Особенности обеспечения акустического комфорта в помещениях современных атриумов

Особенности обеспечения акустического комфорта в помещениях современных атриумов.

Л.А.Борисов, В.А.Градов, Е.В.Насонова, Х. А.Щиржецкий

Помещения современных атриумов, как правило, состоят из стен, не подлежащих каким-либо изменениям, жесткого (чаще всего каменного) пола и остекления, заменяющего конструкцию крыши. Такие помещения отличаются чрезмерной гулкостью (высокими значениями времени реверберации во всем частотном диапазоне), что делает их малопригодными для проведения каких-либо общественно полезных мероприятий. Для того чтобы помещение атриума можно было использовать в качестве конференц-зала или концертного зала с определенной программой (камерная музыка, драматический спектакль или сольные выступления певцов), время реверберации атриума должно соответствовать оптимальным значениям для каждого из указанных программных выступлений.

Одним из первых, построенных за последнее время атриумов, может быть атриум Старого Гостиного двора в Москве, представляющий собой огромное помещение с воздушным объемом более 260000 м3. В плане он представляет собой неправильный прямоугольник, образованный тремя уровнями огромных проемов, которые частично застеклены или раскрыты в обходные галереи. Пол атриума облицован гранитными плитами, стены - каменные, в некоторых местах оштукатурены, перекрытие внутреннего пространства атриума (потолок) - све-топрозрачное из стеклопакетов. Общая площадь поверхностей ограждающих конструкций атриума (пол, стены, потолок -около 38000 м2. Верхние части стен и прогоны ферм свето-прозрачной конструкции потолка облицованы звукопоглощающим материалом «ЕсорИоп» толщиной 40-60 мм.

Основным критерием акустического качества залов различного назначения является время реверберации. В соответствии с современными рекомендациями для хорошей разборчивости речи время реверберации в атриуме такого объема не должно превышать 1,5п1,6 сек. Для качественного звучания музыки - 2,5п2,6 сек. Проведенные измерения времени реверберации в полностью восстановленном атриуме Старого Гостиного двора при отсутствии публики оказались значительно выше оптимальных значений (табл. 1).

Атриум Вспомогательного корпуса Филиала ГАБТ представляет крытый внутренний двор между соседними строениями. Размеры прямоугольного в плане пола атриума примерно равны 34 х 12, 5 м. Высота зала в левой части атриума (до плоского подвесного потолка) составляет примерно 13,2 м. В центральной части потолка атриума установлен стеклянный фонарь, близкий по форме к ленточному полуцилиндру с радиусом ос-

нования около 7 м. Пол зала - шлифованный камень. Боковые кирпичные стены кроме декоративных пристроек имеют окна, выходящие в окружающие атриум строения. Общий воздушный объем полученного таким образом зала - около 7000 м3.

По проектному заданию атриум не имел четкого функционального назначения; предполагалось использовать его для разнообразных разовых мероприятий разного профиля (собрания, шоу-программы, банкеты и т.п.) и как возможную сцену для оригинальных театральных и концертных представлений. В таблице 1 представлена статистически усредненная частотная характеристика времени реверберации пустого зала атриума. Как и атриум Старого Гостиного двора атриум Филиала ГАБТ имеет весьма высокую гулкость звучания, особенно в диапазоне средних частот. Это подтверждается и субъективной оценкой звука в атриуме.

Атриум в музейном комплексе «Царицыно» представляет собой крытый внутренний двор Хлебного Дома между историческими корпусами объекта. Его предполагали использовать в качестве помещения зала многофункционального назначения. «Нижний» объем атриума, находящийся между существующими корпусами, фактически представляет прямоугольный колодец с каменными стенами и остеклением окон. «Верхний» объем атриума - вновь созданное замкнутое пространство в виде крытой остекленным фонарем галереи, соединяющей крыши зданий. Воздушный объем «колодца» составляет около 5700 м3. При этом площадь внутреннего двора, которую можно использовать при проведении культурно-зрелищных мероприятий, не превышает 250п300 м2, что значительно ограничивает количество возможных участников при любом варианте эксплуатации будущего зала (рис. 1 и рис. 2).

