акустическое проектирование зрительных залов

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Саратовский государственный технический университет
АКУСТИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
ЗРИТЕЛЬНЫХ ЗАЛОВ
Методические указания
к практическим занятиям по курсу «Физика»
для студентов специальностей 290100, 290200
Одобрено
редакционно-издательским советом
Саратовского государственного
технического университета
Саратов 2006
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
При проектировании залов главной задачей архитекторов и проектировщиков является обеспечение хорошей акустики. Это выражается прежде всего в том, что на каждом месте должна быть хорошая слышимость
музыки и разборчивость речи. Зрительный зал не должен быть слишком
глухим или слишком гулким.
При акустическом проектировании применяют теоретический расчет
с дальнейшей проверкой и корректировкой акустики в натуре.
Теоретический расчет производится по двум направлениям. Первое –
формирование так называемого диффузного звукового поля, т.е. обеспечение в зале звукового поля с равномерно рассеянным звуком одинаковой
громкости и плотности звука на каждом слушательском месте. Как известно, звуковое поле формируется от двух видов звуковых волн: непосредственно от источника – прямой звук, и отраженные от внутренних поверхностей. На этом принципе основана геометрическая теория акустики, которая предусматривает построение прямых и отраженных звуковых волн
на плане и разрезе зала с определением времени запаздывания отраженных
звуков по сравнению с прямым.
Особенно важно учитывать главные положения геометрической теории акустики в предпроектных разработках, а именно: для хорошей акустики зала весьма важно выбрать его объем, геометрическую форму и
очертания внутренних поверхностей. Этим достигается надлежащее распределение отраженного звука и достаточная диффузность звукового поля.
Второе направление теоретического расчета заключается в том, чтобы обеспечить надлежащий реверберационный процесс звука в зале. Малое время реверберации соответствует заглушенным помещениям, а большое – гулким.
При расчете времени реверберации необходимо сравнивать полученное значение со значением оптимального, которое принимается по справочным таблицам или графикам в зависимости от назначения и объема зала.
При меньшем значении времени реверберации зал считается заглушенным, при значении больше оптимального – гулким. Приблизить к оптимальному значению удается путем исключения или дополнения части
звукопоглощающей облицовки стен в зале.
Современная теория и практика акустического проектирования и
строительства зрительных залов и других общественных помещений основана и предусматривает необходимость применения звукопоглощающих
материалов и изделий.
Основными свойствами акустических материалов является их способность поглощать звук, а эффективность их применения оценивают по
коэффициенту звукопоглощения (α).
3
К звукопоглощающим относят материалы специального акустического назначения, имеющие высокий коэффициент звукопоглощения –
α > 0,2. Например, облицовки с применением супертонкого стекловолокна
имеют α =0,47 ÷1,0.
2. НОРМАТИВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К АКУСТИЧЕСКОМУ
ПРОЕКТИРОВАНИЮ ЗРИТЕЛЬНЫХ ЗАЛОВ
Форма зрительного зала должна обеспечивать равномерное распределение прямой и отраженной звуковой энергии на всех зрительских
местах и исключить возможность возникновения эха, концентрации звуковой энергии и других акустических дефектов.
 Время запаздывания первых звуковых отражений, приходящих к
зрителям вслед за прямым звуком, не должно превышать 30 мс.
 Рекомендуемое время реверберации в зрительном зале (в зависимости от объема зала) для частот 500-2000 Гц принимается согласно графику и определяется при 75% заполнении зала зрителями.
 Расчетные параметры зрительного залa театра:
длина зрительного зала:
в драматических и музыкально-драматических театрах – не более 27 м;
в оперно-балетных – не более 30 м.
• Расстояние от барьера помещения оркестра до кресел первого ряда
мест – не менее 1 м (1,8 м).
• Ширина оркестровой ямы – 3,0 м.
• Превышение луча зрения зрителя над глазом впереди сидящего –
не менее 0,06 м.
• Площадь помещения на одно место в зрительном зале включая,
балконы, ярусы, лоджии – 0,65 м2.
• Размеры кресел в зрительном зале следует принимать:
- ширину кресел (между осями подлокотников) – 0,5 м;
- глубину кресел – 0,42 м;
- высоту кресел – 0,45 м.
• Расстояние между спинками сидений:
- при расстановке мест короткими рядами – 0,9 м;
- при расстановке мест длинными рядами – 1,0 м.
• Ширина проходов в зрительном зале принимается не менее 1 м и
не более 2,4 м. Уклон пола в проходах допускается не более 1:7.
• Ширина боковых проходов – 1,8 м.
• Ширина прохода после 14 ряда – 1,2 м.

4
• Объем зрительных залов следует принимать на одно зрительское
место:
- драматических театров – 4-5м2;
- музыкально драматических театров – 5-7 м3;
- театров оперы и балета – 6-8 м3.
• Высота источника звука над полом сцены принимается 1,5 м; а высота точки приема звука над полом партера – 1,2 м (средняя высоте сидящего зрителя).
