Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВПО «Московский архитектурный институт

(государственная академия)»

А.Д. Чебанов

Приближенная оценка акустического

качества залов различного

функционального назначения

Учебно-методические указания

Москва

МАРХИ

2012

3

УДК 534.2 ББК 38.113 Ч 34 Чебанов А.Д.

Приближенная оценка акустического качества залов различного функционального назначения: учебно-методические указания / А.Д. Чебанов.—М.: МАРХИ, 2012. — 24 с.

Учебно-методические указания по разделу «Архитектурная акустика» дисциплины «Архитектурная физика» составлены на основе требований действующих СНиП 23-03-2003 «Защита от шума». Они предназначены для выполнения курсовых расчетнографических работ (РГР) (5-й курс по ФГОС-2 и 4-й курс по ФГОС-3) или раздела дипломного проекта специалиста, бакалавра или магистра. Индивидуальные задания с исходными расчетными параметрами на РГР выдаются или согласовываются (по данным студента) преподавателем, а в составе дипломного проекта предопределяются принятыми объемно-планировочными решениями. Выполнение РГР или раздела дипломного проекта сопровождается консультациями преподавателей кафедры «Архитектурная физика».

Учебно-методические указания являются актуализированным дополнением к главе «Архитектурная акустика» в учебнике «Архитектурная физика» при подготовке к зачету (ФГОС-2) и экзамену (ФГОС-3), а также вариативным дополнением к учебно-методическим указаниям к курсовой расчетно-графической работе: Климухин А.А., Киселева Е.Г.

«Проектирование акустики зрительных залов». М. МАРХИ 2011г.

© МАРХИ, © Чебанов А.Д.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Приближенный расчет времени реверберации………………………….. 1.1. Оценка времени запаздывания……………………………………… 1.2. Оценка времени реверберации……………………………………… 1.3. Формирование плана и разреза зала………………………………... 1.4. Оценка радиуса «гулкости» и диффузности звукового поля……. 1.5. Оценка уровня интенсивности звука……………………………… 1.6. Определение коэффициента разборчивости……………………… 2. Пример. Приближенная оценка акустического качества зрительного зала драматического театра на 800 мест…….... 2.1. Определение времени запаздывания……………………………… 2.2. Расчет профиля пола……………………………………………….. 2.3. Расчет времени реверберации……………………………………... 2.4. Определение степени диффузности звукового поля…………….. 2.5. Уровень интенсивности звуковой энергии в зале…………..……. 2.6. Определение коэффициента слоговой разборчивости речи…….. 2.7. Выбор материалов ограждающих конструкций………………….. 3. Литература………………………………………………………………...

1. ПРИБЛИЖЕННЫЙ РАСЧЕТ ВРЕМЕНИ РЕВЕРБЕРАЦИИ

В практике акустического проектирования залов различного функционального назначения часто необходимо дать быструю приближенную оценку основных параметров качества. К ним относятся:

1) значения времен запаздывания первых полезных звуковых отражений в 3-4 контрольных точках;

2) величины времен реверберации для низких (125 Гц), средних (500Гц) и высоких (2000-4000Гц) частот;

3) значения радиуса «гулкости» и степени диффузности звукового поля, определяющие границу прямого и диффузного звукового поля и пространственное расположение источника звука;

4) величину уровня интенсивности звукового сигнала в пределах радиуса оптимального восприятия звука;

5) значение коэффициента слоговой разборчивости речи для различных звуковых программ.

Полученные в результате быстрого приближенного расчета значения параметров акустического качества должны быть сравнены с нормативными величинами с учетом допустимой в акустических расчетах 10%-ной погрешности.

1.1. ОЦЕНКА ВРЕМЕНИ ЗАПАЗДЫВАНИЯ Для приближенной оценки времени запаздывания звука в разрезе зала в 34 контрольных точках целесообразно использовать следующее соотношение:

где k i - коэффициент формы для i-ой контрольной точки (i = 1, 2, 3, 4);

и с – средняя длина свободного пробега и скорость звука соответственно, при ограждающих поверхностей речевых залов, м2.

В качестве коэффициентов формы, исходя из практики построения формы зала в плане и разрезе, можно выбрать следующие значения:

k 1 =0,8; k 2 =0,9; k 3 =0,7 и k 4 =0,6 (4-ая контрольная точка находится посередине балкона).

В случае необходимости, значения времени запаздывания можно проконтролировать путем использования общепринятого метода расчета:

(2) где - длины падающих и отраженных от ограждающих поверхностей звуковых лучей, а r0 - длина пути прямого звука до i-ой контрольной точки.

При оценке времени запаздывания для плана зала, коэффициенты формы зала имеют следующие значения: k 1 =0,9; k 2 =1,0; k 3 =0,8 и k =0,7.