Как показали проведенные расчеты акустики атриума с ограждающими конструкциями зала, соответствующими принятому проекту (стены - камень и остекление окон, потолок -остекленный фонарь, полы - плитка), расчетное время реверберации такого зала будет значительно выше границ зоны оптимумов для любого варианта его эксплуатации, даже для органных исполнений. Так, на низких частотах (125п250 Гц) время реверберации зала будет не менее 3,5 секунд. На средних частотах (5000п2000 Гц) - не менее 4 секунд. И только на высоких частотах (более 2000 Гц) время реверберации начнет постепенно спадать до 3,0 секунд за счет значительного поглощения энергии этих волн в весьма значительном объеме атриума /1, 2/. Известно, что для залов объемом (10п20) -103 м3 время реверберации для речевых программ не должно пре-

Таблица 1

Измеренные значения времени реверберации в помещениях современных атриумов

вышать 1,2п1,4 с, для филармонических 1,6п1,9 с, и даже для органных концертов должно быть не более 2,2п2,3 с /1, 2/. Можно представить, что определяемая таким высоким значением времени реверберации гулкость звучания зала не позволит создать в атриуме сколько-нибудь терпимых акустических условий. Единственным выходом в плане акустического комфорта в будущем зале будет резкое ограничение зоны проводимых мероприятий и, следовательно, количества участников с тем, чтобы все слушатели постоянно находились в радиусе действия прямого звука, который в случае большой реверберации не может превышать 6п8 метров /1/.

К сожалению, эти расчеты оправдались. Проведенные в сданном в эксплуатацию атриуме комплекса «Царицыно» измерения показали, что усредненное по диапазону частот 500-1000 Гц время реверберации равно примерно 5 сек (таблица 1).

Как показывает опыт обеспечения акустического комфорта в залах современных атриумов, в случае если нет возможности создать специальную акустическую отделку на стенах окружающих внутренний двор исторических зданий (памятников архитектуры), то главным способом увеличения общего фонда звукопоглощения атриумов может быть только создание трансформируемых конструкций. К числу таких конструкций в первую очередь могут быть отнесены так называемые акустические шторы - раздвижные или скатывающиеся драпировки из тяжелой ткани на воздушном относе от окружающих стен I > = 200п300 мм (рис. 3), объемные звукопоглощающие элементы или отдельные участки пола атриума.

Объемные звукопоглощающие элементы могут представлять собой специально изготовленные изделия, стационарно размещаемые в верхнем пространстве атриума по определенной упорядоченной схеме или хаотично. Эта система наиболее пригодна для атриумов-«колодцев» с относительно небольшой площадью пола и значительной высотой.

Другим типом объемных элементов для атриумов могут служить легко транспортируемые отдельно стоящие объекты, выполненные из сборных металлических каркасов, облицованных полностью или частично звукопоглощающими

Рис. 1 Фрагмент крыши атриума «Царицыно»

плитами и представляющих собой по существу одну из разновидностей штучных (локальных) поглотителей.

Примерная схема конструкции объемного элемента, названного условно «скульптурой», показана на рис. 4. Отдельно стоящие локальные «скульптуры» изготавливают в виде каркаса из легких металлоконструкций (трубок), к которому крепятся звукопоглощающие плиты. Каркас представляет собой платформу-подставку (поз. 1), на которой укреплен несущий стержень (труба). К стержню (поз. 3) крепят направляющие планки (поз. 4) жестко (винтами или методом сварки) или на петлях, дающих возможность перемещать направляющие вверх-вниз и вокруг стержня. К направляющим с двух сторон подвешивают звукопоглощающие панели (поз. 2), например, типа «Экофон».

