Реверберация звука в помещении и методы ее уменьшения


Не путайте звукоизоляцию и звукопоглощение

Изоляция квартиры от внешних шумов и гашение звуков внутри нее — разные процессы. Первый предполагает создание многослойной герметичной конструкции, в которой отражающие звук слои (ГВЛ, ГКЛ, ДСП и прочие) дополняются поглощающими (минеральная вата, стекловолокно, виброизолирующий холст). Цель — забыть про соседей и улицу.

Погашение звука внутри комнаты — другое дело. Оно не спасет от противного лая соседского шпица, но приглушит собственные шумы, внутренние и отраженные — это, например, жизненно необходимо в домашнем кинотеатре или мастерской с работающим генератором. Здесь помогут жесткие перфорированные и мягкие акустические панели. Эти типы изоляции совместимы, но они не заменяют друг друга. Как внешняя и внутренняя политика.

Акустически необработанные параллельные поверхности

Не исключено, что это самая общая и самая досадная из проблем, связанных с помещениями. Если существуют две параллельные отражающие поверхности, то между ними возникает порхающее эхо — прыгающий звук, слышимый после того как прямой звук уже смолк. Если вы когда-нибудь бывали в пустых незаглушенных помещениях и хлопали там в ладоши, вы слышали порхающее эхо. Оно похоже на повторяющиеся, затухающие в воздухе хлопки. Для того, чтобы лучше уяснить, что такое порхающее эхо, представьте себе трюмо с обращенными друг к другу зеркалами. Одно зеркало отражается в другом, его изображение снова отражается в первом, которое, в свою очередь, отражается во втором и так далее. — создается иллюзия бесконечного зеркального коридора. Здесь происходит нечто подобное: звук, отраженный одной поверхностью, возвращается к другой, отражается от нее и начинает как бы метаться, порхать между двумя стенами (отсюда и название), постепенно затухая. Скорость затухания зависит главным образом от свойств отражающих поверхностей. Порхающее эхо „размывает» фронты нарастания и затухания звуковой волны придает жесткий, металлический характер звучанию верхних средних и высоких частот.

Попробуйте хлопнуть в ладоши в различных помещениях вашего дома. Наиболее отчетливое порхающее эхо вы услышите в холле или ванной комнате. И если нечто подобное вы обнаружите в комнате прослушивания, вам придется решить эту проблему.

Порхающее эхо легко устранить. Выясните, какие поверхности внутри помещения параллельны друг другу и поместите на одну из них звукопоглощающий или рассеивающий материал. Этого достаточно, чтобы не допустить повторных отражений. В качестве такого материала можно использовать ковер, повешенный на стену, палас на полу (если эхо возникает из-за отражений между полом и потолком), шторы на окне или какой-нибудь акустический звукопоглотитель. закрепленный на стене. Даже небольшие кусочки сильно поглощающей звук акустической пены, такой как „Sonex» (этот материал описан ниже), способны ликвидировать порхающее эхо.

Для этой цели можно также с успехом использовать материал типа тонкого коврового покрытия, подобного применяемому в отделке помещений аэропортов и конференц-залов. И хотя он довольно дорогой, когда продается как материал для акустической обработки, вы можете договориться на фабрике ковровых изделий и приобрести его в несколько раз дешевле, чем в магазине. Он выглядит скромно, ненавязчиво, легко прикрепляется к любой поверхности. Его поглощающие свойства позволяют эффективно справляться с порхающими отражениями, и вместе с тем он не поглощает чрезмерное количество энергии, так что комната не кажется „мертвой». Ковровое покрытие можно наклеить на стены или прибить гвоздиками. Если вы воспользуетесь „Masonit’oM», то сможете попробовать установить покрытие в разные места, подыскивая наилучшее.

Недавно фирма „Acoustic Sciences» представила материал, полностью ликвидирующий порхающее эхо. Он называется „Flutter Stix» и поставляется кусками размером 38x90x600 мм или 38x100x900 мм. Прикрепляется к стене легко и быстро.

Каким бы способом решения этой проблемы вы ни воспользовались, ваши труды не пройдут даром, потому что уничтожение порхающего эха имеет первостепенную важность.

Не забывайте о частотах

Звуки разных частот поглощаются материалами разной структуры, массы и толщины. Легкие конструкции, например, эффективны в высоких частотах и проваливаются в нижних. Одни акустические панели хорошо взаимодействуют с музыкой, другие — с речью. Понять это непросто, поскольку производители указывают обычно лишь результат на рабочих частотах. То есть материал действительно может снизить шум втрое, но не тот, что нужно. Поэтому перед тем, как отдать деньги за материал, попросите показать результаты замеров по всему спектру слышимых частот.

