Архитектурная акустика

При проектировании аудиторий, залов собраний, а также залов оперных и драматических театров и кинотеатров необходимо создавать такие условия передачи звука, которые обеспечивали бы наилучшую слышимость музыки и речи.

Слышимость в залах большой вместимости зависит от мощности и размещения источника звука, от объема и формы помещения, от очертания и фактуры ограждающих конструкций, которые определяют положение и рассеивание звуковой энергии при отражении ими падающих звуковых волн. Все эти факторы учитываются при архитектурном конструировании зала, а наука, которая занимается разработкой оптимальных условий слышимости в помещениях массового пользования, называется архитектурной акустикой.

4.9.1. Оценка акустических качеств залов

Одним из важнейших показателей, характеризующих акустические качества помещений является реверберация, сущность которой заключается в спадании плотности звуковой энергии в помещении после прекращения звучания основного звука. Реверберация является следствием многократных отражений звуковых волн от внутренних поверхностей (стен, потолка, кресел и т.п.) помещения.

Единицей реверберации является время, выраженное в секундах. Промежуток времени, в течение которого после прекращения работы источника звука до момента, когда его уровень звукового давления уменьшится на 60 дБ, называется временем стандартной реверберации , с. Слишком продолжительная реверберация делает помещения гулкими, слишком короткая – глухими. Время реверберации зависит от объема помещения, общего звукопоглощения его ограждений и объектов, находящихся в нем. На рис. 4.24. показаны изменения плотности звуковой энергии и ее уровня в процессе нарастания звука и реверберации.

Звуковое

давление, дБ

Время, с

Рис.4.24. Нарастание звука и реверберация в закрытом помещении:

1-период нарастания звука;2-период стабилизации звука; 3-период реверберации

Оптимальное время реверберации на средних частотах (500 – 1000 Гц) для залов различного назначения в зависимости от объема, приведено на рис. 4.25. Допустимое отклонение от приведенных величин - ± 10%. Кроме того, в октавной полосе 125 Гц допускается превышение величин времени реверберации, но не более 20%.

Расчет времени реверберации позволяет установить, требуется ли для обеспечения оптимума реверберации в проектируемом зале изменить его объем или отделку.

Для концертных и оперных залов расчет времени реверберации производится на частотах 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 Гц. В остальных случаях достаточно определить время реверберации для частот 125, 500 и 2000 Гц.

Для расчета времени реверберации зала необходимо предварительно установить его объем , м³, общую площадь внутренних поверхностей , м², и общую эквивалентную площадь звукопоглощения (ЭПЗ) , м².

Общая эквивалентная площадь звукопоглощения на частоте, для которой ведется расчет, определяется по формуле

= _, (4.23)

где – сумма произведений площадей отдельных поверхностей , м², на их коэффициент звукопоглощения для данной частоты;

– сумма ЭПЗ, м², слушателей и кресел;

_доб - коэффициент, учитывающий добавочное звукопоглощение, вызываемое проникновением звуковых волн в различные щели и отверстия, а также поглощение звука осветительной аппаратурой и оборудованием зала.

Коэффициент добавочного звукопоглощения принимается равным 0,08-0,09 на частоте 125 Гц и 0,04-0,05 на частотах 500 и 2000 Гц.

Рис. 4.25. Зависимость оптимального 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 для оперных театров; 4-залы много целевого назначения, залы музыкально - драматических театров, спортивные залы; 5-лекционные залы, залы заседаний, залы драматических театров, кинозалы

После определения подсчитывается средний коэффициент звукопоглощения внутренних поверхностей зала - на данной частоте по формуле

= , (4.24)

Согласно СНиП 23-03-03 время реверберации зала в секундах на частотах до 1000 Гц определяется по формуле Эйринга

= 0.163 , (4.25)

где () = - (1 – ) – функция среднего коэффициента звукопоглощения , значения которого приведены в табл. 4.18.

На частотах выше 1000 Гц время реверберации вычисляется по формуле

= , (4.26)

где – коэффициент, м^-1, учитывающий поглощение звука в воздухе и зависящий от температуры и относительной влажности, принимаемый по табл. 4.19.

Таблица 4.18

Значения функции () = - (1 – ) для расчета времени реверберации

0,0	0.00	0.01	0.02	0.03	0.04	0.05	0.06	0.07	0.08	0.09
0,1	0.10	0.12	0,13	0,14	0,15	0,16	0,17	0,19	0,20	0,21
0,2	0,22	0.24	0.25	0,26	0.27	0,29	0,30	0.32	0.33	0.34
0,3	0.36	0.37	0,39	0,40	0.42	0,43	0,45	0,46	0,48	0.49
0,4	0.51	0,53	0,54	0,56	0,58	0.60	0.62	0.64	0.65	0.67
0,5	0.69	0.71	0.73	0.76	0,78	0,80	0.82	0,84	0.87	0.89
0,6	0.92	0.94	0.97	0.99	1,02	1.05	1.08	1.11	1.14	1.17
0,7	1..20	1.20	1,24	1.27	1.31	1,35	1.39	1,43	1.51	1.56
0,8	1,61	1.66	1.72	1.77	1.83	1.90	1.97	2.04	2.12	2.21

Пример: Для = 0,37 находим из таблицы () = 0,46.

Таблица 4.19

Значения коэффициента m, м^-1, для учета поглощения звука в воздухе при температуре 20⁰ С

Относительная влажность воздуха, %	при частоте, Гц
	0,0029	0,0094
	0,0026	0.0071
	0,0024	0,0061
	0,0022	0,0056
	0,0021	0,0053
	0,0020	0,0051
	0,0020	0,0050

Расчет времени реверберации помещения проводится с учетом заполнения его зрителями на 70%. Установлено, что при заполнении слушателями мест сверх 70% общая эквивалентная площадь звукопоглощения , м², не возрастает. Для залов, где вероятное заполнение слушателями мест менее 70%, расчетное заполнение в процентах следует соответственно уменьшать.

Для того, чтобы время реверберации меньше зависело от заполнения мест слушателями, целесообразно оборудовать зал мягкими или полумягкими креслами, обитыми воздухопроницаемой тканью.

Если расчетное время реверберации окажется меньше рекомендуемого, то следует увеличить объем зала, если больше – уменьшить по возможности объем зала и увеличить его звукопоглощение путем облицовки части внутренних поверхностей специальными звукопоглощающими материалами и конструкциями.

Для выяснения, насколько требуется изменить общую эквивалентную площадь звукопоглощения , м², необходимо из требуемого времени реверберации , с, вычислить значение () для частот 125, 250, 500, 1000 Гц в соответствии с формулой (4.25)

() = , (4.27)

а для частот 2000 и 4000 Гц – в соответствии с формулой (4.26)

() = , (4.28)

Далее по найденному значению (), используя таблицу 2.26, следует определить средний коэффициент звукопоглощения , после чего подсчитать требуемую общую эквивалентную площадь звукопоглощения зала , м² по формуле

= , (4.29)

Найденное значение необходимо сравнить с первоначальным значением и установить насколько следует изменить первоначальную для достижения рекомендуемого времени реверберации.

Окончательный результат должен быть выражен в виде времени реверберации, определенной с учетом выявленной корректировки . Полученные значения времени реверберации следует округлить с точностью до 0,05 с.