Реверберация. Стандартное и оптимальное время реверберации. Расчетные формулы.

Т.к звуковые волны, падая на внутренние поверхности помещения, поглощаются только частично, то спадание звуковой энергии в помещении после выключения источника звука происходит не мгновенно, а в течение некоторого времени.

Реверберация -это процесс затухания звука в помещении.

Реверберация помещения в основном определяет качество его акустики.

Стандартное время реверберации - процесс затухания плотности (интенсивности) звука в миллион раз или на 60 ДБ

Оптимальное время реверберации - стандартное время реверберации, при котором акустика помещения оказывается наилучшей.

Если время реверберации превышает оптимальное значение, то помещение становится гулким, это особенно портит речевые помещения, ухудшая разборчивость речи.

Если меньше оптимального, то звуки в помещении лишены протяженности, что плохо для музыкальных помещений.

Значение оптимального времени реверберации зависит от объема и назначения помещения.

 

ВРЕМЯ РЕВЕРБЕРАЦИИ РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ.

Чтобы энергия звука достигла установившегося значения, должен пройти некоторый промежуток времени. Он зависит от объема помещения и звукопоглощения в нем.

Звукопоглощение помещения определяется как:

= 0.08-0.09 на частоте 125 Гц

= 0.04-0.05 на частоте 500-2000 Гц

α - коэффициент звукопоглощения

S- площадь помещения

N – вместимость зала

A л – звукопоглощение людей

0.3NA ст – звукопоглощение пустых стульев

S доб – площадь закрытых дверей, форточек….

 

Звукопоглощение помещения характеризуют средним коэффициентом звукопоглощения

Установлена связь между значением времени реверберации, объемом и полным звукопоглощением помещения. Это зависимость выражается в следующих формулах.

Полагая, что звуковое поле диффузное, в зависимости от среднего значения коэффициента поглощения помещения, используют расчетные формулы:

 

Сэбина измеряется в секундах.

 

V- объем помещения, м3

αi – коэффициент звукопоглощения поверхностей помещения

S i – площадь этих поверхностей

n – количество поверхностей

k = 0.16 сек/м (0.163) – для расчета времени реверберации сложных по форме помещений).

 

Формула Сэбина справедлива лишь для помещений с малым поглощением и простого по форме.

Если учитывать, что звук поглощается поверхностями помещения не непрерывно, а после выключения источника сначала происходит падение интенсивности, т. к. больше не поступает энергия от источника, затем меньшее снижение интенсивности, так не приходит звуковая энергия отражений первого порядка, еще большее снижение интенсивности, когда не приходят отражения второго порядка и т.д., если этот прерывной характер учитывается, то Эйринга

[-In(I-αср.)] – функция среднего коэффициента звукопоглощения, значение которой можно определить по справочной таблице.

S-суммарная площадь внутренних поверхностей = Sобщ

Миллингтона

Для больших помещений учитывают поглощения звука воздухом.

Поглощение зависит от влажности воздуха, в сухом воздухе больше. Поглощение вызвано вязкостью, теплопроводностью и молекулярными потерями. Учитывается на частотах более 2000 Гц в помещениях объемом более 2000 м³.

СТАТИСТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ

ВОЛНОВАЯ ТЕОРИЯ

ЛУЧЕВЫЕ ОТРАЖЕНИЯ?????

Рассмотрим процесс затухания звука в помещении

Волна претерпевает множество отражений

 

Если принять = 0.03, то после первого отражения

после многократных отражений

Средняя длина свободного пробега волны

для этого, чтобы энергия уменьшилась до величины т. е. на 60 ДБ потребуется 461 отражение

 

 

Рекомендуемое время реверберации зависит от назначения и объема зала.

Допускается увеличение времени реверберации на низких частотах на 40 %.

Допускается отклонение времени реверберации от рекомендуемых значений на 10 %.

ЕСЛИ УВЕЛИЧИТЬ ЗВУКОПОГЛОЩЕНИЕ

 

ЕСЛИ УМЕНЬШИТЬ ЗВУКОПОГЛОЩЕНИЕ

 

Билет13

ТРЕБОВАНИЯ К ФОРМЕ ЗАЛОВ И ОТДЕЛЬНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ.

Для хорошей акустики залов необходимо выполнить следующие рекомендации:

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

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

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

- предотвратить концентрацию звука, которая может возникнуть при наличии вогнутых поверхностей малого радиуса.

Таким образом, 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.

ВОЗДУШНЫЙ ОБЪЕМ И ПРОПОРЦИИ ЗАЛА

Объем проектируемого зала без учета объема сцены принимается в соответствии с существующими нормами. Если известно количество зрителей, то объем зала можно определить как: V = v × N, м³,

где v – удельный объем(объем на одно зрительное место), N – количество зрителей.

Основные размеры зала должны удовлетворять существующим нормам.

Соотношение геометрических размеров зала можно определить используя модуль золотого сечения, X:

Линейные размеры зала рекомендуется принимать в следующих пределах: высота – 3×Х; ширина – 5×Х; длина ‑ 8×Х.При выборе размеров зала следует помнить, что достаточная диффузность звукового поля обеспечивается, если:

– отношение длины зала к средней его ширине соответствует диапазону 1 – 2;

– отношение средней ширины зала к его средней высоте также удовлетворяет диапазону 1 – 2.

Длину залов, не имеющих сцены, рекомендуется принимать не более 28 м, в филармонических залах не более 45 м. Для залов со сценой – не более 26 м от задней стены до занавеса.

ФОРМА ЗАЛОВ

Форма залов зависит от их назначения, однако, существуют общие требования, соблюдение которых позволяет достичь хорошей акустики залов:

 

- расстояние между источником звука и слушателем должно быть минимальным;

- форма плана должна учитывать направленность источника звука, что особенно важно при проектировании аудиторий и конференц-залов. Угол между лучами, направленными от источника к крайним рядам партера, должен быть минимальным;

- направление и форма отражающих поверхностей должны обеспечивать максимально возможную передачу звуковой энергии на последние ряды;

- радиус кривизны вогнутых или сводчатых поверхностей с малым звукопоглощением должен превышать расстояние от источника до вогнутой поверхности не менее чем в 2 раза.

- оптимальной формой плана является трапециевидная с углом раскрытия 10 - 12°. Наличие параллельных плоских поверхностей несет опасность появления «порхающего эха», криволинейных вогнутых - фокусирования звука.

- 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. Целесообразно предусмотреть подъем пола приблизительно 0.12м на ряд. Высота эстрады или авансцены должна быть не менее 1 м.

Рис. 1. Наиболее рациональная форма зала в плане

УСТРОЙСТВО ОТРАЖАТЕЛЕЙ

 

Энергией прямого звука обеспечиваются зрительские места, расположенные на расстоянии не более 8м от источника. Для остальных зрительских мест необходимо обеспечить приход ранних отражений от боковых поверхностей и потолка. Однократные отражения от поверхностей зала дополняют прямой звук источника и должны удовлетворять условиям применимости геометрических отражений и допустимому времени запаздывания.

Если поверхности стен или потолка состоят из отдельных секций, следует конфигурацию членений выполнять так, чтобы отражения от соседних элементов перекрывали друг друга, не оставляя «мертвых зон», лишенных отраженного звука.

В залах с относительно большой высотой и шириной наибольшая опасность прихода первых отражений с недопустимым запаздыванием возникает в первых рядах зрительских мест. Для исправления этого явления следует выполнять специальные звукоотражающие конструкции на потолке и стенах в припортальной зоне.

ОТРАЖАТЕЛЬ НАД АВАНСЦЕНОЙ ИЛИ ЭСТРАДОЙ.

Передняя часть потолка обычно используется для формирования ранних отражений. При плоском горизонтальном очертании потолка большая часть звуковой энергии отражается в зону, протяженностью не более 8 м от источника. Если высота передней части зала велика, то запаздывание отраженного от потолка звука превышает допустимое значение 20-30 мс (рис.4).

Для улучшения распределения отраженного звука передней частью потолка предусматривают устройство над эстрадой или авансценой отражателя выпуклой формы (рис.5), что обеспечивает хорошее распределение отраженного звука при различных положениях источника. Отражатель должен иметь поверхностную плотность не менее 20 кг/м² и может быть выполнен их железобетона, штукатурки по сетке или другого материала с коэффициентом отражения порядка 0,1. Линейные размеры отражателя связаны с нижней частотной границей регулярного отражения. Например, для усиления речи размеры отражателя должны быть не менее 1.1 м, для музыки – 6 м.