• Размеры зрительного зала рассчитываются по формулам:
А = Nкр · а +2К – ширина зала, м;
В = C + T + P + Np · в + E – длина зала, м;
Н = V/S - высота зала, м,
где Nкр – количество кресел в ряду;
а – ширина одного кресла, а = 0,5 м;
К – ширина боковых проходов, К = 1,8 м;
С – ширина оркестровой ямы, € = 3 м;
Т – расстояние от первого ряда до оркестровой ямы, Т = 1,8 м;
Р – ширина прохода после 14 ряда, P = 1,2 м;
Np – количество рядов;
в – глубина одного ряда от спинки до спинки кресла, в = 0,9м;
Е – расстояние от края сцены до занавеса, м.
V – общий объем зала, м3;
S – площадь зала, м2.
• При расчете и назначении основных размеров залов необходимо
учитывать следующие рекомендации:
- отношение длины зала к его средней ширине принимается более 1,
но не более 2;
- отношение средней ширины зала к его средней высоте назначается
в тех же пределах.
• Рекомендуются также следующие общие пропорции: отношение
высоты зала к его ширине и длине: 2:3:5; 1: 3 2 : 3 4 или соотношение
близкое к золотому сечению, например, 3:5:8.
Высота зала желательна не более 8 м.
• В залах вместимостью более 600 зрителей целесообразно устройство балконов. Отношение выноса балкона к средней высоте подбалконного пространства должно быть не более 1,5. Потолок под балконом устраивается с наклоном 5-10º в сторону сцены.
• Одним из важнейших условий планировки балконов является такое
их расположение над партером и друг над другом, чтобы в каждом подбалконном пространстве помещалось не более четырех-пяти рядов зрительских мест (рис. 1 а, б).
5
а
б
Рис. 1. Расчетные параметры зрительного зала театров с колосниковой сценой
а – разрез зрительного зала; б – план зрительного зала
(СНиП II –Л.20-69. Театры. Нормы проектирования)
6
Когда количество рядов под балконом увеличивается, необходимо
увеличить и высоту над рядами. У входа в подбалконное пространство
партера высота должна быть не менее 4 м, а над последним рядом не менее
3-3,5 м.
3. ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ АКУСТИКИ
При проектировании зала следует с помощью геометрических (лучевых) построений контролировать распределение и запаздывание первых
звуковых отражений от потолка и стен.
Обычно разность времени прихода первых отражений составляет от
0,02 до 0,03 с. Так как скорость звука в воздухе С = 340 м/с, то запаздыванию на 0,02 с соответствует разность ходов отраженного и прямого звука
около 7 м, на 0,03 с – 10 м. При большем времени запаздывания ухудшается разборчивость речи и возникает опасность образования эха.
Допустимое запаздывание ранних звуковых отражений
Если расстояние от источника Q до точки приема М превышает 8 м,
следует обеспечить приход в эту точку, кроме прямого звука, интенсивных
первых отражений от потолка и стен. Для хорошей разборчивости речи
желательно, чтобы наиболее ранние из этих отражений запаздывали, по
сравнению с приходом прямого звука, не более чем на 20 мс. В тех случаях, когда добиться такого малого запаздывания затруднительно, оно может
быть увеличено до 30 мс.
На рис. 2 показан в виде лучей ход прямого звука от источника Q и
первых отражений (с углом падения γ1, равным углу отражения γ2) от потолка и стен, приходящих в какую-либо точку М в области расположения
слушателей.
Построение геометрических отражений от плоскости (рис. 3.) удобно производить с помощью так называемого «мнимого источника».
«Мнимый источник» – это симметрично расположенный по отношению к действительному источнику и находящийся на равном расстоянии
от отражающей плоскости только по другую ее сторону.
Метод мнимых источников применим и при построениях отражений
от кривых поверхностей (рис. 4).
7
Рис. 2. Ход прямого звука
и его первых отражений. ON – нормаль
к отражающей поверхности
Рис. 3. Отражение от плоскости
Рис. 4. Отражение от кривой поверхности
Правильное распределение отраженного звука
Очертания стен и потолка зала должны способствовать хорошему
распределению отраженного от них звука, направляя большую долю его на
удаленные от источника слушательские места.
8
Часто применяющееся в практике проектирования расчленение потолка секциями (рис. 5) при правильном их очертании дает хорошее распределение отраженного звука. Здесь следует обращать внимание на то,
чтобы звуковые отражения от смежных секций перекрывали друг друга.
Секции (рис. 5 а) недостаточно удовлетворительны, так как отражения от смежных секций не перекрывают друг друга, вследствие чего образуются зоны, лишенные геометрических отражений.
Секции на рис. 5 б и в не имеют этого недостатка: их геометрические
отражения перекрывают друг друга.
Секции на рис. 5 в выпуклого сечения предпочтительнее, так как они
хорошо распределяют отраженный звук при разных положениях источника
и повышают диффузность звукового поля в зале.
Весьма важны для достижения хорошей акустики зала интенсивные
малозапаздывающие отражения от боковых стен. При выборе очертаний
стен в плане имеют силу те же соображения, что и при выборе очертания
потолка.