Саундбары

Такой тип акустических систем, как саундбары, заслуживают особого упоминания. Это компактная колонка, которая устанавливается под телевизором и обеспечивает очень качественное звучание. Установка саундбара – эффективное решение, если заказчик не готов устанавливать продвинутую аудио систему, но хочет получить нечто большее, чем звук, который способны выдать штатные ТВ колонки. Такой громкоговоритель полностью соответствует размерам и цвету дисплея, а при необходимости может быть изготовлен и окрашен по индивидуальным требованиям. Впечатляющее количество моделей саундбаров представлено в ассортименте бренда Triad.

Пенопласт не поможет

Еще один материал, обманом пробравшийся в категорию звукоизоляторов, — пенопласт. Он, как и пена, легкий, не отличается упругостью, а значит, не может отвечать на звуковые колебания. Поглотить звуки он тоже не способен, поскольку не пропускает воздуха. Пусть вас не смущает и прогрессивное словосочетание «экструзионный пенополистирол»: с точки зрения борьбы со звуками этот материал ничем не лучше своего архаичного предка. Для стен выбирайте минеральную вату, а для плавающего пола — материалы из стекловолокна или вспененного полиэтилена в рулонах.

И вообще имейте в виду: производители теплоизоляционных материалов иной раз приписывают им особые акустические качества просто так, за компанию. Требуйте сопроводительную документацию. Найдите в ней данные по звукоизоляции воздушного шума (Rw), ударного шума (Lnw) и коэффициент звукопоглощения (NRC, или «альфа»). Если их нет — не нужно рисковать.

Действия инфразвука

Инфразвуковые действия происходят за счет резонанса, который является частотой колебания большого количества процессов в организме. Альфа, бета и дельта-ритмы мозга тоже происходят на чистоте инфразвука, как, в принципе, и биение сердца.

Инфразвуковые колебания могут совпадать с колебаниями в теле. Впоследствии последние усиливаются, за счет чего происходит сбой работы какого-то органа. Может дело дойти не только до травмы, но также и до разрыва.

Частота колебаний в человеческом организме варьируется от 8 до 15 герц. В то время, когда на человека происходит воздействие звуковым излучением, все физические колебания могут попасть в резонанс, а вот амплитуда микросудорог увеличится во много раз.

Естественно, ощущение того, что воздействует, человек не сумеет понять, ведь звука не слышно. Однако присутствует некое состояние тревожности. Если же происходит крайне длительное и активное воздействие особого звука на весь человеческий орган, то происходят разрывы внутренних сосудов, а также капилляров.

Тайфун, землетрясение и вулканическое извержение излучают частоту в 7-13 герц, что дает призыв человеку быстро ретироваться с места, где происходят бедствия. Инфразвук и ультразвук очень легко может довести человека до самоубийства.

Очень опасным промежутком звука является частота в 6-9 герц. Очень сильные психотронные эффекты более всего оказываются на частоте в 7 герц, которая является аналогичной природному колебанию мозга.

В такой момент любая работа умственного характера попросту становится невозможной, так как есть ощущение того, что голова в любой момент может «лопнуть, как арбуз». Если же идет не сильное воздействие, тогда просто звенит в ушах и появляется чувство тошноты, ухудшается зрение и человек поддается безотчетному страху.

Звук, который имеет среднюю интенсивность, может расстроит пищеварительные органы, мозг, породить паралич слепоту и общую слабость. Сильное воздействие повреждает или же полностью приводит к остановке сердца.

Яйца! Да вы шутите?

Можно понять, как на фоне всеобщего дефицита в СССР распространился миф о том, что картонные лотки из-под яиц — отличное средство для отражения и поглощения звуков. Но то, что он жив до сих пор, просто поразительно. Может, дело во внешнем сходстве с акустическим поролоном, действительно эффективным звукопоглотителем? Еще в конце 80-х тесты Riverbank Acoustical Laboratories показали, что акустические свойства лотков уступают даже бархатной шторе. Ковры, кстати, тоже — никакие звукоизоляторы.

Разбираем зал по частям. Что сделать для улучшения акустики

  1. Потолок немаловажен в вопросе хорошей акустики. Решением может стать использование подвесного акустического потолка. Они поглощают шум и создают акустический комфорт в помещении. Использовать звукопоглощающие блоки также необходимо в случае, если плоскость потолка разделена высокими перекрытиями. До того, как начать проектировать звукоизолирующую систему, убедитесь, что она не будет мешать оборудованию, которое вы планируете разместить позднее. Речь идет о проекторе или занавесе, который нужно прикреплять к потолку, а так же различных элементов коммуникации, которыми оснащены концертные залы. Например, пожарную сигнализацию стоит установить на стенах, чтоб она не звенела. Следует заранее продумать этот момент, и, исходя из расчетов, начинать процесс установки. Ведь демонтировать потолок довольно сложно, а без этого изменить расположение коммуникационных систем вряд ли удастся.

