Курсовая работа
Проектирование естественной акустики зала многоцелевого назначения
Выполнила студентка 311 группы
Перязева Галина
Проверил преподаватель
Ланин В.А.
Новосибирск – 2009
Вводная часть
К многоцелевым относят залы, предназначенные как для речевых, так и для музыкальных программ: лекционные аудитории, конференц-залы, клубные залы, залы драматических и музыкально-драматических театров и т.п.
Большинство таких залов оснащено, конечно, системой озвучивания; однако практика показывает, что хорошая естественная акустика зала предопределяет и хорошую электроакустику. Более того, для качественного звучания симфонической и камерной музыки в концертных залах хорошая естественная акустика просто необходима и ее трудно «улучшить» применением электроаппаратуры.
Для чисто речевых программ основным и, пожалуй, единственным субъективным критерием оценки акустических качеств помещения (зала) является разборчивость речи (РР). Для уже функционирующих залов слоговую (артикуляционную) разборчивость речи можно оценить экспериментально, как долю (в %) правильно слышимых слогов на определенных слушательcких (зрительских) местах, произносимых диктором со сцены (кафедры) из специальной таблицы.
Существуют и методики оценки разборчивости речи для проектируемых залов, если известна их форма (в плане и разрезе). Они основаны на том, что установлены определенные связи между разборчивостью речи, как субъективным критерием качества зала, и объективными физическими характеристиками звукового поля в помещении: уровнем полезного звукового сигнала (по отношению к уровню шума), временем реверберации звука и структурой звуковых отражений на определенных слушательных местах.
Эта связь отражается мультипликативной формулой Кнудсена:
,
где PP – разборчивость речи (в %), KL – коэффициент, определяемый соотношением уровней «сигнал-шум», KR – коэффициент, зависящий от времени реверберации звука и от структуры ранних отражений.
Для чисто музыкальных залов подобного рода субъективных критериев оценки качества звучания значительно больше (по Беранеку, их более десяти). Лишь для некоторых из них в настоящее время установлена однозначная связь с физическими характеристиками звукового поля.
Тем не менее, опыт строительства концертных залов и многоцелевых залов, а также современные экспериментальные методы исследования структуры звуковых отражений в реальных залах и на моделях позволяют сформулировать некоторые общие принципы и рекомендации на стадии проектирования залов, по крайней мере, в части недопущения в них явных акустических дефектов: фокусирования звуковой энергии в отдельных слушательских зонах, различного рода эхо, искажения тембра звучания, нарушения локализации источника звука на сцене и других.
Проектирование естественной акустики зала многоцелевого назначения включает в себя следующие основные пункты:
1. Выбор оптимальной формы и размеров зала. Построение лучевого эскиза (в плане и разрезе).
2. Проверка некоторых потолочных и стеновых звеньев (поверхностей) зала на допустимость метода геометрических (зеркальных) отражений звука от них.
3. Проверка ряда слушательских мест на «критический интервал запаздывания»; по сути – это проверка на возможность образования эха.
4. Расчет и корректировка времени реверберации в зале.
5. Мероприятия по обеспечению (улучшению) диффузности звукового поля в помещении.
6. Оценка разборчивости речи.
I Лучевой эскиз зала
На рисунке 1 показан один из возможных вариантов выбора размеров зала многоцелевого назначения (на ~ 460 мест) и очертания его ограждающих поверхностей (в вертикальном разрезе и плане). Сцена – портального типа, предусмотрена и оркестровая яма. Сценическая коробка в явном виде на схеме не изображена (только авансцена) и в последующих расчетах учитывается лишь косвенно.
Некоторые геометрические параметры зала:
Длина зала L »25м, средняя ширина Bср »17,8 м; высота в проема сцены H» 7,5м, высота в средней части зала Hср» 9м, L/Bср = 1,4, Bср/Hср= 1,97
Площадь пола Sпола » 420 м2, площадь потолка Sпотол=450 м2;
Площадь стен Sстен »1045м2;
Площадь авансцены Sав.»20 м2;
Площадь поверхностей оркестровой ямы Sяма » 20 м2 ;
(авансцена нависает над оркестровой ямой на 1/3 ее ширины)
Площадь проема сцены (портала) Sпорт.» 78,75 м2;
Площадь пола, занятого креслами Sзрит.» 230 м2;
Свободная площадь пола (площадь проходов) Sпрох.» 170 м2;
Общая площадь ограждений
Sогр= Sпола+ Sпотолка+ Sстен+ Sпорт.+ Sямы + +Sавансц.= 2033,75 м2;
Объем зала V= Sпола ´Hср+Vорк. ямы » 3820 м3;
Удельная площадь на слушателя (общая)
S уд.= Sпол /N = 0,9 м2/чел;
Удельный объем на слушателя Vуд=V/N=8,3 м3/чел.;
Высота источника звука на авансцене (акустический центр) hисп =1,5 м;
Высота голов (ушей) слушателей над уровнем пола h cлуш. =1,2 м;
Максимальная вместимость зала N =460 зрителей.
Рисунок 1
Пояснения к рис.1:
V и U – положения источника звука (исполнителя) на авансцене (в плане и на разрезе, соответственно);
V1*, V2*, – положения «мнимых источников» звука от стеновых элементов 1 и 2, соответственно – зеркальные отражения действительного источника Vот этих элементах (V3*, и V4*, не показаны).
U1*, U2*, U3*– положения «мнимых источников» от потолочных элементов 1, 2 и 3, соответственно- зеркальные отражения действительного источникаUот этих элементов.
II Проверка потолочных и стеновых звеньев на допустимость геометрических (зеркальных) отражений
Лучевой метод анализа формы зала предполагает, что отражение звуковых волн от его ограждающих поверхностей происходит по закону «зеркала» (как в геометрической оптике для света). Такое допущение заведомо справедливо, если размеры отражательных звеньев потолка и стен намного превосходят длину звуковой волны (lmin >> 
). Если же 
, то такое допущение слишком грубо и, по существу, не допустимо.
Для промежуточных случаев (между этими двумя крайними), когда размеры отражателя звука соизмеримы с длиною звуковой волны, имеется более определенный критерий, учитывающий не только размеры отражателя, но и взаимное расположение источника и приемника звука (слушателя) по отношению к такому отражательному элементу.
Применим этот критерий допустимости зеркальных отражений для 1-го элемента потолка (рисунок №2), ориентируясь на среднюю длину звуковой волны 
м.
На этом рисунке:
2a – минимальный размер плоского отражателя;
2b – его наибольший размер (ширина 1-го потолочного элемента в плане, против его середины С1);
R0 – расстояние от исполнителя на авансцене до центра отражателя;
R – расстояние от центра отражателя до слушателя М;
g – угол падения (отражения) звуковой волны с нормалью 
к плоскости отражателя.
В конкретном примере:
a = 3м, b = 6,7 м, 
, R0 = 7,6м, R = 15м, l =1м.
Предварительно вычисляем два вспомогательных параметра:
, 
Рисунок 2
Тогда ошибка в уровне силы звука, отраженного от потолочного элемента 1 и приходящего к слушателю М (в приближении волновыми свойствами звука) составит:
дБ.
∆L< 5 дБ, то метод геометрической акустики здесь оправдан.