Рис. 4.21. Типы шумозащитных экранов: 1 – экран-стенка; 2 – экран-насыпь; 3 – экран-выемка; 5 – выемка с насыпью; 6 – насыпь со стенкой; 7 – экран-галерея; 8 – экран-тоннель
На рис. 4.22 приведены наиболее распространенные акустические экраны, применяемые
за рубежом.
Рис.4.22.Распространенные типы акустических экрановстенок: а) – металлический экран-стенка со звукопоглощающей облицовкой; б) – бетонный экран-стенка; в) – железобетонный экран-стенка со
светопрозрачным заполнением
Для обеспечения требуемой акустической эффективности поверхностная плотность экрана-стенки должна быть не менее 20 кг/м2.
Ориентировочные значения уровня звука протяженными экранами-стенками на высоте 1,5 м от уровня поверхности территории при расстоянии между краем проезжей части
дороги и экраном, равном 3 м, приведены в приложении 6. При проектировании экрана-стенки для ориентировочных расчетов повышение его эффективности с увеличением высоты можно принимать в среднем 1,5 дБА на 1 м.
В конструкцию каркаса экрана-стенки могут включаться светопрозрачные вставки из акрилового пластика, что позволяет автомобилистам обозревать ландшафт (рис. 4.23).
281
Рис.4.23. Общий вид светопрозрачного экрана-стенки
К менее эффективному средству борьбы с уличным шумом относится посадка зеленых насаждений, позволяющая снизить уровень уличного шума от 1 до 4 дБА. Густые лесопосадки с сильной кустарниковой порослью под кронами деревьев дают ощутимое снижение уровня шума от 5 до 10 дБ. В качестве зеленых насаждений следует использовать породы крупноразмерных деревьев с густой низкоопущенной плотной кроной. Ширина зеленых полос должна быть не менее 10 м.
Для обеспечения акустического комфорта с целью защиты от уличного шума эффективным приемом является перепланировка помещений внутри квартиры. Это прежде всего относится к подсобным помещениям (кухня, санитарно-технические помещения и коридоры), а также к помещениям внеквартирных коммуникаций (лестничная клетка, лифт,
галерея и т.д.), которые могут быть ориентированы в сторону источников шума. Допускается ориентация не более одной комнаты общего пользования в многокомнатных квартирах в сторону уличного шума.
Многообразные способы снижения шума на территории жилой застройки и в зданиях должны быть обязательно проверены акустическим расчетом с целью обеспечения допустимых уровней шума в различных помещениях и на территориях жилых районов.
4.9. Архитектурная акустика
При проектировании аудиторий, залов собраний, а также залов оперных и драматических театров и кинотеатров необходимо создавать такие условия передачи звука,
которые обеспечивали бы наилучшую слышимость музыки и речи.
Слышимость в залах большой вместимости зависит от мощности и размещения источника звука, от объема и формы помещения, от очертания и фактуры ограждающих конструкций, которые определяют положение и рассеивание звуковой энергии при отражении ими падающих звуковых волн. Все эти факторы учитываются при архитектурном конструировании зала, а наука, которая занимается разработкой оптимальных условий слышимости в помещениях массового пользования, называется архитектурной акустикой.
282
4.9.1. Оценка акустических качеств залов
Одним из важнейших показателей, характеризующих акустические качества помещений является реверберация, сущность которой заключается в спадании плотности звуковой энергии в помещении после прекращения звучания основного звука. Реверберация является следствием многократных отражений звуковых волн от внутренних поверхностей (стен, потолка, кресел и т.п.) помещения.
Единицей реверберации является время, выраженное в секундах. Промежуток времени, в
течение которого после прекращения работы источника звука до момента, когда его уровень звукового давления уменьшится на 60 дБ, называется временем стандартной реверберации T , с.
Слишком продолжительная реверберация делает помещения гулкими, слишком короткая – глухими. Время реверберации зависит от объема помещения, общего звукопоглощения его ограждений и объектов, находящихся в нем. На рис. 4.24. показаны изменения плотности звуковой энергии и ее уровня в процессе нарастания звука и реверберации.
