Акустическое проектирование зала

АКУСТИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗАЛА

 

 

Методические указания

к курсовой работе для студентов архитектурных

специальностей

 

 

Санкт-Петербург

2007

УДК

    Акустическое проектирование зала: Методические указания к курсовой работе по архитектурной физике для студентов специальности архитектура/СПбГАСУ; Сост.: Т.А. Дацюк, Е.С.Вознесенская, Ю.Н.Леонтьева.– СПб., 2007.– с.

 

    Данные методические указания содержат необходимые пояснения к выполнению курсовой работы, заключающейся в проектировании зрительного зала с «естественной» акустикой. Изложены основные общие принципы акустического проектирования залов, а также особенности залов различного назначения. Приведены рекомендации по проведению компьютерного расчета времени реверберации проектируемого зала. Содержание и объем работы отвечают учебной программе по курсу архитектурной физики.

 

    Табл.  7. Ил. 26.

АКУСТИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗАЛА

 

Составители: Дацюк Тамара Александровна

                     Вознесенская Елена Сергеевна,

               Леонтьева Юлия Николаевна

 

 

Редактор А. В. Афанасьева

Корректор К. И. Бойкова

Компьютерная верстка И. А. Яблоковой

 

 

Подписано к печати 26.01.2007. Формат 60х84 1/16. Бум. Офсетная.

Усл. печ. л.. Уч.-изд. л.. Тираж 1000. Заказ. «С».

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет.

190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 4.

Отпечатано на ризографе. 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 5.

Введение

В настоящее время практически все большие залы оборудуют системой звукоусиления, но для ряда залов предъявляются требования обеспечения оптимальных акустических условий без средств звукоусиления. К залам с естественной акустикой относятся лекционные, театральные и концертные залы, залы многоцелевого назначения вместимостью до 3000 человек.

Для обеспечения хорошей акустики залов необходимо выполнить следующие рекомендации:

– время реверберации проектируемого помещения должно отличаться от рекомендуемого не более чем на 10 %;

– на зрительских местах необходимо обеспечить максимально возможный уровень звукового давления полезного звука;

– выбрать форму и очертание внутренних поверхностей, обеспечивающих как формирование ранних малозапаздывающих звуковых отражений, так и необходимую степень диффузности звукового поля;

– предотвратить концентрацию звука, которая может возникнуть при наличии вогнутых поверхностей малого радиуса, а также избежать других акустических дефектов.

Нужного соотношения в распределении прямой и отраженной звуковой энергии, а также создания диффузного звукового поля добиваются путем правильного выбора:

– объема зала и его вместимости;

– взаимного размещения сцены и зрительных мест;

– профиля и места расположения отражающих поверхностей и отдельных архитектурных элементов;

– количества, свойств и размещения звукопоглощающего материала. 

 

Профиль пола.

Пол партера и балкона должен иметь профиль, обеспечивающий хорошую видимость эстрады или сцены, что уменьшает поглощение прямого звука при распространении его от источника над слушателями (рис. 2). Целесообразно предусмотреть подъем пола зала, составляющий приблизительно 12 см на ряд. Ряды, расположенные на расстоянии менее 9–10 м от источника звука не требуют подъема. Пол балкона может проектироваться с несколько большим подъемом .

Высота эстрады или авансцены должна быть не менее 1 м.

При проектировании размещения зрительских мест и профиля пола рекомендуется воспользоваться следующими данными: ширина зрительского места – 0,5–0,65 м, расстояние между рядами (между спинками кресел) в коротких рядах, состоящих из 12 мест с одним выходом или 24 мест с двумя выходами – 0,85–0,9 м; в длинных рядах, состоящих из 26 мест с одним выходом или 50 мест с двумя выходами – 1,0 м, расстояние от авансцены или от оркестровой ямы до первого ряда – 1,0 м.

Рис. 2. Профиль пола,

обеспечивающий каждое зрительское место прямым звуком.

 

На рис. 3 показан схематический разрез оркестровой ямы в театральном зале.

 

Рис. 3. Разрез оркестровой ямы.

 

 

Лекционные залы

Основным критерием оценки акустических свойств служит разборчивость речи, которая непосредственно связана с малым временем запаздывания первых отражений (не более 0,02 с). Время реверберации существенно меньше, чем для залов другого назначения.

Объем зала принимается возможно меньшим, слушатели располагаются вблизи лекционного стола, места соответственно приподнимаются. В больших аудиториях или конференц-залах места для слушателей целесообразно располагать в виде амфитеатра, что улучшает как видимость, так и разборчивость речи. Целесообразно устройство отражателей над эстрадой и на участках боковых стен, примыкающих к эстраде.

Вместимость лекционного зала обычно не превышает 400 мест, а длина – 20 м. Если же помещение должно вмещать 500 человек и более необходимо ввести балкон, чтобы слушателей приблизить к лектору.

Рекомендуемые формы лекционного зала показаны на рис. 19 и 20.

 

Рис. 19. Рекомендуемая форма лекционного зала.

 

 

 

Рис. 20. Целесообразная форма потолка

при значительной длине лекционного зала.

 

Залы драматических театров

Как и в лекционных залах прежде всего должна быть обеспечена четкость и разборчивость речи. Но в отличие от лекционных залов источники звука (актеры) располагаются в пространстве сцены, оборудованной мягкими декорациями и связанной с залом сравнительно небольшим сценическим проемом. Поэтому большая доля звуковой энергии теряется в сценической коробке. При этом из-за направленности человеческого голоса доля энергии, излучаемой в зал, становится еще меньше, когда актер отворачивается от зала. В то же время актеры обладают по сравнению с лекторами более сильными и хорошо поставленными голосами, а уровень шума в зале театра обычно ниже, чем в лекционном помещении. Последние два фактора позволяют делать залы театров значительно больших размеров, чем лекционные.

Основные рекомендуемые размеры зала: длина 26–30 м (с балконом), наибольшее расстояние от последнего ряда до плоскости портала 27 м, ширина вблизи сцены не более 20 м, высота до 10 м. Максимальная вместимость зала составляет 1200 слушателей. В качестве максимального объема зала, соответствующего максимальной вместимости рекомендуется 6000 м³.

Поверхность потолка над порталом и припортальные поверхности боковых стен следует делать выпуклыми с тем, чтобы слушательские места обеспечивались первыми отражениями при расположении источника как на авансцене, так и в глубине сцены (см. рис. 7 и 11). Более удаленные от портала участки боковых стен целесообразно скашивать (секторная форма в плане) с углом раскрытия до 10^о.

В залах овальной формы при наличии ярусов акустические условия благоприятны из-за хорошего рассеивания звука.

Существенное значение имеет оборудование сцены. Увеличение количества мягких кулис и декораций может несколько уменьшить время реверберации зала. Использование же фанерных декораций увеличивает время реверберации зала. Кроме того, фанерные декорации могут направить в зал полезные звуковые отражения.

Залы театров оперы и балета

В зале оперного театра необходимо обеспечить как хорошее звучание музыки, так и хорошую разборчивость пения и речитатива.

Время реверберации должно быть на 20–25 % больше, чем в драматических театрах. Рекомендуется, чтобы время реверберации на частоте 125 Гц увеличивалось на 20 % по сравнению со временем реверберации на частоте 500 Гц. Большее значение приобретает необходимость получения высокой степени диффузности звукового поля.

Характерная форма многих залов – овальная с использованием многоярусной системы для обеспечения минимального удаления последнего ряда от сцены и создания диффузного поля.

Требования к структуре звуковых отражений не столь однозначны, как в залах для речевых программ. Увеличение интенсивности прямого звука и малозапаздывающих отражений, приводящее к большой ясности звучания, является положительным фактором для разборчивости речи. В случае слишком большой ясности звучания снижается пространственное впечатление при восприятии музыки. В свою очередь рост пространственного впечатления, связанный с несколько большим временем запаздывания отражений и с большим временем реверберации, может вызвать некоторую потерю ясности звучания.

Повышение ясности звучания при одновременном увеличении пространственного впечатления можно добиться путем увеличения энергии отражений от боковых стен (рис. 21). Запаздывание этих отражений должно находится в диапазоне 0,025–0,08 с.

 

 

Рис. 21. Благоприятные очертания боковых стен оперного театра.

 

Примыкающие к порталу части потолка и стен часто делают в виде выпуклых звукоотражателей. При этом необходимо обеспечить правильный баланс между звучанием голоса певца со сцены и звучанием оркестра, расположенного в оркестровой яме. Оркестр акустическая мощность которого существенно превосходит мощность человеческого голоса не должен «подавлять» певца. Необходимо создать условия взаимной слышимости музыкантов, а также музыкантов и певцов. Успешное решение этих задач связано с правильным выбором форм припортальной зоны зала. На рис. 22 показан удачный вариант козырька над порталом.

По аналогичным соображениям боковые припортальные стенки не должны сильно раскрываться в сторону зала. Желательно, чтобы их направление в плане было близким к продольной оси зала (см. рис. 21). Такая ориентация боковых стенок позволяет также увеличить долю поступающих к слушателям боковых отражений.

 

 

Рис. 22. Благоприятная форма звукоотражающего козырька над порталом.

 

Созданию оптимального баланса между певцами и оркестром способствует также частичное перекрытие оркестровой ямы навесом со стороны сцены (см. рис. 3). Навес позволяет «приглушить» расположенные под ним громкие инструменты оркестра и способствует взаимной слышимости музыкантов.

Некоторые рекомендуемые характеристики зала: наибольшее расстояние от последнего ряда до плоскости портала 35 м, высота в пределах 10 м. Максимальная вместимость зала составляет 1500–1700 слушателей. Максимальный объем зала, соответствующего максимальной вместимости, составляет 10000 –12000 м³.

 

Концертные залы

Концертные залы отличаются от залов оперных театров наличием эстрады вместо сцены, что позволяет расположить отражающие звук поверхности в эстрадной части зала.

Оптимальное время реверберации зала помимо объема зависит от вида исполняемой музыки. Самое большое время реверберации требуется для органной музыки, несколько меньшее – для симфонической, и сравнительно небольшое – для камерной. Как и в случае оперного театра рекомендуется, чтобы время реверберации на частоте 125 Гц увеличивалось на 20 % по сравнению со временем реверберации на частоте 500 Гц. Одним из основных условий получения хороших акустических условий является обеспечение высокой степени диффузности звукового поля.

В качестве верхних пределов вместимости и объема залов камерной музыки рекомендуются соответственно 400 мест и 3000 м³. Максимальная длина зала камерной музыки – 20 м.

Минимальные размеры зала, при которых симфонический оркестр звучит достаточно хорошо, составляют: высота 9 м, длина 30 м, ширина 16 м при размерах эстрады: глубина 10 м. ширина 16 м. Минимальный объем концертного зала симфонической музыки составляет 5000 м³. В таком зале может быть размещено 400–600 мест в партере. А при наличии балкона – 600–750 мест.

Максимальные размеры концертного зала могут быть значительно большими, чем в случае оперного театра. Наибольшая удаленность зрителя от эстрады не должна превышать 45–50 м, а в партере – 40 м, максимальная длина зала симфонической музыки не должна превышать 45 м, ширина 30–40 м, высота в среднем до 15 м. Максимальная вместимость зала составляет 1500–2000 слушателей. Максимальный объем зала, соответствующего максимальной вместимости, составляет 12000 –20000 м³. Для регулирования времени реверберации в залы вносят дополнительное звукопоглощение. Часто используются очень мягкие кресла и сплошное ковровое покрытие.

Ширина эстрады для оркестра не должна превышать 18 м, а ее глубина и высота потолка над ней – 12 м. Минимальная удаленность слушателей от оркестра, расположенного на эстраде, составляет 6,5 м.

Характерная форма современного концертного зала показана на рис. 23.

Значительная ширина зала приводит к слишком большому запаздыванию боковых отражений и к их ослаблению. Если при этом зал имеет сильно расходящиеся стены, то боковые отражения поступают к слушателям по направлениям, близким к направлению прихода прямого звука. В результате ослабевает пространственный эффект, очень важный для восприятия музыки. Для увеличения доли боковой энергии, поступающей к слушателям, можно получить дополнительные боковые отражения, разместив слушателей отдельными зонами на разных уровнях с таким расчетом, чтобы между этими зонами образовывались вертикальные звукоотражающие стенки (рис. 24). В зале, имеющем трапециевидную форму плана, увеличения боковой энергии можно добиться путем разбивки боковых стен на секции, размеры которых позволяют получить направленные (геометрические) отражения (рис. 25).

Важной частью зала является зона расположения оркестра, включающая эстраду и окружающие ее поверхности стен и потолка. Отражения от этих поверхностей должны поступать не только к слушателям, но и к музыкантам, улучшая условия взаимной слышимости.

 

 

Рис. 23. Типичная форма современного концертного зала.

 

 

 

Рис. 24. Пример размещения зрительских мест

отдельными зонами на разных уровнях.

 

Рис. 25. Распределение первых отражений

от боковых стен зала трапециевидной формы:

а – гладкие боковые стены; б– боковые стены, расчлененные на секции

 

Порядок выполнения работы

 

    Исходные данные: назначение зала и его вместимость.

    Проектирование формы зала, оценка распределения первых отражений и подготовка исходных данных для компьютерного расчета времени реверберации зала

1. Определить объем зала по заданной вместимости.

2. Определить характерные размеры зала.

3. Учитывая назначение и вместимость зала выбрать размеры сцены (эстрады), оркестровой ямы и балконов (при их наличии).

4. Подобрать приблизительные очертания внутренних поверхностей зала (профили потолка, стен, пола, балкона), вычертить план и разрез зала в масштабе 1:100 или 1:200.

5. Разместить зрительские места.

6. Путем построения лучевых эскизов уточнить очертания внутренних поверхностей.

7. Выбрать 5 расчетных точек для определения времени запаздывания и ослабления первых отражений по отношению к прямому звуку. Точки выбираются на оси зала. Первая точка выбирается на расстоянии 8 м от источника звука, последняя на последнем ряду партера или балкона.

8. На разрезе и плане для каждой расчетной точки, используя метод мнимого источника, построить геометрические отражения, измерить расстояния, пройденные прямым и отраженным звуком, и заполнить таблицу. По этим данным расчет времени запаздывания и ослабления геометрических отражений для выбранных точек выполняется на компьютере с использованием программы ACUST.

9. Уточнить объем зала и площади внутренних поверхностей, вычислить перечисленные ниже величины и выписать полученные исходные данные для компьютерного расчета времени реверберации зала в следующем виде:

Тип зала

Вместимость зала, чел.

Площадь потолка, м²

Площадь пола, м²

Суммарная площадь четырех стен, м²

Суммарная площадь внутренних поверхностей, м²

Суммарный внутренний объем, м³

Площадь пола, не занятого зрителями, м²

Площадь проема сцены (для залов со сценической коробкой), м²

Площадь занавеса, м² (если есть)

Площадь оркестровой ямы, м² (если есть)

Площадь остекления, м² (если есть)

Площадь вентиляционных решеток, м² (принять в зависимости от вместимости зала)

    Расчет времени реверберации

    Расчет выполняется на компьютере с использованием программы ACUST. Расчет времени реверберации проводится для пустого зала и для зала, заполненного на 70 %. Время реверберации зала рассчитывается для шести частот: 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 Гц. Значения оптимального (рекомендуемого) времени реверберации для залов различного назначения и объема заложены в программу и используются для сопоставления с расчетными значениями.

    Материалы для отделки внутренних поверхностей зала, тип кресел, занавеса и т.п. выбираются непосредственно при расчете на компьютере.  Коэффициенты звукопоглощения различных материалов заложены в программу и при вводе выбранных материалов появляются на экране компьютера.

Площади поверхностей потолка и стен, обрабатываемые тем или иным материалом, оцениваются в процентах следующим образом.

Суммарная площадь четырех стен  принимается за 100 %. Тогда площадь поверхности, обработанной отделочным материалом, составляет  процентов от общей площади стен. Здесь  – площадь проема сцены,  – площадь занавеса (занавеса на сцене и штор на окнах и дверях),  – площадь остекления,  – площадь звукопоглощающих материалов на стенах.

