 |
Основы геометрической акустики
|
|
|
|
АКУСТИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗРИТЕЛЬНОГО ЗАЛА
Методические указания к курсовому проектированию
для студентов специальности
«Проектирование уникальных зданий»,
Ростов-на-Дону
ВВЕДЕНИЕ
При проектировании театров, концертных залов, храмовых сооружений, лекционных аудиторий и конференц-залов, крытых спортивных сооружений, студий звукозаписи и кинотеатров ставится задача по созданию хороших акустических условий, звуковой среды, благоприятной для прослушивания речи и музыки. Ниже будут изложены методы акустического проектирования залов с естественной акустикой, с «живым звуком». Акустическое качество таких помещений полностью определяется его архитектурными параметрами: формой, размерами, пропорциями, очертаниями поверхностей, отделкой.
Цель курсовой работы - обеспечение нормативных характеристик звуковой среды при акустическом проектировании зрительного зала.
Для выполнения поставленной цели следует решить следующие задачи:
1. обеспечение всех зрителей достаточной звуковой энергией (требование хорошей слышимости);
2. создание диффузного звукового поля, исключающего возможность образования таких акустических дефектов как эхо, фокусировка звука и др.;
3. обеспечение оптимального времени реверберации в зале.
Условия для выполнения основных акустических требований:
- правильный выбор размеров и пропорций зала;
- выбор рациональной формы зала и его поверхностей;
- использование соответствующих отделочных материалов.
Процесс акустического проектирования залов включает:
- выбор размеров, пропорций и формы помещения зала;
- графический анализ чертежей зала с необходимой коррекцией проекта в части формы и очертаний его ограждений;
|
|
|
- разработку мероприятий по улучшению диффузности звукового поля в зале, устранению основных акустических недостатков;
- выбор отделочных материалов по обеспечению оптимального времени реверберации.
Для выполнения курсовой работы на тему «Акустическое проектирование зрительного зала» студентам предлагается вариант исходных данных.
Исходные данные включают:
1.Вариант объёмно-планировочного решения зрительного зала. План и разрез помещения с указанием основных размеров.
2. Назначение зрительного зала.
3. Вместимость.
Курсовая работа состоит из графической и расчетной частей.
Состав работы:
1. Проектирование профиля потолка. Построение лучевого эскиза плана и его анализ.
2. Выбор отделочных материалов из условия обеспечения оптимального времени реверберации.
Курсовая работа оформляется в виде пояснительной записки и прилагаемых чертежей.
Пояснительная записка содержит:
- расчет времени запаздывания звуковых отражений;
- выводы по графическому анализу формы зала и его поверхностей, рекомендации по их корректировке для обеспечения нормативных требований по акустике;
- расчет времени реверберации зала с предварительным выбором отделочных материалов, выводы.
Примерный объем пояснительной записки равен 5 – 6 страницам.
Графическая часть курсовой работы состоит из двух листов формата А3 и содержит:
- план зала с построением лучевого эскиза и звуковых отражений в 3-4 расчетные точки для определения времени запаздывания;
- продольный разрез зала с нанесенными предварительным и окончательным профилем потолка и его лучевым эскизом.
В тексте записки приводятся основные формулы, пояснения, расчеты и таблицы. Следует указать размерности рассчитываемых величин.
Часть 1
ВЫБОР ОБЪЕМНО-ПЛАНИРОВОЧНОГО РЕШЕНИЯ ЗАЛА
|
|
|
I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Основы геометрической акустики
Хорошая слышимость в залах возникает при поступлении прямой звуковой энергии и отраженных звуков в зону зрительских мест.
Прямая передача звука обеспечивается достаточным уклоном пола зала и отсутствием преград на пути распространения звуков от источника к слушателям (например, колонн). Радиус действия прямого звука rпр составляет для речи 8 – 9 м, для музыки – 10 – 12 м. На зрительских местах в пределах rпр усиление прямого звука с помощью отражений не требуется. По мере удаления от источника звука, начиная с rпр, энергии прямого звука не хватает для создания хорошей слышимости, поэтому интенсивные первые отражения должны перекрывать всю зону зрительских мест.
