальной пря­мой, проведенной через точку <?’т с вертикальной прямой е’е.

(9.21)

Если для рассматриваемой точки помещения построены геометрические отражения от поверхностей зала, то нетрудно определить и запаздывания этих отражений. Так, для приведен­ного выше примера

Д, =

С

Где с — скорость звука, м/с.

(9.22)

Относительный уровень геометри­ческого отражения в случае направ­ленного источника звука определяется по формуле

Т1 ф210*

61, =10^

(г’ + г")2"Ф2

Где г^ — расстояние от источника звука до точки приема, м; г’— расстояние от источника звука до точки отражения, м; г"- расстояние от точки отра­жения до точки приема, м; — коэффициент на­правленности источника звука для угла между его акустической осью и направлением на точку при­ема;

Рис. 9.23. Схема к расче­ту коэффициента к

1,2 — соответственно выпук­лый и плоский отражатели

(9.20)

I

Пр

— коэффициент направленности источни­ка звука для угла между его акустической осью и

При отражении от выпуклой по­верхности ?<1, при отражении от вог­нутой к> 1, а при отражении от пло­ской к = 1. Для расчета коэффициента К в случае выпуклой или вогнутой от­ражающей поверхности может быть использован довольно простой прием. Путем графических построений выде­ляется (в зоне слушательских мест) площадь 5, которую рассматриваемая криволинейная поверхность обеспечи­вает первыми отражениями и на ко­торой находится наша расчетная точка (точка приема). Затем определяется площадь 5о из условия, что рассмат­риваемая отражающая поверхность яв­ляется при тех же ее размерах пло­ской. Отношение Бо/Б и дает нам ко­эффициент к. Для цилиндрического звукоотражателя, изображенного на рис. 9.23, коэффициент к = /о//.

Устранение мешающих акустиче­ских факторов. Мешающие акустиче­ские факторы рассмотрены в п. 9.2. К наиболее важным из них относятся эхо, порхающее эхо и высокий уровень проникающих шумов. Эти факторы способны ухудшить или даже сделать невозможным восприятие полезного звукового сигнала. Кроме того, как было отмечено, эхо является основной причиной нарушения правильной ло­кализации источника звука, а порха­ющее эхо может привести к искаже­нию тембра. Меры по предотвращению перечисленных дефектов необходимо принять на стадии проектирования, так как в готовом зале их устранение

Представляет трудную, а порой и прак­тически невыполнимую задачу.

Наибольшую опасность с точки зрения образования эха представляют вогнутые поверхности, концентрирую­щие отраженный звук в небольшой об­ласти зала. Расположение области и степень концентрации отраженного звука зависят от взаимного положения центра кривизны поверхности и источ­ника звука. Наиболее неблагоприят­ный вариант, когда центр кривизны находится вблизи источника, показан на рис. 9.24,а. Значительное запазды­вание отраженного звука приводит в этом случае к образованию слышимого эха. На практике указанный вариант часто встречается при вогнутой задней стене или купольном покрытии зала.

Ситуация улучшается при увели­чении расстояния между центром кри­визны и источником звука. Если рас­стояние от поверхности до источника значительно больше радиуса кривизны (рис. 9.24,6), то область концентрации располагается вблизи поверхности и отраженный звук имеет, как правило, небольшое запаздывание. При таких условиях для зоны расположения ис­точника вогнутая поверхность может играть даже звукорассеивающую роль (например, высоко расположенный ку­пол с небольшим радиусом кривизны). Опасность образования эха ослабевает, если расстояние от поверхности до ис­точника не менее чем в 2 раза меньше радиуса кривизны (рис. 9.24,в, г).

В рассмотренных случаях речь шла о первых отражениях от вогнутых по­верхностей. Вогнутые поверхности в зале могут быть также причиной кон­центрации вторых отражений, имею­щих, как правило, весьма значитель­ное запаздывание. Такой эффект на­блюдается в залах с вогнутой задней стеной (с круглой или овальной фор­мой зала) при горизонтальном или на­клонном потолке (рис. 9.25). Поздние отражения от угла между вогнутой стеной и потолком концентрируются в

Передней зоне зала, вызывая сильное эхо. Круглая (овальная) форма плана зала неприемлема не только из-за опасности эхообразования. Первые от­ражения от стен таких залов практи­чески не попадают к слушателям

(рис. 9.25,б).

I

А^г/2

Рис. 9.24. Отражение зву­ка от вогнутой поверхно­сти при различном взаим­ном положении источни­ка и центра кривизны

О, — источник звука; О — центр кривизны; Ф — фо­кус, г— радиус кривизны

Глава 9. Акустика залов 393

Концентрация отраженного звука при его большом запаздывании при­водит, как указывалось, к сильному эху, но и при меньшем запаздывании получается неприятная местная нерав­номерность звукового поля. При про-

394 Часть III. Архитектурная акустика


А)

Рис. 9.25. Распределен ие звуковых отражений в за­ле с круглой фор^юй пла­на

Б — продольный разрез, на­клонный потолок; в — план; 1,2 — концентрация соот­ветственно первых и вто­рых отражений

А — продольный разрез, го — пи зонтальныи потолок;

Ектировании зала, естественно, лучше всего избегать вогнутых поверхностей. Если вогнутые поверхности все-таки заложены в проект, то необходимо принять меры по ликвидации или, по крайней мере, ослаблению их вредного действия. Для борьбы с концентрацией

Отраженного звука изменяют геомет­рию вогнутой поверхности или приме­няют звукопоглощающую отделку ли­бо членение поверхности. Возможна, разумеется, комбинация этих средств. При проектировании залов с вогнуты­ми поверхностями следует привлекать специалистов-акустиков. Весьма по­лезно, а порой и необходимо здесь ис­пользование техники масштабного мо­делирования.

Изменение геометрии вогнутой по­верхности означает в основном изме­нение расположения центра ее кривиз­ны по отношению к положению ис­точника звука. В литературе обычно рекомендуется располагать центр кри­визны вогнутой поверхности на рас­стоянии от нее, превышающем, по крайней мере, в 2 раза расстояние от поверхности до источника звука (см. рис. 9.24,0). Однако двукратное пре­вышение в ряде случаев может ока­заться недостаточным, особенно при слабости промежуточных отражений, приходящих в рассматриваемую зону зала. Так, если вогнутой поверхностью является задняя стена зала или барьер балкона, то интенсивность отраженной волны при двукратном превышении будет убывать значительно медленнее, чем при сферическом распростране­нии. Такое отражение, имея значи­тельное запаздывание, может вызвать эхо на сцене и в первых рядах пар­тера, так как эти зоны бывают обыч­но лишены интенсивных промежуточ­ных отражений. Достаточно простым способом ослабления эха в данном слу­чае является наклон задней стены к поверхности слушательских мест. Угол наклона подбирается таким образом, чтобы отраженный от стены звук по­падал к слушателям последних рядов с возможно меньшим запаздыванием.

Для ослабления эха, вызванного отражением звука от угла между вог­нутой задней стеной и потолком зала (см. рис. 9.25), можно использовать различные типы примыкания потолка

К стене, показанные на рис. 9.26. Приведенные варианты, разумеется, применимы и при решении примыка­ния потолка к задней стене балкона и под балконом. Следует отметить, что эхо на сцене и в передней зоне зала возможно и при плоской задней стене. Обычно такое эхо не является ощути­мой помехой и легко устраняется с по­мощью показанных на рис. 9.26 при­емов.

Ослабления концентрации отра­женного звука можно также добиться путем использования звукопоглощаю­щей отделки вогнутой поверхности. Однако применение звукопоглотителя может оказаться нежелательным, если оно приводит к уменьшению времени реверберации помещения по сравне­нию с оптимальным. Кроме того, для эффективного ослабления концентра­ции очень часто требуется звукопог — лотитель с такими высокими коэффи­циентами звукопоглощения, обеспе­чить которые бывает довольно трудно. Так, для снижения уровня позднего отражения на 20 дБ требуется обес­печить коэффициент звукопоглощения вогнутой поверхности сС = 0,99.

Достаточно эффективным средст­вом ослабления концентрации являет­ся членение вогнутой поверхности. Выбирая членения, необходимо учиты­вать, что хорошо рассеиваются звуко­вые волны, длина которых близка к размерам детали. Особенно пригодны для этой цели элементы с криволи­нейным выпуклым сечением, которые рассеивают также и более короткие волны. При использовании периодиче­ски расположенных элементов рассеи­вание звука зависит не только от фор­мы и размеров их сечений, но и от их шага (рис. 9.27).

Заштрихованная область на рисун­ке показывает примерные пределы, в которых лежат размеры пилястр и их шаг, дающие существенное рассеива­ние отраженного звука в указанных на этом рисунке областях частот. Пи-

Б)

К стене участка потолка; в — наклон участка потолка и за­дней стены; г — острый угол между потолком и за­дней стеной

Глава 9. Акустика залов 393

Рис — 9.26. Рациональные типы пр{4мыкания потол­ка к задней стене

А — наклон задней стены; б — наклон примыкающего

Лястры выпуклого я треугольного се­чения (типы III и II) рассеивают от­раженный звук также и на более вы­соких частотах, чем показано на ри­сунке. Мелкие элементы размером 10—20 см рассеивают лишь на часто-

396 Часть ///. Архитектурная акустика


250- 175′ 125 600 425 300

D, см

20-40

15-30

10-20

75-150

50-100 45-90 40-80

То — зш

700

По о

35-70

Рис* 9.27. Ориентировочные размеры периодических чле­нений обеспечивающие рассе­яние отраженного звука раз­ных частот

Ь — ширина элемента; <{ — глубина профилировки; ? — период членения

150 200 ST. CM

300 400 500

100

50

Ш

Л


ШШшШшШ


Тах выше 1000 Гц. Эффективное рас­сеивание в области частот 200— 600 Гц дают пилястры размером 1 — 2 м по ширине и 0,5—1 м по глубине при шаге членения 2—4 м. Если их очертание подвергнуть дальнейшему членению, т. е. придать крупным эле­ментам дополнительную мелкую дета­лировку или сделать их выпуклой формы, то будет достигнуто рассеива­ние в широком диапазоне звуковых частот. Пилообразные членения глу­биной 12—15 см и с шагом 1,2—1,5 м эффективны начиная с 600 Гц.

Рассеивающий эффект членений улучшается, если их шаг нерегулярен, т. е. расстояния между смежными чле­нениями неодинаковы по всей повер­хности. Членение с мелким регуляр­ным шагом 5—20 см вызывает пери­одические отражения коротких им­пульсов (например, ударов, хлопков и т. п.), в результате чего возникает не­приятное подсвистывание, искажаю­щее звук. Поэтому отделок с таким членением следует избегать. В случае круглой или овальной формы плана зала весьма целесообразно использо­вать крупные выпуклые членения с нерегулярным шагом (рис. 9.28).

Концентрация звука является так­же причиной образования интенсивно­го порхающего эха. Этот эффект, воз­никающий при многократном отраже­нии звука между параллельными глад­кими плоскостями (обычно между боковыми стенами помещения), уси­ливается, если напротив плоскости размещается вогнутая поверхность. На практике это встречается в залах со сводчатым или куполообразным потол-; ком и плоским горизонтальным полом.

Еще более интенсивным бывает пор­хающее эхо при расположении двух вогнутых поверхностей друг против друга. Увеличение радиуса кривизны вогнутых поверхностей или небольшое отклонение противоположных стен от параллельности (в пределах 5°) не да­ет существенного ослабления порхаю­щего эха. Большего успеха здесь мож­но добиться путем применения звуко­поглощающей отделки (если она тре­буется также и для снижения времени реверберации) или путем расчленения, по крайней мере, одной из противо­положных поверхностей.

Как было отмечено в п. 9.2, уров­ни проникающих шумов в зальных по­мещениях не должны превышать зна­чений, указанных в СНиП Н-12-77. Для того чтобы выполнить это требо­вание, при проектировании помеще­ний, как правило, необходимо пре­дусмотреть ряд шумозащитных мероп­риятий. Методы расчета и проектиро­вания этих мероприятий достаточно подробно изложены в гл. 8. Поэтому мы ограничимся только перечислением основных вопросов шумозащиты, на которые необходимо обратить внима­ние при акустическом решении поме­щения.

В

Особенно важное значение с точки зрения шумозащиты имеют располо­жение здания и его внутренняя пла­нировка. Крайне нежелательно распо­лагать здание, в котором имеется зал, на шумной магистрали. Если такое расположение все же неизбежно, то здание должно отступать от красной линии. Внутренняя планировка здания должна быть такова, чтобы зал нахо­дился возможно дальше от шумных проездов и других сильных источников шума, а между залом и улицами раз­мещались вспомогательные помещения (фойе, вестибюли и т. п.), защищаю­щие зал от непосредственного прони­кания уличного шума. Если зал имеет окна, то они не должны быть обра­щены в сторону шумных проездов и

Рис. 9.28. Эффективное членение стен при круг­лой форме плана зала

Их следует устраивать с двойными

Плотными переплетами.

При разработке внутренней плани­ровки здания необходимо строго сле­дить за тем, чтобы помещения с шум­ным оборудованием (например, венти­ляционные камеры с вентиляторами, насосные, холодильные установки, шахты лифтов и их машинные поме­щения, трансформаторные, котельные, туалеты и т. п.) не примыкали к залу и другим помещениям, требующим за­щиты от шума. Если окружающие зал помещения нуждаются по своему ха­рактеру в защите от шумов, то должна быть обеспечена изоляция помещений от проникающего из зала звука. Для

Повышения звукоизоляции между за­лом и фойе входы в зал должны иметь плотно закрывающиеся двери. Лучшая звукоизоляция достигается путем уст­ройства тамбуров с двумя дверями. Ус­тройство тамбуров или коридоров, от­деляющих зал от фойе, особенно ре­комендуется, если предполагается ис­пользование фойе (например, для оркестра) одновременно с залом.

Глава 9. Акустика залов 397

Современные залы, как правило, оборудуются установками вентиляции

398 Часть III. Архитектурная акустика


И кондиционирования, которые пред­ставляют собой наиболее распростра­ненные источники проникающих шу­мов. При проектировании установок вентиляции или кондиционирования воздуха для изоляции зала от их шума предусматривают следующие основные мероприятия: а) монтаж вентилято­ров, насосов и компрессоров совместно с их двигателями на амортизаторах для изоляции колебаний, передающих­ся строительным конструкциям зда­ния; б) устройство вставок из проре­зиненной ткани в местах присоедине­ния воздуховодов к вентиляторам и вставок из резинового шланга в местах присоединения трубопроводов к насо­сам; в) устройство глушителей для за­глушения аэродинамических шумов, распространяющихся по воздуховодам; г) ограничение скорости воздуха для снижения шумообразования в воздухо­водах и решетках; д) надлежащая звукоизоляция ограждающих конст­рукций помещений, в которых распо­ложены вентиляторы и насосы.

В залах, оборудованных киноуста­новками, при демонстрации фильмов может мешать шум кинопроекторов. Для изоляции зала от этого шума про­екционные окна должны иметь стекла толщиной не менее 6 мм, герметиче­ски закрывающие оконный проем с по­мощью резинового уплотнения по кон — ТУРУ* Смотровые окна должны иметь два таких стекла. В оконном проеме торцы стены между этими стеклами рекомендуется отделывать звукопогло­щающим материалом. Проекторы сле­дует устанавливать на резиновых амортизаторах, ослабляющих звуковые колебания, передающиеся полу. Пото­лок кинопроекционной рекомендуется отделывать для снижения шума зву — копоглотителем.

9А. Залы для речевых

Программ

Основным показателем аку­стического качества данной группы за­лов является разборчивость речи. Тре­бование высокой разборчивости речи, для практики акустического проекти­рования означает, что необходимо до­биться в помещении небольшого вре­мени реверберации и обеспечить слу­шательские места интенсивным пря­мым звуком и интенсивными мало запаздывающими отражениями. Выполнение этих условий, как прави­ло, гарантирует хорошее восприятие речевых программ. Применение техни­ки моделирования целесообразно лишь в тех случаях, когда внутренние по­верхности помещения сильно расчле­нены или включают большие вогнутые элементы.

Рекомендуемое время ревербера­ции на средних частотах (500— 1000 Гц) в зависимости от объема за­ла, предназначенного для речевых вы­ступлений, показано на рис. 9.17. На частотах ниже 500 Гц целесообразно сохранение значений времени ревер­берации, показанных на этом рисунке. Допустимо также некоторое увеличе­ние указанных значений с таким рас­четом, чтобы время реверберации на частоте 125 Гц возрастало не более чем на 30% по сравнению со временем реверберации на частоте 500 Гц. Сле­дует отметить, что время ревербера­ции, соответствующее рис. 9.17, обес­печивается без применения значитель­ного числа специальных звукопоглоти- телей, если объем, приходящийся на одно место, не превышает 5 м3 (ре­комендуется 4—5 м3). При этом, как и в залах иного назначения, целесо­образно использование мягких (полу­мягких) кресел с тем, чтобы время ре­верберации меньше зависело от степе­ни заполнения помещения слушателя­ми.

Решая задачу обеспечения слуша­тельских мест интенсивным прямым звуком, приходится учитывать влия­ние нескольких факторов. Прежде все­го интенсивность прямого звука уменьшается по мере удаления точки приема от источника звука. Кроме то­го, прямой звук при распространении над сидящими слушателями претерпе­вает дополнительное ослабление за счет скользящего звукопоглощения, а на высоких частотах — вследствие экранирующего действия голов слуша­телей. Большую роль играет также ха­рактеристика направленности голоса оратора (артиста).

Влияние скользящего поглощения и экранирования слушателями друг друга значительно уменьшается при достаточно большой высоте сцены над уровнем пола первого ряда и профиле пола зала (в партере и на балконах), обеспечивающем хорошую видимость происходящего на сцене. Высоту сцены целесообразно выбирать не менее 1 м, так как в этом случае высота источ­ника звука над уровнем голов слуша­телей первого ряда получается не ме­нее 1,5 м. При такой высоте источ­ника влияние скользящего поглощения будет небольшим.

Несколько сложнее решаются воп­росы, связанные с удалением слуша­телей от источника звука и влиянием направленности человеческого голоса. С точки зрения максимального при­ближения слушателей к источнику звука наиболее целесообразна вееро­образная форма зала. Однако при та­кой форме зала на боковых местах ин­тенсивность прямого звука резко па­дает вследствие направленности чело­веческого голоса. Кроме того, при веерообразной форме зала слушатели лишаются боковых отражений, а за­дняя стена может вызвать эхо (рис. 9.29). Ослабление прямого звука наблюдается также в "лежачих" залах (залы большой ширины при относи­тельно небольшой длине). В таких за­лах также возрастает запаздывание звуковых отражений от боковых стен

(рис. 9.30).

В театральном зале без сцениче­ской коробки можно значительно со­кратить удаление слушателей от ис­точника путем размещения слушатель­ских мест вокруг сцены. Однако часть слушателей при этом оказывается по­зади актера, и направленность его го­лоса сказывается еще больше. Весьма целесообразный способ сокращения расстояния между слушателями и ис­полнителями — устройство балконов.

Рис. 9.29. Веерообразная форма плана зала

I — зона ослабления прямо­го звука

Рис. 9.30. Зал большой ширины при относитель­но небольшой длине

1 — зона ослабления прямо го звука

Глава 9. Акустика залов 399

Очень важным условием является обеспечение слушательских мест ин­тенсивными малозапаздывающими от-

400 Часть 111. Архитектурная акустика


Рис. 9.31. Отражения от а— прямоугольные пиляст —

Поперечных пилястр и ре — ры и ребра; б — пилястры и

Бер ребра с прямым углом

Ражениями (интенсивными обычно считаются геометрические отражения от внутренних поверхностей помеще­ния). Такие отражения необходимы на слушательских местах, расположенных на расстояниях от источника звука, превышающих 8 м. При этом жела­тельно, чтобы на этих местах запаз­дывание первого отражения, приходя­щего вслед за прямым звуком, не пре­вышало 20 мс. Временные интервалы между последующими интенсивными отражениями также не должны быть больше 20 мс. Если считать, как это принято, границей полезности отраже­ний 50 мс, то указанные требования означают, что на любое слушательское место, удаленное от источника звука более чем на 8 м, должно приходить не менее двух интенсивных отраже­ний. При проектировании зала следует стремиться к тому, чтобы число ин­тенсивных отражений, приходящих в интервале первых 50 мс, было по воз­можности большим, особенно на уда­ленных от источника звука местах.

Внутренние поверхности, дающие малозапаздывающие отражения, не следует подвергать сильному члене­нию. В частности, не рекомендуется

Устройство больших поперечных пря­моугольных пилястр или ребер (рис. 9.31,а). Такие элементы вызы­вают обратные отражения звука к ис­точнику, причем возникают показан­ные на рисунке зоны, лишенные гео­метрических отражений. Это наблюда­ется также у пилястр или ребер любого профиля, имеющих прямой угол со стороны источника

(рис. 9.31,6).

Лекционные залы. Вместимость лекционного зала не должна превы­шать 400 мест, а его длина — 20 м. При максимальном объеме на одно ме­сто, составляющем 5 м3, указанному пределу вместимости соответствует об­щий объем помещения, равный 2000 м3. В практике известны приме­ры удачно решенных лекционных за­лов на 500 мест, эксплуатируемых в условиях естественной акустики. Од­нако при вместимости зала более 400 слушателей, как правило, становится необходимым усиление речи лектора.

При проектировании небольших лекционных залов (до 200 мест) до­вольно просто обеспечить хорошую разборчивость речи. В этих случаях используют плоский горизонтальный потолок и принимают прямоугольную форму плана. В более крупных лек­ционных залах устройство плоского го­ризонтального потолка уже нецелесо­образно. Отражения от передней части такого потолка попадают в первые ря­ды слушательских мест, для которых достаточная разборчивость обеспечива­ется прямым звуком. Кроме того, ряды мест в больших лекционных залах обычно круто поднимаются к задней стене, в результате чего при горизон­тальном потолке высота в передней части помещения, а следовательно и запаздывание отраженного от потолка звука получаются слишком большими. Задняя часть горизонтального потолка вместе с вертикальной задней стеной служит причиной неблагоприятного

Форма лекционного зала план

Обратного отражения к источнику (см.

Рис. 9.25,а).

Распределение звука, отраженного передней частью потолка, можно улучшить путем устройства скоса или специального звукоотражателя, подве­шенного под потолком (рис. 9.32,а). Для улучшения распределения звука, отраженного от задней части потолка, целесообразно использовать один из вариантов примыкания потолка к за­дней стене (см. рис. 9.26). Эти вари­анты помимо ослабления обратного от­ражения позволяют значительно улуч­шить разборчивость на задних местах, так как отраженный звук попадает на эти места с небольшим запаздыванием.

А)

Рис. 9.32. Рекомендуемая 0 — продольный разрез; ?> —

В больших лекционных залах весь­ма существенной становится также форма плана. При плоских параллель­ных боковых стенах отражения от их участков, прилегающих к зоне распо — форма потолка при знами — го зала

Ложения источника звука, попадают в передние ряды слушательских мест, причем часто с большим запаздывани­ем по отношению к прямому звуку. Как и в случае плоского горизонталь­ного потолка, положение улучшается, если участки боковых стен в передней зоне помещения скашиваются, как это показано на рис. 9.32,6. Ориентация скошенных участков подбирается та­ким образом, чтобы отражения от каждого из них попадали в противо­положный дальний угол зала. Остав­шимся участкам боковых стен также целесообразно придать небольшой скос (10—12°). Это увеличит долю отра­женного звука, поступающего на уда­ленные от источника места, и ослабит эффект порхающего эха. При значи­тельной длине зала или отсутствии бо­ковых отражений очень полезно уст­ройство потолка, концентрация отра­жений от которого усиливается по ме­ре удаления от источника звука (рис. 9.33).