Звуковое давление, дБ
Время, с
Рис.4.24. Нарастание звука и реверберация в закрытом помещении: 1-период нарастания звука;2-период стабилизации звука; 3-период реверберации
Оптимальное время реверберации на средних частотах (500 – 1000 Гц ) для залов различного назначения в зависимости от объема, приведено на рис. 4.25. Допустимое отклонение от приведенных величин - ± 10%. Кроме того, в октавной полосе 125 Гц допускается превышение величин времени реверберации, но не более 20%.
Расчет времени реверберации позволяет установить, требуется ли для обеспечения оптимума реверберации в проектируемом зале изменить его объем или отделку.
Для концертных и оперных залов расчет времени реверберации производится на частотах 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 Гц. В остальных случаях достаточно определить время реверберации для частот 125, 500 и 2000 Гц.
Для расчета времени реверберации зала необходимо предварительно установить его объем V , м3, общую площадь внутренних поверхностей Sобщ , м2, и общую эквивалентную площадь звукопоглощения (ЭПЗ) Aобщ , м2.
Общая эквивалентная площадь звукопоглощения на частоте, для которой ведется расчет,
определяется по формуле
|
|
|
Аобщ = i |
Si A добSобщ , |
(4.23) |
где |
i S |
i |
– сумма произведений площадей отдельных поверхностей |
S , м2, на их |
|
|
|
|
|
коэффициент звукопоглощения для данной частоты;
A – сумма ЭПЗ, м2, слушателей и кресел;
доб - коэффициент, учитывающий добавочное звукопоглощение, вызываемое
проникновением звуковых волн в различные щели и отверстия, а также поглощение звука осветительной аппаратурой и оборудованием зала.
Коэффициент добавочного звукопоглощения принимается равным 0,08-0,09 на частоте
125 Гц и 0,04-0,05 на частотах 500 и 2000 Гц.
Рис. 4.25. Зависимость оптимального времени реверберации на средних частотах (500 – 1000 Гц )
для залов различного назначения от их объема: 1-залы для ораторий и органной музыки; 2-залы для исполнения симфонической музыки; 3-залы для исполнения камерной музыки, залы для оперных театров; 4-залы много целевого назначения, залы музыкально - драматических театров, спортивные залы; 5-лекционные залы, залы заседаний, залы драматических театров, кинозалы
После определения Aобщ подсчитывается средний коэффициент звукопоглощения внутренних поверхностей зала - ср на данной частоте по формуле
|
|
= |
|
Аобщ |
, |
|
(4.24) |
ср |
|
|
|
|
|
|
Sобщ |
|
|
|
|
|
|
|
|
Согласно СНиП 23-03-03 время реверберации зала Т в секундах на частотах до 1000 Гц |
определяется по формуле Эйринга |
|
|
|
|
|
|
|
Т = 0.163 |
|
|
V |
, |
(4.25) |
|
Sобщ ( ср ) |
где ( ср ) = - ln (1 – ср ) – функция среднего коэффициента звукопоглощения ср , значения которого приведены в табл. 4.18.
На частотах выше 1000 Гц время реверберации вычисляется по формуле
Т = |
0,163V |
, |
(4.26) |
(Sобщ ( ср ) mV ) |
где m – коэффициент, м-1, учитывающий поглощение звука в воздухе и зависящий от
температуры и относительной влажности, принимаемый по табл. 4.19.
Таблица 4.18 Значения функции ( ср ) = - ln (1 – ср ) для расчета времени реверберации
ср |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,0 |
0.00 |
0.01 |
0.02 |
0.03 |
0.04 |
0.05 |
0.06 |
0.07 |
0.08 |
0.09 |
0,1 |
0.10 |
0.12 |
0,13 |
0,14 |
0,15 |
0,16 |
0,17 |
0,19 |
0,20 |
0,21 |
0,2 |
0,22 |
0.24 |
0.25 |
0,26 |
0.27 |
0,29 |
0,30 |
0.32 |
0.33 |
0.34 |
0,3 |
0.36 |
0.37 |
0,39 |
0,40 |
0.42 |
0,43 |
0,45 |
0,46 |
0,48 |
0.49 |
0,4 |
0.51 |
0,53 |
0,54 |
0,56 |
0,58 |
0.60 |
0.62 |
0.64 |
0.65 |
0.67 |
0,5 |
0.69 |
0.71 |
0.73 |
0.76 |
0,78 |
0,80 |
0.82 |
0,84 |
0.87 |
0.89 |
0,6 |
0.92 |
0.94 |
0.97 |
0.99 |
1,02 |
1.05 |
1.08 |
1.11 |
1.14 |
1.17 |
0,7 |
1..20 |
1.20 |
1,24 |
1.27 |
1.31 |
1,35 |
1.39 |
1,43 |
1.51 |
1.56 |
0,8 |
1,61 |
1.66 |
1.72 |
1.77 |
1.83 |
1.90 |
1.97 |
2.04 |
2.12 |
2.21 |
Пример: Для ср = 0,37 находим из таблицы ( ср ) = 0,46.
Таблица 4.19
Значения коэффициента m, м-1, для учета поглощения звука в воздухе при температуре
200 С
Относительная влажность воздуха, |
|
m при частоте, Гц |
% |
|
|
|
2000 |
|
4000 |
|
|
30 |
0,0029 |
|
0,0094 |
40 |
0,0026 |
|
0.0071 |
50 |
0,0024 |
|
0,0061 |
60 |
0,0022 |
|
0,0056 |
70 |
0,0021 |
|
0,0053 |
80 |
0,0020 |
|
0,0051 |
90 |
0,0020 |
|
0,0050 |
Расчет времени реверберации помещения проводится с учетом заполнения его зрителями на 70%. Установлено, что при заполнении слушателями мест сверх 70% общая эквивалентная площадь звукопоглощения Аобщ , м2, не возрастает. Для залов, где вероятное
заполнение слушателями мест менее 70%, расчетное заполнение в процентах следует соответственно уменьшать.
Для того, чтобы время реверберации меньше зависело от заполнения мест слушателями, целесообразно оборудовать зал мягкими или полумягкими креслами, обитыми воздухопроницаемой тканью.
Если расчетное время реверберации окажется меньше рекомендуемого, то следует увеличить объем зала, если больше – уменьшить по возможности объем зала и увеличить его звукопоглощение путем облицовки части внутренних поверхностей специальными звукопоглощающими материалами и конструкциями.
Для выяснения, насколько требуется изменить общую эквивалентную площадь звукопоглощения Аобщ , м2, необходимо из требуемого времени реверберации Т , с, вычислить значение ( ср ) для частот 125, 250, 500, 1000 Гц в соответствии с формулой (4.25)
( |
|
|
) = |
0,163V |
, |
|
(4.27) |
ср |
|
|
|
|
T Sобщ |
|
|
|
|
|
|
а для частот 2000 и 4000 Гц – в соответствии с формулой (4.26) |
|
( |
|
) = |
0,163 m V |
, |
(4.28) |
ср |
|
|
|
|
|
T Sобщ |
|
|
|
|
|
|
|
Далее по найденному значению ( ср ), используя таблицу 2.26, |
следует определить |
средний коэффициент звукопоглощения ср , после чего подсчитать требуемую общую
эквивалентную площадь звукопоглощения зала |
Aтр , м2 |
по формуле |
|
|
|
|
|
общ |
|
|
|
|
|
|
|
|
Aтр = |
ср |
S |
общ |
, |
(4.29) |
|
|
общ |
|
|
|
|
Найденное значение |
Aтр |
необходимо |
сравнить с первоначальным значением |
A |
и |
|
общ |
|
|
|
|
|
|
общ |
|
установить насколько следует изменить первоначальную Aобщ для достижения рекомендуемого времени реверберации.