    акустика-залов-3

  2. Звукоизоляция пола – одна из самых важных. При помощи одних только перекрытий не удастся достичь нужного результата. Звукоизоляция для пола троцеллен акустик устранит проблемы.
  3. Окна – следующий пункт, которому стоит уделить внимание при создании хорошего концертного зала. Они, так или иначе, склонны к резонансу, поэтому при большой громкости могут звенеть. Чтобы исправив это, можно повесить на окна плотные шторы.
  4. Еще более тщательно стоит поработать над областью эстрады, так как чаще всегда она выполнена из дерева и является сильным резонатором. Это можно решить, не оставляя под ней пустого пространства, а саму сцену стоит отделать звукопоглощающим материалом. Занавес же служит не только элементом декора, но и улучшает акустику сцены.
  5. Также для улучшения шумоизоляции можно установить настенные звукопоглощающие панели.

Рекомендуем: Особенности выполнения шумоизоляции пола под плитку

Как именно опустится потолок

Звукоизоляция потолка съест не меньше десяти сантиметров. Совмещать ее с вентиляцией нельзя, как нельзя встраивать в герметичный слой потолочные светильники, делать в нем ниши для карнизов и прочее. Все, что вы задумали спрятать наверху (трубы, коммуникации, динамики), закладывается ниже звукоизоляционного слоя. Посчитайте, не опустится ли вам в итоге потолок на голову.

Если высота потолка не позволяет отнять эти 10–20 сантиметров, можно закрыть его акустическим звукопоглощающим полотном. От соседского шума эта мера поможет не сильно, но в комнате все равно станет тише, так как из общего звукового фона уйдет отраженный шум. Это примерно минус девять децибел — станет ощутимо тише.

Последствия для нарушителей

После того, как было предъявлено первое предупреждение, а эффекта не последовало, далее предусматривается административный штраф. Его величина будет зависеть только напрямую от того, кто послужил поводом для беспокойства – физическое лицо или юридическое.

В дополнении закона говорится, что могут быть привлечены к выплате штрафа и те, кто любит поставить усилитель на балкон. В законе есть четкие критерии нарушения тишины, за которые придется заплатить штраф:

  1. Работы строительные и ремонтные ночью;
  2. Использование пиротехники и фейерверков;
  3. Прослушивание громкой музыки при применении усилителей;
  4. Свист, громкие крики и другое.

Правильные межкомнатные двери

Лучшая дверь для звукоизоляции — глухая распашная с порогом и притвором по периметру. А самые «тихие» экземпляры ищите в коллекциях для отелей. Внешне они обычные, зато имеют повышенный индекс звукоизоляции. Впрочем, и эти характеристики могут оказаться бесполезными, если коробку посадить на монтажную пену. Есть нюанс: чем плотнее закрывается дверь, тем тише будет в комнате и тем хуже будет работать вентиляция. Для таких случаев и придумали выдвижной порог, который прячется прямо в двери.

Ультразвуковой излучатель

Можно самостоятельно соорудить инфразвуковой излучатель, который не будет приносить никакого вреда человеческому организму, однако нежелательное соседство станет менее шумным после его применения.

Конструкция ультразвука

Схема такова: самый простой генератор для создания колебаний запускается от катушки, которая имеется в динамике для звука. Реле необходимо для запуска конденсатора. Если подтолкнуть динамик для подачи звука и вовсе отключится.

Далее схема начинает работу на резонансной частоте катушки. Также нужны транзисторы, которые будут низкочастотными и выдавать определенную мощность звука. В качестве питания применяется девятивольтный бэпэшник от нерабочего модема.

Резисторы R2 и R4, являются регуляторами громкости. Схема производит работу на маятниковом резонансе. Однако вся электрика берет примерно два ватта, а вот на выходе около двадцати, поэтому динамик без них никак не работает.

Подойдет любой звуковой динамик НЧ. Обязательное условие – ставить в корпусе, так как в таком случае исключается акустическое «короткое замыкание». В виде корпуса прекрасно подходит кастрюля. У динамика для звука, при использовании электоролобзика, спиливаются уши, затем он втыкается в ведро и по периметру склеивается «моментом».

Настройка инфразвукового устройства

Изначально вся система собирается на столе и целиком проверяется вся электрика. Изначально это надо сделать без утяжелителя. После включения, динамик должен начать гудеть на частоте резонанса.

Если же сразу не выходит, стоит поработать с емкостью конденсатора. Затем собирается весь прибор в кастрюлю, проклеиваются «моментом» все щели между динамиком и корпусом, а потом следует промазать клеем спираль утяжелителя и на него же приклеить к диффузору динамика для звука.

Если же нет возможности найти нормальный чистомер, следует настроить частоту ультразвука в 13 Гц при использовании осциллографа и генератора НЧ по фигуре Лиссажу. Затем включается питание для проверки на несколько секунд, чтобы посмотреть, что получилось. Далее прибор выключается и начинается обрезание спиральки утяжелителя до того, пока не получится двойной Лиссажу.

Вам интересно, что происходит по ту сторону стены? Вам интересно это послушать? Неважно, незнакомец это или же близкий человек, происходит это в вашем доме или в каком-то другом месте, в любом случае шпионить за другим человеком не очень благородно. Если вы все же решились подслушивать, то существует несколько способов слышать все происходящее четко и ясно. Осознайте все риски и уголовную ответственность перед совершением такого поступка.