Рис. 9.33. Целесообразная тельной длине лекционно —

Глава 9. Акустика залов 401

Залы драматических театров. В отличие от лекционных залов источ­ники звука (актеры) в драматических театрах, как правило, располагаются в пространстве колосниковой сцены> оборудованной мягкими декорациями и связанной с залом сравнительно не­большим сценическим проемом. Поэ­тому большая доля излучаемой акте­рами звуковой энергии теряется в сце­нической коробке и лишь меньшая до­ля попадает в зрительный зал. При

402 Часть III. Архитектурная акустика


Ковых стен (продольный разрез и план)

1 — зона мест без первых от­ражений

Этом из-за направленности человече­ского голоса излучаемая в зал доля звуковой энергии становится еще меньше в тех случаях, когда актер от­ворачивается от зала. В то же время актеры обладают по сравнению с лек­торами гораздо более сильным и хо­рошо поставленным голосом, и, что особенно важно, во время спектакля уровень шума в зале театра обычно ни­же, чем в лекционном помещении, так как внимание слушателей приковано к происходящему на сцене. Последние два фактора позволяют компенсиро­вать неблагоприятные условия излуче­ния звука и делать залы театров зна­чительно больших размеров, чем лек­ционные.

Рис. 9.34. Распределение первых отражении от пло­ского горизонтального по­толка и параллельных бо­

Максимальная вместимость зала драматического театра составляет 1200 слушателей, а наибольшее расстояние от последнего ряда до плоскости пор­тала — 27 м. Следует, естественно, стремиться к тому, чтобы сократить указанное предельное расстояние.

Тальных поверхностей (про­дольный разрез и план)

1 — зона мест без первых от­ражений

Наиболее рациональным способом, как уже отмечалось, является устройство балконов. В качестве максимального объема зала драматического театра, соответствующего предельной вмести­мости, можно рекомендовать 6000 м3.

Рис. 9.35. Распределение первых отражении от сильно скошенных припор —

Как и в случае большого лекци­онного зала, плоский горизонтальный потолок и плоские параллельные бо­ковые стены не являются оптималь­ным решением. Помимо отмеченных выше недостатков такое решение при расположении источника в глубине сцены может привести к отсутствию первых отражений на значительной площади слушательских мест (рис. 9.34). К такому же результату приводит сильный скос припортальных поверхностей (рис. 9.35). Эти поверх­ности в зале драматического театра следует делать выпуклыми с тем, что­бы слушательские места обеспечива-

Рис. 9.36. Звукосггражаю — а — продольный разрез; б —

Щие поверхности в пере — план

Дней части потолка и бо­ковых стен

Лись первыми отражениями при рас­положении источника как на авансце­не, так и в глубине сцены (рис. 9.36,а). На припортальных по­верхностях не должно быть крупных отверстий и звукорассеивающих струк­тур. Более удаленные от портала уча­стки боковых стен целесообразно ска­шивать, как это показано на

Рис. 9.36,6.

А)

При размещении осветительной га­лереи необходимо следить за тем, что­бы отражения от козырька над порта­лом и от последующей части потолка перекрывали друг друга. Это требова­ние относится и к другим смежным элементам поверхностей зала, дающим первые отражения к слушателям (на­пример, к секциям ротолка). Перекры­тие отражений обеспечивается путем соответствующего наклона соседних элементов или придания им выпуклой

Рис. 9.37. Распределение а — наклонные секции; б —

Первых отражении от ко — выпуклые секции

Зырька над порталам и секций потолка

Формы (рис. 9.37). Размеры элементов должны удовлетворять условиям при­менимости геометрических отражений. Так же, как и припортальные повер­хности, эти элементы не должны иметь больших отверстий и сильного членения.

Глава 9. Акустика залов 403

Существенное значение для аку­стики зала драматического театра, как и любого зала с колосниковой сценой, имеет оборудование сцены. Увеличе­ние количества мягких кулис и деко­раций на сцене может несколько уменьшить время реверберации зала. Напротив, использование в основном твердых (фанерных) декораций не­сколько увеличивает время ревербера­ции зала. Кроме того, фанерные де­корации могут направить в зал полез­ные звуковые отражения. Для этого, однако, декорации должны размещать­ся не слишком далеко от основного места действия (не более 7 м) и не должны иметь больших вогнутых по­верхностей.

404 Часть III. Архитектурная акустика


9.5. Залы для музыкальных

Программ

В залах, предназначенных для исполнения музыкальных про­грамм, необходимо обеспечить боль­шое время реверберации, усиливающее пространственное впечатление при восприятии музыки. Кроме того, тре­бования к структуре звуковых отра­жений здесь не столь однозначны, как в помещениях для речевых программ. Если для разборчивости речи увели­чение интенсивности прямого звука и малозапаздывающих отражений явля­ется весьма положительным фактором, то для восприятия музыки это может оказаться нежелательным, так как приведет к слишком большой ясности звучания, при которой снижается про­странственное впечатление. В свою очередь рост пространственного впе­чатления может вызвать некоторую потерю ясности звучания.

Положение осложняется еще тем, что слушателей можно разделить на две группы. Одни из них предпочита­ют большую ясность звучания, другие отдают предпочтение большей про- странственности и громкости. Качество восприятия музыки в значительной мерс зависит также от того, в каких акустических условиях находятся ис­полнители (певцы и музыканты). Все это делает акустическое проектирова­ние помещения с музыкальными про­граммами довольно сложной задачей, решение которой значительно облегча­ет использование техники моделирова­ния.

Для акустического проектирования музыкальных залов очень важны ре­зультаты исследований последних лет, свидетельствующие о том, что повы­шения ясности звучания при одновре­менном увеличении пространственного впечатления можно добиться путем увеличения энергии отражений от бо­ковых стен. Запаздывание этих отра­жений должно находиться в области 25—80 мс.

Концертные залы. Оптимальное время реверберации концертного зала помимо его объема зависит от вида исполняемой музыки (см. рис. 9.17). Самое большое время реверберации требуется для органной музыки, не­сколько меньшее — для симфониче­ской и сравнительно небольшое — для камерной. При этом определенную роль играет и характер исполняемой музыки: для музыки барокко предпоч­тительнее меньшая реверберация, а для романтической музыки — боль­шая. Частотная характеристика време­ни реверберации во всех случаях дол­жна быть с некоторым подъемом в сто­рону низких частот. Обычно рекомен­дуется, чтобы время реверберации на частоте 125 Гц увеличивалось на 20% по сравнению со временем ревербера­ции на частоте 500 Гц.

Вид музыкальной программы при­ходится учитывать не только при оп­ределении оптимального времени ре­верберации, но и при выборе основных архитектурно-строительных парамет­ров зала. В концертном зале, предназ­наченном преимущественно для орган­ной музыки, объем на одно место дол­жен составлять 10—12 м3, в зале для симфонического оркестра с обычной программой — 8—10 м и в зале для камерной музыки — 6—7 м3. Совре­менный зал для симфонических кон­цертов обычно проектируется на 1500—2000 мест, причем 2000 мест считается верхней границей вместимо­сти. Объемы, соответствующие этим вместимостям, составляют 12 000— 20 000 м. В качестве верхних пред­елов вместимости и объема залов ка­мерной музыки рекомендуются соот­ветственно 400 мест и 3000 м3. Опре­деленные ограничения накладываются также на длину концертного зала, ко­торая в зале для симфонической му­зыки не должна превышать 45 м, а в зале для камерной музыки — 20 м.

При выборе времени реверберации в области средних частот Т5оо, объема V и максимальной высоты зала Амакс целесообразно использовать соотноше­ние

(К/Г500)1/3/Лмакс = 1,25. (9.24)

Это соотношение характерно для концертных залов с хорошей акусти­кой, причем в первую очередь для ста­рых концертных залов, построенных главным образом в прошлом веке. Следует отметить, что акустическое качество старых залов в целом оце­нивается гораздо выше, чем современ­ных. Основные причины такой оценки становятся ясными из сравнения ар­хитектурно-акустических параметров старых и новых залов.

Для прошлого века типичны кон­цертные залы прямоугольной формы с горизонтальными полом и потолком (рис. 9.38). С трех сторон зал обычно огибается узким балконом или гале­реей. Весьма характерны малая шири­на залов (в среднем 20 м) при зна­чительной высоте (в среднем 17 м) и сильное расчленение поверхностей стен и потолка, связанное с исполь­зованием в интерьере ордерной систе­мы, часто к тому же имеющей бароч­ную интерпретацию. Основными мате­риалами отделки служили штукатурка по кирпичу или дереву, массивное де­рево и паркет. Все эти материалы, как и устанавливавшиеся в старых залах деревянные кресла с кожаной обивкой, обладают малым звукопоглощением.

Новые принципы архитектуры XX в., выразившиеся в отказе от де­коративных стилей прошлого, оказали существенное влияние на интерьер му­зыкальных залов. На смену прямо­угольному плану пришла веерообраз­ная форма со всем многообразием ее вариантов, а на смену сильно расчле­ненным поверхностям — большие и гладкие поверхности. Разрез зала при­нял характерную форму, часто напо­минающую рупор, весьма распростра­ненными стали крутой подъем рядов и глубокие балконы (рис. 9.39). Воз­росла ширина залов (до 30—40 м) и уменьшилась высота (в среднем до 15 м). Для регулирования времени ре­верберации в залы стали вносить до­полнительное звукопоглощение в виде специальных звукопоглощающих мате­риалов и конструкций. Часто исполь­зуются очень мягкие кресла и сплош­ное ковровое покрытие пола.

Эти изменения, естественно, отра­зились на акустических параметрах залов. Время реверберации старых за­лов, как правило, значительно выше, чем новых (в среднем на 0,3 с). Более высокая в старых залах и степень диф — фузности звукового поля, причем раз­нообразие размеров членений стен и потолка старых залов (от нескольких сантиметров до 2—3 м) обеспечивает диффузное отражение звука в широ­ком диапазоне частот.

V

40м

1—————————-

————— >’

V

Рис. 9.38. Типичная фор­ма концертного зала про­

Шлого столетия (продоль­ный разрез и план)

Глава 9. Акустика залов 405

Весьма характерное различие ста­рых и новых залов заключается в структуре ранних звуковых отраже­ний. В старых залах в силу их малой

406 Часть ?11. Архитектурная акустика


9

40 м


Рис. 9.39. Типичная фор — ного зала (продольный

Ма современного концерт — разрез и план)

Ширины и значительной высоты в ин­тервале запаздываний 25—80 мс к слушателям приходят главным обра­зом отражения от боковых стен, при­чем направления прихода этих отра­жений значительно отличаются от на­правлений прихода прямого звука (см. рис. 9.38). Запаздывание первых от­ражений от стен меньше запаздывания первых потолочных отражений. Такую структуру отражений, увеличивающую одновременно ясность и пространст — венность звучания, в современных за­лах обеспечить очень трудно.

Значительная ширина современ­ных залов приводит к слишком боль­шому запаздыванию боковых отраже­ний и к их ослаблению за счет сколь­зящего звукопоглощения. К слушате­лям сначала поступают первые отражения от низкого потолка, кото­рые маскируют более поздние и сла­бые отражения от боковых стен. Если

‘С

* I 101 3 5м *

\ \ 1 I > 1 I

Рис. 9.40. План кинокон­цертного зала Дворца культуры в Зеленограде

Же зал при этом имеет сильно расхо­дящиеся стены, то боковые отражения поступают к слушателям по направ­лениям, близким к направлениям при­хода прямого звука (см. рис. 9.39). В результате этого ослабевает простран­ственный эффект, очень важный для восприятия музыки. К дальнейшему ослаблению пространственности приво­дит форма потолка, дающая направ­ленные отражения к слушателям. Ме­ста над и под глубокими балконами залов, как правило, неудовлетвори­тельны с точки зрения пространствен­ного впечатления, громкости и тембра звучания.