Окончательный результат должен быть выражен в виде времени реверберации,
определенной с учетом выявленной корректировки Aобщтр . Полученные значения времени реверберации следует округлить с точностью до 0,05 с.
4.9.2. Экспериментальные способы проверки акустических качеств залов
Наряду с расчетным методом определения оптимального времени реверберации существует экспериментальный способ с использованием специальной электроакустической аппаратуры, состоящей из передающего и приемного тракта
(рис. 4.26). В состав передающего тракта входит генератор шума, полосовой фильтр, усилитель и громкоговоритель, а приемного – микрофон, шумомер, полосовой анализатор и быстродействующий регистратор уровня шума – самописец.
Согласно ГОСТ – 24146 – 90 время реверберации измеряется путем записи с помощью логарифмического самописца процесса спадания уровня звукового давления в зале. Время реверберации определяется из участка этой записи, соответствующего снижению уровня звукового давления в зале на 35дБ после выключения источника звука с последующей аппроксимацией снижения до 60 дБ. При этом первые 5 дБ снижения звукового давления не учитывается.
В ходе измерений воздушный объем зала возбуждается коротким звуковым сигналом
(стартовый пистолет), который находится на сцене. Сигнал принимается микрофоном в исследуемой точке зала и после усиления и логарифмирования подается на осциллограф.
Рис. 4.26. Блок – схема аппаратуры для измерения времени реверберации: А – исследуемое помещение; 1 – генератор шума; 2 – полосовой фильтр; 3 – усилитель; 4 – громкоговоритель; 5 – микрофон; 6 – шумомер;
7 – полосовой анализатор; 8 – быстродействующий регистратор уровня шума (самописец)
Сигнал, называемый импульсным откликом зала, показывает последовательность прихода и уровни звукового давления, соответствующие прямому звуку и отдельным отражениям от внутренних поверхностей.
Для повышения диффузности звукового поля используется источник звука с частотными составляющими в октавной или 1/3-октавной полосах частот, что позволяет определить время реверберации в нормируемом диапазоне частот.
Пример записи спадания уровня звукового давления приведен на рис. 4.27, а.
Рис. 4.27. Пример записи определения времени реверберации помещения: а) запись на ленте уровня шума; б) пример частотной характеристики времени реверберации исследуемого помещения.
Запись выполняется на равномерно двигающейся бумажной ленте. Зная скорость движения ленты и время, в течение которого уровень звукового давления снижается на 35 дБ,
можно определить время реверберации в исследуемой точке. После установления времени реверберации с учетом нормируемых частот, строится частотная характеристика времени
реверберации исследуемого помещения (рис. 4.27, б), которая потом сравнивается |
с |
частотной характеристикой |
оптимального |
времени |
реверберации |
(рис. 4.25). |
|
Когда в соответствии |
с расчетом |
времени |
реверберации |
требуется небольшое |
увеличение общего звукопоглощения, это достигается путем применения тонких деревянных
панелей, увеличивающих звукопоглощение на низких частотах, и тканевых портьер и дорожек,
поглощающих в основном средние и высокие частоты.
Когда же возникает необходимость в применении специальных звукопоглощающих материалов и конструкций, то их следует размещать в верхних зонах стен и по периметру потолка (рис. 4.28) участками площадью 1–5 м2, что увеличивает эффективность звукопоглощения и дает некоторое рассеивание отраженного звука.
Рис.4.28. Схема размещения специальных звукопоглощающих материалов: – прямой звук; 2 – отраженный звук; 3 – зоны размещения звукопоглотителя; Q – источник звука.
Поверхности стен и потолка на балконе и под балконом не рекомендуется отделывать звукопоглощающими материалами.
Человеческое ухо способно различать импульсы прямого и отраженного звуков только при определенном (критическом) интервале по времени их поступления слушателю. В
зависимости от интервала времени прихода отраженных звуков последние могут усиливать прямой звук, улучшая слышимость, или создавать помехи, ухудшающие слышимость.
