Акустика концертного зала Дома-музея П. И. Чайковского в Клину

Акустика концертного зала Дома-музея П.И. Чайковского в Клину

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

НИИСФ РААСН

Здание концертного зала комплекса Дома-музея П.И. Чайковского в г. Клин было построено в начале 60-х годов прошлого века в соответствии с архитектурными концепциями того времени. По своему основному назначению концертный зал является камерным музыкальным залом с широкой программой использования. За время эксплуатации зал приобрел устойчивую репутацию зала с неплохими акустическими условиями для исполни-тел ей, но с неоднозначными акустическими условиями с точки зрения слушателей, находящихся в зале. Кроме того, сам интерьер и меблировка зала, созданные в стиле рядового клубного помещения советской эпохи, мало соответствовали представлениям о дизайне классического концертного зала.

В 2008 г., в связи с изношенностью ряда строительных конструкций зала и морально устаревшим интерьером, был проведен ремонт зала. Основным условием ремонта было полное завершение всех строительных работ к началу концертного сезона 2008—2009 гг. Принимая во внимание эти обстоятельства, был разработан проект реконструкции зала, по которому предполагалось ограничиться минимальными изменениями интерьера зала. Эскизный вариант проекта был представлен лаборатории архитектурной акустики НИИСФ РААСН. Анализ проектного решения показал, что после реконструкции зала в нем могут возникнуть существенные проблемы акустического характера. Для оптимального решения проблемы обеспечения акустического комфорта в концертном зале Дома-музея П.И. Чайковского специалистами НИИСФ был выполнен комплекс натурных акустических измерений, обработка и анализ результатов которых позволила разработать рекомендации по коррекции проекта реконструкции зала.

Концертный зал имеет достаточно простое

Рисунок 1. Первоначальный проект реконструируемого зала (план).

объемно-планировочное решение, которое в упрощенном виде можно представить в виде прямоугольного параллелепипеда размерами 27 х 13 м, со средней высотой ~ 8 м (рис.1). Общий воздушный объем зрительской части зала ~ 2700 м3; объем сценической части зала ~ 900 м3. До реконструкции в зале было установлено около 350 мягких кресел на металлическом каркасе.

При осмотре зала до начала его реконструкции внимание специалистов-акустиков привлекла своеобразная конструкция боковых стен в виде строго периодической «гармошки», выступы которой были выполнены из листов фанеры толщиной 8 мм, шириной 1,5 м и выносами ~ 30 см. Торцы выступов были закрыты рейками с натянутой на них звуко-прозрачной тканью. За всей плоскостью «гармошек» были расположены звукопоглощающие маты из стекловолокна (рис.2). Хорошо известно, что

Рисунок 2. Конструкция старой боковой стены зала.

такие конструкции часто применялись в 60—70-х годах прошлого века для создания эффективного низкочастотного поглощения в кинозалах и конференц-залах. В музыкальных залах их применение, очевидно, было ограничено не только из-за создания в зале избыточного низкочастотного поглощения, но также из-за опасности возникновения, вследствие строгой периодичности «складок гармошки», тембровых искажений передаваемых музыкальных звуков.

Для обследования акустических особенностей концертного зала в комплексе Дома-музея П.И. Чайковского было отдано предпочтение импульсному методу акустических измерений, широко применяемому в измерительной практике современной акустики залов. Кроме того, импульсный метод является наиболее оперативным, позволяющим при условии компьютеризации процедуры измерений, проводить их в жесткие временные сроки, как до, так

5 2009 33

и после завершения строительных работ по реконструкции зала.