Посчитаем камеры в окнах

Наивный обыватель полагает, что чем больше камер в стеклопакете, тем меньше шума с улицы. Это не так: количество камер не играет особой роли в звукоизоляции. Зато ее можно значительно улучшить, если использовать стекла разной толщины — это связано с резонансными частотами. Так, однокамерный пакет с формулой 4–10–4 имеет индекс изоляции воздушного шума 33 децибела, а 4–10–6 — уже 36 децибел. Кроме того, более тихими считаются стеклопакеты, в которых разные расстояния между стеклами.

Дифракция звука

Мы можем разговаривать с человеком, стоящим за углом здания, за деревом или за забором, хотя и не видим его. Мы слышим его, потому что звук способен огибать эти предметы и приникать в область, находящуюся за ними.

Способность волны огибать препятствие называется дифракцией

.

Дифракция возможна, когда длина звуковой волны превышает размер препятствия. Звуковые волны низкой частоты имеют довольно большую длину. Например, при частоте 100 Гц она равна 3,37 м. С уменьшением частоты длина становится ещё больше. Поэтому звуковая волна с лёгкостью огибает объекты, соизмеримые с ней. Деревья в парке совершенно не мешают нам слышать звук, потому что диаметры их стволов значительно меньше длины звуковой волны.

Благодаря дифракции, звуковые волны проникают через щели и отверстия в препятствии и распространяются за ними.

Расположим на пути звуковой волны плоский экран с отверстием.

В случае, когда длина звуковой волны ƛ

намного превышает диаметр отверстия
D
, или эти величины примерно равны, то позади отверстия звук достигнет всех точек области, которая находится за экраном (область звуковой тени). Фронт выходящей волны будет выглядеть как полусфера.

Если же ƛ

лишь немного меньше диаметра щели, то основная часть волны распространяется прямо, а небольшая часть незначительно расходится в стороны. А в случае, когда
ƛ
намного меньше
D
, вся волна пойдёт в прямом направлении.

Акустика помещений (геометрическая теория)

Геометрическая (лучевая) теория

Основные положения. Геометрическая (лучевая) теория акустических процессов в помещениях основана на законах геометрической оптики. Движение звуковых волн рассматривают подобно движению световых лучей. В соответствии с законами геометрической оптики при отражении от зеркальных поверхностей угол отражения b равен углу падения a, и падающий и отраженный лучи лежат в одной плоскости. Это справедливо, если размеры отражающих поверхностей много больше длины волны, а размеры неровностей поверхностей много меньше длины волны.

Характер отражения зависит от формы отражающей поверхности. При отражении от плоской поверхности (рис.7, а) возникает мнимый источник И’, место которого ощущается на слух подобно тому, как глаз видит мнимый источник света в зеркале. Отражение от вогнутой поверхности (рис.7, б) приводит к фокусировке лучей в точке И’. Выпуклые поверхности (колонны, пилястры, крупные лепные украшения, люстры) рассеивают звук (рис.7, в).

Рис. 7

Роль начальных отражений. Немаловажным для слухового восприятия является запаздывание отраженных звуковых волн. Звук, излученный источником, доходит до преграды (например, стены) и отражается от нее. Процесс многократно повторяется с потерей при каждом отражении части энергии. На места слушателей (или в точку расположения микрофона) первые запаздывающее импульсы, как правило, приходят после отражения от потолка и стен зала (студии).

Вследствие инерционности слуха человек обладает способностью сохранять (интегрировать) слуховые ощущения, объединять их в общее впечатление, если они длятся не более 50 мс (точнее 48 мс). Поэтому к полезному звуку, подкрепляющему исходный, относятся все волны, которые достигают уха в течение 50 мс после исходного звука. Запаздыванию на 50 мс соответствует разница в пути 17 м. Концентрированные звуки, приходящие позднее, воспринимаются как эхо. Отражения от преград, укладывающиеся в указанный промежуток времени, являются полезными, желательными, так как они увеличивают ощущение громкости на значения, доходящие до 5 — 6 дБ, улучшают качество звучания, придавая звуку «живость», «пластичность», «объемность». Таковы эстетические оценки музыкантов.

Исследования начальных отражений методом акустического моделирования были проведены в Научно-исследовательском кинофотоинституте (НИКФИ) под руководством А. И. Качеровича. Изучалось влияние на качество звучания речи и музыки формы, объема, линейных размеров, размещения звукопоглощающих материалов. Получены интересные результаты.

Существенную роль играет направление прихода начальных отражений. Если запаздывающие сигналы, т.е. все ранние отражения, поступают к слушателю с того же направления, что и прямой сигнал, слух почти не различает разницы в качестве звучания по сравнению со звучанием только прямого звука. Возникает впечатление «плоского» звука, лишенного объемности. Между тем даже приход только трех запаздывающих сигналов по разным направлениям, несмотря на отсутствие реверберационного процесса, создает эффект пространственного звучания. Качество звучания зависит от того, с каких направлений и в какой последовательности приходят запаздывающие звуки. Если первое отражение поступает с фронтальной стороны, звучание ухудшается, а если с тыльной стороны, то резко ухудшается.