Для концертных залов и оперных театров критический интервал принимается равным
100 мс, а для лекционных аудиторий 50 мс.
При превышении критического интервала времени отраженный звук воспринимается ухом как эхо с образование паузы между прямым и отраженным звуком.
Образование эха в помещении проверяется геометрическим путем. С этой целью на плане или на продольном разрезе помещения наносятся пути прямого SA и отраженного
SO+ОA звуков (рис. 4.29).
Для устранения образования эха важно соблюдать неравенство
SA+D≥SO+OA, (4.30)
где D – путь, проходимый звуком за критический интервал времени; при критическом интервале времени равным 50 мс, D= 17м.
4.29. Графический способ определения и устранения возможности образования эха
Для залов с параллельными боковыми стенами, отделанными плотными материалами
(мрамор и др.); возможно образование особого вида эха - « порхающее эхо», которое возникает в виде резкого отрывистого сигнала в какой-либо точке помещения, порождающего последовательно серию отзвуков, приходящих в эту же точку через определенный интервал времени. Для ликвидации этого явления возможно использование звукопоглащающей отделки или членение хотя бы одной из противоположных стен помещения.
Важное значение в акустике залов имеет диффузность звукового поля, характеризуемая тем, что во всех точках зала усредненные во времени уровень звукового давления и поток звуковой энергии, приходящий к слушателю по любому направлению, являются постоянными.
Действительно, чем больше отражений звуковых волн в помещении, тем более однородным становится поле звуковых волн, тем больше создается у слушателей впечатление, что звуковые волны приходят к нему равномерно со всех направлений. Это особенно важно для помещений,
предназначенных для слушания музыки.
Постоянство уровня звукового давления называют однородностью звукового поля, а
постоянство звуковой энергии – изотропностью поля.
Для определения диффузности в различных точках зала в зоне наибольшего отраженного звука, производят измерение уровней звукового давления при работе ненаправленного источника звука. Источник располагается на сцене и излучает звук со средними геометрическими частотами
250 и 1000Гц. Замеры отраженного звука производят на расстояниях от источника звука,
превышающих
где Sобщ - общая площадь внутренних поверхностей зала, м2;
ср – средний коэффициент звукопоглощения.
На этих расстояниях при полной диффузности отраженного звука уровень звукового давления должен оставаться постоянным, а при неполной диффузности – изменятся от зоны к
289
зоне зала. Результаты измерения изменения уровней звукового давления вдоль зала приведены на рис. 4.30.
Рис.4.30. Измерение уровней звукового давления вдоль зала
Жирная горизонтальная линия на рис. 4.30 представляет уровень звукового давления для идеально диффузного поля, а штриховая – диффузного поля исследуемого зала. Однородность звукового поля в целом по залу характеризуется средним абсолютным отклонением L от уровня, соответствующего полностью диффузному звуковому полю, которое не должно превышать L < 3дБ.
4.10. Общие принципы акустического проектирования залов
Акустическое решение проектируемого или реконструируемого зала прежде всего зависит от его функционального назначения и вместимости. Однако при акустическом проектировании используются и другие принципы, которые являются общими для залов различного назначения. К ним относятся:
-соблюдение основных пропорций зала;
-расчеты времени реверберации;
-расчеты геометрических отражений звука;
-моделирование акустики зала;
-разработка мероприятий по улучшению диффузности звукового поля в зале.
Из перечисленных методов наиболее оптимальным является метод моделирования.
Независимо от назначения зала в них должны быть обеспечены достаточно низкий уровень шума, отсутствие эха, порхающего эха и тембровые искажения.
Размеры зала, зависящие от его вместимости и назначения, должны удовлетворять определенным нормам. Основные размеры и пропорции зала должны выбираться из следующих условий:
L ≤ L |
; 1< |
L |
<2; |
1< |
B |
<2, |
доп |
|
B |
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
где L - длина зала по его центральной оси, м;
Lдоп - предельно допустимая длина зала, м;
B и H - соответственно средние ширина и высота зала, м;
