Слайд 1ПРОЕКТИРОВАНИЕ АКУСТИКИ ЗРИТЕЛЬНЫХ ЗАЛОВ
Слайд 2 Теоретические основы акустического проектирования залов
Хорошая акустика как одно из основных
требований к зрительным
залам неразрывно связана с их архитектурой – формой,
размерами,
отделкой, заполнением и оборудованием.
Все современные залы по акустическому оборудованию можно
разделить на три группы:
- Залы с естественной акустикой
- Залы с естественной акустикой и системой звукоусиления
- Залы со звуковоспроизводящей аппаратурой (искусственной
акустика)
Слайд 3 Цели и средства архитектурной акустики
Цель архитектурной акустики - обеспечение архитектурно-строительными
средствами хорошей слышимости естественной речи и музыки, а также звуков,
воспроизводимых электроакустической
аппаратурой.
Слайд 4При проектировании залов к таким средствам относятся (см. рис.1,2,3):
размеры и
форма залов,
членение поверхностей стен и потолков различными объемными
элементами,
обработка ограждений материалами,
отражающими или поглощающими звук.
размещение в залах специальных звукопоглощающих и резонирующих конструкции, акустических диффузоров и т.д.
применение мебели с определенными звукопоглощающими характеристиками.
О процессе реверберации в залах. Одним из важнейших критериев, определяющих хорошую
слышимость в помещениях, является стандартное время реверберации.
Под реверберацией понимают процесс затухания звука после выключения
его источника. Пример графика процесса затухания звуковой энергии
приведен рис.4.
Слайд 7 За счет реверберации звук в помещении становится громче и
продолжительней, чем
в открытом пространстве.
Увеличение громкости играет положительную роль, так как
появляется возможность строить залы большой вместимости без применения специальных систем звукоусиления.
Увеличение продолжительности звучания в известной мере также играет положительную роль при исполнении мелодичной музыки, придавая ей новые оттенки, но может оказаться и вредным при звучании речи или ритмичной музыки, так как снижает разборчивость.
Для количественной оценки реверберации введено понятие
стандартного времени реверберации – Тс. Это время, за которое энергия звука уменьшается в 10 раз (что соответствует уменьшению уровня звукового давления на 60 дБ). Стандартное время реверберации может быть рассчитано по формуле У.Сэбина (1) или Эйринга(2):
Слайд 10 Формула Сэбина справедлива при среднем коэффициенте звукопоглощение не более 0,2.
При больших значениях следует пользоваться формулой Эйринга.
При этом учитывать
поглощение воздухом следует только на частотах выше 2000 гц.
Как видно из формулы (1), время реверберации помещения зависит от его объема и звукопоглощения поверхностей и находящихся в нем предметов. Поэтому оно может регулироваться архитектурно-строительными средствами. Опытным путем определены оптимальные значения времени реверберации для различных по назначению и объему залов.
Их можно определить по графику, приведенному в качестве примера на рис.6.
Слайд 11 О влиянии формы зала на акустику
Значительное влияние на качество звучания
оказывает соотношение
громкости сигнала, идущего от источника звука, и сигналов, полученных
в результате первых (ранних) отражений от внутренних поверхностей помещения. Так, если отраженный звук будет подходить к слушателю с запаздыванием по отношению к прямому сигналу на 100 милисекунд для продолжительных сигналов и 50 мсек - для коротких сигналов, то слушатель будет воспринимать отраженный сигнал как эхо. Чтобы этого не происходило, необходимо ограничить размеры зала или разместить на удаленных отражающих поверхностях эффективные поглотители звука.
Важной акустической характеристикой зала является степень диффузности звукового поля. Диффузность достигается формой зала, сочетанием звукопоглощающих и отражающих поверхностей, профилировкой (пластической обработкой) отражающих поверхностей.
Общая форма зала определяется на основе принципов геометрической акустики (см.рис.7).
Слайд 13 Геометрическая акустика использует представление, согласно которому звук распространяется от источника
к слушателю по прямой линии (лучу) и угол падения его
на какую-либо поверхность равен углу отражения.