Методы расчета поглощения звука объектами различных геометрических форм, размеры которых по трем осям не очень сильно отличаются друг от друга, позволяют оценить звукопоглощающие свойства таких объектов достаточно точно. В случаях, если помещение существенно диспропорционально, оценку можно произвести с некоторой степенью приближения. Используя графики и номограммы из международного издания книги /2/, проведем оценку одного из «скульптурных» объектов.

При аппроксимации «скульптуры» цилиндром, изготовленным из плит «ЕсорИоп», с радиусом поперечного сечения г~0,5 м и высотой «цилиндра» - 5 м, получаем значения эквивалентной площади поглощения одного цилиндра, представленные в таблице 2, с максимумом поглощения звука на средних частотах (вариант № 1).

При увеличении радиуса поперечного сечения объекта до 1 м и высоты объекта до 7 м максимум поглощения сдвигается в область частот 250-500 Гц, его значение достигает 47-50 м2 (вариант № 2 табл. 2). При установке «скульптур» по смешанному варианту № 3 получается эффективно работающая система в широком диапазоне частот (табл. 2).

В атриумах с большой площадью пола могут быть использованы специально рассчитанные на диапазон низких час-

Рис. 2 Фрагмент пола атриума «Царицыно»

4 2008 85

Таблица 2

Эквивалентные площади звукопоглощения «скульптур» поглощения

Варианты Эквивалентные площади звукопоглощения, мг, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц:

125 250 500 1000 2000 4000

№1 14 18 25 23 16 16

№2 32 49 53 48 44 44

№3 23 34 39 36 30 30

Таблица 3

Частотные характеристики коэффициентов звукопоглощения резонансных конструкций для частичного размещения на полу атриумов

Конструкция Коэффициенты звукопоглощения в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц:

125 250 500 1000 2000 4000

№1 0,28 0,92 0,51 0,24 0,12 0,09

№2 0,98 0,65 0,67 0,12 0,11 0,05

№3 0,25 0,79 0,59 0,18 0,12 0,07

тот звукопоглощающие резонансные конструкции, размещаемые в полу атриума. Выбор конструктивного решения звукопоглощающей конструкции пола ограничен сложившимися условиями строительства и соблюдением определенных требований к материалам, выбираемым для создания звукопоглощающей конструкции пола.

Конструкцию № 1 составляет перфорированная металлическая жесткая плита с диаметрами отверстий не более 0,5 см и процентом перфорации около 0,1, размещаемая на относе от основания пола глубиной около 6-7 см. Поверх плиты настилают ковровое покрытие. Конструкция может занимать часть пола атриума при размещении, например, вдоль стен или в других второстепенных частях пола.

Существенные изменения в частотной характеристике звукопоглощения произойдут в случае некоторого видоизменения конструкции верхнего пола и при увеличении глубины воздушного промежутка (конструкция № 2). Схема низкочастотной звукопоглощающей конструкции пола должна состоять из верхнего коврового покрытия толщиной 5-8 мм; пер-

форированного алюминиевого листа толщиной около 2 мм, с отверстиями диаметром 5 мм с процентом перфорации около 10. Роль опорной (несущей) конструкции играет чугунная решетка, акустически прозрачная, с перфорацией более 50%, толщиной 15 мм, размещенная на относе от жестокого дна (углубления) в полу на величину не менее 350-400 мм.

Расчет частотных характеристик коэффициентов звукопоглощения конструкции, выполненный по формулам /2/, показал возможность, используя два варианта конструкций, получить звукопоглощающий элемент с высокими коэффициентами звукопоглощения в области низких частот 125500 Гц (конструкция № 3, табл. 3).

Список литературы

1. «Пособие по расчету и проектированию многослойных звукопоглощающих систем (конструкций)», НИИСФ. М., «Стройиздат», 1987.

2. «Снижение шума в зданиях и жилых районах», под общей редакцией Г.Л.Осипова и Е.Я.Юдина (глава 9 и 10).

Рис. 3. Устройство раздвижных штор для регулирования времени реверберации

Рис. 4. Примерная схема конструкции объемного элемента - «скульптуры»