Вестник МАРХИ
Студенческое издательство
рубрика: по делу
Акустические макеты
автор: Диана Гаспарян
При проектировании любого зала: органного, оперного, театрального, клубного и т.п., необходимо провести акустические расчеты и на основании полученных результатов разработать акустическое решение. Это решение должно обеспечить акустический комфорт как для слушателей, так и для исполнителей. Тут важно всё: и форма помещения в плане, соотношение длины, ширины и высоты зала, и выбор звукопоглощающих и отражающих отделочных материалов и конструкций, а также места их размещения на стенах, потолке и на полу. Это сейчас есть возможность спроектировать модель любого музыкального или речевого зала на компьютере и проверить как будет вести себя звук. Как выкручивались архитекторы раньше, например, Йорн Утзон при проектировании Сиднейского оперного театра?
За ответами о том, что это и кто этим занимается, мы отправились в научно-исследовательский институт строительной физики (НИИСФ) в лабораторию «Акустика залов», где побеседовали с главным научным сотрудником лаборатории Суховым Вадимом Николаевичем.
Акустика - леди капризная. Архитектурная акустика - тем паче. Она занимается изучением законов распространения звуковых волн в закрытых помещениях, отражением и поглощением звука поверхностями, влиянием отраженных волн на слышимость речи и музыки, методами управления структурой звукового поля, шумовыми характеристиками интерьеров и т. п.
Лаборатория «Акустика залов» НИИСФ занималась исследованиями и разработкой акустических решений при проектировании таких объектов как зала Международного Дома Музыки на Новинском бульваре (нереализованный проект), реконструкцией зала театра Советской Армии, зала Детского Музыкального театра имени Сац, зала Славы на Поклонной горе и др. с помощью акустических макетов в масштабе 1:20 – 1:25.



Вадим Николаевич рассказал подробно о процессе создания и исследования акустических моделей. Все оказалось достаточно просто и в то же время сложно. Начало методу моделирования натуральных звуковых процессов было положено ещё в 30-х годах прошлого века на простых двумерных водяных и оптических моделях, освещаемых вспышкой света. Такие модели не получили большого распространения, потому что двухмерные изображения звуковых процессов могут лишь грубо качественно заменить реальные трёхмерные процессы. Поэтому в 60-х – 80-х годах прошлого века, за неимением удобных компьютерных технологий, получило большое распространение трёхмерное физическое моделирование залов различного назначения. Такой метод ис-следований давал близкую к реальности картину поведения звука в помещениях.


Подобным образом, например, исследовали Сиднейский Оперный театр, Большой театр в Гаване, театр Дэвида Коха и Метрополитен-оперу в Линкольн-центре, Концертный зал в Осло и многое другое.
Акустический макет - точная копия будущего зала, детализированная до такого уровня, что изготовлены зрительские места, слушателей на которых изображает звукопоглощающий материал. Такой макет делается для решения практических задач архитектурной акустики, чтобы реальный, построенный объект, соответствовал ожиданиям по своим акустическим критериям. Поэтому, при проектировании макета, решают две основные задачи - выбор линейного масштаба моделирования и подбор материалов.


Масштаб подобных моделей, как правило, составляет от 1:8 до 1:40. Его подбор зависит от задач исследования и размера проектируемого помещения. Масштабы 1:20 — 1:40 используют, когда требуется получить качественное представление о структуре звуковых отражений в ограниченном сверху диапазоне частот. Масштабы 1:8 — 1:10 применяют при необходимости детального исследования звуковых процессов в широком диапазоне частот, а также при проведении субъективной оценки акустического качества моделируемого помещения. Модели в этих случаях получаются громоздкими и дорогостоящими, а их переделка в ходе исследований является трудоемкой задачей. Разумным компромиссом является масштаб 1:20 – 1:25.


Подбор материалов зависит от подобия коэффициентов звукопоглощения поверхностей помещения оригинала и макета.


Коэффициент звукопоглощения, α - отношение не отраженной звуковой энергии к энергии, падающей на ограждение.
Curiosity about life in all its aspects, I think, is still the secret of great creative people.
С точки зрения подбора материалов внутренние поверхности любого помещения следует разделить на три группы: звукоотражающие поверхности; звукопоглощающие поверхности; поверхность слушательских мест и зрителей.

К первой группе стоит отнести оштукатуренные поверхности, поверхности из массивного дерева, бетона, естественного камня, керамики и т.п. Коэффициент звукопоглощения таких поверхностей в диапазоне 100-4000 Гц составляет обычно 0,01 – 0,04.

Ко второй группе материалов относятся материалы с коэффициентом звукопоглощения от 0,2 до 1,0. Из обычных материалов (войлок, ПВХ, поролон и т.п.) на основе измерений звукопоглощения в реверберационной камере выбирают те, которые обеспечивают требуемую величину и частотную зависимость коэффициента звукопоглощения (по каталогу).




  • Реверберационная камера – помещение, предназначенное для акустических измерений в условиях диффузного звукового поля.

  • Реверберация: явление постепенного спада звуковой энергии в помещении после прекращения работы источника звука;

  • Время реверберации Т, с: время, за которое уровень звукового давления в помещении после выключения источника звука спадает на 60 дБ.

  • Диффузность звукового поля – это случай, когда все направления распространения (или отражения) звука равновероятны и звуковые волны отражены от поверхности под разными углами.

Для третьей группы при масштабе 1:20 обычно используют слой ПВХ толщиной 5 – 10 мм. Макетчики в содружестве с архитектором и инженером-акустиком изготавливали физическую модель зала. Для возбуждения звукового поля использовали источники со сферической диаграммой направленности (искровые разрядники). Регистрировали результат при помощи запоминающего осциллографа, а позднее на экране компьютера. Брали несколько десятков контрольных точек и фиксировали результат.



Осцилло́граф – прибор, предназначенный для наблюдения размаха и временны́х параметров электрического сигнала.

Запоминающий осциллограф – это осциллограф, который позволяет сохранять на время исследуемый сигнал и при необходимости представлять его для анализа.


Curiosity about life in all its aspects, I think, is still the secret of great creative people.
Curiosity about life in all its aspects, I think, is still the secret of great creative people.
Полученные данные обрабатывались и с их помощью оценивали акустические свойства зала. Если результаты удовлетворяли акустическим критериям и условиям заказчика, проект отправлялся на реализацию.

Сейчас подобные исследования скорее редкость, чем необходимость. Например, с помощью акустического макета (масштаб 1:25) проводился поиск лучших форм и материалов для Оперного зала в Сургуте (в составе Дома Искусств «НЕФТЯНИК»), зала филармонии парка Зарядье и парижской филармонии Жана Нувеля.

Компьютерные технологии решают подобные задачи быстрее и дешевле.

Подобные макеты не выставляются и не хранятся в собранном состоянии после постройки, но в НИИСФ сохранилось несколько штук из них и нам их продемонстрировали. Потрясающая детализация и качество! Мы увидели макет нереализованного проекта дома музыки на Новинском бульваре, макет оперы и балета в Минске и вторую сцену большого театра.

Как "сгорела, кончилась эпоха великих парусных судов"*, так и акустические макеты сегодня скорее каприз заказчика. Остается лишь восхищаться этим долгим и кропотливым трудом. Последний пример: филармонический зал в Зарядье, акустические свойства которого исследовались на физической модели в масштабе 1:10 (2017 г.).
* "Катти Сарк" The Dartz




Литература:

М. Ланэ. Компьютерное моделирование при акустическом проектировании помещения

Л.И. Макриненко. Акустика помещений общественных зданий


Made on
Tilda