Акустическое проектирование зрительного зала

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

Построение профиля потолка

Метод построения звукоотражающих экранов рассмотрен на примере проектирования профиля потолка.

Корректировка формы потолка осуществляется на основе метода мнимого источника звука. Поставим задачу: так запроектировать припортальный участок потолка, чтобы обеспечить отражениями звука вторую половину зала, включая последний ряд партера. Для построения наклонной части потолка вблизи сцены выполняем следующие действия.

1. На предварительно обозначенном наклонном участке потолка (рис.4) выбираем точку Р₁, отступив от края участка, удаленного от портала сцены, не менее 0,5 м. Через эту точку, а также через точки F (источник звука) и К₁ (зритель последнего ряда партера) проводим падающий и отраженный лучи FP₁ и К₁Р₁ .

Высота источника F над полом эстрады или сцены принимается равной 1,5 м, а высота точки приема К₁ над полом принимается равной 1,2 м.

2. На продолжении прямой К₁Р₁ откладываем отрезок P₁F΄, равный FP₁. Полученную точку F^′ (мнимый источник звука) соединяем с источником звука F.

3. На прямую FF^′ из точки Р₁ опускаем перпендикуляр. Направление этого перпендикуляра – линия С₁С₁^′ - определяет новый наклон припортальной части потолка. Отступив по этой линии от линии портала 0,5 м, получим точку Q. Участок Р₁Q - это рабочая область построенного звукоотражающего экрана. Линии Р₁К₁ и QQ′ ограничивают ту часть мест партера, куда поступают первые направленные отражения от экрана.

В точке Q^′ проверим возможность образования эха. Для этого рассчитаем время запаздывания отраженного звука по формуле (2) в п.1.3. Если время запаздывания превышает указанные выше значения, следует изменить построенный участок потолка; например, опустить его ниже.

Аналогично корректируем участок потолка над балконом (рис.4).

2. Построение лучевого эскиза плана

Лучевой эскиз представляет собой набор звуковых отражений от различных поверхностей зала.

Для построения лучевого эскиза плана используем:

1) метод мнимого источника звука – для плоских поверхностей;

2) формулу (1) в п. 1.1 для определения местоположения фокуса - в случае вогнутой задней стены.

Рекомендуется разбить план продольной осью на две части. В одной из них строится лучевой эскиз, на основании которого проводится анализ формы зала и дается его оценка. В другой части выбираются расчетные точки (не менее трех - в разных частях зала) и для них определяют время запаздывания при отражении звуков от разных поверхностей по формуле (2). Тем самым проверяют возможность возникновения эха в этих точках.

Расчеты времени запаздывания и рекомендации по устранению эха следует привести в тексте пояснительной записки.

Источник звука F выбираем на пересечении продольной оси зала и линии портала. На рис. 5 и 6 показаны примеры лучевых эскизов планов. Основными поверхностями (на плане), дающими первые мало запаздывающие отражения звука, являются припортальные скосы и боковые стены. Следует показать зону зрительских мест в зале, в которую эти отражения приходят. Для этого проведем по 2 крайних луча от этих поверхностей (отступив от краев не менее 0,5 м), а зону между ними отметим штриховкой или закрасим. Заднюю стену, как правило, облицовывают звукопоглощающими материалами, и отраженная от нее звуковая энергия будет ослаблена. Покажем это короткими отраженными лучами.

Вопросы для самопроверки

1.Построить отражения звука от потолка, имеющего горизонтальную плоскую поверхность.

2.Как избавиться от фокусировки звука в зале с криволинейными поверхностями?

3.Каковы условия отсутствия эха в зале?

4.Как правильно выбрать объем зала?

5.С какой целью в больших залах корректируют форму потолка, скашивая его переднюю и заднюю части?

6.Построить отражения звука от задней вогнутой стены балкона.

7. При каких условиях поверхность будет отражать звуки направленно?

8.Что такое рабочая область экрана и как определить минимальный размер экрана, направленно отражающий звуки?

9.Каков должен быть размер элементов членения, чтобы эффективно рассеивались звуки разной частоты?

10. Запроектировать припортальные скосы стен на плане зала прямоугольной формы, пользуясь методом построения звукоотражающих экранов.

11. Запроектировать припортальный экран на потолке, направленно отражающий звуки на балкон.

Часть 2

Вопросы для самопроверки

1. Какие параметры помещения влияют на время реверберации?

2. Возможно ли явление реверберации на открытой площадке?

3. При расчете времени реверберации на каких частотах следует учитывать поглощение звука в воздухе?

4. Что общего и какие отличия в явлениях реверберации и эха?

5. Какие факторы определяют оптимальное время реверберации?

6. Зависит ли время реверберации в зале от мощности источника звука?

7. Какие поверхности в зале следует облицевать звукопоглощающими материалами, если для оптимизации времени реверберации требуется дополнительное звукопоглощение?

8. Чему равна ЭПЗ поверхности площадью S, поглощающая 50% падающей звуковой энергии?

9. Стены в помещении облицованы деревянными панелями на относе 10 см от поверхности. Является ли такая отделка звукопоглощающей? Если – да, то для каких частот?

10. Что учитывает коэффициент добавочного звукопоглощения?

II. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

(расчетная часть)

Цель данного раздела – обеспечить нормативное время реверберации в зале. Она решается правильным выбором отделочных материалов.

Исходными данными для расчета являются: назначение и объем зала, количество зрительских мест, площади поверхностей зала.

По окончании расчета следует сделать вывод об обеспечении оптимального времени реверберации в пределах допустимых отклонений.

Порядок расчета следующий.

Определяем (по заданию) объем зала V и площади внутренних поверхностей помещения S_i, а также суммарную площадь этих поверхностей S_общ. Данные заносятся в табл. 1.

Примечание.

Площадь пола следует разделить на 2 части. Площадь пола, занятого зрителями, рассчитаем из условия, что один зритель, сидя в кресле, занимает площадь 0,5 м². Умножив это значение на вместимость зрительного зала, получим площадь пола, занятого зрителями.

Вычтем эту площадь из общей площади пола, приведенной в задании, определив тем самым площадь пола, не занятого зрителями.

1. По графику (рис.7) находим для данного помещения оптимальное время реверберации на частоте 500 Гц – Т_опт⁵⁰⁰. Затем по формулам (10) определяем Т_опт на частотах 125 Гц и 2000 Гц: Т_опт¹²⁵ и Т_опт²⁰⁰⁰.

2. Из формул Эйринга (4) или (5) определяем значение функции среднего коэффициента звукопоглощения φ(α_ср) для частот 125, 500 и 2000 Гц – φ(α_ср ^тр)¹²⁵; φ(α_ср ^тр)⁵⁰⁰; φ(α_ср ^тр)²⁰⁰⁰.

3. По табл.В Приложения определяем требуемые величины среднего коэффициента звукопоглощения - α_ср^тр(125); α_ср^тр(500); α_ср^тр(2000).

4. Определяем требуемые значения ЭПЗ на частотах 125 Гц, 500 Гц, и 2000 Гц из формулы (6):

А_общ ^тр(125) = S_{общ ·} α_ср ^тр(125); (11)

А_общ ^тр(500) = S_{общ ·} α_ср ^тр(500);

А_общ ^тр(2000) = S_{общ ·} α_ст ^тр(2000).

5. Намечаем отделку внутренних поверхностей зала и определяем А_общ.

А_общ = ∑А_табл1 + ∑А_табл2 + ∑А_табл3 (12)

При выборе отделочных материалов для зала должно выполняться условие:

А_общ ^тр = А_общ

Для достижения этого:

– Выбираем внутреннюю отделку для следующих поверхностей: потолка; пола, не занятого местами для зрителей; при наличии оркестровой ямы – ее внутренней поверхности.

При расчете зала со сценой, оборудованной колосниками, декорациями, задником и кулисами и отделенной от зала порталом, объем и площади внутренних поверхностей сцены не учитываются, а вводится площадь проема сцены с табличными коэффициентами звукопоглощения.