Эффективная потолочная отражающая поверхность может быть спроектирована с помощью геометрического метода, предложенного Петцольдом.

УСТРОЙСТВО ОТРАЖАТЕЛЯ НА БОКОВЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ.

Интенсивные ранние отражения от боковых стен необходимы для достижения хорошей акустики залов. Вблизи источника целесообразно устройство на боковых стенах отражателей, направляющие ранние звуковые отражения на последние ряды (рис.9). Полезным оказывается также наклон боковых стен в сторону слушателей, что увеличивает количество звуковой энергии приходящей от ранних отражений.

Применение геометрических отражений можно считать допустимым, если наименьшая сторона отражателя не менее чем 1,5 - 2,0 м.

ПРИМЫКАНИЕ ЗАДНЕЙ СТЕНЫ К ПОТОЛКУ.

При примыкании задней стены зала к потолку под углом 90° или меньше может возникнуть так называемое театральное эхо - отражение звука от потолка и стены в направлении к источнику звука, приходящее с большим запаздыванием. Для устранения такого эха следует выполнить наклонной часть потолка у задней стены или наклонной заднюю стену зала.

Оформление портала, позволяющее направить первые отражения в глубину зала

а и б - «театральное эхо»; в - д -«театральное эхо» отсутствует

Рациональные типы примыкания потолка к задней стене.

Форма и профиль потолка, обеспечивающие

необходимое отражение

Формированиедиффузного звукового поля

Не занятые для формирования ранних отражений поверхности должны быть использованы для формирования диффузного звукового поля путем их эффективного расчленения различной формы звукорассеивающими элементами для создания рассеянного, ненаправленного отражения звука. Это достигается расчленением поверхностей балконами, пилястрами, нишами и тому подобными неровностями.

Для обеспечения достаточной диффузности звукового поля необходимо, чтобы значительная часть внутренних поверхностей зала создавала рассеянное ненаправленное отражение звука. Это достигается расчленением поверхностей балконами, пилястрами, нишами и другого типа членениями

Условия, обеспечивающие диффузность звукового поля:

- не параллельность стен (10-12);

- равномерное распределение звукопоглотителя;

- членение значительной части внутренних поверхностей;

- отсутствие резких различий в основных размерах помещения.

 

Рис.10. Формы членения потолка секциями.

Эффективно также членение стен секциями, как и для потолка. При этом необходимо, чтобы отражения от смежных секций перекрывали друг друга.

УСТРОЙСТВО БАЛКОНОВ

В залах вместимостью более 600 чел. целесообразно устройство одного или нескольких балконов, что снижает объем зала, уменьшает его длину и увеличивает диффузность поля. Отношение выноса балкона к средней высоте подбалконного пространства должно быть не более 1,5. Такое же соотношение должно быть и в ложах (рис.12). Если над балконом нет выше расположенного, то отношение А₂/h₂ может быть увеличено до двух.

Поверхности над и под балконами не следует отделывать звукопоглощающими материалами.

 

Целесообразные пропорции балконного пространства:

1- пространство под балконом; (где - соответственно глубина подбалконного пространства и его средняя высота);

2- пространство над верхним балконом; где - соответственно глубина балкона и средняя высота надбалконного пространства.

Рассеивающие детали (пилястры, ниши и другие членения) целесообразно размещать на поверхностях, не дающих малозапаздывающих отражений. Наиболее эффективны для рассеивания элементы, имеющие криволинейное, выпуклое сечение. На поверхностях, дающих малозапаздывающие отражения, недопустимо устройство поперечных пилястр или ребер.

При периодическом расположении пилястр рассеивание звука зависит не только от формы и размеров их сечений, но и от шага пилястр. Мелкие элементы размером 10-20 см рассеивают частоты более 1000 Гц. Эффективное рассеивание в области частот 200-600 Гц дают пилястры с размером 1-2 м по ширине и 0.5-1 м по глубине при шаге членения 2-4 м. Рассеивающий эффект членений увеличивается, если их шаг нерегулярен, т.е. расстояния между соседними членениями различны по всей поверхности.

Балконы, ложи и скошенные стены повышают диффузность звукового поля на низких частотах, когда пилястры мало эффективны.

Членение с мелким регулярным шагом 5-20 см (например, отделка поверхностей рейками или волнистой асбофанерой) вызывает периодические отражения коротких звуковых импульсов (хлопков, ударов), в результате чего возникаем искажение звука.

 

РАСПОЛОЖЕНИЕ ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ,

Звукопоглощающие материалы и конструкции не следует располагать на участках стен и потолка, используемых для формирования первых отражений. Целесообразно, если это согласуется с интерьером зала размещать звукопоглощающие материалы раздельными участками площадью 1-5 м, что несколько увеличивает его эффективность.

 

ПРИМЕНЕНИЕ ВОГНУТЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

Большие вогнутые поверхности ограждающих конструкций залов (купол, свод, вогнутая в плане задняя стена) создают опасность концентрации отражений, при котором звук фокусируется в одной части зала, создавая сильное эхо, другие же части зала не получают отражений.

На рисунке 9 приведены три варианта проектного решения купола. Вариант а иллюстрирует крайне неудачное решение, радиус кривизны купола примерно равен высоте зала, звук фокусируется в центре зала. Вариант б - радиус кривизны составляет половину высоты зала, отражения проходят через точку фокуса и далее распределяются по площади пола. Вариант в - радиус кривизны составляет примерно две высоты зала. Звук отражается от купола в виде пучка параллельных лучей.

Если форму купола изменить невозможно (например, здание цирка) для избежания фокусирования звука следует применить членение поверхности купола (рисунки 9, г и 9, д) или использовать облицовку купола звукопоглощающими материалами.

 

Варианты решения зала с куполом

 

 

14 Проектирование залов с естественной акустикой

К залам с естественной акустикой относятся:

-лекционные

-театральные

-концертные

-залы многоцелевого назначения вместимостью до 3000 чел.

Для обеспечения хорошей акустики необходимо:

-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 малозапоминающих звуковых отражений, так и необходимую степень диффузности звукового пол

-избежать акустические дефекты, такие как концентрацию звука, возникающую при наличии вогнутых поверхностей малого радиуса

Таким образом, нужного соотношения в распределении прямой и отраженной звуковой энергии и создании диффузного звукового поля добиваются путем правильного выбора:

-объема зала и его вместимости

-взаимного размещения сцены и зрительских мест

-профиля и места расположения отражающих поверхностей и отдельных архитектурных элементов

-количества, свойств и размещения звукопоглощающего материала

Объем и пропорции зала

Объем зала проектируется в связи с существующими нормами, исходя из его вместимости.

V=v(удельный объем)*N(количество зрителей)

При выборе основных размеров зала для обеспечения хорошей акустики следует соблюдать:

-отношение длины зала к его средней ширине соотвествует дапазону 1-2

-отношение средней ширины зала к его средней высоте лежит в тех же пределах, во всех случаях не превышает 3

Если отношение длинны зала к его ширине превышает 2, то степень диффузности звукового поля снижается. При указанном отношении, меньшем 1, увеличивается время запаздывания отражений от боковых стен, при этом ухудшается слышимость на боковых местах.

Гармоничные пропорции зала определяются по величине его объема, используя модуль золотого сечения линейных размеров зала: 3:5:8

 

Форма зала

Требования:

-расстояние между источником звука и слушателем должно быть минимальным

-форма плана зала должна учитывать направленность источника звука, угол между лучами, направленными от источника к крайним рядам партера, должен быть минимальным

-форма отражающих поверхностей вблизи источника звука должна обеспечивать максимально возможную передачу звуковой энергии на последние ряды

-радиус кривизны вогнутых или сводчатых поверхностей с малым звукопоглощением должен превышать расстояние от источника до вогнутой поверхности не менее чем в 2 раза. Это позволяет избежать очагов концентрации звука.

-в залах большой вместимости следует избегать параллельности стен, пола и потолка для предотвращения проявления интерфарации отраженных звуковых волн, приводящих к неравномерному распределению звука. Это можно избежать, если отклонение от параллельности будет составлять 2-3 градуса.

-если последние ряды удалены от источника звука более чем на 30 м., устанавливают балкон