Имеется несколько способов, по­зволяющих увеличить долю боковой энергии, поступающей на слушатель­ские места современного концертного зала. При значительной ширине по­мещения можно получить дополни­тельные боковые отражения, разме­стив слушателей отдельными зонами на разных уровнях с таким расчетом, чтобы между этими зонами образова­лись вертикальные звукоотражающие стенки. Такой прием использован в ряде залов, в частности в зале филар­монии в Берлине, а также в зале но-

Рис. 9.41. Распределение первых отражений от бо­ковых стен зала трапецие­видной формы

Вого Дворца культуры в Зеленограде (рис. 9.40).

А — гладкие боковые стены; б — боковые стены, расчле — ненные на секции

В зале, имеющем трапециевидную форму плана и сравнительно неболь — а — потолок с поперечными членениями или без члене­ний; б — потолок с продоль­ными членениями

Шую ширину, увеличения боковой энергии можно добиться путем разбив­ки боковых стен на секции, размеры которых позволяют получить направ­ленные (геометрические) отражения (рис. 9.41). Этот способ довольно ча­сто применяется в практике акустиче­ского решения концертных залов. В качестве варианта можно также ис­пользовать сильное расчленение боко­вых стен (например, в виде пилястр или вертикальных пилонов).

Увеличению доли боковой энергии могут существенно способствовать бо­ковые балконы и система продольных членений потолка (рис. 9.42). Такие членения позволяют направить более значительную часть отраженного от потолка звука на боковые стены, а от них — на слушательские места.

Рис. 9.42. Увеличение до­ли боковой энергии с па — мощью продольных члене­ний потолка

Глава 9¦ Акустика залов 407

Очень важной частью концертного зала является зона расположения ор­кестра, включающая эстраду (оркест­ровый подиум) и окружающие ее по-

408 Часть ///. Архитектурная акустика


Рис. 9.43. Вариант реше — цертного зала (продоль­

Ник эстрадной части кон — ный разрез и план)

Верхности стен и потолка. Эти повер­хности должны быть сформированы та­ким образом, чтобы отражения от них поступали не только к слушателям, но и к музыкантам (рис. 9.43).

Отраженный звук, попадающий к слушателям, в основном увеличивает ясность звучания. Однако, если боко­вые стены эстрады не слишком расхо­дятся, то отражения от них могут так­же способствовать повышению про­странственного впечатления. Отраже­ния от стен и потолка эстрады, поступающие к музыкантам, улучша­ют для них условия взаимной слыши­мости и слышимости собственного ис­полнения. Хотя вопросы акустики зо­ны исполнения и нуждаются в даль­нейшем изучении, необходимость та­ких отражений не вызывает сомнений. Задачу распределения отраженного звука между слушательской и испол­нительской зонами наиболее целесооб­разно решать путем расчленения по­верхности вокруг эстрады или выпол­нения этих поверхностей в виде вы­пуклых элементов (см. рис. 9.43). Ширина эстрады концертного зала, как показывает опыт, не должна пре­вышать 18 м, а ее глубина и высота потолка над ней — 12 м.

В последние годы получила разви­тие тенденция к размещению слуша­тельских мест вокруг оркестра. При таком варианте значительно сокраща­ется расстояние от эстрады до послед­него ряда, однако возникает проблема отражающих поверхностей вокруг ор­кестра. Эта проблема в значительной степени решается путем некоторого за­глубления оркестра, позволяющего со­здать вокруг него небольшие звукоот- ражающие стенки. Кроме того, можно использовать подвесные звукоотража — тели или понижение потолка над ор­кестром.

Залы оперных театров. В отличие от концертного зала в зале оперного театра помимо хорошего звучания му­зыки необходимо обеспечить хорошую разборчивость пения и речитатива. В связи с этим время реверберации в за­ле оперного театра должно быть мень­ше, чем в зале, предназначенном для симфонических концертов (см. рис. 9.17). В то же время рекоменду­ется такой же подъем частотной ха­рактеристики времени реверберации, как и в концертном зале.

Для того чтобы достичь значений времени реверберации, соответствую­щих рис. 9.17, объем зала, приходя­щийся на одно место, должен состав­лять 6—7 м. Максимальной вмести­мостью зала современного оперного те­атра обычно считается 1500—1700 мест. Отсюда максимальный объем зала составляет 10 000—12 000 м3. Следует отметить, что залы старых оперных театров в основном имеют не­большой объем на одно место (около 5 м3), а отсюда и небольшое время реверберации (1,3 с на средних час­тотах). Для залов, отличающихся хо­рошей акустикой, также существует оптимальное соотношение между объ­емом, временем реверберации и наи­большей высотой:

(V/ Т500)1 /3Ммакс =1, ь (9.25)

Наряду с соответствующим време­нем реверберации в зале оперного те­атра требуется обеспечить слушатель­ские места интенсивными отражения­ми с небольшим запаздыванием по от­ношению к прямому звуку. Эти задачи решаются таким же способом, как и для зала драматического театра. Так как оперные певцы обладают более сильными голосами, чем драматиче­ские актеры, то в зале оперного театра допускается большее удаление слуша­телей последнего ряда от сцены. В ка­честве предельного удаления послед­него ряда от плоскости портала реко­мендуется 35 м. Запаздывание первого интенсивного отражения и интервалы между последующими интенсивными отражениями могут быть увеличены до 35 мс. Очень важно, чтобы интенсив­ные малозапаздывающие отражения поступали к слушателям преимущест­венно с боков, повышая как ясность, так и пространственность звучания.

Следует отметить, что в залах ста­рых оперных театров, несмотря на не­большое время реверберации, про­странственное впечатление довольно хорошее. Это связано, по всей веро­ятности, с эффектом боковых отраже­ний. Благодаря сравнительно неболь­шой ширине залов, особенно в при — портальной части, к слушателям сна­чала поступают малозапаздывающие

Боковые отражения, а отражения от высокого потолка приходят значитель­но позже. При общей положительной оценке акустику классических опер­ных залов все же нельзя считать со­вершенной. В глубине лож, как пра­вило, отмечаются недостаточные про­странственность, громкость и измене­ние тембра звучания. В центральной части партера залов нередко наблюда­ется снижение ясности (четкости) зву­чания, связанное с малой интенсивно­стью отражений от сильно расчленен­ных боковых стен. Недостатком старых залов является небольшое время ре­верберации.

При акустическом проектировании зала оперного театра приходится ре­шать ряд специфических задач. Преж­де всего это касается правильного ба­ланса между звучанием голоса певца со сцены и звучанием оркестра, рас­положенного в оркестровой яме. На­рушение баланса обычно заключается в том, что оркестр, акустическая мощ­ность которого в сотни раз превосходит мощность человеческого голоса, "по­давляет" певца. Помимо обеспечения правильного баланса необходимо со­здать условия для хорошей взаимной слышимости музыкантов, а также му­зыкантов и певцов. И, наконец, как музыканты, так и певцы должны слы­шать собственное исполнение. Успеш­ное решение всех перечисленных за­дач в первую очередь связано с пра­вильным выбором параметров припор — тальной зоны зала, которая включает поверхности потолка и стен, примы­кающие к порталу, а также оркестро­вую яму.

Глава 9. Акустика залов 409

В современной практике примыка­ющие к порталу части потолка и стен часто делают в виде выпуклых звуко — отражателей, дающих направленные отражения к слушателям. В целом та­кое решение оправдано, однако при этом необходимо учитывать отмечен­ную специфику оперы. Звукоотража — тель (козырек) над порталом, направ-

410 Часть III. Архитектурная акустика


Ляющий большую долю отраженного звука на удаленные от сцены места, в зале оперного театра едва ли целе­сообразен. При расположении певца на сцене, особенно в ее глубине, первые отражения от такого козырька не по­падают в переднюю зону слушательских мест (рис. 9.44,а). Напротив, звук ор­кестра, отраженный от козырька, на­правляется в передние ряды партера и маскирует звучание голоса певца.

А)

О,

Рис. 9.44. Неблагоприят­ная (а) и благоприятная (б) формы звукоотражаю —

Щего козырька над порта­лам

Более выгоден для правильного ба­ланса — вариант козырька, изобра­женный на рис. 9.44,6. В этом случае звук певца, отраженный от козырька, направляется в переднюю зону мест, а отраженный звук оркестра возвра-

Рис. 9.45. Благоприятные очертания боковых стен зала оперного театра

Щается к музыкантам, улучшая усло­вия взаимной слышимости и слыши­мости собственного исполнения. При таком варианте улучшается также вза­имная слышимость музыкантов и пев­цов. По аналогичным соображениям боковые припортальные стенки не дол­жны сильно раскрываться в сторону зала. Желательно, чтобы направление этих стенок в плане было близким к продольной оси зала (рис. 9.45). Та­кая ориентация боковых стенок позво­лит также увеличить долю поступаю­щих к слушателям боковых отраже­ний. По всей вероятности, полезно не­которое расчленение поверхностей козырька и боковых припортальных стенок с тем, чтобы часть отраженного звука возвращалась на сцену и улуч­шала для певцов слышимость собст­венного исполнения.

Созданию оптимального баланса между певцами и оркестром способст­вует также частичное перекрытие ор­кестровой ямы (рис. 9.46). Над при­мыкающей к сцене частью ямы уст­раивается навес, вынос которого не должен превосходить 1/3 ширины ямы. За счет уменьшения излучения звука непосредственно в зал и в сто­рону козырька над порталом навес по­зволяет "приглушить* расположенные

Ь — 7-8м

Рис. 9.46. Схематический разрез оркестровой ямы

Под ним громкие инструменты оркест­ра (например, медные духовые). Такой навес способствует также улучшению взаимной слышимости музыкантов. Часть ямы, примыкающая к сцене, не­редко делается более глубокой, что также полезно для "приглушения" громких инструментов. Общее увели­чение глубины оркестровой ямы, при­званное уменьшить громкость оркест­рового звучания, нельзя считать целе­сообразным. Это приведет к ухудше­нию излучения высоких частот, в результате чего слушатели, особенно в первых рядах, могут ощущать поте­рю блеска звучания.

Вблизи басовых инструментов в оркестровой яме целесообразно разме­щать низкочастотный звукопоглоти — тель. Помимо улучшения частотного баланса излучаемого из ямы звука это создает более благоприятные условия для музыкантов, особенно если они располагаются под навесом. Пол орке­стровой ямы следует делать дощатым с воздушным промежутком под ним не менее 0,5 м, а внутренние повер­хности ямы полезно облицевать дере­вом.

9.6. Залы с совмещением

Речевых и музыкальных

Программ

Совмещение речевых и музы­кальных программ представляет собой весьма сложную задачу. Как уже было

Отмечено, акустические условия, не­обходимые для этих программ, не только различны, но и во многом про­тивоположны. Остальные виды про­грамм занимают промежуточное поло­жение (пение) или требуют условий, близких к условиям, необходимым для речевых программ (кинопоказ, мероп­риятия со звукоусилением). Самой распространенной категорией помеще­ний, в которых приходится решать за­дачу совмещения различных звуковых программ, в первую очередь речевых и музыкальных, являются залы мно­гоцелевого назначения или, как их ча­сто называют, универсальные залы. К помещениям, в которых совмещаются различные звуковые программы (прежде всего речь и музыка), можно также отнести залы музыкально-дра­матических театров, кинотеатров и крытых спортивных сооружений.