Хороший эффект дает расчленение стен секциями. При этом отражения от смежных секций должны перекрывать друг друга. Примеры таких
секций даны на рис. 6.
а
б
в
Рис. 5. Расчленение потолка секциями
а – неудовлетворительные очертания
секций; б и в – удовлетворительные
очертания секций
9
Рис. 6. Расчленение стен секциями
4. СТАТИСТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ АКУСТИКИ
Общие положения расчета времени реверберации
Одним из важнейших условий хорошей акустики зрительных залов
является надлежащее время реверберации, характеризующее общую гулкость помещения.
В соответствии со СНиП II - Л.20-69 рекомендуемое время реверберации на частотах от 500 до 200 Гц в зависимости от объема и назначения
зала показано в приложении 1.
На частотах ниже 500 Гц допустимо некоторое увеличение времени
реверберации по отношению к указанному.
При расчете времени реверберации театрального зала заполнение
слушателями принимается равным 75% общего количества мест, ЭПЗ
остальных мест принимается как для пустых кресел. Согласно опытным
данным, при дальнейшем заполнении слушателями сверх 75% ЭПЗ уже не
возрастает.
Для театральных залов достаточно произвести расчет времени реверберации на трех частотах: 125, 500 и 2000 Гц.
10
Для расчета времени реверберации зала надо предварительно подсчитать его воздушный объем V, м3, общую площадь внутренних поверхностей Sобщ., м2 и общую эквивалентную площадь звукопоглощения (ЭПЗ) –
Аобщ., м2.
Общая ЭПЗ (Аобщ.) на частоте, для которой ведется расчет, находится
по формуле:
Аобщ. = α · S + А + αдоб. · Sобщ.,
(1)
где α · S – сумма произведений площадей отдельных поверхностей S, м2
на их коэффициент звукопоглощения α для данной частоты;
A – сумма ЭПЗ слушателей и свободных кресел, м2.
αдоб. · Sобщ. – коэффициент добавочного звукопоглощения) – эквивалентная площадь добавочного звукопоглощения, вызываемого проникновением звуковых волн в различные щели и отверстия, колебаниями разнообразных гибких элементов и т.п. Коэффициент αдоб. учитывает также поглощение звука осветительной арматурой и другим оборудованием зала.
Коэффициент звукопоглощения различных материалов и конструкций, а также ЭПЗ слушателей и кресел даны в приложении 2.
Коэффициент добавочного звукопоглощения αдоб. зрительных залов в
среднем может быть принят равным 0,09 на частоте 125 Гц и 0,05 на частотах 500-2000 Гц.
После нахождения Аобщ. подсчитывается  – средний коэффициент
звукопоглощения внутренней поверхности зала на данной частоте:
А
  общ . .
(2)
Sобщ .
Расчет времени реверберации
Время реверберации зала Т, с на частоты до 1000 Гц находится по
формуле Эйринга:
0,163  V
T
,
(3)
Sобщ.  ()
где V – объем зала, м3;
S – общая площадь его внутренних поверхностей, м2;
φ(  ) – функция среднего коэффициента звукопоглощения  , значение
которой приведены в приложении 3.
Для частот выше 1000 Гц существенное значение имеет поглощение
звука в воздушном объеме зала, (3) получает вид:
0,163  V
T
,
(4)
Sобщ .  (  )  nV
11
где n – коэффициент, учитывающий поглощение звука в воздухе и зависящий от температуры и относительной влажности воздуха при t = 20°C и
φ = 60% – n = 0,009 м–1.
При расчете времени реверберации в залах со сценой, оборудованной
декорациями и отделенной порталом, объем и площади внутренних поверхностей не учитываются, а вводится площадь проема сцены с коэффициентами звукопоглощения, приведенными ниже (табл.1):
Таблица 1
Проем сцены, оборудованный декорациями
α
0,20
0,30
0,30
0,30
0,30
0,30
Гц
125
250
500
1000
2000
4000
Время реверберации следует подсчитывать, исходя из предполагаемой отделки зала для частот 125 и 500 Гц, по (3), а для частоты 2000 Гц –
по (4).
Если время окажется меньше рекомендуемого (приложение 1) следует увеличить объем зала, если же больше – убавить по возможности объем
и увеличить звукопоглощение.
Выяснить, на сколько требуется изменить общую ЭПЗ зала, можно
следующим образом. Исходя из требуемого времени реверберации Т, вычисляем φ(  ) для частот 125 и 500 Гц в соответствии с (3)
0,163  V
( ) 
,
(5)
T  Sобщ .
а для частоты 2000 Гц – в соответствии с (4)
(0 ,163  T  n )  V
( ) 
.
(6)
T  Sобщ .
Из приложения 3 по найденному φ(  ) определяем средний коэффициент звукопоглощения  , после чего подсчитываем требуемую общую
ЭПЗ зала:
Аобщ. =  · Sобщ. .
(7)
Сравнив это значение с имеющейся при намеченной отделке зала
ЭПЗ, находим, насколько следует изменить имеющуюся ЭПЗ для достижения нужного времени реверберации.
Полученные расчетные значения времени реверберации следует
округлять с точностью до 0,05 с.
