ПриклАкустика-1_2. Лекція 10 Розділ Архітектурна акустика. Історія розвитку архітектурної акустики
 Скачать 1.76 Mb.
|
|
2.6.1.1. Жорстка перегородка Вважаємо 0 0 c c або 0 1 z z , тобто матеріал звукоізолюючої перегородки жорсткий, тоді 2 2 0 0 10lg 1 h c c Враховуючи, що 2 c c f , 2 2 2 2 2 2 0 0 0 0 10lg 1 10lg 1 2 2 h c h c c c Позначимо h m , де 2 êã m ì – поверхнева маса. Тоді власна звукоізоляція виражається простою формулою 2 2 0 0 10lg 1 2 m c . (2) З формули (2) виходить, що звукоізоляція росте із зростанням частоти і поверхневої маси При збільшенні маси або частоти вдвічі, звукоізоляція зростає на 6 дБ, на практиці – на (4-5) дБ. При вимірюваннях звукоізоляції за рекомендацією Міжнародної організації зі стандартів вибирають діапазон частот 100 í f Ãö , В цьому діапазоні частот середня звукоізоляція приблизно визначається інженерною формулою 13 1 lg 13 1 lg cp cp h àáî h , 55 яка носить назву закону мас і справедлива для жорсткої перегородки ( 0 z z ). При конструюванні звукоізолюючих перегородок необхідно враховувати складні коливальні рухи пластини в широкому діапазоні частота не тільки в області дії закону мас). Основні правила конструювання Закон мас справедливий не для всіх частот. На низьких частотах пластина управляється пружністю. З підвищенням частоти наступає резонанс маси і пружності. Це різко знижує звукоізоляцію (діапазон частот 2 p p f f f ). При похилому падінні хвилі можливий ефект збігу або резонанс збігу. Слід падаючої плоскої хвилі співпадає з довжиною вигинистої хвилі в пластині: Рис. 2.51 Частота збігу дорівнює 2 2 0 2 0 12 1 2 sin c c f h E , де E – модуль Юнга матеріалу пластини; – коефіцієнт Пуассона. Найменша частота збігу називається критичною (при 0 0 90 ): 0 0 вигиниста хвиля слід-проекція падаючою хвилі 0 âèãèí 56 0 0 2 2 2 12 1 0,55 кр, де c – швидкість поздовжніх хвиль в пластині. Критична частота êð f визначає верхню межу застосування закону мас. Типова частотна характеристика одношарової незадемпфованої перегородки Рис. 2.52 Область I ( p f f ) – звукоізоляція залежить від пружності пластини; Область II ( 2 p p f f f ) – область резонансів маси і пружності пластини; Область III ( 2 p p f f f ) – звукоізоляція визначається законом мас; Область IV ( êð f f ) – область ефекту збігу; звукоізоляція знижується. Шляхи поліпшення звукоізоляції 1. Зменшити пружність перегородки. 2. Збільшити масу перегородки. I І III IV дБ , Гц f , р f р f 2 кр f 0 20 40 60 57 Перші два шляхи пов'язані зі збільшенням зони мас (область III), оскільки приводять до зниження і підвищення Ввести додаткове демпфування, наприклад, нанести на перегородку шар смоли. Зміна звукоізоляції у області IV показана пунктиром на рисунку. Набагато більш ефективною з погляду звукоізоляції є двошарова перегородка, оскільки повторюється принцип розузгодження імпедансу, а, отже, спостерігається відбиття від подальших шарів і зменшується енергія звукової хвилі, що пройшла. Резонанс повітряного об'єму між перегородками звичайно усувають, заповнюючи його поглинаючим матеріалом. Наприклад, стіна в півцеглини дає середню звукоізоляцію 45 cåp дБ, а стіна в одну цеглину - 50 cåp дБ. Подвійна перегородка з товщиною стін в півцеглини і повітряним проміжком 10 см дає 63 cåp дБ. 2.6.1.2. М'яка перегородка Якщо для жорсткої перегородки ( 0 z z ) звукоізоляція визначається законом мас, то для м'якої перегородки ( 0 z z ) – законом пружності. Типовий приклад гумова прокладка між сталевими опорами машин і сталевим фундаментом. Якщо 0 c c , то перешкода поводиться як локально реагуюча поверхня. Закон Снелліуса: 2 При 0 c c значення cos 1 , тобто 0 Таким чином, при будь-якому куті падіння хвилі на шар матеріалу звукові хвилі розповсюджуються практично нормально до поверхні шару. При малій товщині шару 2 h , що звичайно витримується на практиці, справедливий наступний підхід до розрахунку власної звукоізоляції: 58 2 2 2 2 0 0 0 2 2 0 0 10lg 1 10lg 1 2 10lg де 2 K c - об'ємний модуль пружності, який приблизно дорівнює E – динамічному модулю пружності (модуля Юнга. З врахуванням K E власна звукоізоляція 2 2 0 0 0 0 10lg 1 10lg 1 2 2 c c h E D , де E D h - поверхнева жорсткість перешкоди. Приблизно звукоізоляцію можна розраховувати по формулі 0 0 20lg f c D , яка носить назву закону пружності і справедлива при 2 1 h , тобто 2 20 c c h àáî h f f Якщо між сталлю прокладена гумова прокладка, то максимальну звукоізоляцію 26.4 дБ можна одержати: на частоті 100 Гц при товщині гуми 13 h мм на частоті 1000 Гц при товщині 1.3 h мм на частоті 10000 Гц при товщині 0.13 h мм. Практично використовують прокладки товщиною (1-15) мм. ЛЕКЦИЯ 17 2.6.2. Вплив щілин і отворів на величину звукоізоляції Залежно від діаметру отвори діляться на великі і малі. Великий отвір якщо При розрахунку звукоізоляції справедливі закони геометричної акустики, тобто енергія хвилі, що пройшла пропорційна площі отвору. До таких отворів відносяться вікна, двері, вентиляційні грати і т.д. 59 2. Малий отвір, якщо Для таких отворів слід враховувати дифракційні ефекти. До малих отворів відносяться щілини і інші отворив яких хоч би один розмір незначний в порівнянні з довжиною хвилі. 2.6.2.1. Великий отвір (нормальне падіння звукової хвилі) Власна звукоізоляція 1 0 1 2 2 20 0 10lg 10lg S S S S S J J J J J (1) де 2S J – інтенсивність звукової хвилі, що пройшла через перегородку площею S ; 20 J - інтенсивність звукової хвилі, що Рис. 2.53 пройшла через отвір площею 0 S Перетворимо вираз (1): 20 0 0 2 1 0 20 2 0 0 2 10lg 10lg S S S S S S S S S S S S S J J J J J J , де S – власна звукоізоляція перегородки без отворів, 1 2 10lg S S J J ; 0 - зміна звукоізоляції в результаті наявності отвору. Проаналізуємо відношення інтенсивностей 20 2S / J J : 0 0 20 0,1 0,1 20 1 0,1 2 2 1 10 10 де 0 - власна звукоізоляція отвору, тоді зміна звукоізоляції 0 0,1 0 0 0 1 10 10lg 1 S S S S S 0 S S 2 I 1 I 60 Якщо отвір наскрізний, то 0 0 Чим більша власна звукоізоляція S , тим на більшу величину 0 вона зменшується за наявності однакового отвору площею 0 S Наприклад, засклене вікно площею 0 S за умови 0 / 10 S S і 0 30 S дБ ( S – площа стіни, S - звукоізоляція стіни) знижує звукоізоляцію стіни на 0 20 дБ якщо збільшити S на 30 дБ, тобто 0 60 S дБ, то 0 50 дБ. 2.6.2.2. Малий отвір Внаслідок дифракції через отвір звукової енергії проходить більше, ніж по законах геометричної акустики. Вводять коефіцієнт ефективного розширення отвору n . Для малого отвору ( 0 / 1 S S ): 0 0,1 0 0 10lg 1 10 S S n S Залежність коефіцієнта n від ширини щілини: ширина щілини, мм 0,1 0,2 0,5 1 2 3 п 300 220 100 64 38 33 Наявність скрізних отворів сильно погіршує звукоізоляцію. Залежність від частоти звукоізоляції дюралюмінієвої пластини розміром х і завтовшки 3 мм за наявності в ній щілин і отворів ( 2 0 10 S ñì ) : Рис. 2.54 