Глава 9. А кустика залов 411

Залы многоцелевого назначения. Акустическое решение многоцелевого зала зависит от его вместимости и конкретной программы использования. Чаще всего в практике проектирова­ния и строительства принимается ком­промиссное решение. В зале обеспечи­вается сравнительно небольшое время реверберации (см. рис. 9.17), а его внутренние поверхности формируются таким образом, чтобы часть из них направляла к слушателям интенсив­ные малозапаздывающие отражения, увеличивающие ясность звучания, в то время как другая часть создавала не­направленное, рассеянное отражение звука, повышающее диффузность зву­кового поля. Это достигается при по­мощи различной степени расчленения отдельных поверхностей зала. Эффек­тивному членению следует подвергать участки, не дающие первых малоза — паздывающих отражений (см. рис. 9.18). Остальные поверхности, особенно поверхности, примыкающие к сцене, не должны иметь сильных членений.

412 Часть 111. Архитектурная акустика


Вариант размещения поверхностей с различной степенью членения при­веден на рис. 9.47. Как и в музыкаль­ных залах, ранние отражения жела­тельно получить преимущественно от боковых стен. Наряду с увеличением ясности звучания это позволит уси­лить пространственное впечатление. Запаздывание первого интенсивного отражения, а также интервалы между последующими интенсивными отраже­ниями по возможности не должны пре­вышать 30 мс на всей площади слу­шательских мест.

Наиболее оправданно компромисс­ное решение для многоцелевых залов средней вместимости (до 1200 слуша­телей). В таких залах нет особой не­обходимости в большом времени ре­верберации, так как симфонические концерты здесь — довольно редкое яв­ление. Кроме того, при выступлении симфонического оркестра в сравни­тельно небольшом помещении с боль­шой реверберацией звучание произво­дит впечатление "грузности". Размеры залов, как правило, позволяют обес­печить требуемое запаздывание интен­сивных первых отражений на всей площади слушательских мест. Практи­ка показывает, что в многоцелевых за­лах средней вместимости возможно со­здание компромиссных акустических условий, вполне приемлемых для раз­личных видов звуковых программ. Принципы компромиссного акустиче­ского решения многоцелевых залов средней вместимости применимы и для залов музыкально-драматических те­атров.

В крупных многоцелевых залах вопрос совмещения различных звуко­вых программ значительно осложняет­ся. Наряду с необходимостью регули­рования времени реверберации здесь часто возникают трудности с обеспе­чением слушательских мест малоза- паздывающими первыми отражениями. Тенденция к строительству широких залов, а также требования кинотехно — а

Рис. 9.47. Пример располо — ное и рассеянное сгграже —

Жения поверхностей зала, ние звука (продольный раз­

Ов вспенивающих направлен — рез и план)

Логии приводят к тому, что ширина зала в передней части нередко состав­ляет 30—40 м, а высота — 10 м и более. При таких размерах запазды­вание первых отражений, поступаю­щих в переднюю зону мест, значи­тельно превосходит 30 мс. Компромис­сное решение в залах подобного типа далеко не всегда оказывается целесо­образным.

В настоящее время помимо комп­ромиссного варианта имеется еще два подхода к акустическому решению многоцелевых залов. Первый из них связан с использованием средств элек­троакустики. В зале обеспечивается время реверберации, необходимое для проведения речевых мероприятий и кинопоказа (см. рис. 9.17). Увеличе­ние времени реверберации при испол­нении концертных программ осущест­вляется с помощью систем искусствен­ной реверберации (амбиофонии). При применении этого способа достигаются оперативность и широкие пределы ре­гулирования времени реверберации. Обеспечение слушательских мест ма — лозапаздывающими отражениями

(формирование оптимальной структу­ры отражении) реализуется с помощью высококачественных громкоговорите­лей, устанавливаемых в местах, отку­да естественные звуковые отражения приходят слишком поздно. Регулируя запаздывание и уровень звука гром­коговорителей по отношению к пря­мому звуку, можно добиться естест­венности звучания и правильной ло­кализации основного источника звука (певца, музыканта). С помощью гром­коговорителей, установленных на бо­ковых стенах зала, возможна имита­ция боковых отражений, важных для качественного звучания музыки.

Электроакустическое решение тре­бует сложной, дорогостоящей аппара­туры, очень квалифицированного об­служивания и исключает использова­ние зала для музыкальных программ в условиях естественной акустики. Это решение становится неизбежным в за­лах вместимостью более 3 тыс. слу­шателей, когда обеспечение естествен­ной слышимости оркестра связано с трудностями. Характерным примером большого многоцелевого зала, акусти­ка которого решена с помощью зву — котехнических средств, является зал Кремлевского Дворца съездов, вмеща­ющий 6 тыс. зрителей.

Второй подход к акустическому ре­шению крупных многоцелевых залов основан на использовании средств ар­хитектурной акустики. Эти средства включают переменное звукопоглоще­ние, а также трансформации звукоот — ражающих поверхностей и объема за­ла. Переменное звукопоглощение слу­жит для регулирования времени ре­верберации зала. Объем и отделку зала выбирают таким образом, чтобы

Обеспечить в нем время реверберации, рекомендуемое для исполнения симфо­нической музыки. Уменьшения гулко­сти добиваются путем внесения в ре — верберирующее пространство зала эф­фективного широкополосного звуко — поглотителя.

Возможные изменения частотной характеристики времени ревербера­ции, возникающие при внесении в зал звукопоглотителя, не играют большой роли для речевых программ, кинопо­каза и мероприятий со звукоусилени­ем. При тщательном подборе и про­верке звукопоглотителя эти изменения могут быть заранее учтены, и пере­менное звукопоглощение в известных пределах можно использовать для ре­гулирования времени реверберации при различных видах музыкальных ис­полнений.

Обеспечение достаточно большой разницы в реверберации (0,6—0,7 с) зависит от количества звукопоглоти­теля, характеристик используемого материала и способа его размещения на поверхности зала. Чаще всего ис­пользуют способ, когда слой пористого звукопоглотителя, располагающийся обычно в верхних частях боковых стен (см. рис. 9.18), прикрывается повора­чивающимися звукоотражающими па­нелями типа жалюзи (рис. 9.48). По­ворот панели закрывает или открывает поверхность звукопоглотителя. Иногда одна сторона панели делается звуко­поглощающей, а другая — звукоотра- жающей (рис. 9.49). При повороте па­нелей на 180° звукопоглощение в зале меняется.

Глава 9. Акустика залов 413

Эти способы, однако, имеют суще­ственный недостаток. Из-за неизбеж­ных щелей между панелями эффек­тивность переменного поглощения, особенно в области низких частот, сильно снижается. Для уменьшения влияния щелей панели должны быть больших размеров. Более удачным ре­шением является полное удаление зву­копоглотителя из реверберирующего

414 Часть ///. Архитектурная акустика


Рис. 9.48. Прикрытие звука- поглотителя (1) поворачиваю­щимися панелями

АААЛААААААААЛАААААААААААААЛЛАЛДД

1

\

Пространства зала. Это может быть осуществлено в виде механических си­стем раздвижных, подъемно-опускных или наматываемых на катушку штор (рис. 9.50). Шторы должны убираться в короба или шкафы, а щель, через которую они пападают в зал, должна хорошо закрываться. Для того чтобы обеспечить достаточное поглощение в области низких частот, не следует ос­тавлять зазор между краями смежных штор.

Рис. 9.49. Поворачивающие­ся панели со звукопогло­

Щающей отделкой одной стороны

1 — звукопоглотитель

Масса ткани для штор должна быть не менее 1 кг/м2, а сопротивле­ние продуванию должно находиться в пределах от 1 до 3 р с. Кроме того, ткань следует располагать на опреде­ленном расстоянии от стены (не менее 200 мм). Из эстетических соображе­ний ткань обычно приходится прикры­вать декоративной решеткой, которую необходимо делать достаточно редкой и нерегулярной. Ткань для перемен­ного звукопоглощения должна также обладать достаточной механической прочностью, не давать вредной в са­нитарно-гигиеническом отношении пы­ли, быть огнестойкой и не поражаться молью. Шерстяные ткани типа техни­ческого сукна менее желательны, так как требуют комбинированной пропит­ки — защиты от возгорания и моли. Успешнее могут быть использованы льняные ткани. Наиболее подходящи­ми поверхностями для размещения пе­ременного звукопоглотителя являются верхние части стен зала.

Задача трансформации отражаю­щих поверхностей заключается в обес­печении слушательских мест (особенно передней зоны) интенсивными малоза — паздывающими отражениями, необхо­димыми для звуковых программ, про­ходящих в условиях естественной аку­стики. Обычно эта задача решается путем трансформации примыкающих к сцене поверхностей потолка и стен, т. е. путем уменьшения в требуемых случаях высоты и ширины зала в его передней части. Чаще всего предлага­ется вариант устройства подъемно-опу­скного участка потолка (звукоотража — теля) над авансценой (рис. 9.51).

Снижение звукоотражателя, при­званное уменьшить запаздывание от­ражений, оказывается полезным и с точки зрения расположения громкого-

Глава 9. Акустика залов 415


Рис¦ 9.50. Звукопоглощение иггоры

7

А — наматываемые на катуш­ку; б — раздвижные; 1 — нама тывающаяся штора; 2 — деко­ративная решетка; 3 — раз­движная штора

Б)

Ворителей системы звукоусиления. При более низком расположении гром­коговорителей, опускаемых вместе со звукоотражателем, обеспечивается лучшая локализация первичного ис­точника звука, а микрофон лучше эк­ранируется от прямого звука громко­говорителей.

Несмотря на акустическую эффек­тивность, трансформации отражающих поверхностей в парадной, зрительской части зала осуществляются довольно редко. Гораздо более распространен­ным вариантом является устройство оркестровой раковины, которая монти­руется на сцене зала из отдельных элементов, имеющих достаточные же­сткость и массу. Желательно, чтобы поверхностная масса этих элементов составляла 20 кг/м2; в любом случае она должна быть не менее 10 кг/м2 (чаще всего элементы раковины изго­товляются из дерева с соответствую­щей огнезащитной пропиткой). При выборе размеров и формы оркестровой раковины следует использовать реко­мендации, касающиеся проектирова­ния эстрады концертного зала (см. рис. 9.43). Устройство раковины по­зволяет в определенной мере решить вопрос уменьшения запаздывания пер­вых отражений, обеспечить слушате­лей дополнительными (в частности, боковыми) отражениями и улучшить акустические условия для исполните­лей.

Потолка в передней час — вариант концертного зала;

Ти зала / _ опускаемая часть потол­

6)

Рис. 9-51. Трансформация а — вариант кинозала; 6 —

Ка

Рис. 9.52. Трансформация 1 — трансформируемая ра —

Объема шла ковина; 2 — опускаемая

Часть потолка

Если добиться минимального числа щелей между элементами раковины, то наряду с полезными отражениями можно, как показывает опыт, увели­чить время реверберации зала в обла­сти средних частот примерно на 0,2 с. Элементы раковины со стороны, обра­щенной к сцене, целесообразно отде­лать звукопоглотителем с тем, чтобы в разобранном состоянии раковина увеличивала звукопоглощение на сце­не. Увеличение звукопоглощения в пространстве сцены весьма полезно для кинопоказа и мероприятий со зву­коусилением.

При переходе от одного вида ис­пользования зала к другому (напри­мер, от симфонического концерта к оперному спектаклю и наоборот) мо­жет быть также использована транс­формация объема. Такая трансформа­ция обычно сопровождается изменени­ем вместимости помещения и удаления слушателей от сцены. Уменьшение объема наиболее просто осуществляет­ся путем отгораживания дальней части зала разборной перегородкой. Иногда для уменьшения объема отделяется верхний балкон с помощью опускаю­щейся части потолка (рис. 9.52).

416 Часть 111. Архитектур ноя акустика

Залы кинотеатров. Особенностью кинозала является отсутствие первич­ного источника звука. Зрители восп­ринимают заранее записанный звуко­вой сигнал, воспроизводимый в зале с помощью заэкранных громкоговорите­лей и громкоговорителей эффектов.

