Акустика, архітектура і проектування, довідник
Закони відбивання пучка променів. Конструктивне рішення. Закони сприятливого часу реверберації в приміщеннях при їх повному заповненні. Акустичні плити. Визначення часу реверберації. Поглинання звуку. Звукопоглинальні матеріали: пористі матеріали, перфоровані плити, спеціальні акустичні плити, тонкі плити-мембрани, резонатори. Потужність джерела звуку. Дифузне звукове поле. Тембр звуку. Величина коефіцієнта звукопоглинання деяких поширених матеріалів. Допустимий рівень гучності шумів в приміщеннях різного призначення (по Дюрхаммеру). Верхня межа допустимої гучності шуму сісмтем кондиціонування і вентиляції за Беранек. Мінімальна стисливість ізоляційних матеріалів для захисту від шуму (по Тінхаузу).
Хороша чутність - одне з найважливіших вимог, яким повинні задовольняти приміщення для зборів, концертів і т.д. Ця вимога можна вважати виконаним, якщо в будь-якій точці приміщення сприймається без спотворення звук, що виник в іншій точці (без відлуння і зі сприятливою тривалістю реверберації).
Чутність залежить від: 1) форми приміщення; 2) його розмірів; 3) конструктивного рішення; 4) розміщення джерела звуку; 5) часу реверберації.
1. Форма приміщення. Сприятлива прямокутна або трапецієвидна форма плану. В останньому випадку напрямок звуку має збігатися з висотою трапеції (рис. 5).
Незадовільні в акустичному відношенні приміщення квадратної, круглої і овальної форми в плані, покриття у вигляді вигнутих поверхонь великого розміру (купола, циліндричні склепіння і т.п. концентрують відбиті звукові хвилі), що екранують поверхні (яруси з великим виносом, глибокі ніші і т. п. рис. 2, 3).
Сприятливі для чутності піднімаються від сцени ряди місць, членування поверхонь стін і стель (якщо це не створює екранування розміщених під ними місць і не поглинає звукових коливань високої частоти-обертонів).
2. Розміри приміщень. Межа чутності звичайній мові по її напрямку знаходиться між 20 і 30 м, в сторони - 13 м, в зворотному напрямку - 10 м.
Граничні обсяги приміщень без залучення технічних засобів посилення звуку (гучномовців, відбивачів і т.п.): для драматичних вистав - до 18000 м3, для музичних заходів - до 30000 м3. Висота приміщень бажана не більше 8 м. Відношення висоти приміщень до їх довжині і ширині бажано приймати 2. 3. 5 і 1. 3 √2. 3√4, а також по співвідношенням, близьким до золотого перетину, наприклад 3. 5. 8.
3. Конструктивне рішення. Масивні стелі і стіни, як правило, менш сприятливі в акустичному відношенні, ніж резонують облицювання на віднесенні (з дерева або штучних плит). При влаштуванні систем опалення та вентиляції слід уникати висхідних струмів теплого повітря на шляху звуку від джерела до слухачів.
Для задніх стін залу для глядачів, в покриттях куполів, бар'єрів ярусів лож слід застосовувати звукопоглинаючі матеріали (див. Табл. 1).
Розміщення додаткових місць в проходах і підйом рядів від сцени сприятливо впливають на акустику залу. Перевищення рядів з місцями для глядачів на 8 см (за французькими нормам) забезпечує кожному глядачеві хорошу чутність (рис. 4).
4. Розміщення джерела звуку. Джерело звуку слід по можливості розміщувати у жорсткій в акустичному відношенні стіни; при великій висоті приміщення рекомендується влаштовувати акустичний козирок.
Кілька джерел звуку слід зосереджувати в одному місці; гучномовці для відтворення мови розміщують в приміщеннях не далі 34 м, для музики - не далі за 24 м від джерела звуку.
5. Час реверберації. Явище реверберації виникає при відображенні звуків огороджувальними поверхнями приміщень. Слухач сприймає це явище як загасання звуків.
Явище, при якому відбитий звук сприймається в часі окремо від прямого звуку (коли довжина шляху відбитого звуку ≥ 34 - 24 м), називається луна. Отже, зі збільшенням розмірів приміщень час реверберації зростає.
Наявність відлуння є недоліком акустики приміщень, але реверберація при певній тривалості навіть бажана.
Час реверберації можна регулювати шляхом зміни розмірів приміщення і застосування звукопоглинальних матеріалів (п. 2). Для кожного приміщення існує оптимальний час реверберації, яке залежить від обсягу і призначення приміщення (мова або музика).
Час реверберації визначають за формулою Целлераt = V / 6A. де V - об'єм залу, м3; А - сумарна поверхня звукопоглинання залу, м2.
Поверхня звукопоглинання А визначається як сума складових αF. де α - коефіцієнт звукопоглинання; F - площа відповідної ділянки; А = ΣdF, підрахованих для всіх внутрішніх поверхонь приміщення.
Поглинання звуку. Звукові хвилі, зустрічаючи на своєму шляху стіни або інші предмети, частково ними відображаються (причому кут падіння дорівнює куту відбиття), частково поглинаються (з перетворенням звукової енергії в теплову) і частково проникають крізь перешкоду (рис. 2).
Для розрахунку звукопоглинання користуються коефіцієнтами, що мають певне значення для різних матеріалів.
Як звукопоглинальних матеріалів можуть служити.
пористі матеріали. звуковбирна здатність яких підвищується зі збільшенням частоти звучання (рис. 3). Для поглинання звуків низької частоти слід застосовувати пухкі волокнисті матеріали, укладаючи їх шарами досить великої товщини (100 мм). Жорсткі волокнисті плити мають низьку звукопоглинаючою здатністю, а при товщині понад 10 мм взагалі не впливають. Включення повітряних прошарків шляхом, наприклад, кріплення пористих матеріалів по латах підвищує їх ефективність. При їх фарбування не слід застосовувати барвники, що створюють щільний шар;
перфоровані плити (рис. 4). Найбільш ефективні плити з отворами діаметром 4 мм і відстанню між ними 10 мм (площа отворів 13%). Застосовують деревоволокнисті плити товщиною 3 - 5 мм, а також гіпсові плити; для стель і при променистому опаленні використовують перфоровані металеві листи;
спеціальні акустичні плити. Крім дірчастих плит (4410 отворів на 1м2) застосовують плити з борознами ( «акуст-Целотекс»), а останнім часом суцільні азбестові, мінераловатні і стекловатниє плити (рис. 5, 6);
тонкі плити-мембрани. які вільно кріпляться до стіни на віднесенні; під дією звукових хвиль вони приходять в коливальний рух і поглинають звук, Частота власних коливань таких мембран залежить від їх маси, способу кріплення, матеріалу і товщини повітряного прошарку між мембраною і стіною (рис. 7);
резонатори в приміщеннях спеціального призначення (радіостудії і т. п.), наприклад цільові резонатори із застосуванням декоративної обробки кромок (рис. 8, 9).
Тембр звуку. Щоб уникнути спотворення тембру звучання необхідно ретельно підбирати матеріали для оздоблення приміщень. Пористі матеріали поглинають більшою мірою звуки високих частот, щільні матеріали-звуки низьких частот.
1. Закони сприятливого часу реверберації в приміщеннях при їх повному заповненні (по Тінхаузу).
2. Проходження звукової енергії через стіну.
3. Пориста облицювання стіни;
4. Пориста облицювання з перфорованим покриттям.
5. Акустична плита з круглими отворами;
6. Акустична плита з борознами.
Відображені стінами звукові хвилі повинні створювати дифузне звукове поле, тому треба уникати паралельних площин. Необхідно передбачати членування площин і надавати їм злами, лінійні розміри яких повинні бути порядку 1 м.
До проектування великих споруд з залами і павільйонами слід обов'язково залучати фахівців-акустиків.
1. Аудиторія в Кембриджі, штат Массачусетс, США. Архітектор Саарінен: розріз і план на рівні верхнього і нижнього залу.
Таблиця 1. Величина коефіцієнта звукопоглинання α деяких поширених матеріалів. За «Довідником по будівельним матеріалам» і даними проф. Е. Михеля: