5532

20

αдоб – средний коэффициент добавочного (неучтенного) звукопоглощения; если условия, вызывающие добавочное звукопоглощение, в помещении выражены слабо, то этот коэффициент можно уменьшить на 30% и наоборот.

Добавочное звукопоглощение вносят, фактически существующие в помещениях звукопоглотители (гибкие элементы, осветительная аппаратура в залах, вентиляционные решетки, ниши, щели, отверстия и трещины, воздушные полости, соединенные с основным объемом помещения и т.п.);

2.2. Время реверберации помещения

Рассмотрим помещение с расположенным внутри некоторым источником звука. Звуковые волны, многократно отражаясь от поверхностей помещения и от находящихся в нем предметов, приходят к слушателю. После прекращения звучания источника в помещении звук исчезает не мгновенно: сначала исчезает прямая энергия звукового сигнала, затем энергия последующих отражений. Так как при каждом отражении часть звуковой энергии теряется, происходит спад уровня звукового давления в помещении (рис. 2.3).

Процесс постепенного затухания звука, происходящий вследствие многократных отражений звуковых волн, после прекращения действия источника звука называется реверберацией. Время, в течение которого происходит затухание звука, называется временем реверберации. В качестве эталона принято время затухания плотности звуковой энергии в 106 раз, что соответствует уменьшению уровня звукового давления на 60 дБ. Это время называется временем стандартной реверберации (Т) и измеряется в секундах. Обычно в расчетах этот термин заменяется термином «время реверберации».

Полученное Сэбином эмпирически выражение для определения времени реверберации имеет вид, с:

где V – объем помещения, м3; Аобщ – суммарное звукопоглощение в помещении, м2.

Использование формулы Сэбина дает достаточно точные результаты только в случаях, когда средний коэффициент звукопоглощения в помещении αср, определяемый по формуле (2.6), не превышает 0,2.

В общем случае расчет времени реверберации в помещении производится по формуле Эйринга, с:

где φ(αср) – функция среднего коэффициента звукопоглощения, определяемая по выражению φ(αср) = – ln(1– αср).

21

Время реверберации в помещении (зале) рекомендуется определять в шести октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 125, 250, 500, 1000, 2000 и 4000Гц [2].

На частотах 2000Гц и 4000Гц учитывается поглощение звука в воздушном объеме помещения (зала) и время реверберации вычисляется по формуле,

с:

где n – коэффициент, учитывающий звукопоглощение воздухом в помещении и зависящий от температуры и влажности воздуха, м-1 [4].

Рис. 2.3. Динамика изменения уровня звукового давления в помещении:

1 – момент включения источника звука; 2 – момент выключения источника; А – зона нарастания звука; Б – зона установившегося режима; В – зона затухания звука (процесс реверберации); Т – время стандартной реверберации

Обобщая вышеизложенное, можно сделать следующие выводы. Волновая теория акустики позволяет с помощью точных математических решений получить параметры звукового поля внутри помещения. Но сложность математического аппарата ограничивает ее применение в основном лишь научными расчетами.

Геометрическая акустика дает не только наглядное представление о влиянии размеров и формы помещения на характер распространения звука, но и позволяет оценить равномерность распределения звукопоглотителей и т.п. В то же время она имеет ограничения по использованию в небольших помещениях и при анализе характера распространения звука на низких частотах.

Статистическая акустика позволяет достаточно точно решать практические задачи для помещений с относительно небольшим звукопоглощением, поэтому она получила наибольшее распространение.

22

2.2.1. Требования к объему помещений различного назначения

Существует ряд помещений, к которым предъявляются наиболее жесткие требования к качеству их акустического режима: зрительные залы драматических, музыкальных и оперных театров; залы кинотеатров; культовые сооружения (церкви, храмы); лекционные помещения и конференц-залы; звукозаписывающие студии и их аппаратные; различные концертные залы и помещения дискотек. Одним из основных критериев, определяющих акустические качества этих помещений, является время реверберации. Оно, как показывают выражения (2.8) и (2.9 и 2.9а), зависит не только от звукопоглощающих характеристик отделочных материалов, но и от объема помещений.

Чем больше размеры помещения, тем меньше будет число отражений звуковых волн от поверхностей помещения, и процесс затухания звука будет происходить медленнее, а время реверберации будет больше. Особенно велико время реверберации в помещениях излишне большого объема с ограждающими поверхностями, имеющими невысокие коэффициенты звукопоглощения. В этом случае помещения будут гулкими, что влечет за собой введение в отделку помещений дополнительных звукопоглощающих материалов, имеющих, как правило, высокую стоимость.