12
5. ПРИМЕНЕНИЕ ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ
И ИЗДЕЛИЙ (ЗПМИ)
Применение ЗПМИ является основным средством в решении главных задач акустики по обеспечению хорошей слышимости музыки и речи,
формированию диффузной звуковой среды и оптимального реверберационного процесса, что позволяет также исключить излишнюю гулкость или
глухость зрительного зала.
ЗПМИ размещают на плоскостях стен и потолка зала, но не на всей
поверхности, а только на части, наряду с этим они выполняют роль отделочных материалов или облицовок в интерьере помещения.
Распространение звуковой волны в закрытом помещении можно
представить следующим образом. Когда звуковая волна достигает поверхности материала облицовки, часть ее отражается, часть поглощается, а
часть проходит через материал. Вся звуковая энергия расходуется по трем
составляющим направлениям (рис. 7).
R + A + T = 1,
где R – отраженная часть звуковой энергии;
А – часть энергии, поглощенная и рассеянная внутри поглощающего
материала (звукопоглощение);
Т – часть энергии, прошедшей через материал в смежное помещение.
Рис. 7. Отражение, поглощение и передача звуковой энергии
ограждающей конструкции здания
1 – ограждающая конструкция здания; 2 – падающая энергия;
3 – отраженная энергия (R); 4 – поглощенная энергия (А); 5 – проникшая энергия (Т)
Термины и определения
Пo ГОСТ 23499-79. Материалы и изделия звукопоглощающие и звукоизоляционные. Классификация и общие технические требования.
1. Звукопоглощающий материал – материал, имеющий сквозную
пористость и характеризуемый относительно высоким коэффициентом
звукопоглощения (α – более 0,2).
13
2. Звукопоглощающая облицовка – облицовка всех или части внутренних поверхностей ограждений помещения звукопоглощающим материалом.
3. Коэффициент звукопоглощения – отношение неотраженной звуковой энергии к падающей.
4. Реверберационный коэффициент звукопоглощения – коэффициент звукопоглощения, измеренный в реверберационной камере при хаотическом падении звука на поверхность материала.
5. Среднеарифметический реверберационный коэффициент звукопоглощения – реверберационный коэффициент звукопоглощения, усредненный по двум или более октавным полосам частот.
Классификация
Все многообразные виды звукопоглощающих материалов и изделий
условно можно разделить на следующие группы:
1- пористые поглотители в виде плит с применением в качестве основного материала минеральной ваты – стекловолокна, базальтового супертонкого стекловолокна, штапельного стекловолокна, а также минеральных зернистых строительных материалов – вспученного перлита, каолинита и др.;
2- пористые звукопоглотители с перфорированным экраном – перфорированные изделия, т.е. плиты (1-й группы) покрываются перфорированными листами (гипсовые плиты, листовая сталь, листы слоистого мебельного пластика, фанера);
3- резонансные конструкции – состоят из каркаса, обшитого с двух
сторон перфорированными листами из фанеры, картона и другого листового
материала; изнутри листы оклеены непродуваемой тканью типа клеенки или
пленки. Воздушный промежуток заполняют волокнистым материалом;
4- деревянные панели – обшивка рейкой по деревянному каркасу с
размещением внутри звукопоглощающих плит;
5- штучные звукопоглотители – изготавливают в виде куба размером, например, 400×400×400 мм из пористого звукопоглощающего материала, заключенного в тканевую оболочку (например, стеклоткань) и
жесткий перфорированный футляр (например, из металлического просечно-вытяжного листа). Штучные звукопоглотители подвешиваются на потолке в зонах, ближайших к источнику звука.
Общие технические требования
Звукопоглощающие свойства материалов и изделий следует характеризовать среднеарифметическим реверберационным коэффициентом зву14
копоглощения α в каждом из трех диапазонов частот: низкочастотный
(н) –63; 125; 250 Гц; среднечастотный (с) – 500; 1000 Гц; высокочастотный
(в) – 2000; 4000; 8000 Гц.
В зависимости от величины среднеарифметического реверберационного коэффициента звукопоглощения α в каждом из диапазонов
ЗПМИ должны быть отнесены к одному из трех классов: α > 0,8 – 1 класс;
α – от 0,8 до 0,4 – 2 класс; α – от 0,4 до 0,2 вкл. – 3 класс.
Основные виды звукопоглощающих материалов и изделий
Широкое распространение получили следующие ЗПМИ:
1) минераловатные плиты: ПП-80, ПП-100, ПМ-30, ПМ-40, ПМ-50
(цифры указывают на плотность плит в кг/м3);
2) декоративно-акустические плиты «акмигран», изготовленные из
гранулированной минеральной ваты (76-80%), крахмала (10-12%) и бентонитовой глины (10-15%);
3) плиты «стеллит», изготовленные из минеральной ваты, пропитанной крахмальными связками;
4) плиты ПА/Д, акустические декоративные, выполненные из минеральной ваты марки ВФ, пропитанной синтетическими связующими.