Акустические измерения в зале проводились в соответствии с современными отечественным [1] и международным [2] стандартами — в помещении производился короткий звуковой импульс (выстрел из стартового пистолета), отзвук (импульсная реакция) зала на который регистрировался на компьютере Notebook «Toshiba». Специальная программа анализа импульсных характеристик позволила получить в лабораторных условиях полный набор необходимой информации о критериях акустического качества зала. Оценка критериев акустического качества залов производилась с использованием современных норм и рекомендаций по акустике зальных помещений [3,4,5]. При проведении всех измерений источник звука находился в центре сцены, а приемный микрофон перемещали по залу, размещая его во всех наиболее характерных точках зрительного зала.

В качестве основных критериев, определяющих состояние акустики зальных помещений, в современной архитектурной акустике принято использовать следующие акустические характеристики [3, 4, 5]:

время реверберации, как основной нормируемый параметр акустики зальных помещений;

локальный анализ временного распределения структур звуковых отражений для качественной оценки степени диффузности (равномерности распределения) звукового поля и выявления наличия структуры ранних отражений высокого уровня, поддерживающих прямой звук, а также для оценки громкости и разборчивости акустической информации в различных зонах зрительских мест.

Корректировочные расчеты времени реверберации проводились по законам статистической акустики, а построения эскизов хода звуковых отражений — в соответствии с геометрической теории акустики помещений [3-5].

Следует отметить, что условия выполнения работы осложнялись не только сжатостью сроков ее выполнения, в том числе и в строительной части, но также и тем, что к началу работ специалистов

j

го а а> vo а а>

а ш а

К

S

0J

а со

1,6 1,4 1,2 1

0,8 0,6 0,4 0,2

125 250 500 1000 2000 4000 Частота октавных полос, Гц

Рисунок 3. Частотные характеристики времени реверберации Т 60 зала: 1 — до реконструкции; 2 — после реконструкции.

НИИСФ эскизный проект реконструкции зала был уже фактически утвержден. Это означало, что все предложения по акустической коррекции зала должны были быть разработаны, согласованы и внедрены непосредственно в ходе рабочего проектирования и во время строительных работ в течение летнего периода 2008 г. То, что первоначальный проект реконструкции был акустически неприемлемым, стало ясно сразу в ходе обследования зала. Проектом предусматривалось не только полное сохранение «гармошки» на стенах зала, но и создание звукопоглощающего подвесного потолка и козырька над сценой зала. Объективным обоснованием для коррекции первоначального проекта реконструкции зала послужили результаты натурных акустических измерений, и, в первую очередь, данные о частотной характеристике времени реверберации зала (таблица 1 и рис. 3) и локальных структурах звуковых отражений (рис. 4 и 5).

В таблице 1, п.1 представлены усредненные результаты натурных измерений частотной характеристики времени реверберации зала до начала в нем работ по реконструкции, полученные путем статистической обработки данных измерений, проведенных во всех локальным зонах зала, с точностью ±0,05 с (Т1).

Для наглядности частотная характеристика времени реверберации концертного зала представлена также на рис. 3.

В соответствии с ранее разработанной методикой [3] была проведена корректировка получен-

№ п/п Состояние зала Время реверберации

125 250 500 1000 2000 4000

1 Тс пустой зал до начала реконструкции 0,6 0,85 1,1 1,25 1,25 1,05

2 Тг — пустой зал после его реконструкции 1,1 1,25 1,35 1,4 1,35 1,15

Таблица 1. Время реверберации зала.

34 5 2009

ных результатов измерений времени реверберации, учитывающая заполнение зала публикой. В результате проведенной корректировки было обнаружено, что на низких частотах время реверберации в зале должно снизиться до значений 0,5—0,55 сек. На средних частотах время реверберации составит не более 0,9—1,0 сек. При сравнении полученных значений времени реверберации со значениями, рекомендуемыми современными нормативными документами для камерных музыкальных залов соответствующего объема, был сделан вывод о недостаточной реверберации (гулкости звучания).

В залах такого объема, в соответствии с принятыми в международной практике требованиями, время реверберации в нормируемом диапазоне частот (500—1000 Гц) должно составлять не менее 1,25 ±0,05 с. Более того, в залах с классическим

музыкальным репертуаром на низких частотах даже рекомендуется обеспечивать подъем времени реверберации не менее чем на 10—20%, по сравнению с диапазоном средних частот. Анализ звукопоглощающих свойств конструкций ограждений зала показал, что главной причиной снижения времени реверберации на низких частотах является эффективная звукопоглощающая конструкция боковых стен. Некоторый «завал» времени реверберации на высоких частотах объясняется наличием значительного затухания звука на этих частотах в воздушном объеме зала, а также и заметным поглощением звука высоких частот установленными в зале мягкими креслами.

Сравнение импульсных отзвуков зала, раскрывающих временной ход поступления звуковых отражений в различные зоны зрительских мест, пока-

Рисунок 4. Уровнеграмма импульсного отклика, зафиксированная в точке 2 старого зала.

Рисунок 5. Уровнеграмма импульсного отклика, зафиксированная в точке 2 нового зала.

зало, что до начала работ по реконструкции зала наблюдались заметные нарушения диффузности звукового поля. Так, на основной площади зрительного зала наблюдается нехватка ранних отражений высокого уровня на фоне общей бедности тонкой структуры процесса реверберации (рис.4). Такая картина приводит к потере субъективного впечатления громкости и прозрачности (ясности) музыкальных звучаний /5/. Еще более критичным было распределение звуковых отражений непосредственно около пилообразной конструкции («гармошки») на боковых стенах зала (рис.5). В этом месте (рис.6.) кроме указанных выше недостатков, наблюдаются явные «пульсации» временной картины отзвука зала, что неизбежно приводит к тембровым искажениям передаваемых музыкальных сигналов, особенно заметные при воспроизведении со

сцены басовых звучаний инструментов классического музыкального репертуара.

В результате проведенного натурного обследования зала было установлено, что главными недостатками акустики концертного зала являются:

• недостаточная реверберация (гулкость звучания) зала, вследствие чего слушатели в зале ощущают нехватку объемности звука, сухость и бедность тембров музыкальных звучаний;

• особенно неприятным является недостаточная реверберация в диапазоне низких частот, на которых снижение времени реверберации доходит до 0,5—0,6 с (таблица 1 и рис.3);

• пилообразная форма конструкции боковых стен зала приводит к нарушению диффузности звукового поля и искажениям тембров музыкальных звучаний.

Рисунок 6. Уровнеграмма импульсного отклика, зафиксированная в точке 4 старого зала.

Рисунок 7. Уровнеграмма импульсного отклика, зафиксированная в точке 4 нового зала.

Отмеченные недостатки акустики концертного зала относятся в основном к условиям слышимости в отдельных зонах зрительной части зала. В противоположность этому, на сцене зала условия слышимости для исполнителей вполне приемлемые, особенно для вокалистов как сольного, так и хорового пения. Главными причинами создания благоприятных акустических условий для исполнителей является окружение сценической площадки близко расположенными деревянными ограждениями, хорошо отражающими звук и обеспечивающими характерный подъем времени реверберации в области частот максимального слухового восприятия (рис.3). Последнее обусловливает увеличение уровня субъективной громкости звука, что особенно важно для вокальных выступлений.

При разработке рекомендаций по улучшению акустики концертного зала в комплексе Дома-музея П.И. Чайковского в Клину были приняты во внимание жесткие временные ограничения, а также необходимость привязки рекомендаций к существующей коробке зала и общей архитектурной концепции его объемно-планировочного решения.

Тщательный анализ возможностей предстоящей реконструкции и необходимые акустические расчеты позволили разработать следующие рекомендации по акустике зала.

1. Из нового интерьера зала следовало полностью исключить какое-либо применение звукопоглощающих материалов и конструкций. Поэтому звукопоглощающие конструкции подвесного потолка и козырька зала, предусмотренные в первоначальном проекте реконструкции, следовало заменить конструкциями, отражающими звук. Кроме того, было необходимо полностью удалить маты из минерального волокна, размещенные за панелями на стенах зала.

2. Для улучшения диффузности звукового поля в зале и ликвидации опасности искажений тембров музыкальных звучаний было предложено ликвидировать пилообразные конструкции «гармошки» на боковых стенах зала, заменив их, как принято в классических музыкальных залах, конструкциями стен в виде неглубоких ниш, чередующихся с широкими пилонами (рис.8).

3. Для подъема времени реверберации и улучшения тембра музыкальных звучаний, в соответствии с рекомендациями НИИСФ, в зале было уменьшено количество мест с 350 до 290, причем кресла на металлическом каркасе были заменены креслами на деревянном каркасе, но с мягкими сиденьями и спинками. Пол зала и сцены был изготовлен из ламинированной паркетной доски.

4. Основная площадь подвесного потолка зала, в соответствии с рекомендациями НИИСФ, была вы-

Рисунок 8 . Общий вид восстановленного концертного зала в Доме-музее П.И Чайковского.

полнена в виде звукорассеивающей конструкции из фанеры, что позволило существенно улучшить диф-фузность звукового поля в зале. Также из фанеры был выполнен двухчастный звукоотражающий козырек над сценой зала.

5. При замене изношенных конструкций ограждений сцены были приняты меры по полному сохранению дерева в качестве основного материала для сценической части зала.

Все перечисленные рекомендации были приняты авторами проекта и получили полное воплощение в ходе строительных работ по реконструкции зала. После сдачи зала в эксплуатацию авторы настоящей работы провели контрольные измерения акустики, которые показали существенное улучшение условий слышимости в зрительской части зала, при полном сохранении хороших акустических условий для исполнителей на сцене зала.

Так, время реверберации — основной нормируемый параметр акустики зала, показывающий усиление гулкости звучания во всем диапазоне звуковых частот, заметно увеличилось (таблица 1.п.2 и рис.4). Особенно наглядно увеличение времени реверберации в наиболее критичном диапазоне низких частот (125—250 Гц), в котором разница доходит до 0,4—0,5 с, что способствует значительному увеличению полноты и богатства тембров музыкальных звучаний.

Также существенно улучшилась структура звуковых отражений во всех зрительских частях зала (рис.6). Их анализ показывает значительное возрастание плотности распределения структуры отражений, что свидетельствует об увеличении субъективной громкости и четкости (прозрачности) музы-

кальных звучаний. Особого внимания заслуживает улучшение тонкой структуры отражений около боковых стен зала (рис.7). Из сравнительного анализа видно, что в результате применения конструкций боковых стен зала полностью исчезли вредные периодические «пульсации» временного хода структуры отражений, что свидетельствует об улучшении равномерности звукового поля в зале, а главное — об исключении опасности возникновения тембровых искажений музыкальных сигналов. Вид восстановленного зала представлен на рис. 8.

Полученные объективные показатели, свидетельствующие об улучшении акустических условий в зале Дома-музея П.И. Чайковского в г. Клин, получили подтверждение в ходе первых концертов, в которых участвовали такие известные коллективы, как Большой симфонический оркестр России под управлением В. Федосеева, оркестр «Русская филармония», и др.

Список литературы

1. ГОСТ 24 146-89 Зрительные залы. Метод изме-

рения времени реверберации.

2. ISO 3382 «Measurement of the reverberation time

of rooms with reference to other Acoustical parameters»

3. Руководство по акустическому проектированию

залов многоцелевого назначения средней вместимости. М. Стройиздат. 1981.

4. СНиП 23-03-2003 Защита от шума. Раздел «Аку-

стика залов». М. Госстрой России. 2004.

5. Л.А. Борисов, Х.А. Щиржецкий. Акустика заль-

ных помещений/ Ж. «Сцена», № 3(21), 2002.

38 5 2009