При этом запись осуществляется с та­ким расчетом, чтобы характер звуча­ния соответствовал изображаемой на экране обстановке (гулкое звучание в большом помещении, "сухое" — в от­крытом пространстве или маленькой комнате). Так как этот характер не должен меняться при воспроизведении записи, то в залах кинотеатров обычно стремятся обеспечить сравнительно не­большое время реверберации.

Как показывает опыт, приемлемое для кинозалов время реверберации практически соответствует рекоменду­емому для речи (см. рис. 9.17). Час­тотная характеристика времени ревер­берации может быть ровной или с не­которым подъемом в сторону низких частот. Возрастание времени ревербе­рации на частоте 125 Гц не должно превышать 20% (по сравнению со вре­менем реверберации на частоте 500 Гц). Для кинозала при рекомен­дуемом объеме на одно место (4— 6 м3) и наличии мягких кресел с тка­невой обивкой спинки и сиденья зна­чения времени реверберации, соответ­ствующие кривой на рис. 9.17, могут быть обеспечены без значительной звукопоглощающей отделки интерьера. При наличии в зале жестких кресел количество специальной звукопогло­щающей отделки существенно возра­стет.

При размещении требуемого коли­чества звукопоглотителя на поверхно­стях кинозала не следует располагать звукопоглотитель на участках потолка и стен, дающих малозапаздывающие отражения, особенно к зрителям цен­тральных и задних мест (рис. 9.53). Отражения от этих участков позволя­ют компенсировать уменьшение уров­ня прямого звука, связанное с удале­нием от заэкранных громкоговорите­лей. При полной звукопоглощающей отделке указанных участков для обес­печения достаточной громкости в по­следних рядах приходится увеличивать усиление, в результате чего громкость

Глава 9. Акустика залов 417


Рис. 9.55. Размещение зву- ренних поверхностях зала копоглотителя (1) на внут — кинотеатра

В передних рядах оказывается чрез­мерной. Как уже отмечалось, при ста­ционарном экране требуется звукопор — лощающая отделка стены за экраном.

Спортивные залы. Создание ком­фортных акустических условий в спор­тивных залах означает прежде всего обеспечение достаточной разборчиво­сти речи и снижения уровня шума, возникающего при проведении различ­ных спортивных мероприятий. Следует отметить, что снижение уровня шума помимо улучшения акустических ус­ловий для спортсменов и зрителей спо­собствует повышению разборчивости речи. В залах, предназначенных для проведения соревнований в присутст­вии зрителей и для видов спорта, тре­бующих музыкального сопровождения, необходимо также обеспечить хорошее звучание музыки.

Спортивные залы, сооруженные без учета акустических требований, имеют, как правило, слишком большое время реверберации, снижающее раз­борчивость речи, повышающее уровень шума и ухудшающее звучание музы­ки. Поэтому основная задача акусти­ческого решения спортивного зала — уменьшение времени реверберации до значений, соответствующих рекомен­дуемым для многоцелевых залов (см. рис. 9.17). Кроме того, в больших спортивных залах часто возникает не­обходимость подавления поздних зву­ковых отражений, вызывающих эхо или порхающее эхо.

Снижение времени реверберации и ослабление поздних отражений явля­ется также необходимым условием хо­рошей работы системы озвучения, осо­бенно если предусмотрено использова­ние микрофонов. Система озвучения обычно устраивается в тех случаях, когда требуется передача речевой ин­формации или музыкальное сопровож­дение спортивных мероприятий. В спортивных залах, имеющих места для зрителей, практически всегда необхо­дима система озвучения.

Размеры спортивного зала выбира­ются в соответствии с технологически­ми требованиями, зависисящими от вида спорта. Увеличение размеров сверх технологической необходимости крайне нежелательно, так как ведет к росту времени реверберации и за­паздывания отраженного звука. Если размеры зала, а следовательно и его воздушный объем соответствуют тех­нологическим требованиям, то основ­ным средством снижения времени ре­верберации служит звукопоглощающая отделка внутренних поверхностей. При выборе звукопоглощающей отделки, необходимой для снижения времени реверберации в спортивных залах, ча­сто возникают трудности. Первая из них связана с тем, что расчет времени реверберации, на основе которого вы­бирается звукопоглощающая отделка в несоразмерных (плоских и длинных) залах, является лишь ориентировоч­ным. Вторая трудность заключается в том, что при вертикальных отражаю­щих стенах звукопоглощающая отдел­ка потолка не приводит к ожидаемому (расчетному) снижению времени ре­верберации.

В спортивных залах с вертикаль­ными отражающими стенами звуко — поглотитель следует равномерно рас­пределять по внутренним поверхно­стям. Если звукопоглотитель распола­гается только на потолке (наиболее распространенный вариант), то для по­вышения его эффективности можно

А — наклон стен к потолку; б — членение стен; 1 — зву — копоглотитель

Рекомендовать наклон вертикальных стен к звукопоглощающему потолку или их расчленение (рис. 9.54). При наклоне всех стен к потолку скос дол­жен составлять 3—4°, а при наклоне только двух смежных стен — 6—8°. В случае расчленения вертикальных стен следует использовать систему го­ризонтальных членений, обеспечиваю­щих рассеянное отражение звука в до­статочно широком диапазоне частот. Вертикальные членения эффекта не дают. Наклон стен к звукопоглощаю­щему потолку может комбинироваться с их расчленением и звукопоглощаю­щей отделкой. Решение в каждом кон­кретном случае выбирается с учетом архитектурных и конструктивных осо­бенностей зала.

Б)_______________________________________ /__________________________________

Рис. 9.54. Разрез спорггив — ного зала

При выборе типа звукопоглотителя для отделки спортивного зала, учиты­вая широкополосный характер шума, следует отдавать предпочтение мате­риалам и конструкциям, имеющим ко­эффициент звукопоглощения 0,6 в ди­апазоне частот 125—4000 Гц. Если свободных внутренних поверхностей зала не хватает для размещения тре­буемой по расчету звукопоглощающей облицовки, го следует применять зву — копоглотители кулисного типа (см. табл. 111.16 Приложения).

Звукопоглотители кулисного типа обеспечивают большее звукопоглоще­ние, чем плоские облицовки, занима­ющие такую же площадь внутренней поверхности зала. Как звукопоглоща­ющие облицовки, так и кулисные зву­копоглотители при необходимости сле­дует защищать от механического по­вреждения дополнительным экраном в виде металлической сетки или деко­ративной решетки из любого матери­ала, обладающего достаточной прочно­стью. Желательно, чтобы коэффици­ент перфорации декоративной решетки был не менее 0,7. В бассейнах пори­стый звукопоглотитель следует обер­тывать в пленку толщиной не более 30 мкм.

В больших спортивных залах не­редко возникает необходимость ослаб­ления эха или порхающего эха. Эти неблагоприятные акустические эффек­ты особенно характерны для спортив­ных залов, которые большей частью имеют параллельные стены, значи­тельную длину, а также вогнутые по­верхности, расположенные напротив плоских поверхностей (потолок и пол). Средства ослабления эха и порхающе­го эха рассмотрены в п. 9.3. Следует отметить, что мероприятия, направ­ленные на повышение эффективности звукопоглощающего потолка, полезны и для ослабления эффектов эха и пор­хающего эха.

9.7. Моделирование

Акустики залов

Применение техники модели­рования для проектирования акустики залов имеет довольно длительную ис­торию. Первыми стали использоваться водяные и оптические модели. Водя­ные модели дают только двухмерную картину распространения звука, при­чем в силу дисперсии волн на повер­хности жидкости эта картина получа­ется размытой. Оптические модели применимы только для исследования

Глава 9. Акустика залов 419


Стационарных звуковых процессов, причем на очень высоких частотах. В акустике залов, как известно, основное значение имеют переходные процессы. В настоящее время оба типа моделей практически не используются.

Послевоенное развитие архитек­турной акустики характеризуется ши­роким внедрением методов исследова­ния звуковых воздушных колебаний в уменьшенных (масштабных) моделях залов. Особенно эффективным оказа­лось масштабное моделирование при решении практических задач акустики залов. В последние годы интенсивно используется электроакустическое мо­делирование звуковых процессов в за­глушённых камерах, а также модели­рование акустики залов на ЭВМ.

Масштабное моделирование. Для того чтобы получить в масштабной мо­дели близкую к реальной картину по­ведения звука, необходимо соблюсти условия подобия звуковых колебаний в зале и его модели. Если выполнена геометрически точная модель зала в линейном масштабе щ (например, л/ = — 1/20), то в этой модели подобие должно осуществляться на частоте /м = Fop/ni. Обеспечение подобия при масштабном моделировании связано с двумя трудностями. Первая из них обусловлена граничными условиями, а вторая — поглощением звука в воз­духе. Полное подобие граничных ус­ловий означает равенство импедансов поверхностей зала и его модели. Так как на практике этого добиться чрез­вычайно трудно, то обычно ограничи­ваются равенством реверберационных коэффициентов звукопоглощения по­верхностей модели и оригинала на со­ответствующих частотах /м = /ор/я/.

Подобие поглощения звука в воз­духе при заданной температуре и влажности соблюдается в том случае, если показатели затухания тор в зале на частоте /ор и тм в модели на^ со­ответствующей частоте /М = /ор/я/ бу­дут связаны соотношением тм =

= торя/. Для этого требуется, чтобы показатель затухания звука в воздухе Т был прямо пропорционален частоте. В действительности показатель зату­хания растет при увеличении частоты гораздо быстрее.

При модельных измерениях в пе­реходном режиме (импульсные изме­рения, измерения времени ревербера­ции) влияние поглощения звука мож­но исключить путем расчетной кор­рекции или с помощью специального компенсирующего усилителя в прием­ном тракте. В случае стационарных и натуральных сигналов влияние погло­щения можно только уменьшить, ис­пользуя для этого почти полное вы­сушивание воздуха в модели или по­вышение его относительной влажности почти до 100%. Этой же цели можно достичь путем замены воздуха в мо­дели другим газом с меньшим пока­зателем затухания.

Несмотря на отмеченные трудно­сти с соблюдением подобия звуковые процессы в масштабной модели доста­точно хорошо соответствуют звуковым процессам, проходящим в моделируе­мом зале. При использовании масш­табного моделирования приходится ре­шать три взаимосвязанные задачи: вы­бор масштаба модели, подбор матери­алов для нее и определение комплекса акустических исследований, которые будут проводиться в модели.

В практике моделирования приме­няются масштабы моделей от 1/8 до 1/40. Выбор масштаба моделирования зависит от задач исследований и раз­меров моделируемого зала. Масштабы 1/30—1/40 применяют в тех случаях, когда требуется получить качественное представление о структуре звуковых отражений в ограниченном сверху ди­апазоне частот.

Масштабы 1/8—1/10 используются при необходимости детального иссле­дования звуковых процессов в широ­ком диапазоне частот, а также при проведении субъективной оценки аку­стического качества залов. При работе с моделями масштаба 1/8—1/10 наря­ду с импульсными обязательно исполь­зуются стационарные и натуральные сигналы. В связи с этим приходится осуществлять мероприятия по ослаб­лению поглощения звука в воздухе, которые требуют специального обору­дования и герметизации моделей. Для проведения самих исследований (осо­бенно субъективной оценки) необходи­ма уникальная акустическая аппара­тура. Все это делает моделирование в масштабе 1/8—1/10 чрезвычайно сложной и дорогостоящей процедурой.

Разумным компромиссом, как по­казала практика, является масштаб щ « 1/20. Модель в таком масштабе позволяет на основе импульсных из­мерений проводить количественную объективную оценку акустического ка­чества залов. Применение импульсных сигналов, как было отмечено, дает воз­можность исключить влияние погло­щения звука в воздухе. Модель зала в масштабе щ — 1/20 получается срав­нительно небольшой, достаточно про­стой и дешевой. Так как верхним пределом модельного диапазона частот считают 100 кГц, при таком масштабе в натуре будут охвачены частоты до 5 кГц. Детали интерьера размером ме­нее 5 см будут сказываться на часто­тах выше 5 кГц и поэтому в модели не воспроизводятся.

Основным условием подбора мате­риалов при масштабном моделирова­нии является, как указывалось, подо­бие коэффициентов звукопоглощения соответствующих поверхностей поме­щения-оригинала и модели. С точки зрения подбора материалов внутрен­ние поверхности любого зала следует разделить на три группы: звукоотра- жающие поверхности, поверхности со звукопоглощающей облицовкой и по­верхность слушательских мест.

420 Часть ///. Архитектурная акустика

К первой группе относятся ошту­катуренные поверхности (по твердому основанию или металлической сетке),

Поверхности, выполненные из массив­ного дерева, бетона, естественного камня, облицовочного кирпича, гипсо­вых неперфорированных плит, кера­мики и т. п. Коэффициенты поглоще­ния таких поверхностей в диапазоне 100—5000 Гц составляют 0,02—0,06. Получить такие же коэффициенты в частотном диапазоне модели принци­пиально невозможно. Дело в том, что каждая твердая поверхность обеспечи­вает некоторое минимальное звукопог­лощение, возрастающее с частотой,

*мин — 1,8 10(9.26)

Коэффициенты ниже мин в мо­дели получить уже нельзя. Для ими­тации звукоотражающих поверхностей обычно используют лакированный гипс, оргстекло, стекло и полистирол. Коэффициенты звукопоглощения этих материалов мало отличаются друг от друга и близки к <ХМИн. Таким обра­зом, имитируя звукоотражающие по­верхности помещения-оригинала, при­ходится принимать существенно боль­шие коэффициенты звукопоглощения. Так, поверхность, выполненная к штукатурки и окрашенная масляш краской, обеспечивает сС = 0,02 на частоте 2000 Гц. Выполнив эту повер­хность в модели из оргстекла, получим на соответствующей частоте 40 кГц (щ = 1/20) об « 0,04, т. е. в 2 раза больше. Следует, однако, отметить, что на результаты акустических изме­рений в модели такая разница не ока­зывает значительного влияния вслед­ствие малых абсолютных значений ко­эффициентов звукопоглощения.

При имитации поверхностей вто­рой группы такая разница в коэффи­циентах звукопоглощения совершенно недопустима, так как приводит к очень большим ошибкам в результатах модельных акустических измерений. Поэтому при подборе звукопоглощаю­щих материалов для внутренних по­верхностей модели необходимо стре-

Глава 9. Акустика залов 421


Миться к тому, чтобы коэффициенты звукопоглощения эффективных мо­дельных поглотителей не отличались от натурных более чем на 10%. Под­бор, как правило, осуществляют с ис­пользованием обычных материалов (ткани, пленки, войлок, вата, поролон и т. п.). Из этих материалов на основе измерения коэффициента звукопогло­щения ос в модели реверберацион — ной камеры выбирают те, которые обеспечивают требуемое значение и частотную зависимость ot. На рис. 9.55 и 9.56 в качестве примера приведены частотные характеристики двух материалов, используемых при моделировании.

Для имитации поверхности слуша­тельских мест в моделях масштаба щ = 1/20 удачным оказалось приме­нение слоя ваты толщиной около 10 мм. Частотная характеристика такого слоя показана на рис. 9.57 (кривая /). Здесь же дана частотная характеристика сС площади заня­тых слушательских мест плотностью 0,6 м2 на место (кривая 2). Видно очень хорошее совпадение обеих ха­рактеристик.

Как уже отмечалось, модели в масштабе щ = 1/20 применяются для объективной оценки акустического ка­чества залов. Основу этой оценки со­ставляют импульсные модельные из­мерения, блок-схема которых практи­чески не отличается от блок-схемы на­турных импульсных измерений (см. рис. 9.9). Разница заключается только в типах источника и приемника звука. При измерениях в модели использу­ются специальный (модельный) искро­вой разрядник и измерительный мик­рофон малого диаметра (1/4 или 1/8 дюйма).

Наиболее часто в ходе модельных импульсных измерений проводится ви­зуальный анализ импульсных осцил­лограмм Pit). Эти осциллограммы, снимаемые (как и в натуре) в лога­рифмическом масштабе, особенно

Ос

0,8 0,6 0,М

20

5 10

40

Слоя поролона толщиной 3 мм

5 70

20

40

Слоя поролона тол щиной 12 мм, ?юкрытого плен­кой толщиной 50 мкм

0,2 О

125 2,5

Рис. 9.55. Частотная ха­рактеристика коэффициен­та звукогюглощения оС

7,25 2,5

Рис. 9.56. Частотная ха­рактеристика коэффициен­та звукопоглощения оС

Ifiu t НАТУРА)

1000

500

250

Ос

0,75

0.5

0.25

70

10

2000 mo

2

Ч

1

ЬО 80

Рис. 9.57. Частотные ха­рактеристики коэффициен­тов звчкоюглощения ОС

Ft кГц (МОДЕЛЬ)

Занятых слушательских мест и слоя ваты (nl = 1/20)

422 Часть III. Архитектурная акустика


Рис; 9.58. Осциллограммы, снлтыг в Универсальном за­ле в Гаване

Дб

-10

-20

А — модель; б — натура

ДБ

Ог-

-10

-20 х-


100

150

50

0

\____ I

200 м С

Удобны для модельных измерений. За­крывая те или иные поверхности мо­дели звукопоглотителями, можно вы­яснить, какие именно поверхности да­ют сильно запаздывающие отражения, вызывают концентрацию отраженного звука или другие дефекты структуры отражений. Изменив очертания какой — либо поверхности модели или внеся в модель новую отражающую поверх­ность, можно оперативно оценить до­стигаемый эффект.

Как показывает опыт импульсных измерений, между осциллограммами, снятыми при одинаковых условиях в натуре и в модели, имеется вполне хорошее соответствие. В виде примера на рис. 9.58 приведены две осцилло­граммы, полученные в зале и его мас­штабной модели. В модели, как и в зале, можно также получить энерге­тические критерии акустического ка­чества на основе функции (9.1). При измерениях времени реверберации в приемный тракт вводится фильтр.

Электроакустическое моделирова­ние. Этот способ моделирования зву­ковых процессов является в основном инструментом субъективных акустиче­ских исследований. Для проведения таких исследований создается много­канальная электроакустическая уста­новка, громкоговорители которой рас­полагаются в заглушённой камере вок­руг места прослушивания. Установка позволяет создавать различные звуко­вые поля и оперативно менять их па­раметры. С помощью установки можно воссоздавать акустические условия за­крытого помещения, имитируя прямой звук, звуковые отражения и ревербе­рацию. При этом имеется возможность изменения уровня, спектра и направ­ления прихода прямого и отраженного звуков, а также изменения уровня, продолжительности и частотной харак­теристики реверберации. Испытуемый, располагающийся в заглушённой ка­мере на месте прослушивания, оцени­вает предлагаемые ему различные зву­ковые картины.

Глава 9. Акустика залов 423

‘ШШШШ

Блок-схема установки электроаку­стического моделирования, разрабо­танной и осуществленной в НИИСФ, показана на рис. 9.59. Установка та­кого рода является пока единственной в стране. Сигнал (сухая запись речи или музыки) поступает на коммута­ционный щит непосредственно или че­рез линию задержки, имеющую на вы­ходе шесть каналов, в каждом из ко­торых время задержки может быть ус­тановлено в пределах от 1,6 до 300 мс. Далее сигналы идут на пульт усиления и частотной коррекции, причем сиг­нал, имитирующий реверберацию, предварительно проходит через листо­вой ревербератор, который обеспечи­вает изменение времени реверберации на частоте 500 Гц от 1 до 4 с. На пульте осуществляются усиление, ча­стотная коррекция и слуховой конт­роль сигнала в отдельных каналах.

ПУЧК — пульт усиления и частотной коррекции; Г — громкоговоритель; ПУ — пе­реговорное устройство; ИМ — измерительный мик­рофон; Л/У — микрофон­ный усилитель; ПФ — поло­совой фильтр; ЗО — запоми­нающий осциллограф

Рис. 9.59. Блок-схема уста~ моек и электроакустическо­го моделирования

А/ — магнитофон; ЦЛЗ — цифровая линия задержки; ГШ — генератор шума; МКЩ — матричный комму тационный щит; ЛР — лис­товой ревербератор;

С пульта сигналы подаются на громкоговорители, расположенные в заглушённой камере вокруг испытуе­мого. Громкоговоритель Г\ имирирует прямой звук, громкоговорители Г2 и Г& имитируют отражения от боковых стен, громкоговоритель — отраже­ние от задней стены, а громкоговори­тель Гд — отражение от потолка. Громкоговорители Гз, А, Гв и /7 вос­создают реверберирующий звук. В лю­бой канал установки можно подавать и подмешивать шумовой сигнал с ге­нератора шума. Предусмотрена также возможность переговоров испытуемого с оператором. Контроль сигнала в точ­ке прослушивания осуществляется с помощью специального контрольно-из­мерительного тракта.

424 Часть III. Архитектурная акустика


С использованием электроакусти­ческого моделирования у нас в стране и за рубежом решен ряд важных за­дач, связанных с влиянием параметров звукового поля на восприятие звуко­вых сигналов, в первую очередь на­туральных. Следует отметить, что электроакустическое моделирование в комбинации с масштабным позволяет проводить субъективную оценку аку­стического качества проектируемого зала. В модели зала, выполненной в масштабе п[ — 1/20, проводятся им­пульсные измерения, в результате ко­торых в различных точках модели оп­ределяются уровни, запаздывание и направление прихода наиболее интен­сивных отражений, а также время ре­верберации зала. Затем с помощью электроакустической установки для каждой точки импульсных измерений формируется звуковая картина, соот­ветствующая значениям указанных параметров. Эта картина предъявляет­ся слушателям для оценки.

Математическое моделирование. Моделирование акустики залов на ЭВМ основано на принципах геомет­рической оптики, в соответствии с ко­торыми распространение звука рас­сматривается как движение звуковых лучей (см. п. 9.3). Это, естественно, накладывает определенные ограниче­ния на практическое применение ма­тематического моделирования. Суще­ствуют два основных метода модели­рования: прослеживания звуковых лу­чей и мнимых источников. Программы расчета по обоим методам включают математическое описание зала, источ­ника и приемной поверхности, расчет движения звуковых лучей и расчет акустических характеристик зала.

При использовании метода просле­живания звуковых лучей зал форми­руется из плоских ограждающих по­верхностей. В память ЭВМ вводятся размеры, расположение и коэффици­енты звукоотражения этих поверхно­стей. Источник звука принимается то­чечным в пространстве и импульсным во времени. При этом непрерывный фронт излучения звука заменяется четным числом звуковых лучей, рав­номерно распределенных по сфериче­ской поверхности, окружающей источ­ник. Эта поверхность разбивается на одинаковые участки, число которых соответствует числу звуковых лучей. Каждому из лучей приписывается доля энергии излучения, пропорциональная площади участка. Путь каждого луча обычно прослеживается до его пересе­чения с приемной поверхностью (по­верхностью слушательских мест).

При пересечении луча и приемной поверхности фиксируются координаты точки пересечения, направление и время прихода луча, его энергетиче­ский вес, длина пройденного пути, число отражений, а также начальное направление луча источника. В ре­зультате могут быть рассчитаны ход и время реверберации, а также полу­чены упрощенные картины импульс­ных откликов зала и различные кри­терии акустического качества.

Метод мнимых источников исполь­зуется для исследования залов прямо­угольной формы с плоскими и глад­кими внутренними поверхностями. Ис­точник звука также принимается то­чечным в пространстве и импульсным во времени. В данном случае не тре­буется дискретизации источника (за­мена непрерывного фронта излучения отдельными лучами), так как строится пространственная решетка мнимых ис­точников. Процесс моделирования дви­жения звуковых лучей сводится к со­единению прямыми линиями приемни­ка звука и мнимых источников. Это позволяет достаточно просто опреде­лить плотность звуковой энергии и за­паздывание звука, соответствующие каждому лучу, соединяющему мнимый источник и точку приема. По этим данным строится импульсный отклик зала и рассчитываются акустические критерии.