С уменьшением объема помещений увеличивается число отражений звуковых волн от поверхностей и, если они будут иметь высокие коэффициенты звукопоглощения, затухание звука будет происходить быстро. Таким образом, время реверберации будет слишком мало, и помещение станет «глухим». Акустику таких помещений исправить практически невозможно без электроусилительной аппаратуры с функцией искусственной реверберации.

Удельный воздушный объем в помещениях различного назначения на од-

Такой воздушный объем позволяет проектировщику обойтись традиционными отделочными материалами и только для коррекции времени ревербе-

рации использовать материалы с большим звукопоглощением.

2.2.2. Оптимальное время реверберации

Оптимальное время реверберации – это время, при котором звучание речи или музыкального произведения является наилучшим.

23

Для каждого помещения в зависимости от его назначения и объема существует оптимальная средняя скорость затухания звуковых волн, соответству-

ющая оптимальному времени реверберации. В зависимости от объема помеще-

ний (м3) различного назначения оптимальное время реверберации (с) можно определить по графику (на частотах 500-1000Гц)[2] или по приближенным формулам (на частоте 500Гц):

1)для лекционных залов, конференц-залов, залов заседаний, залов драмтеатров, кинозалов:

2)для залов многоцелевого назначения, залов, предназначенных для исполнения камерной музыки:

Данные значения справедливы для частот 500 и 2000 Гц. На низких частотах (125-250 Гц) допускается оптимальное время реверберации увеличить не более чем на 20 % , а в диапазоне 2000-4000Гц допускается уменьшение, но не более чем на 10% [2].

В реальном проектировании на графике частотной характеристики времени реверберации допускается отклонение расчетных значений от оптимальных в пределах ± 10 %.

2.3. Особенности проектирования залов с естественной акустикой

К залам с естественной акустикой относятся залы, где звуковая энергия от исполнителя воспринимается слушателями непосредственно, без «посредника» в виде системы звукоусиления (это лекционные, театральные, концертные залы, залы многоцелевого назначения средней вместимости). Основные акустические требования, предъявляемые к данным залам, во многом сходны и зависят, главным образом, от объемно-планировочных решений залов.

Для залов с естественной акустикой необходимо выполнение следующих основных требований:

-обеспечение оптимального времени реверберации;

-создание диффузного звукового поля, исключающего возможность образование таких акустических дефектов, как эхо и фокусирование звука;

-обеспечение всех зрителей достаточной звуковой энергией.

Удовлетворение данных требований достигается рациональным выбором размеров и формы залов, а также характера внутрееней отделки.

Для достижения требуемого времени реверберации используют звукопоглощающие материалы в количестве, определяемом расчетом (см. п.

24

2.2). Звукопоглощающие материалы должны размещаться на тех поверхностях зала, от которых к зрителям не попадают малозапаздывающие первые отражения, о чем пойдет речь в дальнейшем.

Одним из главных условий создания хорошего акустического качества залов является достаточная диффузность звукового поля. Вместе с тем требуется и правильная направленность ранних звуковых отражений. При акустическом проектировании залов необходимо по возможности сочетать оба эти несколько противоречивые условия.

Большие гладкие поверхности не способствуют достижению хорошей диффузности звукового поля. Особенно неудачны гладкие параллельные стены. Отклонение от параллельности двух стен примерно на 2,5 ÷ 3° или одной из них на 5 ÷ 6° ослабляет возможность образования «порхающего эха».

Для повышения диффузности желательно, чтобы большая часть внутренних поверхностей зала создавало рассеянное (т.е. ненаправленное) отражение звука, что достигается расчленением поверхностей балконами, пилястрами, нишами или специальными рассеивающими элементами. На поверхностях, создающих полезные малозапаздывающие отражения, членения должны быть слабыми или совсем отсутствовать.

При проектировании залов желательно, чтобы отношение длины зала к его средней ширине было не менее 1 и не более 2. Если это отношение превышает 2 (длинный узкий зал), то диффузность звука в зале может значительно ухудшиться. При отношении, меньшем 1 (широкий зал малой длины), получается нежелательное запаздывание отражений от боковых стен и ухудшается слышимость на боковых местах. В тех же пределах (т.е. более 1 и не более 2) желательно и отношение средней ширины зала к его средней высоте. Длина зала с естественной акустикой как правило не должна превышать 30 м.

В зале должно быть обеспечено поступление к зрителям правильно распределенных и достаточно ранних звуковых отражений. При большой высоте потолка первые отражения не поступают в партер зала. Для того, чтобы этого не происходило, форма потолка (так же как и стен) должна обеспечивать более равномерное распределение звуковой энергии за счет интенсивных малозапаздывающих отражений. На рис. 2.6 приведены формы и профили потолка, обеспечивающие необходимое отражение звука.

Высота и расположение поверхностей первых малозапаздывающих отражений определяются из условия (см. рис. 2.6а): если расстояние от источника звука И до точки Б (штриховая линия) превышает 8 м, то для хорошей разборчивости речи необходимо обеспечить поступление в эту точку первых отражений от потолка (ИА + АБ), запаздывающих по сравнению с прямым звуком не более чем на 0,03 с.

25

À)

À

È

Á

È

Рис. 2.6. Профили потолка, обеспечивающие необходимое отражение звука

Таким образом, задавшись формой отражателя и высотой его расположения над источником звука, проверяют разность ходов отраженного и прямого звука для различных точек зала. Геометрически при скорости звука в воздухе с = 344 м/с разность ходов отраженного и прямого звука не должна превышать 10 м. Т.е., на примере на рис. 2.6а:

(ИА + АБ) – ИБ < 10 м.

При определении размеров отражателя необходимо учитывать то, что он будет хорошо отражать звук с длиной волны меньше минимального размера отражателя примерно в 1,5 раза.

Часто потолок расчленяется на несколько отражающих секций, которые при правильном очертании хорошо распределяют отраженный звук. Секции необходимо проектировать таким образом, чтобы звуковые отражения от смежных секций на уровне зрительских мест перекрывали друг друга (см. рис. 2.6б).

Устройство прямоугольных поперечных ребер на потолке и пилистр в нижней части боковых стен зала не допустимо, так как при этом получаются

28

3.СТРОИТЕЛЬНАЯ АКУСТИКА

3.1.Распространение шума в зданиях

Причиной шума в зданиях являются как внешние, так и внутренние источники. Внешние источники шума – автомобильный и железнодорожный транспорт, трамваи, самолеты, промышленные предприятия, трансформаторные подстанции и т.п. (поз. 6 рис. 3.1). Внутренние источники шума – это инженерное и санитарно-техническое оборудование, бытовые приборы, громкая музыка и т.п. (поз. 1 ÷ 5 рис. 3.1).

Рассмотрим основные источники шума и пути его распространения в здании.

Если источник шума не связан с конструкциями (громкоговоритель, разговор и т.п.) и передача звуковой энергии из одного помещения в другое происходит в результате колебания конструкции, разделяющей эти помещения, то такой шум называют воздушным (поз. 1 на рис. 3.1). Источниками воздушного шума являются бытовые приборы и оборудование, разговор людей.

Рис. 3.1. Распространение шума в здании:

1 – прямой путь распространения воздушного шума; 2 – прямой путь распространения ударного шума; 3 – косвенный путь распространения воздушного шума; 4 – косвенный путь распространения ударного шума; 5 – структурный шум; 6 – наружный шум

29

При ударах по конструкциям здания (ходьба, падение предметов и т.п) передача энергии происходит также за счет колебания этих конструкций и излучения звуковых волн в изолируемое помещение. Такой шум называется

ударным (поз. 2 на рис. 3.1).

Структурным называют шум при излучении его конструкцией, жестко связанной с каким-либо вибрирующим механизмом, например, насосными, вентиляционными и лифтовыми установками (поз. 3 рис. 3.1).

Пути передачи шума в изолируемое помещение могут быть прямыми (поз. 1 и 2 рис. 3.1) и косвенными (обходными) (поз. 3 и 4 рис. 3.1). Косвенная передача шума возможна из-за того, что колебания, вызванные воздушным или ударным шумом, распространяется по смежным конструкциям, которые излучают шум в помещения, расположенные даже на значительном расстоянии от источника.

3.2. Звукоизоляция ограждающих конструкций

Существуют два основных метода борьбы с шумом – снижение шума в источнике его возникновения и применение эффективных звукоизолирующих конструкций.

Первый путь заключается в применении менее шумного оборудования в зданиях, установке дополнительных виброизоляторов и глушителей шума на это оборудование, а также в снижении интенсивности транспортных потоков снаружи здания. Однако данные мероприятия не всегда выполнимы, поэтому основным методом борьбы с шумом является применение звукоизолирующих ограждающих конструкций.

Фактическая звукоизоляция конструкции (т.е. звукоизоляция с учетом косвенной передачи звука) практически всегда меньше звукоизоляции рассматриваемой конструкции, измеренной в лабораторных условиях (собственной звукоизоляции). Однако фактическая звукоизоляция конструкции зависит от очень многих факторов (материала примыкающих ограждений, жесткости стыков между строительными конструкциями и пр.), поэтому практический расчет ее весьма сложен. В связи с этим в дальнейшем будем рассматривать лишь прямые пути передачи звуковой энергии.

Звукоизоляцией конструкций без учета косвенной передачи звука является величина

где τ – коэффициент прохождения звука, который является основной характеристикой звукоизоляции и показывает количество звуковой энергии, прошедшей через рассматриваемое ограждение.

Единица измерения звукоизоляции, также как и уровней звукового давления – децибел (дБ).