Оценка формы и размеров залов, а также отдельных поверхностей с акустической точки зрения состоит в анализе звукового поля на основе принципов геометрической акустики, то есть в рассмотрении распространения прямых и отраженных звуковых лучей и построении так называемого «лучевого эскиза».
1.1. Построение звуковых отражений от плоских и криволинейных поверхностей
Построение отражений от плоских поверхностей производится с помощью метода мнимого источника звука (рис. 1а). Мнимый источник F′ симметричен с действительным точечным источником F по отношению к отражающей плоскости и находится по другую ее сторону.
Звуковой луч, исходящий от источника F, падает на отражающую поверхность под некоторым углом, отражается от нее под тем же углом и представляется наблюдателю исходящим из точки F′, которая является зеркальным изображением точки F.
Для построения мнимого источника надо опустить из точки F перпендикуляр на отражающую поверхность и на продолжении его отложить отрезок F′O, равный FO. Продолжение АМ прямой F′M, проведенной из мнимого источника звука, является отраженным лучом. Итак, луч FА является лучом, падающим на поверхность, луч АМ – отраженным от поверхности и луч FМ является прямым звуком.
При отражении от вогнутых поверхностей звуковые лучи сходятся в точке, которая называется фокус (рис.1б). Фокусировка или концентрация звуков в зале является крупным акустическим недостатком. При этом в районе фокуса возникает зона повышенной громкости, а другие участки лишены усиливающих отражений («звуковые ямы»).
|
|
|
Устранение этого недостатка при проектировании залов обеспечивается выбором надлежащего радиуса кривизны R, при котором фокус не образуется в районе расположения мест зрителей. Если же оставить форму поверхности без изменений, то для избежания фокусирования звука следует применить членение поверхности для рассеивания отраженных звуков или облицевать ее звукопоглощающими материалами.
Место нахождения фокуса, образованного отраженными звуковыми лучами, определяется по формуле:
, (1)
где X – расстояние от фокуса до поверхности, м;
d - расстояние от источника звука до поверхности, м;
R – радиус кривизны поверхности, м.
Луч АМ, проходящий через фокус f и точку М (зритель в зале), является отраженным звуковым лучом.
Звукорассеивающий эффект вогнутой криволинейной поверхности наблюдается при условии R > 2d. В этом случае Х < 0 и фокус располагается по другую сторону поверхности (рис. 1в).
Построение отраженных звуковых лучей от выпуклых криволинейных поверхностей (рис.1г) свидетельствует о звукорассеивающих свойствах этих поверхностей. Поэтому на практике этот вид пластической отделки интерьера широко используется для создания диффузного звукового поля.
1.2. Допустимость применения геометрической акустики
Применение методов геометрической акустики можно считать допустимым, если наименьший размер отражающей поверхности не менее чем в 1,5 раза превышает длину звуковой волны λ или наименьший радиус кривизны отражателя не менее чем в 2 раза превышает длину волны λ. В этом случае отражение звука будет направленным.
Длина волны λ связана с частотой ν соотношением
λ = c / ν,
где c – скорость звука, равная 340 м/с.
Поверхности, дающие направленные отражения, следует проектировать таким образом, чтобы приведенное условие применимости геометрических отражений выполнялось, по крайней мере, для частот не менее 300-400 Гц (т.е. для звуковых волн 1м и менее), т.к. эти частоты важны для разборчивости речи. Построение геометрических отражений допустимо от точек поверхности, удаленных от ее краев не менее чем на половину длины волны λ, то есть при λ ≤ 1 м точки поверхности, отражающие звук, должны браться не ближе 0,5 м от ее краев.
|
|
|
1.3. Время запаздывания первых отражений. Эхо
Первые звуковые отражения дополняют прямой звук источника, улучшая слышимость и разборчивость речи, ясность звучания музыки.
Время запаздывания Δt отраженного звука по сравнению с прямым не должно превышать 0,025 секунды для речи и 0,035с – для музыки. Более поздние отражения могут способствовать возникновению эха – отчетливому повторению прямого звука, т.е. крупному акустическому недостатку.
Время запаздывания определяется по формуле:
, с (2)
где Rпр,Rпад, Rотр - расстояния, пройденные прямым, падающим на поверхность и отраженным звуковыми лучами, м. Они определяются по методике, изложенной в разделе 1.1.
c – скорость звука, равная 340 м/с.
|
|
|