9.8. Системы озвучения

Залов

Система озвучения зала пред­ставляет собой совокупность электро­акустических и усилительных уст­ройств, предназначенных для воспро­изведения и усиления звукового сиг­нала. Системы озвучения делятся на системы звуковоспроизведения и сис­темы звукоусиления. Последние отли­чаются от систем воспроизведения на­личием микрофонов, располагающихся обычно на сцене или на эстраде. Зву­коусиление применяется в тех случа­ях, когда мощность первичного источ­ника (оратора, певца, музыканта) не­достаточна для создания необходимого уровня звукового сигнала на площади слушательских мест. Для обычных ре­чевых программ (речь оратора) звуко­усиление требуется уже при объеме более 2000 м3. При высоких уровнях шума и переглушенности зала звуко­усиление может потребоваться и при меньших объемах.

В настоящее время системами зву­коусиления оборудуются практически все зрительные залы как целевого, так и многоцелевого назначения. В залах, эксплуатируемых в основном в режиме естественной акустики (залы драмати­ческих и оперных театров, концертные залы), системы звукоусиления исполь­зуются при проведении собраний, кон­ференций, эстрадных концертов, а также для создания различных звуко­вых эффектов.

Требования к системам озвуче­ния. Система озвучения должна преж­де всего обеспечивать необходимый уровень звука на площади слушатель­ских мест. Максимальный уровень, ко­торый должна создавать система, оп­ределяется из условия естественности звучания первичного источника звука. Для музыкальных программ такой уровень составляет 90—94 дБ, что со­ответствует уровню звука симфониче­ского оркестра в центральной зоне за­ла. Для речевых программ максималь­ный уровень должен составлять 80— 86 дБ. Такой уровень обеспечивает оратор на расстоянии 1 —1,5 м. Наря­ду с необходимым уровнем звука си­стема озвучения должна обеспечивать и достаточно равномерное его распре­деление по площади слушательских мест. Разница между максимальным и минимальным уровнями, создаваемы­ми системой на площади мест, не дол­жна превышать 6 дБ для музыки и 8 дБ для речи. В случае речевых про­грамм должна быть также обеспечена соответствующая разборчивость речи.

Расположение громкоговорителей в зале не должно приводить к появле­нию заметного или мешающего эха. Этот эффект может возникнуть, если звук ближайшего к слушателю гром­коговорителя приходит значительно раньше звука первичного источника или другого громкоговорителя. Для оценки опасности эхообразования, как и в случае естественной акустики, можно пользоваться пороговыми кри­выми, приведенными на рис. 9.14. Эф­фект эха в системах озвучения устра­няется (при неизменном расположении громкоговорителей) с помощью задер­жки электрического сигнала, поступа­ющего на ближайший к слушателю громкоговоритель или группу громко­говорителей.

Глава 9. Акустика залов 425

С расположением громкоговорите­лей связано и требование правильной локализации первичного источника звука. Нарушение локализации часто встречается в широких залах при рас­положении громкоговорителей по бо­кам сцены или на боковых стенах. Способом ослабления этого эффекта является устройство дополнительной группы громкоговорителей, располо­женной над первичным источником. Такую группу обычно называют вер­хним звуковым порталом. Уровень звука, создаваемый верхним порталом, должен быть преобладающим.

426 Часть III. Архитектурная акустика


Рис. 9.60. Оптимальная фор­ма частотной характеристи­ки зеукопередачи е зале с системой озвучения

83

725

250

500

1000

2000

ШО 8000


Частота, г*

И, наконец, очень важное требо­вание, которому должна удовлетворять система озвучения, — отсутствие тем­бровых искажений. При проверке вы­полнения этого требования на вход си­стемы подаются электрические сигна­лы постоянного уровня, но различной частоты. Это могут быть синусоидаль­ный сигнал с плавно меняющейся ча­стотой или третьоктавные полосы "ро­зового" шума. Изменения уровня зву­кового сигнала, принятого в различ­ных точках зала, не должны выходить за пределы области, показанной на

Рис. 9.60.

Типы систем озвучения. В зави­симости от расположения громкогово­рителей по отношению к озвучиваемой площади системы озвучения подразде­ляются на сосредоточенные (централи­зованные), зональные и распределен­ные.

Громкоговорители сосредоточенных систем располагаются в пределах ог­раниченного пространства на сравни­тельно небольшом расстоянии друг от друга. В зрительных залах громкого­ворители сосредоточенной системы размещаются обычно над верхним пор­талом и по его бокам (рис. 9.61). Если

Слушательские места охватывают об — *

Ласть расположения первичного источ­ника звука, то громкоговорители могут быть сгруппированы в звуковую люс­тру (рис. 9.62). Сосредоточенная сис­тема обеспечивает хорошую локализа­цию источника и используется при стереофоническом озвучении залов.

Однако сосредоточенные системы не всегда позволяют обеспечить требуе­мую неравномерность звукового поля.

Зональные системы чаще всего ис­пользуются в комбинации с сосредо­точенными для "подзвучки" определен­ных зон зала. Это позволяет обеспе­чить требуемые уровень и неравномер­ность на всей площади слушательских мест. Зонами подзвучки обычно явля-

Рис. 9.61. Сосредоточен­ная система расположе­ния громкоговорителей (продольный разрез и план)

Глава 9. Акустика залов 427


Ются передние ряды партера, а также места на балконах и под балконами (рис. 9.63). Группа громкоговорите­лей, размещаемых в барьере сцены, помимо повышения уровня звука улучшает для передней зоны мест пар­тера локализацию первичного источ­ника звука. Зональные группы гром­коговорителей на боковых стенах за­лов используются для создания объем­ного звучания (повышения прост­ранственного впечатления). Электри­ческие сигналы поступают на громко­говорители зональных систем, как правило, через линии задержки.

Распределенные системы озвуче­ния устраиваются обычно в залах зна­чительной длины или малой высоты. В первом случае громкоговорители располагаются в виде цепочек (рис. 9.64), а во втором — в узлах регулярной сетки, на которую разби­вается поверхность потолка (рис. 9.65). Шаг цепочки громкогово­рителей должен выбираться с таким расчетом, чтобы запаздывание сигна­лов соседних громкоговорителей не вызывало эха. К распределенным си­стемам следует отнести и кресельную систему, используемую в основном для усиления речевых программ. При кре­сельной системе небольшой громкого­воритель размещается в спинке каж­дого кресла, обеспечивая прямым зву­ком сидящего позади слушателя.

Рис. 9.62. Расположение громкоговорителей в виде люстры

Рис. 9.64. Распределенная система расположения громкоговорителей в длин­

Ном зале (продольный раз­рез и план)

Рис. 9.65. Распределенная система расположения громкоговорителей в широ­

Ком зале с низким пагоп ком (продольный разр*’з и план)

В практике проектирования и стро­ительства крупных многоцелевых за-

Рис. 9.63. Комбинация со­средоточенной и зональ­ной систем расположения громкоговорителей 1 — централизованная груп­па; 2 — группа подзвучки пе­редних рядов; 3 — группа подзвучки мест балкона; 4 — группа подзвучки про странства под балконом

428 Часть III. Архитектурная акустика


Рис. Я66. Мероприятия по ослаблению акустической об­ратной связи

1 — членение или звукопогло­щающая отделка; 2 — члене­ние

Лов в настоящее время используется комбинация разных систем, включаю­щая централизованную группу гром­коговорителей, зональные группы,

Громкоговорители эффектов, кресель-

»

Ные громкоговорители и громкоговори­тели искусственной реверберации (ам — биофонии).

Акустические мероприятия в за­лах с системами звукоусиления. При работе в зале системы звукоусиления помимо звука первичного источника на микрофон воздействуют прямой звук громкоговорителя и звуковые от­ражения от поверхностей (рис. 9.66). В результате возникает так называе­мая акустическая обратная связь, ко­торая может привести к нарушению нормального режима работы системы звукоусиления. Для того чтобы обес­печить надежность работы системы, при акустическом проектировании за­ла необходимо предусмотреть ряд до­полнительных мероприятий.

Прежде всего не следует завышать время реверберации по сравнению с оптимальным. Громкоговорители цен­трализованной группы должны разме­щаться таким образом, чтобы прямой звук от них не попадал в зону рас­положения микрофонов. Средний ко­эффициент звукопоглощения поверх­ностей зала, примыкающих к местам расположения микрофонов, должен быть не ниже (целесообразно несколь­ко выше), чем в целом по залу. Это условие выполняется в залах с выде­ленным сценическим объемом, в ко­тором практически всегда имеются за­навесы, кулисы и декорации. В залах, где зрительская часть и сцена решены в виде единого объема, целесообразно предусмотреть звукопоглощающую от­делку или расчленение примыкающих к сцене поверхностей стен и потолка (см. рис. 9.66), которые не должны быть вогнутыми. Если зал использу­ется для концертных исполнений в ес­тественном звучании, то звукопогло­щение в сценической части необходи­мо делать переменным (см. п. 9.6).

Для повышения надежности рабо­ты системы звукоусиления весьма по­лезно ослабить приходящие на сцену отражения от задней стены зала или от угла между задней стеной и потол­ком. Ослабить такие отражения можно с помощью приемов, показанных на рис. 9.26, или путем расчленения за­дней стены (см. рис. 9.66). При раз­работке архитектурно-акустического решения зала, особенно околосцениче­ского пространства, необходимо пре­дусмотреть места для расположения громкоговорителей. Декоративные ре­шетки, прикрывающие отверстия для громкоговорителей, должны иметь пер­форацию не менее 70%. Наибольший размер поперечного сечения стержней решетки не должен превышать 1 см.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Градостроительные меры борьбы с шу­мом / Г. Л. Осипов, В. Г. Прутков, И. А. Шишкин, И. Л. Карагодина. — М.: Стройиздат, 1975. — 214с.

2. Защита от шума в градостроительстве / ГЛ. Осипов, В. Е. Коробков, А. Д. Климухин и др. / Под ред. Г. Л. Осипова. — М.: Стройиздат, 1993. — 96 с. — (Справ, проектировщика).

3. Ковригин С. Д., Крышов С. П. Архитектур­но-строительная акустика. — М.: Высшая школа, 1986.— 255 с.

4. Макриненко Л. И. Акустика помещений общественных зданий. — М.: Стройиздат, 1986. — 176 с.

5. Снижение шума в зданиях и жилых райо­нах / Под ред. Г. Л. Осипова и Е. Я. Юдина. — М.: Стройиздат, 1987. — 558 с.

6. СНиП И-12-77. Глава "Защита от шума".— М.: Стройиздат, 1978. — 49 с.

Глава 9. А куст и ка залов 4 29

7. Справочник по защите от шума и вибраций жилых и общественных зданий / Под ред. В. И. За- борова. — Киев: Буд1вельник, 1984. — 158 с.

М 1:500 1

10 20 зо

» ¦ 1.-х-

ВЫСОТА СТОЯНИЯ СОЛНЦА

22 АПРЕЛЯ — 22 АВГУСТА

700 м

3

Чэ

К

Ья

О *

Я 35 5

Приложение И. 1. Инфляционный график (55° с. ш., 22 апреля — 22 августа), М 1:500 (1:50; 1:5). Здания высотой до 40 м

Приложения 431

432 Приложения

§

W

П р и л о ж е н и е П.2. Графики II для расчета естественного освещения помещений по методу A. M. Данилюка и график III (НИИСФ) для расчета среднего значения КЕО в помещениях с верхним освещением

434 Приложения

Таблица III. la. Коэффициенты звукопоглощения некоторых материалов и конструкций

Материалы и конструкции

Коэффициент звукопоглощения для частоты, Гц

125

250 | 500 | 1000

2000 Г4000



.