5) маты ATM-50, изготовленные из рыхлого слоя ультра- и супертонких штапельных волокон, связанных фенолформальдегидной смолой;
Некоторые схемы конструкций и акустические характеристики звукопоглощающих облицовок приведены в табл. 2.
Таблица 2
Конструкции и акустические характеристики звукопоглощающих облицовок
№
п/п
Звукопоглощающее изделие
и схема конструкции
звукопоглощающей облицовки
Коэффициент звукопоглощения
частоты, Гц
α
1
1
2
2
15
6. НЕКОТОРЫЕ АКУСТИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ И ВЕЛИЧИНЫ,
УЧИТЫВАЕМЫЕ ПРИ АКУСТИЧЕСКОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ
1. Воздушные звуковые волны и скорость звука
Звуковое ощущение создается воздушными волнами, воздействующими на ухо. Воздушные звуковые волны возникают под действием колеблющихся тел – источников звука – и состоят из чередующихся друг с
другом уплотнений и разрежений. Эти уплотнения и разрежения распространяются со скоростью «с», называемой скоростью звука. Скорость звука в воздухе при t 20º С составляет 340 м/с, это значение принимается для
акустических расчетов помещений.
2. Чистые тона
Чистым тоном называется звук, колебания давления которого являются гармоническими, т.е. выражаются в виде синусоидальной функции
времени. Чем больше амплитуда звукового давления, тем тон сильнее, а
чем больше частота, тем он выше. Вместе с тем, чистые тона являются основой музыки. По этим причинам понятие чистого тона широко используется в акустике.
Основные октавные диапазоны высоты музыкальных тонов:
субконтроктава [C2-C1] – 16,35 - 32,7 Гц
контроктава
[C1-C] – 32,7 - 65,4 Гц
большая октава [С-с] – 65,4 - 130,8 Гц
малая октава
[с-с1] – 130,8 - 261,6 Гц
первая октава [с1-с21 – 261,6 - 523,2 Гц
вторая октава
[с2-с3] – 523,2 - 1046,4 Гц
третья октава
[с3-c4] – 1046,4 - 2092,8 Гц
четвертая октава [c4-c5] – 2092,8 - 4185,6 Гц
Соотношения между различными тонами в равномерно темперированном строе – интервальные коэффициенты:
прима – 1,000
малая секунда – 1,0595
большая секунда – 1,1225
малая терция – 1,1892
большая терция – 1,2599
кварта – 1,3348
увеличенная кварта – 1,4142,
квинта – 1,4985
малая секста – 1,5874
большая секста – 1,6818
малая септима – 1,7818
большая септима – 1,8877
октава – 2,0000
16
3. Длина звуковой волны
Длина звуковой волны «λ» чистого тона связана со скоростью звука
«с» и его частотой «f» соотношением λ = с/f, из которого видно, что чем
выше частота, тем короче длина волны.
Так, например, для частоты 100 Гц длина волны λ =340/100 = 3,4 м, а
для частоты 1000 Гц она равна 0,34 м. Необходимо учитывать, что рассеянные отражения звука обеспечиваются при условии, что размеры архитектурных членений (лепка, орнамент, скульптурные формы, пилястры и
др.) совпадают с длиной волны.
4. Диффузность звукового поля
В замкнутом помещении звуковые волны, отражаясь от его поверхностей, движутся по разнообразным направлениям. В результате этого в
помещении образуется сложное звуковое поле. Важное значение в акустике помещений имеет понятие «диффузное поле», характеризуемое тем, что
во всех точках поля усредненные во времени уровень звукового давления и
поток приходящей по любому направлению звуковой энергии постоянны.
5. Коэффициент звукопоглощения
Звуковые волны несут с собой механическую энергию, получаемую
от источника звука (звуковую энергию). Падая на какую-либо поверхность, звуковые волны отражаются от нее, теряя часть своей энергии. Этот
процесс называется звукопоглощением, а отношение поглощенной при
этом энергии к падающей – коэффициентом звукопоглощения «α», являющимся безразмерной величиной. При полном поглощении падающей энергии α = 1, а при полном ее отражении α = 0.
6. Эквивалентная площадь звукопоглощения
Если какая-либо поверхность имеет площадь S и коэффициент звукопоглощения α, то величина А = α·S называется эквивалентной площадью
звукопоглощения (ЭПЗ) этой поверхности. К некоторым объектам сложной формы и сравнительно небольших размеров (например, кресла и слушатели) понятие «коэффициент звукопоглощения» трудно приложимо, и
звукопоглощающие свойства такого объекта характеризуют просто его эквивалентной площадью звукопоглощения.
7. Реверберация
В закрытом помещении после прекращения звучания источника звук
исчезает не сразу; звуковые волны продолжают многократно отражаться от
поверхностей помещения, теряя при каждом отражении часть своей энергии, вследствие чего уровень звукового давления в воздушном объеме помещения постепенно спадает. Такой процесс спадания уровня звукового
давления в помещении после прекращения звучания источника называется
реверберацией.
17
7. ПРИМЕР АКУСТИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ЗРИТЕЛЬНОГО ЗАЛА
Акустическое проектирование зрительного зала приведено на рис. 8, 9.