1.2. ОЦЕНКА ВРЕМЕНИ РЕВЕРБЕРАЦИИ Для быстрой приближенной оценки времени реверберации для низких, средних и высоких частот рекомендуется использовать следующие соотношения (при среднем речевом зале на 800 чел. и среднем музыкальном зале на 8000 чел.):

а) Средние частоты (500 Гц1000 Гц): Т речь = 0,065V б) Средние частоты (500 Гц1000 Гц): Т музыка = 0,07V где Т речь, Т музыка - времена реверберации для речевого и музыкального сигнала, а Vр - расчетный объем сформированного по принципу «золотого сечения» зала – Н:В:L = 3:5:8 для музыкальных залов или по «формантному»

принципу – Н:В:L = 2:3:5 для речевых залов.

Поскольку коэффициент в формуле для приближенного времени реверберации зависит от объема и формы зала, целесообразно в целях практических расчетов представить сводную таблицу в виде:

I. Приближенное время реверберации для речевых залов а) малые залы б) средние залы в) большие залы II. Приближенное время реверберации для музыкальных залов а) малые (камерные) залы б) средние залы в) большие залы (1) 10000м3V10500м 11000м3V11500м г) большие залы (2) 12000м3V12500м 12500м3V13000м 13000м3V13500м 13500м3V14000м 14000м3V14500м 14500м3V15000м д) очень большие залы (1) 15000м3V16000м 16000м3V17000м 18000м3V19000м е) очень большие залы (2) 20000м3V25000м 30000м3V35000м 40000м3V45000м ж) сверхзалы 50000м3V60000м 60000м3V70000м 80000м3V90000м Все вышеприведенные времена реверберации соответствуют средним частотам – 500 1000 Гц.

Для приближенного определения времени реверберации на низких и высоких частотах следует воспользоваться таблицей 2.

При необходимости получить значения времени реверберации для низких и высоких частот, можно воспользоваться известной таблицей величин соотношений между оптимальным временем реверберации для низких и высоких частот:

соотношения Например, если для конференцзала для частоты f = 500Гц оптимальное время реверберации составляет Тс = 1,2 сек, то при низкой частоте fн = 125 Гц это значение должно быть увеличено до Тн = 1,2·1,2 = 1,44 сек, а при высокой частоте fв = 2000 – 4000Гц – оно должно быть уменьшено до Тв = 0,9·1,2 = 1, сек.

Тогда формулы для времени реверберации на низких, средних и высоких частотах с учетом (3) и (4), будут выглядеть следующим образом:

(52) (53) (54) Т н музыка = (1,2 1,4) 0,075V 1/3, сек;

(55) (56) (57) Нормативное время реверберации Тн – определяется по известному графику или по соответствующим ему формулам:

(58) где k = 0,29 – лекционные, драматические и кинозалы; k = 0,39 – залы камерных и музыкальных театров; k = 0,45 – симфонические залы; k = 0,34 – многоцелевые залы; Vр – расчетный объем помещения, м3.

Относительная погрешность вычисления времени реверберации – (59) (60) не должны превышать 10%.

1.3. ФОРМИРОВАНИЕ ПЛАНА И РАЗРЕЗА ЗАЛА

При построении формы зала в плане и разрезе первое приближение может быть представлено в виде трехзвенной конструкции потолка (передний и задний акустические козырьки и скрепляющая их часть). В плане необходимо использовать также трехзвенную часть (прямая трапеция + прямая трапеция с общим углом раскрытия боковых стен не более 1012° + обратная трапеция, позволяющая направить первые полезные отражения в задние ряды партера). Все построения при формировании плана и разреза в первом приближении можно осуществлять с использованием главного принципа геометрической акустики – угол падения и угол отражения звуковой волны, а также перпендикуляр, проведенный в точку падения, лежат в одной плоскости, при этом угол падения равен углу отражения.

В случае профессионального подхода при формировании плана и разреза зала необходимо использовать известный метод мнимых звуковых источников или его развитие (метод Петцольда).

При построении профиля пола, угол уклона зрительских мест в партере в простейших случаях может быть принят равным 10° для речевых залов и 12° для музыкальных залов.

Расстояние между рядами зрителей в партере и на балконе следует принимать следующим: р = 0,9 – обычный вариант, р = 1,0 – комфортный вариант.

При распространении прямого звука вдоль поглощающей поверхности (например, над публикой, сидящей на горизонтальном полу) он теряет часть своей энергии. Эти потери вызываются явлением «скользящего» поглощения звука. Наибольший спад звуковой энергии (около 0,5 дБ/м) наблюдается в области средних частот (600 Гц – 2000 Гц), который приводит, в частности, к изменению тембральной окраски звука, ухудшающей качество звучания.