4 3 2 1 дБ , Гц f , 4000 8000 500 1000 2000 0 10 20 30 40 61 1 – пластина без отворів; 2 – один круглий отвір; 3 – 16 малих отворів тією ж загальною площею; 4 – пластина з щілиною. По графіках можна зробити висновки: На високих частотах щілина і однакові круглі отвори погіршують звукоізоляцію на одну і ту ж величину. На середніх частотах щілина погіршує звукоізоляцію більше, ніж рівномірні круглі отвори. Один великий отвір і 16 малих тієї ж площі зменшують звукоізоляцію приблизно однаково. На критичній частоті звукоізоляція практично однакова. 2.7. Акустичне проектування мовних і музичних залів 2.7.1. Основні принципи проектування приміщень для запису і прослуховування звуку Для створення дифузності поля невдалі гладкі паралельні стіни. Рекомендується відхилення двох довгих сторін на (2-3) 0 або однієї сторони на (5-6) 0 , щоб не утворювалася пурхаюча луна. Рекомендується розчленовування поверхонь звукорозсіюючими матеріалами, балконами, колонами, нішами. Не розчленовуються тільки поверхні, що дають ранні відбиття. Форма стін (особливо поблизу джерела звуку) і стелі неповинна фокусувати звук. Рекомендовані розміри приміщення: відношення довжини до середньої ширини від 1 до 2. Якщо відношення дорівнює 1, спостерігається велике запізнювання звуку, відбитого від бічних стін, в результаті – погана чутність на бічних місцях. Ширина залу неповинна перевищувати 20 м. У довгих залах погана дифузність поля. Довжина залу неповинна перевищувати 30 м (для великих філармонічних залів максимальний розмір - 40 м. Рекомендоване відношення висоти і ширини – 1:2. При великій висоті відбиття не надходять в передню частину партеру. Рекомендується скіс стелі біля задньої стіни 62 Рис. 2.55 або пристрій козирка над сценою Рис. 2.56 В залах криволінійної форми (круг, еліпс) рекомендується виправлення "дефектів" шляхом зміни форми стін (уступами) або, якщо це неможливо, введенням звукорозсіюючих елементів відповідного розміру. Рис. 2.57 63 У залах місткістю більше 600 глядачів (іноді до 800 глядачів) потрібно обладнання балкона. Проникаючий рівень шумів неповинен перевищувати 30-35 дБ. Вентиляційні агрегати не повинні встановлюватися над залом і повинні бути добре амортизовані. 2.7.2. Мовні приміщення Лекційні зали Лекційні зали відносяться до мовних залів. Джерело звуку – слабке, з випадковими голосовими даними. Необхідний великий внесок прямого звуку для підвищення розбірливості мови. У зв'язку з цим максимальні розміри 20х15х7,5 3 ì . Великі зали будуються у формі амфітеатру. Для забезпечення слухачів ранніми відбиттями влаштовують відбивачі на стелі і на бічних стінах. Рис. 2.58 Зали драматичних театрів Мовні зали для художньої мови. Більш поставлений голос, але і більший діапазон повинен сприйматися. Крім того, джерело рухається по сцені, зокрема йде вглиб сцени. Сцена має велику висоту, підвішені м'які декорації. В результаті – велике поглинання звуку. Враховується тільки та частина енергії, яка направлена безпосередньо в зал. Повинен постійно підтримуватися контакт актора з глядачем, в зв'язку з чим задні ряди повинні бути мінімально віддалені. В порівнянні з аудиторією час реверберації необхідно трохи підвищити. 