Рис. 8. План зала – партер М 1:200
Рис. 9. План зала-балкон М 1:200
18
Принятые и рассчитанные характеристики зала.
Вместимость:
в партере – 450;
на балконе – 243.
Размеры зала в центральной части:
длина – 24,6 м;
ширина – 22,4 м;
высота – 9,4 м.
Воздушный объем – 5179 м3.
Удельный объем на одного зрителя – 7,7 м3.
Площадь поверхностей зала:
Боковая левая стена – 260,7 м2;
участок 1 : 2,2 х 9,4 = 20,66 м2;
участок 2 : 2,8 x 9,4 = 26,52 м2;
участок 3 : 9,6 х 9,4 = 90,24 м2;
участок 4 : 6,6 х 9,4 = 62,04 м2;
участок 5 : 6,4 х 9,4 = 61,44 м2;
Боковая правая стена – 260,7 м2.
задняя стена:
партер 16,2 х 3,0 = 48,6 м2;
балкон 16,2 х 3,0 = 48,6 м2;
оркестровая яма 24,2 х 2,2 = 53,2 м2;
проем сцены с порталом 11,0 х 7,6 =83,6 м2.
Общая площадь стен – 671,8 м2.
Площадь пола:
занятая креслами в партере 430 х 0,65 = 279,5 м2;
проходы в партере – 71,0 м2;
пол в оркестровой яме – 28,6 м2;
занятая креслами на балконе – 243 х 0,65 = 158 м2.
проходы на балконе – 35,0 м2.
Площадь потолка – 27,6 х 19 = 524,4 м2.
Общая площадь внутренних поверхностей – 1766 м2.
Рекомендуемое время реверберации для зрительного зала драматического театра объемом V = 5179 м3 на частотах 500-2000 Гц – Т = 1,28 с.
Расчет акустики зала по геометрической теории
Построение звуковых отражений на разрезе и плане зрительного зала
приведено на рис. 10, 11, 12.
19
Рис. 10. Разрез зала с построением звуковых отражений М 1:200
Рис. 11. План зала с построением звуковых отражений М 1:200
20
Рис. 12. Разрез зала М1-2000
Акустический расчет сводится к решению двух задач:
1. Необходимо рассчитать время запаздывания первых отражений от
потолка и стен по сравнению с прямым звуком для ряда слушательских
мест, расположенных далее 8 м от источника. Запаздывание не должно
превышать 0,02-0,03 с.
2. Проверить ряд мест зрительного зала на образование «эха». Отраженный звук, воспринимается как «эхо», если его запаздывание превышает
0,05 с.
Расчет времени запаздывания первых отражений производится по
формуле и сводится в табл. 3.
(   2 )   0
t  1
,
(8)
c
где ℓ1 – длина луча до встречи с поверхностью, м;
ℓ1 – длина отраженного луча, м;
ℓ2 – длина прямого луча, м;
с – скорость звука в воздухе, с = 340 м/с.
Если ∆t = 0,05 с – воспринимается эхо.
21
Таблица 3
Расчет времени запаздывания первых отражений
Точки
Длина луча до
встречи с поверхностью, м
1
2
3
4
12,0
13,2
17,4
20,4
5
6
7
8
11,8
19,3
10,0
22,4
Длина
отраженного
луча, м
Отражения от потолка
11,4
10,6
6,0
4,6
Отражения от стены
4,2
4,3
14,4
10,0
Длина
прямого
луча, м
Разность хода Время запазотраженного дывания пери прямого
вых отражелучей, м
ний, с
11,2
16,2
19,2
22,4
12,2
7,6
4,2
2,6
0,03
0,02
0,01
0,01
14,0
20,8
20,0
23,4
2,0
2,8
4,4
9,0
0,01
0,01
0,01
0,02
Вывод. Время запаздывания первых отражений не превышает установленных норм и находится в пределах 001-0,03 с, т.е.10-30 мс, эхо не образуется. Принятая форма и очертания внутренних поверхностей способствуют правильному распределению отраженных звуков.
Статистическая теория. Расчет времени реверберации
Время реверберации рассчитываем, пользуясь приемами вышеизложенной методики.
По графику (приложение 1) находим рекомендуемое для зала музыкально-драматического театра с объемом V = 5179 м3 время реверберации
на частотах 500-2000 Гц – Т = 1,28 c. На частоте 125 Гц принимаем время
реверберации не более 1,5 c для того, чтобы не ухудшить разборчивость
речи. Таким образом T125 Гц = 1,5 с.
Расчет времени реверберации производим для трех частот: 125,500 и
2000 Гц. Для этих частот находим требуемый средний коэффициент звукопоглощения  и общую ЭПЗ – Аобщ., пользуясь (3) – для частот 125 и 500
Гц и (4) – для частоты 2000 Гц.
Для частоты 125 Гц:
0,163  V 0,163  5179 847
(  ) 


 0,3 .
T S
1,5  1852
2778
Для φ(  ) = 0,3 по приложению 3 находим  = 0,26.
Определяем Аобщ.:
Аобщ. =  · Sобщ. = 0,26 · 1852 = 481,5 м2.