Весьма существенно время запаздывания начальных отражений по отношению к моменту прихода прямого звука и относительно друг друга. Длительности запаздывания должны быть различными для наилучшего звучания речи и музыки. Хорошая разборчивость речи достигается, если первый запаздывающий сигнал поступает не позже 10 — 15 мс после прямого, а все три должны занимать интервал времени 25 — 35 мс. При звучании музыки наилучшее ощущение пространственности и «прозрачности» достигается, если первое отражение приходит к слушателю не ранее 20 мс и не позже 30 мс после прямого сигнала. Все три запаздывающих сигнала должны располагаться в промежутке времени 45 — 70 мс. Наилучший пространственный эффект достигается, если уровни запаздывающих начальных сигналов незначительно отличаются друг от друга и от уровня прямого сигнала.

При подключении к структуре начальных отражений (первого, второго, третьего) остальной части отзвука наиболее благоприятное звучание получается в том случае, когда вторая часть процесса начинается после всех дискретных отражений. Подключение же процесса реверберации (отзвука) сразу же за прямым сигналом ухудшает качество звучания.

При обеспечении оптимальной структуры начальных (ранних) отражений звучание музыки остается хорошим даже при значительном (на 10 — 15%) отклонении времени реверберации от рекомендуемого. Достижение оптимального запаздывания отраженных сигналов по отношению к прямому звуку выдвигает требование к минимальному объему помещения, которое не рекомендуется нарушать. Между тем при проектировании помещения выбирают его размеры, исходя из заданной вместимости, т.е. решают задачу чисто экономически, что неправильно. Даже в небольшом концертном зале оптимальную структуру ранних отражений можно получить лишь при заданных высоте и ширине зала перед эстрадой, меньше которых спускаться нельзя. Известно, например, что звучание симфонического оркестра в зале с низким потолком существенно хуже, чем в зале с высоким потолком.

Полученные результаты дали возможность выработать рекомендации в отношении времени запаздывания и размеров зала. Учитывалось, что первый запаздывающий сигнал, как правило, приходит от потолка, второй — от боковых стен, третий — от задней стены зала. Разные требования по времени задержки начальных отражений объясняются особенностями речи и музыкальных звуков и различием решаемых акустических задач.

Dt2, мс Dt3, мс
Речь 10 — 15 15 — 22 25 — 45
Музыка 20 — 30 35 — 50 50 — 70

Чтобы добиться хорошей разборчивости речи, запаздывания должны быть сравнительно небольшими. При звучании музыки нужно подчеркнуть мелодическое начало, для обеспечения слитности звуков необходимо большее время запаздывания начальных отражений. Отсюда вытекают рекомендуемые размеры концертных залов: высота и ширина не менее 9 и 18,5 м соответственно и не более (у портала) 9 и 25 м.

Увеличивать высоту и ширину зала в некоторой мере можно лишь на расстоянии от портала сцены (эстрады), превышающем примерно 1/4 — 1/3 общей длины зала: высоту до 10,5 м, ширину до 30 м. Длину зала выбирают, учитывая необходимость получать на самых удаленных слушательских местах достаточную энергию прямого звука. Исходя из этого обстоятельства, рекомендуют выбирать длину зала по партеру не более 40 м, а по балкону — 46 м.

В таблице приводим сведения о геометрии некоторых залов, акустические качества которых считаются хорошими (n — вместимость зала, lп — наибольшее удаление слушателя от эстрады в партере, lб — то же на балконе, Dt1 — время запаздывания первого отражения).

Зал n, чел lп, м lб, м Dt1, мс
Колонный зал Дома союзов, Москва 24 — 28
Большой зал московской консерватории 1900 29 47 21 — 26
Малый зал московской консерватории 400 21 25 21 — 26
Зал Академической капеллы, С-Петербург 25 — 30
Концертный зал, Бостон 2630 40 45
Концертный зал, Нью-Йорк 2700 34 45
Концертный зал, Зальцбург 2700 34 45
Концертный зал, Каракас 2000 28 35 30

Таким образом, минимальные размеры помещения для воспроизведения музыки (высота и ширина) не связаны с его вместимостью, а определяются необходимой структурой начальных отражений. Даже если помещение предназначено для исполнения музыки в отсутствии слушателей (студия звукозаписи, звукового вещания, ателье записи музыки, зал прослушивания киностудии), его размеры должны определяться только качеством звучания музыки. «Экономить» на этих размерах — значительно ухудшать качество звучания.

Исторические примеры. По сохранившимся до наших времен культовым и зрелищным сооружениям видно, что основные положения лучевой теории были известны древним строителям и что эти положения неукоснительно соблюдались. Размеры греческих и римских театров на открытом воздухе были выбраны такими, чтобы в наибольшей степени использовать энергию отраженных волн.

Театры содержали три основные части:

  • Сцену (shena) глубиной 3,5 — 4 м в Греции и 6 — 8 м в Риме, на которой разыгрывалось театральное действие;
  • Площадку перед сценой — орхестру (orhestra буквально «место плясок»), на которой располагался хор и выступали танцоры;
  • Поднимающиеся ступенями зрительские места вокруг орхестры, образующие так называемый амфитеатр (от греческих слов amphi — «с обеих сторон», «кругом» и theatron — «место зрелищ»).

Звуки от исполнителей достигали зрителей, располагавшихся на амфитеатре, прямым путем 1, а также после отражений от поверхности орхестры (луч 2) и стены 3, находящихся позади сцены (рис.9,а). Плоскость орхестры покрывали хорошо отражающим материалом. Как указывал Витрувий, высоту стены 3 следовало выбирать равной высоте парапета 4, ограждавшего верхний ряд амфитеатра, «для улучшения акустики». Видимо, речь шла о том, чтобы не допустить излишнего рассеяния звуковой энергии в пространстве. Глубину сцены в греческих театрах делали небольшой, чтобы лучи 5, отраженные от задней стены, не слишком запаздывали по отношению к прямому лучу 1 и не ухудшали разборчивость речи актеров. Часть звуковой энергии, отразившись от стен 3 и 4, уходила вверх. В современных крытых театральных залах эта энергия отражается потолком вниз и увеличивает интенсивность звука на зрительских местах. На орхестре происходили танцы и располагался хор, повторявший реплики актеров, т.е. выполнявший задачу звукоусиления. При расположении хора в точке 1 звуковые лучи, отразившись от стены 3 (рис.9,б), приходят к зрителю с большой задержкой во времени, вызывающей эхо. Для уменьшения этого недостатка в римских театрах хор стали располагать ближе к сцене, в точке 2. Тогда для направления энергии в сторону зрителей начали использовать отражения от сцены (ее высота в римских театрах достигала 3,5 м), а освободившуюся часть орхестры заняли танцоры. В современных театрах перед сценой находятся музыканты, и на них перешло название занимаемой ими площадки.

Рис. 9

Особую роль в усилении и обогащении звучания играли так называемые «гармоники» — системы резонаторов в виде бронзовых цилиндрических сосудов и глиняных кувшинов-амфор. Они располагались в нишах стены позади зрительских мест и под скамьями. Греки считали, что для благозвучия речи и музыки резонаторы должны быть подобраны или настроены по тонам музыкальных гамм: энгармонической, хроматической и диатонической.

  • Первая система, по мнению их создателей, придавала звукам торжественность и строгость;
  • Вторая, благодаря «толпящимся» нотам, — утонченность, нежность звучанию;
  • Третья — из-за консонансности интервалов — естественность музыкальному исполнению.

Очевидно, что античные архитекторы при строительстве театров искали и находили технические пути передачи зрителям и слушателям не только смысловой (семантической), но и художественной (эстетической) информации, стремились обогатить музыкальное звучание.

Рациональной формой и разумно выбранными размерами отличались театральные и концертные залы 18 и 19 веков. Ряд хороших в акустическом отношении театральных и концертных залов был построен в разных странах в 20 веке.

Неудачные решения. Казалось бы, опыт, накопленный за тысячелетия, должен использоваться современными архитекторами и строителями. Между тем множатся примеры неудовлетворительных акустических решений, например, строительство залов круглой или эллиптической в плане формы (кинотеатр «Колизей» в Санкт-Петербурге, концертный зал им. Чайковского в Москве и др.). В них образуются зоны фокусировки отраженных лучей и зоны, в которые отраженные лучи либо не попадают, либо попадают с большой временной задержкой. В круглом в плане зале (рис.10 справа) касательный к стене луч 1 и при последующих отражениях остается в близкой к стене зоне. Лучи 2, распространяющиеся примерно в диаметральном направлении, образуют после отражения мнимое изображение источника И’, в котором интенсивность звука, как и в кольцевой зоне возле стены, повышена. Неудовлетворительными являются залы с плоским потолком и низким порталом сцены (рис.11, а). Зона АВС оказывается своеобразной ловушкой для значительной части, излучаемой источником звука энергии. Только зона DE дает полезные отражения, но они попадают лишь в удаленную часть зала ЕС. Предпочтительнее конструкции с рассеивающим потолком (рис.11,б), акустической раковиной и козырьком (рис.11,в).

Рис 11

Неудовлетворительным в акустическом отношении являлся знаменитый зал Альберт-холл в Лондоне шириной 56 м при высоте 39 м. Ввиду необычайно большой высоты зала разница в пути между прямым звуком и звуками, отраженными от потолка, достигала 60 м, что давало запаздывание почти на 200 мс. Центр кривизны вогнутого потолка находился в зоне, занятой слушателями, что порождало сильное эхо.

Примером неудачного акустического решения может служить Большой зал Центрального театра Российской армии (ЦТРА). Основные недостатки зала: большая ширина, равная в середине зала 42 м, и чрезмерно высокий потолок — у портала 18 м над планшетом сцены (рис.12). Отражения от боковых стен не приходят в центральную часть зала, а первые отражения от потолка поступают в середину партера с запаздыванием более 35 мс. В результате разборчивость речи в партере низкая, несмотря на близость актеров к публике. Форма задней стены зала и парапета балкона является частью окружности, центр которой расположен на авансцене в точке О. Звуки, отраженные от задней стены и парапета балкона, возвращаются в эту же точку и прослушиваются как сильное эхо, ибо запаздывание превышает 50 мс. При перемещении актера в точку И сопряженные фокусы И’ и И» смещаются в партер. В результате эхо возникает в первых рядах партера.

Когда-то хорошей акустикой отличался актовый зал МТУСИ, где даже проводились симфонические концерты, транслировавшиеся по радио. Акустические условия значительно ухудшились после косметического ремонта зала. Была изменена конструкция ограждения балкона, в глубине которого был поставлен отражающий щит. Сильные отражения от парапета и щита ухудшили звучание в партере. Из-за больших запаздываний снизилась разборчивость речи.

Примером неудачного акустического решения является и Центральный концертный зал гостиницы «Россия» в Москве. Квадратная в плане форма зала привела к обеднению спектра собственных частот, низкий потолок создает малую задержку первых отражений, а большая ширина зала приводит к тому, что отражения от стен не попадают в первую половину партера. Трижды пытались улучшить звучание заменой звукопоглощающих материалов и их размещением в зале. Однако скомпенсировать заведомо неудачную исходную форму зала не удалось.

Рис. 12

Даже в помещениях с правильно выбранными формой и линейными размерами, пропорции которых приближаются к «золотому сечению», обнаруживаются недостатки звучания, устранение которых занимает много времени, сил и средств. В тщательной подготовке к нормальной эксплуатации нуждаются студии звукового и телевизионного вещания. Примером может служить комплекс работ по подготовке студии N5 Государственного дома радиовещания и звукозаписи (ГДРЗ). Студия предназначена для исполнения произведений крупных форм с участием симфонического оркестра и хора в присутствии слушателей. Ее линейные размеры (29,8 х 20,5 х 14 м) почти соответствуют «золотому сечению», расчетное время реверберации на средних частотах 2,3 с. Ввиду большой высоты и ширины время прихода начальных отражений не оптимально. Для уменьшений длины путей отраженных лучей над местом расположения оркестра и на боковых стенах были укреплены отражающие панели. Потребовалось несколько раз изменять положение панелей и уменьшать площадь звукопоглощающих конструкций, прежде чем музыканты и звукорежиссеры признали качество звучания хорошим. Из этого примера видно, насколько тонкой и скрупулезной является акустическая настройка помещений.

Встречаются залы, рассчитанные на небольшое количество слушателей, соответственно небольшой площади и невысокие. Авторы их, по-видимому, полагали, что при небольших размерах зала «все будет хорошо слышно». В действительности в таких залах на слушательских местах образуется плотная структура начальных отражений. Из-за этого при небольшом времени реверберации звучание оказывается «плоским», подобно звучанию на открытом воздухе, а при большом времени реверберации теряется «прозрачность» звучания, начинается маскировка последующих музыкальных звуков предыдущими.

Также неудовлетворительны большей частью так называемые актовые залы. Они предназначаются для собраний, т.е. для звучания речи. Низкий потолок, гладкие параллельные стены, лишенные акустической отделки порождают неоптимальные начальныфяе отражения. Попытки проводить в них концерты не приносят успеха. Музыка звучит в них плохо. Хуже всего, что концерты в таких залах портят публику. Ниже всякой критики акустика так называемых «концертно-спортивных» залов.

В нашей стране большой вред качеству театральных и концертных залов принесла «борьба с архитектурными излишествами». «Излишествами» были объявлены все звукорассеивающие и звукопоглощающие конструкции и даже мягкая обивка кресел, призванная служить эквивалентом отсутствующих зрителей. В результате — на слушательских местах плохая структура начальных отражений, невысокая диффузность, а при частичном заполнении — чрезмерная «гулкость».

Лучшие залы. Непревзойденными по качеству звучания остаются Колонный зал Дома союзов, Большой и Малый залы Московской консерватории, Большой зал Санкт-Петербургской филармонии и некоторые другие залы старой постройки.

К достижениям отечественной архитектурной акустики следует отнести зрительные залы Детского музыкального театра, Театра им. Евг. Вахтангова, Московского драматического театра им. А.С. Пушкина, Дворца культуры ЗиЛ, студии Государственного дома звукозаписи, ателье записи звука и зал прослушивания «Мосфильма». При их проектировании и строительстве были учтены положения и рекомендации отечественных и зарубежных акустиков.

В этих залах соблюдены требования геометрической акустики: рационально выбраны форма и размеры, что обеспечило высокую степень диффузности поля и оптимизацию времен запаздывания начальных отражений. В каждом конкретном случае выбраны свои архитектурно-планировочные решения. Залам сравнительно небольшой ширины придана форма прямоугольного параллелепипеда. Таковы Большой и Малый залы Московской консерватории, Большой зал московского Дома ученых. При небольшой ширине количество отражений, приходящих на места слушателей, быстро нарастает со временем и в завершающей части процесса реверберации настолько велико, что обеспечивает хорошую диффузность поля. В залах большой ширины (Колонный зал Дома союзов, Большой зал Санкт-Петербургской филармонии) введены звукорассеивающие конструкции в виде ряда колонн. В современных залах большой вместимости хорошего рассеяния звуков достигают членением стен и потолка и установкой крупных рассеивающих поверхностей на стенах.

Важное значение имеет материал, которым отделаны стены и потолок. Наилучшим является дерево. Звучание музыки в залах, отделанных деревом, отличается красивой тембральной окраской. Наоборот, совершенно противопоказаны железобетонные конструкции, особенно тонкие, и штукатурка по сетке рабица. Звуки, отраженные от этих поверхностей, обладают неприятным «металлическим» оттенком.

Заключение

Три рассмотренные теории с разных сторон объясняют акустические процессы, происходящие в помещениях. Из них только одна — статистическая — позволяет определить численно важную величину, характеризующую акустические свойства помещения — время реверберации. Следует лишь сознательно, критически относиться к получаемой числовой оценке, понимать, что в большинстве случаев, особенно при рассмотрении крупных помещений, она носит ориентировочный характер.

По современным воззрениям принято разделять процесс отзвука, реверберации на две части: начальные, сравнительно редкие запаздывающие импульсы, и более уплотняющаяся во времени последовательность импульсов. Первую часть отзвука оценивают с позиций геометрической (лучевой) теории, вторую — с позиций статистической теории.

Геометрическая теория более приложима к анализу акустических процессов в помещениях больших размеров — концертных и театральных залах, крупных студиях. Оптимальные размеры зала (студии) определяют на основе анализа начальных отражений. При проектировании больших помещений расчет времени реверберации может дать результат, значительно отличающийся от реального, и главное — эта величина не позволяет полностью оценить акустическое качество помещения. В такой оценке главную роль играют начальные отражения. Правильное временное соотношение начальных отражений обеспечивает высокое качество звучания даже тогда, когда время реверберации отличается от оптимального.

Статистическая и волновая теории особенно применимы к помещениям сравнительно малых размеров, например к студиям звукового вещания и аудиториям различного назначения. Результаты этих теорий как бы дополняют друг друга. Первая дает возможность оценить время реверберации, вторая — рассчитать спектр собственных (резонансных) частот, скорректировать размеры помещения так, чтобы спектр собственных частот в области нижних частот был более равномерным.

Было бы очень интересно и важно объединить положения акустических теорий, создать единую теорию, объясняющую с общих позиций сложные акустические процессы, протекающие в помещениях разного назначения, разной формы и разных размеров. Но пока это не достигнуто, остается сознательно использовать существующие теории и добиваться с их помощью наилучших решений.

Рекомендуем обратиться к источникам, перечисленным в списке литературы, где можно найти много интересного и полезного для себя.

Литература

  • Акустика: Справочник / под ред. М.А. Сапожкова. — М.: Радио и связь, 1989.
  • Бреховских Л.М. Распространение волн в слоистых средах. — М.-Л.: Изд. АН СССР, 1958.
  • Дрейзен И.Г. Курс электроакустики, ч. 1. — М.: Связьрадиоиздат, 1938.
  • Дрейзен И.Г. Электроакустика и звуковое вещание. — М.: Связьиздат, 1951.
  • Емельянов Е.Д. Звукофикация театров и концертных залов. — М.: Искусство, 1989.
  • Контюри Л. Акустика в строительстве. — М.: Стройиздат, I960.
  • Макриненко Л.И. Акустика помещений общественного назначения. — М.: Стройиздат, 1986.
  • Морз Ф. Колебания и звук. — М.-Л.: Гостехиздат, 1949.
  • Сапожков М.А. Звукофикация помещений. — М.: Связь, 1979.
  • Скучик Е. Основы акустики. — М.: Изд. иностр. лит., 1959.
  • Стрэтт Дж.В. (лорд Релей). Теория звука. — М.: ГИТТЛ, 1955.
  • Фурдуев В.В. Электроакустика. — М.-Л.: ОГИЗ-ГИТТЛ. 1948.
  • Фурдуев В.В. Акустические основы вещания. — М.: Связьиздат, 1960.
  • Фурдуев В.В. Моделирование в архитектурной акустике // Техника кино и телевидения, 1966. N 10

Адрес администрации сайта
НЕ НАШЕЛ, ЧТО ИСКАЛ? ПОГУГЛИ:

СТРОКА ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКОГО ПОИСКА
Рейтинг
( 1 оценка, среднее 4 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: