Архитектурная акустика общие сведения

Федеральное агентство по образованию

Санкт-Петербургский государственный

архитектурно-строительный университет

Кафедра общей и строительной физики

Методические указания

Исходные данные: назначение зала и его вместимость.

Проектирование формы зала, оценка распределения первых отражений

и подготовка исходных данных для компьютерного расчета времени реверберации зала

1. Определить объем зала по заданной вместимости.

2. Определить характерные размеры зала.

3. Учитывая назначение и вместимость зала, выбрать размеры сцены (эстрады), оркестровой ямы и балконов (при их наличии).

4. Подобрать приблизительные очертания внутренних поверхностей зала (профили потолка, стен, пола, балкона), вычертить план и разрез зала в масштабе 1:100 или 1:200.

5. Разместить зрительские места.

6. Путем построения лучевых эскизов уточнить очертания внутренних поверхностей.

7. Выбрать 5 расчетных точек для определения времени запаздывания и ослабления первых отражений по отношению к прямому звуку. Точки выбираются на оси зала. Первая точка выбирается на расстоянии 8 м от источника звука, последняя – на последнем ряду партера или балкона.

8. На разрезе и плане для каждой расчетной точки, используя метод мнимого источника, построить геометрические отражения, измерить расстояния, пройденные прямым и отраженным звуком, и заполнить табл. 6. По этим данным расчет времени запаздывания и ослабления геометрических отражений для выбранных точек выполняется на компьютере с использованием программы ACUST.

9. Уточнить объем зала и площади внутренних поверхностей, вычислить перечисленные ниже величины и выписать полученные исходные данные для компьютерного расчета времени реверберации зала в следующем виде:

вместимость зала, чел.

площадь потолка, м2

площадь пола, м2

суммарная площадь четырех стен, м2

суммарная площадь внутренних поверхностей, м2

суммарный внутренний объем, м3

площадь пола, не занятого зрителями, м2

площадь проема сцены (для залов со сценической коробкой) , м2

площадь занавеса, м2 (если есть)

площадь оркестровой ямы, м2 (если есть)

площадь остекления, м2 (если есть)

Расчет времени реверберации

Расчет выполняется на компьютере с использованием программы ACUST. Расчет времени реверберации проводится для пустого зала и для зала, заполненного на 70 %. Время реверберации зала рассчитывается для шести частот: 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 Гц. Значения оптимального (рекомендуемого) времени реверберации для залов различного назначения и объема заложены в программу и используются для сопоставления с расчетными значениями.

Материалы для отделки внутренних поверхностей зала, тип кресел, занавеса и т. п. выбираются непосредственно при расчете на компьютере. Коэффициенты звукопоглощения различных материалов заложены в программу и при вводе выбранных материалов появляются на экране компьютера.

От общей площади потолка..gif" width="85" height="25"> – площадь звукопоглощающих материалов на потолке.

Вид звукопоглощающих материалов на стенах и потолке и их площади определяются подбором при расчете на компьютере. При первоначальном расчете принять = 0 и = 0.

В результате расчета на экран компьютера выводятся значения требуемой эквивалентной площади звукопоглощения и рекомендуемого времени реверберации для рассматриваемого типа зала (заполненного на 70 %) для указанных выше частот, а также расчетные значения эквивалентной площади звукопоглощения и времени реверберации, соответствующие выбранным отделочным материалам.

Отличие расчетного времени реверберации зала от рекомендуемого на всех частотах не должно превышать 10 %. Если указанное требование не выполняется, необходимо повторить расчет, изменив отделочные материалы или соотношения площадей, обрабатываемых ими. При этом следует руководствоваться следующими соображениями:

для увеличения времени реверберации на определенной частоте необходимо уменьшить звукопоглощение, т. е. заменить один или несколько отделочных материалов на другие, имеющие меньшие значения коэффициента звукопоглощения на рассматриваемой частоте;

для уменьшения времени реверберации необходимо выбрать материалы с более высокими значениями коэффициента звукопоглощения или дополнительно ввести один или несколько специальных звукопоглощающих материалов.

Расчет повторяется до тех пор, пока не будет достигнуто допустимое отклонение расчетного времени реверберации зала, заполненного на 70 %, от рекомендуемого. Желательно, чтобы различие в значениях времени реверберации пустого зала и зала, заполненного слушателями, было незначительным.

1. Архитектурная физика/Под ред. . – М.: Стройиздат, 1997. – 448 с.

2. Архитектурно-строительная акустика. – М.: Высш. шк., 1980. – 184 с.

3. Алексеев С. П . Акустика зрелищных и концертных залов. – М.: Знание, 1969. – 48 с.

4. Кнудсен В. О . Архитектурная акустика/ Под ред. , ; Пер. с англ. – М.: КомКнига, 2007. – 520 с.

5. Пособие по акустическому проектированию залов многоцелевого назначения средней вместимости. – М.: Стройиздат, 1972. – 46 с.

Введение……………………………………………………………………………

Воздушный объем и пропорции зала…………………………………………….

Оптимальная форма зала в плане………………………………………………...

Профиль пола………………………………………………………………………

Правильное распределение отраженного звука ………………………………

Оптимальное очертание ограждающих поверхностей………………………….

Предотвращение концентрации отраженного звука……………………………

Формирование диффузного звукового поля……………………………………..

Расчет времени реверберации зала ………………………………………….

Звукопоглощающая отделка зала………………………………………………...

Особенности проектирования залов различного назначения…………………..

Порядок выполнения работы……………………………………………………..

АКУСТИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗАЛА

Составители:

Редактор

Корректор

Компьютерная верстка

Подписано к печати 26.01.2007. Формат 60´84 1/16. Бум. офсетная.

Усл. печ. л. . Уч.-изд. л. . Тираж 1000. Заказ. «С» .

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет.

190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 4.

Отпечатано на ризографе. 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 5.

Архитектурная акустика

Акустика - наука о звуке, изучающая физическую природу звука и проблемы, связанные с его возникновением, распространением, восприятием и воздействием. Звук – упругие волны, распространяющиеся в какой-либо упругой среде и создающие в ней механические колебания.

Физические характеристики звука частота звуковое давление интенсивность или сила звука звуковая мощность

Физические процессы в помещении, где распространяется звук Когда звучит один источник звука, то до слушателя первым доходит прямой звук, а следом звуки, отраженные от ближайших к источнику поверхностей. И с большей задержкой доходят звуки, претерпевшие двукратное отражение. В больших залах с высокими потолками часто бывает такая проблема: в первые ряды зрительских мест отраженный от потолка звук приходит с большим опозданием.

Характеристики хорошего концертного зала Форма эллипса, в которой выполнен зрительный зал;

Акустические деки – звуко-отражающие конструкции. Имея вогнутую форму деки точно направляют звук со сцены в партерную зону.

Особенности архитектуры органных залов и храмов купола, радиус которых равен половине высоты зала. Отражения проходят через точку фокуса, а далее распределяются по площади храма; колоны, которые дополнительно рассеивают звук. Купол органного зала

Особенность, которую учитывали композиторы при написании музыки для храмов Когда композиторы писали органную музыку для храмов, они учитывали процесс реверберации. Это процесс постепенного уменьшения интенсивности звука при его многократных отражениях. Эта музыка всегда размеренна и нетороплива. Например:

Отражение звука В замкнутом пространстве звуковые волны, многократно отражаясь от предметов и ограждающих поверхностей, увеличивают громкость звуков в помещении и создают в них гулкость, эхо и области концентрации звуковой энергии. При прямом распространении звук ослабевает с увеличением расстояния, в то время как отраженный звук примерно одинаков во всех частях помещения.

Поглощение звука Для того, чтобы в зале – трансформеры могли петь как поп, так и рок – исполнители, зал нужно максимально заглушить, т.е исключить любое отражение звука. Эту задачу помогают решить акустические панели в мелкую дырочку, ими обит весь зал. В тысячные отверстия проникает звук и полностью затухает внутри панели. Также отлично поглощают звук кожаные мягкие кресла.

Залы - трансформеры Такой зал может принимать множество форм. Сцена трансформируется и в течение некоторого времени из эстрадного зала может превратиться в зал для аукциона машин.

Как мы исследовали акустику нашего зала

Схема зала выполнена с помощью on-line сервиса http://kitchenplanner.ikea.com/RU/UI/Pages/VPUI.htm Схема зала

Диаграмма Вывод: происходит гашение волн в результате интерференции

Звуковые волны в зале, отражаясь от стен, усиливают звук в крайних его зонах. Звуковые волны отражения и прямого звука складываются(возникает интерференция). Интерференция звуковых волн возникает при одновременном распространении двух или нескольких волн, распространяющихся в разных направлениях.

Архитектурная акустика - одна из древнейших областей человеческого знания, многие века успешно опиравшаяся на интуитивный и эмпирический фундамент, лишь в конце XIX века стала приобретать черты науки благодаря начавшимся измерениям взаимосвязи свойств акустических полей с формой помещений и влиянием психо-физиологических свойств пространственного слуха при восприятии звука в различных помещениях, а также определению статистическо-психологических, эстетических и семантических критериев предпочтительности архитектурно-строительных решений для разнообразных музыкальных программ и типов личностей слушателей. Одно лишь неполное перечисление целей, стоящих и поныне перед учеными, объясняет громадные сложности создания методов инженерных расчетов, позволяющих еще на стадии проектирования предвосхитить результаты строительства, а также выработать физико-технические средства - некие конструкции, обеспечивающие объективно и субъективно однозначно трактуемые результаты поставленных целей и примененных методов их достижения.

