Материал: Архитектурно-строительная акустика. практикум для студентов направлений 270300 и 270100. Мельников Е.Д., Агеенко М.В

Работа №3 (графическая). Построение профиля

потолка зрительного зала методом плоскостей

1. Цель работы

– освоить метод плоскостей при проектировании профиля потолка зрительного зала.

3.2. Основные теоретические сведения

Вопросы акустического проектирования залов различного назначения решаются с учетом отражения звуковых волн от ограждающих конструкций. Принцип акустического проектирования заключается в том, чтобы направить необходимое количество звуковой энергии в ту или иную зону зала для обеспечения оптимальных условий восприятия полезного сигнала. Большую роль в этом процессе играют ограждающие конструкции (стены, потолки), запроектированные с учетом отражения звуковой энергии в нужную зону, преимущественно отдаленную от источника звука. В ряде случаев необходимо учитывать другие факторы, как, например, разность по времени прихода в ту или иную точку отраженных и прямых звуковых лучей, дифракцию звуковых волн вследствие огибания фронтом звуковых волн препятствий и т.п.

Хороших акустических качеств зрительного зала можно добиться, построив профиль потолка методом плоскостей (рис. 3.1) .

В этом случае необходимо определить точку, где будет находиться источник звука S, наиболее удаленную точку зрительских мест А от источника звука, самую близкую точку В, находящуюся в первых рядах зрителей. Эту точку намечаем на расстоянии около 8 м от источника, так как на более близком расстоянии нет необходимости усиления звука первыми отражениями, поскольку прямой звук обеспечивает при этом хорошую слышимость.

2. Методика выполнения работы

Пример. Построить профиль потолка зрительного зала с источником звука на сцене. Зоны размещения зрителей определены точками А,В,С, высота зала над точкой Nо (рис. 3.1). На предполагаемой границе между двумя отражающими поверхностями потолка выбираем точку Nо. Плоскости, расположенные вблизи от источника S, т.е. справа от точки Nо, ориентируем так, чтобы каждая из них обеспечивала первыми звуковыми отражениями всех зрителей зала (зона А-В). Для построения первой отражающей плоскости звуковой луч из точки S направляем в точку Nо , отраженный от нее –– в точку А (последний ряд зала). На продолжении отраженного лучам Nо А находим мнимый источник S1, отложив NоS1 = SNо. Перпендикуляр из Nо на SS1 дает направление первой отражающей плоскости, а луч S1В, проведенный в первые ряды зрителей, ограничивает справа первую отражающую плоскость NоN1. Аналогично строится следующая плоскость N1N2 с мнимым источником в точке S2 и т.д.

Рис. 3.1. Построение профиля потолка зрительного зала методом плоскостей

Плоскости, которые обеспечили бы первыми звуковыми отражениями зрителей зоны АС предполагаем разместить слева от точки Nо. Первая из этих плоскостей строится следующим образом. Направляем звуковой луч из S в Nо, отраженный –– в точку С (первый ряд удаленной зоны). На продолжении отраженного луча откладываем NоSn = SNо и находим мнимый источник Sn. Перпендикуляр, опущенный из Nо на SSn, дает направление новой плоскости, сама же плоскость находится за пределами ∆SNоSn на продолжении упоминаемого перпендикуляра слева от точки Nо. Участок искомой плоскости ограничивается точкой Nn – точкой пересечения луча SnА и продолжением перпендикуляра из точки Nо на SSn.

Подобным способом можно и далее продолжать построение отражающих поверхностей потолка с учетом усиления интенсивности отраженного звука в удаленной от источника зоне.

Если есть необходимость оценить акустические качества зала, имеющего значительную ширину, то подобные построения выполняются для нескольких сечений, чтобы проследить распространение отраженного звука в различных направлениях от источника.

Следует отметить, что подобный метод можно использовать и для решения ограждающих поверхностей помещения в плане.

Вопросы для самопроверки

1. Как найти положение зеркального источника, если отражающая

поверхность плоская?

2. Определить на отражающей плоскости точку, в которую должен быть

направлен звуковой луч, чтобы отраженный от нее луч попал в заданную точку.

Работа № 4 (графическая). Построение профиля

потолка зрительного зала театра с оркестровой ямой

1. Цель работы

– освоить методы геометрической акустики при построении профилей отражающих поверхностей в залах.

4.2. Основные теоретические сведения

Большую сложность представляет акустическое проектирование зрительных залов оперных театров, где источники звука находятся на сцене и в оркестровой яме, отделённой барьером-экраном от зрительного зала. В этом случае проверку акустических качеств зала можно провести на стадии эскизного проектирования, используя метод геометрической акустики.

4.3. Методика выполнения работы

Пример. Построить профиль потолка зрительного зала с источником звука S₀ в оркестровой яме. Зоны размещения зрителей определены точками 1-6, высота зала – точкой N₁ (рис. 4.1).

Отражающие поверхности потолка зала могут быть решены в виде плоских, параболических и эллиптических элементов, способы построения которых рассмотрим ниже.

Для рядов 1-2 и оркестровой ямы можно решить отражающую поверхность в виде плоскости. Для этого проводим биссектрису угла S₀N₁1 и на перпендикуляре к ней намечаем плоскость N₁N₀. Опуская на неё из точки S₀ перпендикуляр и продолжая его за линию плоскости на такое же расстояние S₀N₀= N₀S₁ , получаем зеркальный источник S₁. Соединяя точку S₁ с точкой 2, находим на продолжении плоскости N₀N₁ точку N₂ , которая ограничивает плоскость потолка N₁N₂ , отражающую звук в зону зала 1-2.

Зону зала 2-3 предполагаем обеспечить отражённой звуковой энергией от участка потолка, имеющего эллиптическую форму. Учитывая, что нельзя фокусировать звук от этой поверхности в зоне размещения зрителей, фокус этой поверхности выбираем в точке F, достаточно удалённой от зрителей, на продолжении прямой S₁N₂2. В то же время линия F3N₃ должна отсечь на потолке довольно большой участок N₂N₃ с тем, чтобы отражённые лучи имели достаточную мощность. Вместе с тем следует оставить часть потолка для обеспечения первыми отражениями зоны 3-6. Центр окружности О₁, образующей часть эллиптической поверхности, находим на биссектрисе угла S₀N₂F (с учётом углов α₁= α₂=90˚).

Зону зала 3-4 предполагаем обеспечить отражённым звуком от плоскости N₃N₄. Построение этой плоскости осуществляется следующим образом. Строится биссектриса угла S₀N₃3, к которой в точке N₃ восстанавливается перпендикуляр; далее, описанным выше способом, находится зеркальный источник S₂, соединяя который с точкой 4 получаем плоскость N₃N₄.

Слушателей балкона первого яруса (зона 4-5) предполагаем обеспечить отражённой энергией от параболической поверхности потолка (в этом случае наблюдается минимальная потеря отражённой энергии). Центр окружности О₂, образующей часть параболы, будет находиться на биссектрисе угла S₀N₄4. Для этого из S₀ проводим прямую, параллельную N₄4, и на пересечении её с биссектрисой строим прямой угол α₃, затем α₄. Радиусом О₂N₄ проводим участок параболической поверхности, ограничивает которую точка N₅, полученная на пересечении луча 5N₅//4N₄.

Рис. 4.1. Построение профиля потолка зрительного зала с оркестровой ямой

Рассмотрим задачу решения профиля потолка зрительного зала, который обеспечил бы отражённой звуковой энергией партер и два балкона (рис. 4.1) при расположении источника звука в оркестровой яме. Будем считать, что форма зала в плане решена с учётом акустических требований. Оркестр, находясь ниже уровня пола зала (S₀), не может обеспечить прямой звуковой энергией всей зоны зала в области высоких и средних частот. Низкочастотные составляющие звука оркестра огибают барьер и распространяются по залу без ограничений, прежде всего, в зоне у оркестра. Необходимо запроектировать отражение средне - и высокочастотных составляющих звучания оркестра так, чтобы создать оптимальное звучание в зале. Очевидно, следует некоторую часть отражений звуковой энергии направить в зону около оркестра, чтобы уравновесить интенсивность низкочастотных составляющих звука оркестра.

Зона 5-6 (балкон второго яруса) обеспечивается отражённой энергией от плоской поверхности потолка. Направление её определяем с помощью угла S₀N₅5, к биссектрисе которого проводим перпендикуляр через точку N₅. С помощью зеркального источника в точке S₃, соединяя его с точкой 6, находим точку N₆, ограничивающую плоскую поверхность N₅N₆, отражающую звуковую энергию в зону 5-6.

Опасность эха в связи с возможным отражением звука в переднюю часть зала от задней стены устраняем наклоном её в сторону сцены. Для этого выберем точку N₇ на высоте 2-2,5 м от пола последнего ряда балкона и соединим её с точкой N₆. Плоскость N₆N₇ дополнительно усиливает отражённый звук в зоне 5-6.

Вопросы для самопроверки

1. Как построить плоскую отражающую поверхность потолка зала?

2. Как построить эллиптическую отражающую поверхность

потолка зала?

3. Как построить параболическую отражающую поверхность

потолка зала?

Работа № 5 (расчётно-графическая). Построение

сценической части(отражающих раковин) открытых театров

5.1. Цель работы

–изучить правила построения отражающих раковин открытых театров.

5.2. Основные теоретические сведения

При акустическом проектировании открытых театров необходимо учитывать: особенности распространения звука в различных атмосферных условиях; акустические характеристики окружающей местности (шумовой фон, эпизодические шумы и т.д.); универсальность назначения открытых театров, используемых для концертных, оперно-драматических, хореографических, хоровых выступлений, демонстраций кинофильмов и т.д. При распространении сферических волн от точечного источника звука разница в уровнях звукового давления ∆L в точках, находящихся от источника на расстоянии D₁ и D₂, определяется по формуле

Из этой формулы можно определить, что уровень звукового давления снижается на 20 дБ при каждом увеличении расстояния в 10 раз или на 6 дБ при его удвоении.

Для открытых драматических или эстрадных театров предел удалённости без звукоусиления обычно ограничивается 30 м при вместимости от 1500 до 2500 человек. Однако при наличии хорошей защищённости амфитеатра от шума и ветра удалённость последнего ряда мест от эстрады может быть увеличена до 40 м.

Хорошая акустика открытых театров зависит от правильного выбора площадки для возведения театрального сооружения: использования местности для размещения амфитеатра (с нужным углом подъёма) на естественном основании, окружения чаши амфитеатра широкой полосой зелени, насыпями и т.п., защищающими её от внешних (городского и транспортного) шумов, удаления от высоких естественных преград или строений, могущих создать эхо или вредные звуковые отражения; защищённости от ветров, ухудшающих артикуляцию и др.

Довольно простым в конструктивном отношении является решение раковины в виде сценической трапециевидной площадки, ограниченной задней вертикальной стеной, двумя расходящимися боковыми стенами и наклонным потолком. Однако чаще всего отражающие раковины расчленяют на отдельные секции, которые располагают таким образом, чтобы обеспечить первыми звуковыми отражениями зрительские места и, в первую очередь, наиболее удалённые от сцены.