Определяем ЭПЗ этих поверхностей - α_{i ·} S_i (кроме стен и пола, занятого местами для зрителей). Определяем эквивалентную площадь добавочного звукопоглощения – α_доб · S_общ.

Соответствующие значения α приведены в табл. А Приложения. Определяем сумму ЭПЗ _табл.1 - ∑А_табл1 и заполняем таблицу 1.

- Намечаем отделку кресел и определяем звукопоглощение, создаваемое зрителями и свободными креслами. ЭПЗ зрителей и свободных кресел определяем из условия заполнения зала зрителями на 70%.

Соответствующие значения А приведены в табл. Б Приложения. Определяем сумму ЭПЗ _табл.2 - ∑А_табл2 и заполняем таблицу 2.

- Определяем требуемую ЭПЗ стен для частот 125 Гц, 500 Гц, 2000 Гц из формулы (12):

∑А_табл3 ^тр = А_общ ^тр – (∑А_таб1 + ∑А_табл2 )

Исходя из полученного значения ∑А_табл3^тр, подбираем отделку стен. Данные заносим в табл.3. Допускается отклонение полученного значения ∑А_табл3 от требуемого - ∑А_табл3 ^тр в пределах ± 20 - 30 м².

Примечания. Материалы с большим коэффициентом звукопоглощения следует размещать на поверхностях, от которых к зрителю не попадают первые мало запаздывающие отражения звука. Это, как правило, задняя стена и, возможно, верхняя часть продольных стен (от отметки 2,2 – 2,5 м). Материалы с малым коэффициентом звукопоглощения следует применять для потолка и нижней части продольных стен.

- Определяем фактическую общую ЭПЗ в зале (сумма значений ЭПЗ 1,2,3 таблиц) – А_общ по формуле (12) для 125, 500 и 2000 Гц - А_общ¹²⁵; А_общ⁵⁰⁰; А_общ²⁰⁰⁰.

6. Определяем средние коэффициенты звукопоглощения для 125 Гц, 500 Гц и 2000 Гц, исходя из фактически выбранных материалов по формуле (6).

7. По табл.В Приложения находим соответствующие значения φ(α_ср)- φ(α_ср)¹²⁵, φ(α_ср)⁵⁰⁰, φ(α_ср)²⁰⁰⁰.

8. Определяем фактическое (расчетное) время реверберации в зале на частотах 125 Гц, 5000 Гц, 2000 Гц по формулам Эйринга (4), (5) – Т_расч¹²⁵, Т_расч⁵⁰⁰, Т_расч²⁰⁰⁰.

9. Полученные значения Т_расч сопоставляем с оптимальными значениями Т_опт.

Отклонения между расчетным и оптимальным временем реверберации не должны превышать ±10%.

Таблицы к расчету времени реверберации

Таблица 1

Наименование поверхности	Материал	Площадь S, м2	Коэф-т звукопогл. α и ЭПЗ α·S, м2 на частотах, Гц
α	α·S	α	α·S	α	α·S
Потолок
Пол, не занятый местами для зрителей
Проем сцены
Внутр.пов-ти оркестр.ямы
Пол, занятый местами для зрителей	-		-	-	-	-	-	-
Стены	-		-	-	-	-	-	-
Sобщ	-		-	-	-	-	-	-
Добав.звукопогл. αдоб · Sобщ	-
Сумма ЭПЗ - ∑Атабл1	-	-	-		-		-

Таблица 2

Зрители и кресла	Кол-во, n	ЭПЗ зрителя (кресла) А и ЭПЗ всех зрителей (незанятых кресел) А·n на частотах, Гц
А	А·n	А	А·n	А	А·n
Зрители в креслах (70% заполнения)
Свободные кресла (вид отделки)
Сумма ЭПЗ - ∑Атабл2	-	-		-		-

Таблица 3

Наименование поверхности	Материал	Площадь S, м2	Коэф-т звукопогл. α и ЭПЗ α·S, м2 на частотах, Гц
α	α·S	α	α·S	α	α·S
Стены
Боковые: нижняя часть
Боковые: верхняя часть
Задняя
Сумма ЭПЗ - ∑Атабл3	-	-	-		-		-

ПРИЛОЖЕНИЕ

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