64 Максимальне віддалення глядачів від сцени – 25 м, на балконі – (27-28) м. У залах з кількістю глядачів більше 800 осіб необхідний балкон. Висота залу повязана з висотою порталу сцени, з обладнанням освітлювальної галереї, з обладнанням системи ярусів. Оптимальне запізнювання при відбитті від стелі 15-20 мс, тобто 1 0 5 7 r r ì Обладнуються козирки над сценою або спеціальна конструкція стелі під назвою "акустична раковина. Рис. 2.59 Козирок є жорсткою відбиваючою поверхнею, виконаною краще всього з дерева. Якщо розміри панелі недостатньо великі, то втрачається частина енергії низькочастотних складових. Фактично, зал для глядачів можна умовно розділити на дві частини: - навколосценічну, що впливає на структуру ранніх відбиттів; - глядацьку. Під балконом повинно розміщуватися не більше 4-5 рядів глядацьких місць; висота підбалконного простору повинна бути не менше 4 м, над останнім рядом балконам. Мінімальна висота залу – 8 м. Більшість старовинних залів не мають спеціальних поглиначів. Основні поглиначі звуку – люди і драпіровка лож. Всі зали побудовані по ярусній системі. При одному балконі часто потрібне додаткове поглинання. Максимальна ширина сцени – 20 м. Звуковідбивна панель повинна виступати за портал нам ЛЕКЦІЯ 18 2.7.3. Музичні приміщення Зали оперних театрів Зали оперних театрів відносяться до музичних залів, хоча основною акустичною вимогою є розбірливість співочої мови. В зв'язку з цим час реверберації невеликий, на (20-25)% вище, ніж в залі драматичного театру. Традиційно, форма залів овальна, багатоярусна. Також, як і в драмтеатрі, великий об'єм над сценою, звідси значне поглинання звуку в сценічному просторі. Найбільші оперні театри світу – Великий театр в Москві – 2100 глядачів (6 ярусів) і Ла Скала в Мілані – 2300 глядачів (6 ярусів). Глибина ярусів невелика – 3 м. Великий театр відбудовувався після пожежі 1853 року (архітектор Кавос). Обшитий деревом на відстані двох пальців від каменя. Запізнювання звуку, відбитого від стелі – 20-30 мс. Довжина залу 28-30 м. Один з кращих театрів світу по звучанню. Найкращі зали з оперною акустикою – Ла Скала і Віденська опера. Концертні зали Концертні зали без озвучування носять назву класичних. Концертні зали, на відміну від залів драмтеатрів, не пов'язані з місткістю. Головне для концертного залу – це звучання. Зали не повинні бути малими. Висота залу – не менше 9 м ширина – не менше 18,5 м довжина залу (максимальне віддалення від естради) – 40 м відстань до останнього ряду балконам. В концертних залах замість сцени має місце естрада, тобто підвищення, що знаходиться в основному приміщенні залу. Існують дві форми залу Рис. 2.60 з акустичною раковиною з трансформованою раковиною 66 Якщо раковина обмежена розмірами естради, то скрипкова група повинна бути розташована на відстані 6 м від краю сцени, інакше звук скрипок не потрапляє в зал, відбившись від щита раковини. Розмір щита повинен бути не менше 5-6 м, інакше втрачається відбитий звук контрабасів і віолончелей (довжина хвилі на частоті 50 Гц близько 6 м. Переважно зали невеликої ширини, у формі паралелепіпеда (малий зал Московської консерваторії; 2 T ñ , замість розрахункового оптимального 1.35 ñ , але суб'єктивно акустика дуже добра. В залах з великою шириною бажано застосування звукорозсіюючих елементів, наприклад, колон (Колонний зал ім. Лисенка Київської філармонії). Рекомендується облицювання залів деревом. Найкращі концертні зали світу – це старовинні зали: "Гроссер Музікферайнзал" у Відні, "Консертгебау" в Амстердамі, "Штадт- казино" в Базелі, "Симфоні-хол" в Бостоні, "Сент Ендрю-хол" в Глазго. |