Для частоты 500 Гц аналогично.
22
0,163  V 0,163  5179 847


 0,37 .
T S
1,28  1852 2370
Для φ(  ) = 0,37 по приложению 3 находим  = 0,31.
Определяем Аобщ.:
Аобщ. =  · Sобщ. = 0,31 · 1852 = 574 м2.
Для частоты 2000 Гц:
(0,163  T  n )  V (0,163  1,28  0,009)  5179 0,151  5179
(  ) 


 0,33 .
T  Sобщ .
1,28  1852
2370
(  ) 
Для φ(  ) = 0,33 по табл. 4 находим  = 0,28.
Аобщ. = 0,28 · 1852 = 528 м2.
Предварительно намечаем материалы отделки зала: для потолка –
штукатурка по металлической сетке; для стен – штукатурка по кирпичу;
пол паркетный; кресла – полумягкие с тканевой обивкой.
Исходя из намеченной отделки и типа кресел, вычисляем общую ЭПЗ –
А'общ. Расчет производим для 75% заполнения зала слушателями. Вычисление А'общ. приведено в табл. 3.
тр.
Сравнивая А'общ. (ЭПЗ расчетная) с А общ
. (ЭПЗ требуемая), находим,
что для обеспечения рекомендуемого времени реверберации необходимо
дополнительно внести ЭПЗ на частоте 125 Гц – 111,8 м2; на частоте 500 Гц –
169,8 м2; на частоте 2000 Гц – 88,2 м2.
Назначаем дополнительно отделку стен и потолка – акустическим
материалом – плиты «акмигран», коэффициент звукопоглощения которого
на частоте 500 Гц – α = 0,45; на частоте 2000 Гц – α = 0,55.
По (7) находим площадь обработки поверхностей принятым материалом.
На частоте 500 Гц: A = α · S; A = 0,45 · S; 169,8 = 0,45 · S;
S = 169,8:0,45 = 377 м2.
На частоте 2000 Гц:
S = 88,2:0,55 = 160 м2.
Заключение: расчетный фонд звукопоглощения с дополнительным
внесением акустического материала типа «акмигран» на площади 160 м2
стен обеспечивает оптимальное время реверберации Т = 1,28 с на частотах
500-2000 Гц.
Варианты заданий по акустическому проектированию зрительных
залов приведены в приложениях 5-8.
При расчете времени реверберации рекомендуется пользоваться значениями, которые даны в приложении 4.
23
24
Приложение 1
Рекомендуемое время реверберации
(СНиП II – Л.20-69. Театры. Нормы проектирования)
1
2
3
График рекомендуемого времени реверберации в зрительных залах
1– оперно-балетные театры
2 – музыкально-драматические театры
3 – драматические театры
Приложение 2
Коэффициенты звукопоглощения материалами
№
п/п
1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Материалы
2
Стена кирпичная оштукатуренная,
окрашенная клеевой краской
Штукатурка по металлической сетке
Плиты типа «Акмигран»
Плиты «Силакпор»
Гипсокартонные листы на расстоянии
5 см от поверхности
Плиты гипсовые перфорированные
Паркет по деревянному основанию
Внутренняя поверхность оркестровой
ямы
Проем сцены
Слушатели на мягком кресле
Свободные кресла полумягкие
Коэффициенты звукопоглощения
для частоты, Гц
125
500
2000
3
4
5
0,02
0,02
0,04
0,04
0,11
0,45
0,06
0,45
0,60
0,04
0,55
1,0
0,30
0,15
0,55
0.05
0,10
0,45
0,10
0,55
0,06
0,10
0,10
0,08
0,20
0,25 м2
0,08 м2
0,20
0,40 м2
0,15 м2
0,30
0,45 м2
0,20 м2
25
Приложение 3
Значение функции φ(αср.) = ln(1–αср.)
для расчета времени реверберации
Десятые
доли αср.
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0
0,00
0,10
0,22
0,36
0,51
0,69
0,92
1,20
1,61
1
0,01
0,12
0,24
0,37
0,53
0,71
0,94
1,24
1,66
2
0,02
0,13
0,25
0,39
0,54
0,73
0,97
1,27
1,77
3
0,03
0,14
0,26
0,40
0,56
0,76
0,99
1,31
1,77
Сотые доли αср.
4
5
0,04
0,05
0,15
0,16
0,27
0,29
0,42
0,43
0,58
0,60
0,78
0,80
1,02
1,05
1,35
1,39
1,83
1,90
6
0,06
0,17
0,30
0,45
0,62
0,82
1,08
1,43
1,97
7
0,07
0,19
0,32
0,46
0,64
0,84
1,11
1,47
2,12
8
0,08
0,20
0,33
0,48
0,65
0,87
1,14
1,51
2,12
9
0,09
0,21
0,34
0,49
0,67
0,89
1,17
1,56
2,21
Пример: для αср. = 0,39 находим из таблицы φ(αср.) = 0,49.
Приложение 4
Приближенное определение эквивалентной площади звукопоглощения
в помещении (ГОСТ 12.1.028)
Эквивалентную площадь звукопоглощения А приближенно вычисляют по aформуле:
A = αs · SV ,
где SV – площадь ограждающих поверхностей в помещении (включая пол), м2;
αs – средний коэффициент звукопоглощения, зависящий от вида помещения и равный:
0,05 – для пустого помещения с гладкими стенами из бетона, кирпича;
0,1 – для частично пустого помещения с гладкими стенами из бетона,
кирпича;
0,15 – для помещений с жесткой мебелью;
0,2 – для расчлененных помещений с оборудованием или без него;
0,25 – для помещений с мягкой мебелью или помещений с частичной
облицовкой звукопоглощающими конструкциями стен и потолка;
0,35 – для помещений с полной звукопоглощающей облицовкой стен и
потолка;
0,5 – для помещений, облицованных специальными звукопоглощающими конструкциями.
26
Приложение 5
Характерные формы зала в плане
1
2
4
5
7
10
3
6
8
9
12
11
1 – прямоугольный; 2 – прямоугольный со срезанными углами; 3 – прямоугольный со скругленными к сцене стенами; 4 – секторный; 5 – секторный
с уступами для раздельной эвакуации; 6 – овальный, раскрытый к трехпролетному порталу; 7 – трапециевидный с таким же порталом; 10 – овал, срезанный портальной стеной параллельно короткой оси; 11 – то же, по длинной оси; 12 – полукруглый.
27
Приложение 6
Характерные формы зала в разрезе
1
2
3
4
5
7
6
8
1 – партерный зал; 2 – партер и торцовый балкон; 3 – партер, торцовый и
боковые балконы, понижающиеся уступами к сцене; 4 – партер и один
большой балкон, вход на балкон через люки; 5 – партер два балкона и
снижающиеся к сцене балконы; 6 – амфитеатральный зал; 7 – амфитеатр с
ломанным профилем и входами в среднем уровне; 8 – амфитеатр с партером в пониженной средней части.
28
Приложение 7
Размещение в зале мест, проходов и выходов
7
1
2
3
4
5
6
8
9
1 – короткие ряды, продольные проходы; 2, 3 – короткие ряды, продольные
и поперечные проходы; 4 – короткие ряды в большом секторном зале; 5 –
сочетание коротких и длинных рядов; 6 – то же, с ложами; 7 – длинные ряды между боковыми проходами; 8, 9 – длинные ряды между расчленными
боковыми проходами для раздельной эвакуации.
29
30
СОДЕРЖАНИЕ
1. Общие положения ........................................................................................ 3
2. Нормативные требования к акустическому проектированию
зрительных залов .............................................................................................. 4
3. Геометрическая теория акустики ................................................................ 7
Допустимое запаздывание ранних звуковых отражений ........................... 7
Правильное распределение отраженного звука .......................................... 8
4. Статистическая теория акустики ............................................................... 10
Общие положения расчета времени реверберации .................................. 10
Расчет времени реверберации .................................................................... 11
5. Применение звукопоглощающих материалов и изделий ........................ 13
Термины и определения ............................................................................. 13
Классификация ........................................................................................... 14
Общие технические требования ................................................................ 14
Основные виды звукопоглощающих материалов и изделий ................... 15
6. Некоторые акустические понятия и величины, учитываемые
при акустическом проектировании .............................................................. 16
7. Пример акустического проектирования зрительного зала ...................... 18
Расчет акустики зала по геометрической теории ..................................... 21
Статистическая теория. Расчет времени реверберации ........................... 22
Приложение 1. Рекомендуемое время реверберации ................................... 25
Приложение 2. Коэффициенты звукопоглощения материалами................. 25
Приложение 3. Значения функции φ(αср.) = ln(1-αср.) для расчета
времени реверберации ................................................................................... 26
Приложение 4. Приближенное определение эквивалентной площади
звукопоглощения в помещении (ГОСТ 12.1.028) ........................................ 26
Приложение 5. Характерные формы зала в плане........................................ 27
Приложение 6. Характерные формы зала в разрезе ..................................... 28
Приложение 7. Размещение в зале мест, проходов и выходов .................... 29
Приложение 8. Индивидуальные задания для акустического
проектирования зрительных залов ................................................................ 30
31
АКУСТИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
ЗРИТЕЛЬНЫХ ЗАЛОВ
Методические указания
к практическим занятиям по курсу «Физика»
Составили: КРАМАРОВ Евгений Андреевич
КУДРЯВЦЕВ Виталий Викторович
Рецензент С.Ф. Дядченко
Корректор Н.Н. Крылова
Компьютерная верстка Т.Н. Жиронкиной
Лицензия ИД № 06268 от 14.11.01
Подписано в печать 06.07.06
Формат 6084 1/16
Бум. тип.
Усл. печ.л. 1,86 (2,0)
Уч.-изд.л. 1,8
Тираж 150 экз.
Заказ 307
Бесплатно
Саратовский государственный технический университет
410054, Саратов, Политехническая ул., 77
Отпечатано в РИЦ СГТУ. 410054, Саратов, Политехническая ул., 77
32