-Если размеры поверхности или размеры ее членений близки к длине волны, - происходит рассеянное отражение звука.
-Если размеры членения значительно меньше длины волны, происходит направленное отражение от поверхности, как если бы она была гладкой.
-Вогнутая поверхность создает фокусирование звука. Такие поверхности стен или потолков бывают в залах круглой и овальной формы и при сводчатых потолках.
Во всех этих случаях вблизи центров кривизны вогнутых поверхностей сильно нарушается диффузность звукового поля, что приводит к значительному ухудшению качества звучания. Поэтому с акустической точки зрения использование вогнутых поверхностей нежелательно. Если этого избежать не удается, то следует учитывать недопустимость того, чтобы центры кривизны приходились на поле зрительских мест.
Слайд 14 Снизить отрицательный эффект вогнутых поверхностей можно их раскреповкой, размещением на
них различных декоративных деталей, рассеивающих звук, или звукопоглощающей обработкой.
При
этом следует учитывать, что выпуклые поверхности (колонны, пилястры, крупные лепные украшения, люстры) рассеивают звук, что повышает
диффузность звукового поля в помещении.
При проектировании формы зала следует избегать параллельности противоположных стен, пола и потолка. Это может привести к так
называемому порхающему эху - резонансному явлению, при котором в различных местах зала возникает неустойчивое во времени усиление громкости сигнала, как показано на рис.8.
Слайд 16 В залах большой вместимости и внутреннего объема обеспечение оптимального времени
реверберации достигается размещением значительного количества звукопоглощающей отделки и конструкций.
Наиболее подходящие
места размещения звукопоглощения - задняя стена и треть поверхности примыкающих к ней боковых стен и потолка, поскольку первые отражения от этих поверхностей использовать для усиления звука неэффективно. Эти отражения приходят с большим
запаздыванием по сравнению с прямым сигналом и приводят к снижению его разборчивости.
Стены и потолок вблизи сцены или эстрады должны хорошо отражать звук в глубину зала. Поэтому они обрабатываются плотными материалами. Их форма и ориентация относительно источника звука должны обеспечивать первые отражения, направленные к зрителям, наиболее
удаленным от сцены. Пример такого решения для концертного зала с эстрадой – акустической раковиной показан на рис.9.
Слайд 17 В аудиториях, конференц-залах, залах драматических театров основное значение имеет разборчивость
речи. Разборчивость оценивается артикуляцией, которая выражается в процентах правильно понятых
слов или слогов по отношению ко всем произнесенным.
Хорошие акустические качества залов могут быть достигнуты только при низких уровнях проникающих извне шумов. Для достижения этого должны быть приняты планировочные меры, заключающиеся в удалении
от зрительных залов всех помещений с повышенными источниками шума (системами кондиционирования воздуха, насосами, лифтами, оборудованием мастерских).
Слайд 18 Здания театров, студий желательно удалять не менее чем на 100
м от линий железных дорог, метрополитена, автомагистралей. Ограждающие конструкции залов
должны иметь повышенную степень звукоизоляции.
Слайд 19 Размеры залов с естественной акустикой, ограниченны возможностями человеческого голоса и
музыкальных инструментов и не могут превышать, как правило, 30 м
в длину.
При больших размерах зала необходимо применение электроакустических систем звукоусиления.
Простейшие системы звукоусиления малых залов состоят из микрофона, усилителя и динамических громкоговорителей, устанавливаемых в
передней части зала.
Такие системы практически не требуют каких-либо дополнительных
строительно-акустических мер по сравнению с залами с естественной акустикой. Примеры размещения звукоусилителей в залах приведены на
рис.10.