С целью ослабить это явление пол должен быть наклонным с последовательным превышением слушательских мест по принципу: при хорошей видимости должно наблюдаться и качественное восприятие прямого звука.

Например, высоту подъема последнего ряда по отношению к нулевому уровню для речевого зала с 20 рядами зрительских мест можно приближенно найти по следующей формуле:

(61) где N – число рядов, речь - расстояние между рядами (спинками кресел), 10° - рекомендуемый уклон пола в градусах для речевых залов.

Следовательно, превышение ряда над рядом для речевого зала с рядами зрительских мест равно:

(62) (63) Высоту подъема последнего ряда по отношению к нулевому уровню для музыкального зала с 30 рядами зрительских мест можно найти по аналогичной формуле:

(64) где N – число рядов, музыка - расстояние между рядами (спинками кресел), 12° - рекомендуемый уклон пола в градусах для музыкальных залов.

Тогда превышение ряда над рядом для музыкального зала с 30 рядами зрительских мест равно:

(65) (66) 1.4. ОЦЕНКА РАДИУСА «ГУЛКОСТИ» И ДИФФУЗНОСТИ

ЗВУКОВОГО ПОЛЯ

С целью быстрого получения величины общего звукопоглощения в зале (при условии, что для отделки ограждающих поверхностей используются традиционные материалы) можно использовать следующие соотношения:

С использованием известного выражения для радиуса «гулкости» зала - rн =, получим простые соотношения для радиусов «гулкости»

речевых и музыкальных залов:

(69) (70) Зная радиус гулкости, можно определить акустическое отношение диффузной и прямой составляющей звуковой энергии:

(71) где rн - радиус «гулкости» зала, м; rком орт - радиус комфортного (оптимального) восприятия звука (78 м – речь и 810 м – музыка):

(72) Критериями хорошего акустического качества залов могут служить следующие диапазоны изменения акустического отношения R:

Чем больше значение акустического отношения R, тем более ясное и мягкое звучание в зале, которое связано с увеличением диффузности звукового поля, приводящей также к усилению восприятия пространственного расположения источника звука.

1.5. ОЦЕНКА УРОВНЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ЗВУКА

Для приближенного определения величины уровня интенсивности звукового сигнала в пределах радиуса комфортного восприятия звука может быть использована формула:

L W - начальный уровень звуковой мощности источника, дБ на где расстоянии одного метра; Т – время реверберации в зале, сек; Vр расчетный объем зала, м3.

Учитывая, что время реверберации для речи и для музыки равны простые выражения для величин уровней интенсивностей звукового давления:

Полученные значения уровней звукового давления сравниваются с относительная погрешность расчетов не превосходит 10%, то можно предположить о хорошей слышимости и слоговой разборчивости на зрительских местах.

1.6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА РАЗБОРЧИВОСТИ

Коэффициент слоговой разборчивости при отсутствии посторонних шумов зависит от:

а) уровня интенсивности суммарного (прямого и диффузного) звука;

б) времени реверберации зала (т.е. от объема зала, формы зала и среднего реверберационного коэффициента звукопоглощения ограждающих поверхностей).

Согласно Кнудсену, коэффициент слоговой разборчивости можно представить в виде:

(78) КL и К T - коэффициенты уровня интенсивности звука и где реверберации в зале.

В свою очередь, их можно приближенно представить в виде:

(79) где L H - нормативный уровень интенсивности речевого и музыкального сигнала в зале, причем:

(80) а L Р - расчетный уровень интенсивности звука, который можно определить по формулам:

L I музыка = L W музыка 6,6 gV р музыка + 2,12 дБ, где L W речь, музыка - исходный уровень звуковой мощности в дБ на помещения, при этом симфонического, камерного и вокального исполнения.

Коэффициент К Т можно приближенно определить по формуле:

(83) где Т H - нормативное значение времени реверберации - Т H = kgV p, где k - коэффициент, зависящий от функционального назначения зала:

k =0,29 – лекционные, драматические и кинозалы; k =0,39 – залы камерных и музыкальных театров; k =0,45 – симфонические залы; k =0,34 – многоцелевые залы; Vр - расчетный объем зала.

Расчетное время реверберации для зала с объемом Vр определяется (84) где коэффициенты и выбираются по той же таблице в зависимости от расчетного объема зала.

Следовательно, коэффициент слоговой разборчивости речи при отсутствии внешних шумов, можно представить в виде:

(85) Аналогично, коэффициент разборчивости музыкальных фрагментов при отсутствии внешних шумов, можно представить в виде:

Критерии оценки слоговой разборчивости речевого и фрагментарной разборчивости музыкального сигнала следующие: