Основы акустики залов и методы обеспечения высокого качества звучания залов различного назначения

Разработал

Политико-правовые учения периода императорского Рима.

Начальник кафедры государственно-

правовых дисциплин

кандидат юридических наук

подполковник внутренней службы П.А. Чебоксаров

”______” _______________ 200_ года

Теоретические основы акустических расчетов и методов, которые адаптированы к практической работе архитекторов, основаны на статистическом принципе рассмотрения процессов, происходящих в помещениях различного назначения.

Основные допущения, принятые в статистической теории:

-при рассмотрении распространяющихся звуковых волн не учитываются интерференционные явления, и поэтому правомерна оценка звукового поля методом энергетического суммирования;

-образующееся в помещении звуковое поле принимается диффузным; это значит, что объемная плотность звуковой энергии в любой точке звукового поля принимается одинаковой.

В больших помещениях качество звучания оценивается:

I) временемреверберации и II) структурой ранних отражений звука.

I) Основной характеристикой акустики при проектировании зрительных залов является реверберационный процесс; количественной оценкой его служит время реверберации.

Звуки бывают прямые и отраженные (от поверхности стен, потолка, пола, находящихся в помещении предметов). Отражение может быть многократным. При каждом отражении теряется часть энергии звука, это сопровождается спадом в помещении уровня звукового давления.

Рисунок 1 Нарастание звука и реверберации в закрытом помещении

а) изменение плотности звуковой энергии; б) изменение уровня плотности звуковой энергии; в) пример записи спада уровня звукового давления в процессе реверберации: 1 – процесс нарастания; 2 – стационарное состояние; 3 - реверберация

Вообще, процесс формирования звука можно разделить на три этапа (см.рис.1.а,б):

I этап (1) – относительно быстрое нарастание звуковой энергии вследствие многократных отражений звука.

II этап (2)– это период так называемого динамического равновесия, которое устанавливается между акустической мощность, т.е. звуковой энергией, излучаемой в течение 1с, и звуковой энергией, ежесекундно теряемой вследствие звукопоглощения внутренними поверхностями помещения и воздухом;

III этап (3) – процесс затухания звуковой энергии, или уровня звукового давления, после прекращения звучания источника – этот процесс называется реверберационным.

Количественная оценка реверберации – скорость спадания уровня силы звука v_s, измеряемая в дБА/с. При достаточной диффузности звукового поля скорость спадания уровня силы звука при данной частоте можно считать постоянной и одинаковой во всех точках помещения, не зависящей от положения источника звука и от времени. Однако скорость спадания уровня силы звука различна для звуков разной частоты.

Скорость спадания уровня силы звука характеризует гулкость помещения. Она бывает большой в помещениях, отделанных материалами, обладающими высоким звукопоглощением (заглушенные помещения), и малой – в помещениях, ограниченных поверхностями, обладающими низкими коэффициентами звукопоглощение.

Вместо скорости спадания уровня силы звука обычно применяют время реверберации Т - время, в течение которого уровень звукового давления спадает на 60 дБа. Это условная величина, равная среднему уровню звукового давления в залах. Поэтому оказалось удобным ввести понятие стандартного времени реверберации, под которым понимают время, в течение которого уровень звукового давления стандартного тона (f = 500 Гц) уменьшается на 60 дБа.

Полученное У. Сэбиным эмпирическим путем уравнение реверберации имеет вид

Т = 0,164 V / ∑(α_n · S_n),

т.е. при диффузном звуковом поле время реверберации пропорционально объему помещения V, м³, обратно пропорционально его суммарному звукопоглощению ∑α_nS_n.

Суммарное звукопоглощение – это сумма произведений коэффициентов звукопоглощения на соответствующую площадь отделочных материалов (или конструкций):

∑(α_n · S_n)= α₁ · S ₁ + α₂ · S₂ + … + α_n · S_n.

Пользование этой формулой дает достаточно точные результаты только в случаях, когда средний коэффициент звукопоглощения α _ср в помещении не превышает 0,25 и звукопоглощающие материалы равномерно распределяются по поверхностям помещения:

α _ср = ∑(α_n ·S_n) / ∑S_n.

В общем случае расчет времени реверберации помещения Т на данной частоте проводится по формуле Эйринга:

Т = 0,163 V / S_{общ ·} φ (α_ср),

где V – объем помещения, м³;

S_общ - общая площадь внутренних поверхностей помещения, м²;

φ (α_ср) = - ln (1- α_ср) – функция среднего коэффициента звукопоглощения, значения которых сведены в таблицу1.