Развитие искусств требовало соответствующих строений для массовых зрелищ. Термин "театр" и обозначает место, чтобы видеть. Впоследствии появилась потребность и в месте, чтобы слышать. Изначально архитектурная акустика была ориентирована на большие и просто огромные открытые сооружения, позже - на закрытые помещения. Во все времена субъективные суждения о качестве звучания речи и музыки в том или ином сооружении являлись единственным критерием его акустического качества. Современные концертные, театральные и кинозалы оснащаются сложными системами электроакустического формирования звуковых полей с возможностью управления акустическими свойствами помещения, аппаратурно и архитектурно оптимально адаптируемых для различных типов музыкальных программ.

Все достижения науки в области архитектурной акустики используются преимущественно при проектировании общественных сооружений, то есть достаточно крупных и дорогостоящих. Методологии изучения и рекомендации для создания таких уникальных помещений отчасти могут быть использованы и при построении высококачественной комнаты прослушивания - самого дорогого компонента аудиосистемы. Одни и те же акустические процессы в помещениях описываются тремя языками - тремя теориями: волновой, статистической и геометрической. Все три метода имеют значительную взаимосвязь, дополняя друг друга, если только одним методом не удастся решить конкретную задачу. Начнем рассмотрение с самой молодой теории - волновой, переходя к другим по мере надобности.

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.1, 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 1, б) приводит к фокусировке лучей в точке И". Выпуклые поверхности (колонны, пилястры, крупные лепные украшения, люстры) рассеивают звук (рис.1, в).

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.

Вид звучания	Dt1, мс	Dt2, мс	Dt3, мс
Речь	10-15	15-22	25-45
Музыка	20-30	35-50	50-70

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.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.

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).

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 (рис.2) 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.3,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.3,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.

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.4) 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.5, 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.5,б), акустической раковиной и козырьком (рис.5,в).

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.6). 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.

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.

Во всем мире, непрерывно реконструируются старые и строятся новые концертные залы с естественной акустикой. При этом количество признанных залов с хорошим звучанием прирастает совсем незначительно. И это, несмотря на то, что благодаря развитию компьютерных технологий, у инженеров появилось большое количество доступной по цене всевозможной измерительной техники и программ компьютерного моделирования акустики помещений.

Дело в том, что проектирование акустики залов - это не только инженерная работа в области строительства. Она сочетает в себе еще и творческую составляющую, подобную труду архитектора, позволяющую иногда даже на интуитивном уровне соединять красивое для глаз и полезное для ушей. Проектирование залов с естественной акустикой - это искусство, высшая ступень деятельности инженера-акустика. В отличие от всевозможных залов с электроусилением звука, где звуковая мощность источника не имеет большого значения, в залах с естественным звучанием - это есть главная ценность. И задача инженера-акустика состоит в способности при помощи объемно-планировочных решений помещения и правильным образом размещенных деталей интерьера "донести" эти колебания без искажения и существенного затухания до каждого зрителя в любой точке зала. При этом сам слушатель, за последние 50 лет уже достаточно избалован мощным и сочным звучанием, получаемым при помощи звукоусилительной аппаратуры. Поэтому он придирчиво, можно даже сказать капризно, принимает живой звук при наличии в нем малейших дефектов. Как и в ситуации с коммерческими кинотеатрами все больше новых концертных залов для естественного звучания оказываются "переглушенными". В них применяется больше, чем следует специальных звукопоглощающих материалов. Таким образом, звучание становится слабым и тусклым, даже если сама форма и пропорции зала вполне удачные.

Поэтому именно при строительстве и реконструкции залов с естественной акустикой настоящий инженер-акустик становится бескомпромиссным цербером. И к большому неудовольствию производителей специализированных звукопоглощающих материалов ревностно отстаивает интересы хорошего звучания.

При проектировании помещений таких помещений следует придерживаться следующих принципов:

Форма и пропорции зала должны выбираться исходя из требований наилучшей диффузности (равномерного распространения) звука в помещении. Для залов с естественной акустикой идеально соотношение длины, ширины и высоты помещения, равное пропорции "золотого сечения": 1:0,62:0,38.
Время реверберации в зале в зависимости от его объема должно находиться в диапазоне, рекомендуемом для залов с естественной акустикой.
Поверхности в районе расположения источника звука - порталы вокруг сцены и козырек над ней могут выполнять роль отражателей звука, направляющих звуковую энергию в дальние участки зала. Интерьер зала должен содержать равномерное и самое главное сбалансированное чередование звукопоглощающих и рассеивающих поверхностей.
В зале должны быть исключены акустические дефекты типа "порхающего" и "театрального" эха. Данные дефекты проявляются при наличии параллельных звукоотражающих поверхностей, а также в присутствии отражающих поверхностей большой площади, размещенных на больших расстояниях от источника звука и направляющих звук назад к исполнителю, но с большой задержкой.
В отделке интерьера зрительного зала должны применяться пожаробезопасные, экологичные, и пригодные к длительной эксплуатации материалы с известными и стабильными акустическими характеристиками.

Отдельное место при проектировании залов с естественной акустики отводится компьютерному и физическому моделированию. Предварительное построение данных моделей позволяет еще на стадии проектирования выявить существенные акустические дефекты и проблемные зоны зала, рассмотреть варианты их решения и выбрать наилучшее решение задачи.