Акустические проблемы комфортной среды обитания человека

архитектура Акустические проблемы комфортной среды --обитания человека

Л.А. Борисов, М.А. Пороженко, Х.А. Щиржецкий

НИИСФ РААСН

Проект «Свода правил по защите здании и территорий застройки от шума городских энергетических объектов (ТЭЦ, РТС, котельных и пр.)» регламентирует последовательность действий по решению поставленной цели. Последовательность действий предполагает: выявление источников шума, выбор состава шумовых характеристик источников шума, методы определения характеристик источников шума, расчет ожидаемых уровней шума, создаваемого оборудованием в местах обитания человека, определение требуемого снижения шума в расчетных точках. Приведенные расчетные формулы позволяют осуществить выбор оптимального объема средств, состава и методов снижения шума, в том числе с учетом возможного экранирования шума рельефом местности и зданиями городской застройки или установленными акустическими экранами. Специальный раздел СП предусматривает проведение поверочного расчета и определение ожидаемых уровней звукового давления в расчетных точках после выполнения предусмотренных мероприятий по снижению шума.

В проекте «Свода правил по расчету и проектированию мероприятий по защите жилой застройки от шума транспортных потоков» представлены уточненные рекомендации и методы расчета ожидаемого шума, создаваемого автомобильным и железнодорожным транспортом и открытыми линиями метрополитена, а также способы определения размеров зон акустического дискомфорта, создаваемого указанными источниками шума. В проекте СП приведена методика расчета эффективности экранирования шума зданиями и сооружениями, разработанная на основе анализа отечественного и зарубежного опыта по расчету и проектированию шумозащитных зданий, а также рекомендации по повышению звукоизоляции фасадов этих зданий, главным образом, за счет повышения звукоизоляции окон и балконных дверей. В каталоге окон, рекомендуемых к применению в строительстве, приведены частотные характеристики современных окон с повышенными звукоизоляционными качествами, с описанием конструкций окон и необходимыми чертежами.

Третий проект «Свода правил по расчету и проектированию залов многоцелевого назначения», разработанный в рамках этой темы, охватывает практически все важные аспекты процесса проектирования акустики многофункциональных залов. Зрительные залы по особенностям технологического процесса и акустическим свойствам условно разделяют на три основные группы: помещения для речевых программ, помещения для музыкальных программ и помещения с совмещением речевых и

музыкальных программ [2]. Лучше всего определены акустические требования к помещениям для речевых программ. Надежные методы прогнозирования и оценки их акустических качеств позволяют без особого труда разработать проектные решения таких помещений, обеспечив в них высокое качество звучания и восприятия речевых сигналов.

Гораздо сложнее является разработка проектных решений помещений, предназначенных для исполнения музыки. Методы оценки и прогнозирования акустических качеств таких помещений весьма далеки от совершенства, несмотря на появившиеся в последнее время компьютерные программы, позволяющие во многом облегчить труд архитекторов и специалистов-акустиков. Но самые большие трудности возникают при проектировании помещений, где будут исполняться речевые и музыкальные программы. Акустические требования, предъявляемые к помещениям с этими видами программ, не только различны, но и в значительной мере противоположны.

Наиболее распространенной категорией помещений, в которых приходится решать задачу совмещения различных звуковых программ, являются залы многоцелевого назначения или, как их часто называют, универсальные залы. Проектирование и строительство таких залов получило весьма широкое распространение во всем мире, главным образом, по экономическим соображениям. Сооружение и эксплуатация одного зала с несколькими функциональными назначениями оказалось дешевле строительства и эксплуатации отдельных специализированных залов. К помещениям, в которых совмещаются различные звуковые программы (прежде всего речь и музыка), следует отнести и залы музыкально-драматических театров, кинотеатров и крытых спортивных сооружений.

Акустическое решение многоцелевого зала зависит от многих факторов, главными из которых являются его вместимость и конкретная программа использования и эксплуатации зала. Чаще всего в практике проектирования и строительства зала принимается компромиссное решение. В зале обеспечивают сравнительно небольшое время реверберации, его внутренние ограждающие конструкции формируют таким образом, чтобы часть из них направляла к зрителям интенсивные мало запаздывающие отражения, увеличивающие ясность звучания. В то же время другую часть ограждающих конструкций создают такими, чтобы они диффузно рассеивали звуковые волны, повышая тем самым степень диффузности звукового поля. Этих результатов достигают путем расчленения отдельных поверхностей, особенно тех участков ограждений,

которые не дают первых мало запаздывающих отражений. Запаздывание первого интенсивного отражения, а также интервалы между следующими интенсивными отражениями, по возможности, не должны превышать 30 мс на всей площади зрительских мест.

Принятие компромиссного решения наиболее оправданно для многоцелевых залов средней вместимости (до 1000 слушателей). Размеры таких залов, как правило, позволяют обеспечить требуемое запаздывание первых интенсивных отражений, а необходимость большого времени реверберации отсутствует, так как в программе их эксплуатации весьма редко появляются симфонические концерты. Вопросы проектирования многоцелевых залов средней вместимости подробно рассмотрены в разработанных НИИСФ РААСН рекомендациях [3,4].

В крупных многоцелевых залах вопросы совмещения различных звуковых программ значительно осложняются. Помимо проблем регулирования времени реверберации очень часто приходится решать проблему обеспечения зрительских мест в зале мало запаздывающими первыми отражениями. При большой ширине и высоте зала (до 40 метров и свыше 10 метров соответственно) запаздывания первых отражений значительно превосходят предел в 30 мс. Компромиссное решение в этих случаях уже не может помочь. Кроме компромиссного варианта часто используют два наиболее подходящих варианта для радикального решения возникающих проблем. Первый из них связан с возможным использованием средств электроакустики [5]. В зале обеспечивают время реверберации, необходимое для речевых программ и показа кинофильмов. Чаще всего оно бывает небольшим, в пределах 1—1,5 сек. В случае проведения концертов увеличения времени реверберации добиваются при помощи систем искусственной реверберации (амбиофонии), позволяющих оперативно и в широких пределах осуществлять регулировку времени реверберации. Для обеспечения зрительских мест мало запаздывающими отражениями используют распределенную систему громкоговорителей, размещаемых в местах, откуда естественные отражения приходят слишком поздно. Регулируя время запаздывания и уровень воспроизводимого звука по отношению к прямому звуку, добиваются естественности звучания и правильной локализации основного источника звука.

К сожалению, электроакустическое решение акустических проблем многоцелевых залов большого объема требует сложной и дорогостоящей аппаратуры, а самое главное, очень высокой ква-

лификации обслуживающего персонала [6]. Однако даже в тех случаях, когда такое решение становится неизбежным (например, в залах вместимостью более 3000 человек), трудности, возникающие при обслуживании системы озвучивания, не всегда позволяют добиться желаемого результата. Характерным примером электроакустического решения акустических проблем большого зала является Кремлевский Дворец съездов, вмещающий шесть тыс. зрителей, в котором указанные выше проблемы полностью не решены и до сих пор [6].

Второй, более продуктивный подход к решению акустических проблем в крупных многоцелевых залах, заключается в эффективном использовании средств архитектурной акустики. Эти средства дают возможность изменения фонда звукопоглощения в зале (переменное звукопоглощение), а также предусматривают некоторую трансформацию отражающих звук поверхностей и объема зала. Переменное звукопоглощение служит для регулирования времени реверберации. Объем и отделка зала выбираются таковыми, чтобы в зале обеспечивались условия, наиболее подходящие для симфонической музыки. Уменьшение гулкости осуществляют путем внесения в реверберирующее пространство зала эффективного звукопоглощающего материала. Такие приемы дают возможность обеспечить в зале условия, необходимые для речевых программ или демонстрации кинофильмов. Технически эти процедуры осуществляют при помощи поворачивающейся вокруг некоторой оси панели, одна сторона которой является звукопоглощающей, в то время как другая полностью отражает звук. Возможно применение и подъемно-опускных или раздвижных штор, изготавливаемых из специальных тканей и размещаемых на некотором относе от жестких стен зала. Из эстетических соображений ткань обычно приходится прикрывать декоративной решеткой, которую следует делать достаточно редкой и нерегулярной.

Трансформацию отражающих поверхностей зала чаще всего применяют для обеспечения в зале зрительских мест интенсивными мало запаздывающими отражениями, необходимыми для звуковых программ в условиях естественной акустики. Обычно эта задача решается путем изменения примыкающих к сцене поверхностей стен и потолка, т.е. путем уменьшения в требуемых случаях высоты и ширины зала в его передней части. Чаще всего трансформация предусматривает устройство подъемно-опускного участка потолка (козырька) над авансценой. Опускание отражающего звук козырька, призванное уменьшить запаздывания отражений, оказывается полезным и в случае размещения

66 5 2009

в зале громкоговорителей системы звукоусиления. При более низком расположении громкоговорителей, опускаемых вместе с отражающим звук козырьком, обеспечивается лучшая локализация источника звука, а микрофон лучше экранируется от прямого звука, излучаемого громкоговорителями.

Коллективом сотрудников лаборатории архитектурной акустики и акустических материалов НИИСФ были разработаны методика акустических измерений (особенно импульсных), методика масштабного и электроакустического моделирования, а также современная методология математического и компьютерного моделирования. Применяя на практике разработанные методики прогнозирования и оценки акустического качества помещений, сотрудники лаборатории приняли участие в создании многих новых и в реконструкции существующих залов многоцелевого назначения в различных зданиях как типовых, так и уникальных. Разработка акустической части проектов многих из них вызывалась необходимостью обеспечить в залах зданий оптимальные условия слышимости речи и звучания музыки, что как раз и составляет одну из задач архитектурной акустики. Среди объектов, построенных и реконструированных за последнее десятилетие с участием лаборатории архитектурной акустики НИИСФ РААСН, следует отметить создание новой сцены Филиала Большого театра России, три зала Московского международного дома музыки, залы ЦМШ при Московской государственной консерватории им. В. И. Чайковского, Большого и Малого залов «Театра Луны» в г. Москве, театральный комплекс «Мастерская Петра Фоменко», Молодежный театр в г. Уфе, Национальные молодежные центры Ижевске, Уфе и Перми, и др. Лаборатория принимала участие в реконструкции репетиционных залов и музыкальных классов Московской государственной консерватории имени П.И. Чайковского, залов МХТ им. А.П. Чехова, районных детских музыкальных школ города Москвы и ряда других объектов зрелищно-культурного назначения.

Наличие теоретических разработок и большой

практический опыт сотрудников лаборатории позволил обобщить опыт проектирования акустики многофункциональных зданий и подготовить проект Свода правил по проектированию акустики залов различного назначения. Представляемый проект СП содержит не только теоретические основы акустического проектирования многофункциональных залов с необходимыми расчетными формулами, но и усовершенствованную методику проектирования акустики многоцелевых (многофункциональных) залов, краткое описание рекомендуемых для выполнения расчетов компьютерных программ, описание уточненных критериев объективной и субъективной оценок акустического качества залов. Впервые в практике акустического проектирования в Приложениях к основному тексту проекта СП приведены подробные таблицы современных звукопоглощающих материалов и конструкций, выпускаемых промышленным способом, а также таблицы многочисленных акустических элементов с необходимыми физико-техническими параметрами, характеристиками и описаниями их свойств, позволяющие самостоятельно подбирать и компоновать новые звукопоглощающие конструкции с заданными свойствами.

Список литературы

1. СНиП 23-03-2003 Защита от шума. — М.: Гос-

строй России. 2004.

2. Архитектурная физика. Под редакцией Н.В. Обо-

ленского. М.: Стройиздат, 1997.

3. Руководство по акустическому проектированию

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

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

ных помещений, ж. «Сцена», 2002, вып. 3.

5. Фурдуев В. В. Стереофония и многоканальные звуковые системы. М.: «Энергия», 1973.

6. Анерт В, Штефен Ф. Техника звукоусиления. Теория и практика. М.: издательство ООО «ПКФ «Леруша», 2003.