Аналогично общая площадь потолка  принимается за 100 %. Тогда площадь поверхности, обработанной отделочным материалом, составляет  процентов от общей площади потолка. Здесь  – площадь вентиляционных решеток,  – площадь звукопоглощающих материалов на потолке.

Вид звукопоглощающих материалов на стенах и потолке и их площади определяются подбором при расчете на компьютере. При первоначальном расчете принять = 0 и = 0.

В результате расчета на экран компьютера выводятся значения требуемой эквивалентной площади звукопоглощения и рекомендуемого времени реверберации для рассматриваемого типа зала (заполненного на 70 %) для указанных выше частот, а также расчетные значения эквивалентной площади звукопоглощения и времени реверберации, соответствующие выбранным отделочным материалам.

Отличие расчетного времени реверберации зала от рекомендуемого на всех частотах не должно превышать 10 %. Если указанное требование не выполняется, необходимо повторить расчет, изменив отделочные материалы или соотношения площадей, обрабатываемых ими. При этом следует руководствоваться следующими соображениями. Для увеличения времени реверберации на определенной частоте необходимо уменьшить звукопоглощение, т.е. заменить один или несколько отделочных материалов на другие, имеющие меньшие значения коэффициента звукопоглощения на рассматриваемой частоте. Для уменьшения времени реверберации необходимо выбрать материалы с более высокими значениями коэффициента звукопоглощения или дополнительно ввести один или несколько специальных звукопоглощающих материалов.

Расчет повторяется до тех пор, пока не будет достигнуто допустимое отклонение расчетного времени реверберации зала, заполненного на 70 %, от рекомендуемого. Желательно, чтобы различие в значениях времени реверберации пустого зала и зала, заполненного слушателями, было незначительным.

 

Литература

1. Архитектурная физика/Под ред. Н.В.Оболенского. – М.: Стройиздат, 1997. – 448 с.

2. Ковригин С.Д. Архитектурно-строительная акустика. – М.: Высш. Школа, 1980. – 184 с.

3. Алексеев С.П. Акустика зрелищных и концертных залов. – М.: Знание, 1969. – 48 с.

4. Кнудсен В.О. Архитектурная акустика: Пер. с англ./Под ред. Е.А. Копиловича, Л.Д. Брызжева. – М.: КомКнига, 2007. – 520 с.

5. Пособие по акустическому проектированию залов многоцелевого назначения средней вместимости. – М.: Стройиздат, 1972. – 46 с.

Оглавление

 

Введение……………………………………………………………………………

 

Воздушный объем и пропорции зала…………………………………………….

 

Оптимальная форма зала в плане………………………………………………...

 

Профиль пола………………………………………………………………………

 

Правильное распределение отраженного звука…………………………………

 

Оптимальное очертание ограждающих поверхностей………………………….

 

Предотвращение концентрации звука……………………………………………

 

Формирование диффузного звукового поля……………………………………..

 

Расчет времени реверберации…………………………………………………….

 

Звукопоглощающая отделка зала………………………………………………...

 

Особенности проектирования залов различного назначения…………………..

 

Порядок выполнения работы……………………………………………………..

 

Литература…………………………………………………………………………

АКУСТИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗАЛА

 

 

Методические указания

к курсовой работе для студентов архитектурных

специальностей

 

 

Санкт-Петербург

2007

УДК

    Акустическое проектирование зала: Методические указания к курсовой работе по архитектурной физике для студентов специальности архитектура/СПбГАСУ; Сост.: Т.А. Дацюк, Е.С.Вознесенская, Ю.Н.Леонтьева.– СПб., 2007.– с.

 

    Данные методические указания содержат необходимые пояснения к выполнению курсовой работы, заключающейся в проектировании зрительного зала с «естественной» акустикой. Изложены основные общие принципы акустического проектирования залов, а также особенности залов различного назначения. Приведены рекомендации по проведению компьютерного расчета времени реверберации проектируемого зала. Содержание и объем работы отвечают учебной программе по курсу архитектурной физики.

 

    Табл.  7. Ил. 26.