Слайд 20 Современное развитие электроники позволило создать ряд новых
систем с различными акустическими
возможностями. К их числу относятся многоканальные системы широкоформатных кинотеатров, позволяющие
по ходу действия на экране воспроизводить звук в разных
зонах зрительного зала;
-амбиофонические системы, изменяющие время реверберации и создающие эффект эха. Создаются звукорежиссерские пульты, объединяющие указанные системы и позволяющие менять тональную окраску звучания по ходу театрального действия или музыкального исполнения. В настоящее время такими пультами
оборудуются большие залы универсального назначения, телевизионные и радиостудии. Собственное время реверберации таких залов, достигаемое архитектурно-строительными средствами, должно составлять около 1, 8
сек. Такое время обеспечивает комфортные условия для находящихся в зале людей. Поглощающие материалы и конструкции в залах с электроакустическими системами должны быть распределены равномерно по всем поверхностям.
Слайд 21Практические рекомендации по проектированию
Исходными данными для выполнения работ являются назначение
и вместимость зала, указанные в индивидуальных заданиях.
1. Проектирование формы зала.
Расчет площади и рекомендуемые пропорции зрительного зала. Площадь зрительного зала определяется по вместимости и санитарной норме площади на 1 зрителя по формуле (4).
Слайд 23 Прямоугольная форма в плане с плоским горизонтальным потолком допустима только
для небольших лекционных залов вместимостью до 200 человек.
Во всех
других случаях зрительных залов оптимальной формой плана является трапециевидная с углом раскрытия 10 - 12°.
Площадь зрительного зала (включая балконы, ложи и ярусы) определяется в пределах ограждающих конструкций:
- для кинотеатров - включая эстраду,
-для клубов и театров - до передней границы эстрады (сцены, авансцены или барьера оркестровой ямы).
Максимальная длина залов L доп, должна составлять, м:
- в залах драматических театров, аудиториях , и конференц-залах 24 - 25;
- в театрах оперетты 28 - 29;
- в театрах оперы и балета 30 - 32;
- в концертных залах камерной музыки 20 - 22;
- в залах симфонической музыки, хоровых и органных концертов 42 - 46;
- в многоцелевых залах вместимостью более 1000 мест 30 - 34;
- в концертных залах современной эстрадной музыки 48 – 50.
Предельное удаление зрителей по оси зала от киноэкрана - 45 м. Ширина оркестровой ямы:
- в театрах музыкально-драматических – 3-4 м
- в театрах музыкальной комедии – 4,5 м
- в театрах оперы и балета до 6 м
Слайд 25 Размещение зрительских мест и эвакуационных проходов
Размещение зрительских мест в зале
диктуются условиями:
– обеспечения видимости и зрительного восприятия расчетных точек;
– типом
и размерами кресел;
– условиями загрузки зрительских мест и правилами эвакуации из зала.
Требования эвакуации определяют размеры и положения эвакуационных проходов в зале. Ширина эвакуационных проходов рассчитывается по норме 0,6 м на каждые 100 зрителей, пользующихся проходом при эвакуации. При этом ширина каждого прохода должна быть не менее 1,2 м. Проходы должны обеспечивать минимальное время эвакуации из зала.
Размещение зрительских кресел в рядах должно соответствовать правилам, приведенным в таблице 2.
Слайд 28Предельные горизонтальные углы размещения зрителей рис. 12.
Слайд 29 -для театров – по 15 градусов от оси зала
-для
кинотеатров – по 45 градусов от оси зала.
Расстояние А -
от красной линии до первого зрителя принимается:
-при наличии оркестровой ямы не менее 4,5 м
-без оркестровой ямы – 2,5 м.
пространство за киноэкраном принимается от 0,9 до 1,5 м и зависит от типа экрана.
Вычисление требуемого объема зала
Воздушный объем зала определяется с учетом двух условий:
-Санитарных норм
-Акустических требований по формуле (3)
Слайд 30Построение профиля пола в зале
До построения профиля пола необходимо разместить
зрительские места в зале. Профиль пола строится на продольном разрезе
зала. Целью построения является создание превышения сзади сидящих зрителей над передними для обеспечения беспрепятственной видимости расчетных
точек на сцене или эстраде.
Для построения профиля пола нужно определить:
-положение расчетной точки видимости (р.т.в). Она принимается:
- в кинотеатрах - в центре нижней кромки киноэкрана,
- в лекционных залах – в центре нижней кромки аудиторной доски или проекционного экрана,
- в остальных залах – на уровне пола сцены или эстрады на красной линии.
Красная линия сцены проходит по передней грани портала сцены.
Красная линия эстрады - на 1 м от переднего края эстрады.
-положение головы зрителя, сидящего в 1 ряду по оси зала принимается на высоте 1,2 м от уровня пола.
-значение допустимого превышения луча зрения зрителя над головой впереди сидящего принимается равным 0,12 м. Допускается в театрах при шахматном расположении кресел принимать превышение 0,06 м.
Слайд 31 Профиль пола может быть построен в виде кривой наименьшего подъема
или ломаной линии по участкам.
Для построения кривой наименьшего подъема, как
показано на рис.13 откладывают превышение над головой первого зрителя (0,12 или 0,06 м) и полученную точку соединяют с расчетной точкой видимости. Эту линию продолжают до пересечения с положением спинки кресла сзади сидящего зрителя.
Слайд 32 Для построения ломаной линии профиля пола разбивают все ряды по
оси зала на несколько участков (рис.14). Количество рядов в каждом
последующем от сцены участке должно быть больше предыдущего. Над
головой первого на участке зрителя откладывают превышение равное произведению нормы превышения (0,12 или 0,06 м) на количество рядов на участке. Через полученную точку и расчетную точку видимости проводят линию до пересечения с последним рядом участка. Положение головы остальных зрителей на участке находится на линии, соединяющей головы первого и последнего зрителей на данном участке. Параллельная
ей линия, проведенная на 1,2 м ниже – искомый профиль пола на участке.
Слайд 33 Построение балконов и галерей
В залах вместимостью более 600 мест целесообразно
устраивать балконы и галереи. Это позволяет:
- уменьшить длину зала,
- улучшает
условия видимости и слышимости для удаленных зрителей,
- расчленяет пространство зала, способствуя создания диффузного звукового поля.
Слайд 34 При проектировании балконов следует учитывать следующие правила
(см.рис.15):
-Вынос балкона не должен
превышать 1,5 средней высоты пазухи под балконом
-Глубина балкона не должна
превышать более чем в 2 раза среднюю
высоту пазухи над балконом.
-профиль пола балкона строится также как в партере.
-Глубина ложи не более полторы ее высоты.
-Минимальная высота пазухи под балконом 3,5 м.
-От потолка до головы последнего зрителя на балконе не менее 2,1 м.
Слайд 35Построение профиля потолка
Цель построения – оптимальное распределение по залу звуковой
энергии, отраженной от потолка и направленной к зрителям, так называемых
первых ранних отражений.
Для определения пути, проходимого отраженным звуком используют графический метод фокальных точек, показанный на рис.16.
Слайд 36 Процесс построения потолка заключается в нахождении такого положения отдельных его
участков, при котором:
-отраженная энергия распределяется в речевых залах на всех
зрителей, а в музыкальных на сидящих далее 8 м от красной линиисцены или эстрады;
-чем дальше сидят зрители, тем большее количество отражений от разных участков они получают (рис.17);
-смежные зоны отражений от участков потолка перекрываются, как показано на рис.18;
-создается оптимальная структура ранних отражений (см. рис. 19).
Слайд 39 Поскольку путь, который проходит от источника до зрителя отраженный звук
больше прямого, происходит отставание – запаздывание во времени отраженной энергии.
Это запаздывание не должно превышать
допустимых значений:
0,05 сек – для речевых залов,
0,1 сек – для музыкальных.
При скорости распространения звуковой энергии в зале равной 340 м/сек, допустимые значения разницы путей прямого и отраженного звука в метрах составят:
17 м – для речевых залов,
34 м – для музыкальных.
При проектировании потолка необходимо выдерживать такую высоту зала, при которой обеспечивается рассчитанный ранее объем.
Расчетное положение источников звука принимают:
В кинозалах в соответствии с положением динамиков электро акустической системы;
В театральных, концертных, универсальных залах на красной линии сцены или эстрады на высоте 1,5 м от пола сцены (эстрады).
Переднюю часть зала часто используют для создания «акустической раковины».
Слайд 40Проверка применимости геометрической акустики
Законы геометрической акустики применимы при следующих условиях:
Слайд 41Звуковое поле в помещении диффузно;
-Наименьшая сторона участка отражающей поверхности (экрана,
ограждения) не менее чем в 1,5 раза превышает длину отражаемой
звуковой волны (см. рис 20);
-Отклонение в значениях уровня звука в точке приема М от строго геометрического не превышает 5 дб. Эта величина вычисляется по формуле (5).
Слайд 42 Вычисляются запаздывание в секундах по формуле (6),
Вычисляется ожидаемое снижение уровня
звука в отраженной волне по формуле (5).
На графике по горизонтальной
оси откладывается запаздывание в секундах, по вертикали уровни звукового давления с учетом снижения уровня звука в дБ.
Слайд 44Проектирование отделки
Определение границ зон ранних отражений на потолке. Границы зон
поверхностей, дающих первые (ранние) отражения определяются графически по законам геометрической
акустики. Построения начинают с отыскания проекций фокальных точек. Каждый участок потолка будет иметь свою фокальную точку и проекции этой точки на плане и разрезе, как показано на рис.22.
Слайд 45Порядок построения следующий:
-На разрезе из источника S проводят перпендикуляр к
линии участка потолка и на продолжении на расстоянии равным длине
отрезка от источника до потолка находят фокальную точку F;
-На плане проекция этой точки лежит на пересечении вертикали из фокуса - т.F и горизонтали из источника - т. S;
-Проводят лучи из фокальных точек к крайним зрителям в зале М1, М2,М3, М4. Там, где эти лучи на разрезе пересекаются с потолком находятся крайние точки зоны отражения (тт.1, 2, 3, 4).
-На пересечении перпендикуляров из этих точек с горизонтальными проекциями лучей FM1, FM2, FM3, FM4 находятся углы зоны ранних отражений на потолке.
-С учетом возможных явлений дифракции (огибания звуковыми волнами краев участков), полученную зону расширяют во все стороны на величину 0,5 м.
Слайд 46 Зоны ранних отражений на боковых стенах
Зоны ранних отражений на стенах
определяют тем же способом, но в ином порядке:
-начинают построения с
определения фокальных точек на плане (см.рис.23).
Вертикальная проекция фокальной точки находится на пересечение вертикали из т.F и горизонтали из проекции источника на разрезе.
Обычно это 1,5 м от пола сцены или эстрады.
Горизонтальные проекции фокальных точек соединяют с крайними зрителями на плане зала и на пересечении со стеной получают тт.1, 2,3, 4;
Проводят на разрезе лучи из фокуса к крайним зрителям;
На пресечении вертикалей из тт.1,2,3,4 с лучами на разрезе находят крайние точки зоны ранних отражений
Полученную на разрезе зону расширяют во все стороны на 0,5 м
Слайд 47 Выбор зон и подбор материалов акустической отделки зала
При проектировании отделки
зала необходимо учитывать три важных требования для создания хорошей акустики:
Использовать
полезные ранние направленные отражения для усиления звука
Создать диффузное (равномерное) звуковое поле в зале
Обеспечить оптимальную продолжительность процесса реверберации
В соответствии с этими задачами в зале должны быть поверхности:
1. выполненные в виде плоских хорошо отражающих звук участков, отделанных материалами с очень малым коэффициентом звукопоглощения.
2. хорошо отражающие звук в разные стороны (рассеяно, диффузно), для этого они должны быть не плоскими, а профилированными, объемными или как говорят пластически обработанными
3. выполненные из материалов и конструкций хорошо поглощающих звук в широком диапазоне частот.
Границы зон раннего отражения определены в предыдущем разделе.
Зоны эффективного звукопоглощения располагают на задней стене в углах примыкания стен и потолков – для устранения двойных отражений
Зоны диффузного отражения занимают остальную часть поверхностей.
Слайд 48Расчет эквивалентной площади звукопоглощения в зале
Главным количественным критерием при подборе
материалов отделки является время реверберации в зале. В общем случае,
в соответствии с формулой Сэбина (7) в двух помещениях с равным объемом время реверберации зависит только от звукопоглощения в зале Аобщ.
Слайд 49Эту характеристику называют эквивалентной площадью звукопоглощения (ЭПЗ), так как она
учитывает не только площади ограждений (стен, потолка, пола и т.д.)
и заполнения зала (кресла, зрители, оборудование) но и их звукопоглощающие свойства. Ее вычисляют по формуле (8)
Здесь:
- Апост. = Ac – суммарное звукопоглощение поверхностями в зале,
вычисляемое по формуле (9) используя данные по акустическим свойствам
материалов в приложении 1;
- Апер. = An – звукопоглощение креслами и зрителями вычисляют по
формуле (10) и данным таблицы 3;
- Адоб.= Ad – неучтенное звукопоглощение за счет утечек звука через
неплотности в ограждениях, поглощение оборудованием, осветительной
арматурой и т.д. Вычисляется по формуле (11) и данным приложения 1.
Слайд 51 Из формулы Сэбина видно, что время реверберации тем больше, чем
меньше звукопоглощение (гулкий зал), и наоборот, чем больше звукопоглощение, тем
время реверберации меньше (глухой зал).
Задача проектировщика подобрать такую отделку интерьера, при которой звукопоглощение обеспечить оптимальное время реверберации в зале. Рекомендуемые значения оптимального времени реверберации Топт.
в залах различного назначения и объема определяются по графику на
рис.20.
Слайд 52Алгоритм подбора отделки можно представить блок-схемой где Тр, Топт. –
соответственно расчетное и оптимальное время реверберации.
Слайд 53Вычисление звукопоглощения Аобщ. удобно проводить в табличной
форме, как показано на
рис 22.
Слайд 54Вычисление времени реверберации в зале
Время реверберации обычно вычисляют на низких
(125 гц,) средних
(500 гц.) и высоких (2000гц.) частотах. Расчет производится
по формуле
Эйринга (12), более точно определяющей Тст. при значениях среднего
коэффициента звукопоглощения больших 0,2. Расчет делают при полном
заполнении зала зрителями и для случая заполнения 75% мест.
Слайд 56 Поглощение звука воздухом учитывают только на высоких частотах. При этом
значение коэффициента n принимают из приложения
1.Вычисленные значения стандартного времени
реверберации сравнивают с оптимальными для данного зала.
Для сравнения строится график оптимальных значений времени реверберации с учетом допустимых 10%-ых отклонений. При этом принимают оптимальные значения для 2000 гц и 500 гц равными.
Оптимальное время реверберации для 500 гц можно определять по графикам рис.20. Значения для 125 гц. принимают на 15 - 20% выше по сравнению с 500 гц. Пример графика оптимальных значений времени реверберации в зале приведен на рис. 23.
Слайд 57 Расчетные значения времени реверберации в зале должны соответствовать рекомендуемой зоне
оптимальных значений.
Подбор параметров пластической обработки поверхностей в зале
Для формирования диффузного
звукового поля необходимо, чтобы
значительная часть внутренних поверхностей ограждений в зале создавала рассеянное, ненаправленное отражение звуковых волн. Это достигается расчленением поверхностей балконами, галереями, пилястрами, нишами и прочими элементами. Характер расчленений должен соответствовать основному диапазону звуковых частот в зале, характерному для данного типа зала (см. таблицу 4). Это связано с тем, что хорошо рассеиваются звуковые волны, длина которых соответствует размерам членений.
Слайд 59 Так, например, эффективное рассеивание в области частот 200-600 гц дают
пилястры шириной 1-2 м, глубиной 0.5-1 м при шаге 2-4
м.
Если поверхность этих пилястр подвергнуть дальнейшему расчленению, то может быть достигнуто рассеивание в широком диапазоне частот.
Рекомендуемые параметры пластической обработки поверхностей в залах приведены на рис. 24.
