ВЫБОР РАЗМЕРОВ И ФОРМЫ ПОМЕЩЕНИЯ

Размеры и форма помещения заметно влияют на его акустические свойства. Неправильный выбор размеров помещения может привести не только к нерациональному использованию его объема и неудобствам эксплуатационного характера, но и к нарушению равномерности распределения звуковой энергии в нем.

Соотношение размеров помещения влияет и на спектр собственных частот помещения. Так при их равенстве или даже кратности, спектр собственных частот помещения обедняется в силу возникновения целого ряда пар одинаковых частот.

1.1  Радиовещательные и телевизионные студии

Важнейшей составной частью аппаратно-студийного блока (АСБ) является студия – помещение, специально предназначенное для исполнения речевых и музыкальных фрагментов вещательных программ. Студия – это головное звено системы звукового и телевизионного вещания. Студии для исполнения вещательных программ разных жанров должны обладать неодинаковыми акустическими свойствами. Только в этом случае может быть достигнуто максимально возможное с точки зрения слухового восприятия качество звучания.

Основные типы студий звукового (ЗВ) и телевизионного (ТВ) вещания приведены в таблице 1.1.

Формы крупных студий 3В и ТВ вещания столь же разнообразны, как и формы больших концертных залов. Их выбирают, исходя из архитектурно-строительных соображений и удобства размещения оркестрантов на сцене (игровой площадке). Эти студии имеют, как правило, места для расположения слушателей.

Студии средних и малых размеров чаще всего имеют форму прямоугольного параллелепипеда, стороны которого – длина l, ширина b, высота h – находятся в соотношении так называемого «золотого сечения»:

         при  .                        (1.1)

Учитывая, что объем студии    получаем:

                                                                        (1.2)

Важен правильный выбор высоты студии h. Зависимость хорошо совпадает с данными нормативных документов, которые составлены на основании опыта длительной эксплуатации студий. В больших музыкальных студиях допускается уменьшать высоту h на 10¸20 % по сравнению с размером, получаемым из (1.2). Даже в самых крупных студиях с объемом более 10000 м³ высота не должна превышать 14 м. Размещаемые над оркестром звукорассеивающие конструкции следует подвешивать на высоте 6¸8 м. В студиях небольшого объема выражение (1.2) приводит к недопустимо малой высоте, которая в любом случае не должна быть менее 3 м.

Объем студии находится в прямой зависимости от максимального числа исполнителей. Удельный объем, приходящийся на одного оркестранта, должен быть не менее 10¸18 м³, а на одного слушателя – не менее 10 м³. Площадь пола студии, приходящаяся на одного исполнителя, должна быть не менее 1,8¸3 м². Скученное расположение оркестра дезориентирует музыкантов, затрудняя исполнение и повышая психологическую нагрузку, что приводит к быстрой их утомляемости и потере контроля над качеством исполнения.

В малых помещениях (V < 150 м³) – дикторские речевые студии, комнаты прослушивания, аппаратные – площадь пола должна быть не менее 25 м². При этом спектр собственных частот малых помещений должен быть по возможности равномерным.

Таблица 1.1 – Основные типы студий звукового и телевизионного вещания

Размеры музыкальных студий можно выбрать, основываясь на таблице 1.2. или рисунке 1.1.

Таблица 1.2 – Оптимальное соотношение сторон музыкальных студий         

Рисунок 1.1 – График для определения соотношения размеров студий среднего объема: l ,b ,h - длина, ширина и высота, соответственно.

Если форме речевых студий не придается большого значения в силу слабого влияния отражений на равномерность звукового поля в них, то этого нельзя сказать о музыкальных студиях. Значительно большее время реверберации музыкальных студий и их большие размеры могут привести к тому, что отражения от параллельных стен при значительной средней длине свободного пробега волны будут затухать медленнее других отражений, что приведет к заметной неравномерности поля. Придавая стенам некоторую непараллельность, можно добиться уменьшения количества волн осевого типа, имеющих наиболее упорядоченный характер и связанных с большей неравномерностью поля.

Указанные выше соображения заставляют прибегать к трапецеидальным и другим непрямоугольным формам музыкальных студий. Угол скоса стен таких помещений выбирается обычно до 10°. По той же причине стены и потолок в студии делаются иногда наклонными с углом наклона около 5°. Ввиду неудобства планировки больших студий с наклонными и скошенными стенами, стены часто делают ребристыми или придают непрямоугольную форму только той части помещения, где размещаются исполнители.

При планировке студии необходимо предусмотреть размещение смотрового окна между студией и аппаратной.

Лучшая равномерность звукового поля может быть получена за счет оптимального распределения по поверхности студии звукопоглощающих материалов, а также за счет размещения вдоль стен и на потолке выпуклых отражающих поверхностей. Иногда, для создания хороших акустических условий, перераспределяют звукорассеивающие и звукопоглощающие материалы, сосредотачивая первые в той части студии, в которой размещается оркестр.

1.2  Аудитории, театры, концертные залы, кинотеатры

При проектировании и расчете зала необходимо, прежде всего, исходить из его назначения, т.е. необходимо заранее задаться целевым назначением помещения:

• только для музыкального исполнения;
• только для речевых выступлений;
• для музыкально-драматических постановок;
• многоцелевого назначения.

Кроме того, обычно зрительный зал проектируется на определенное количество зрителей. На основании отечественного опыта оптимальные объемы воздуха на одного зрителя следующие:

• кинотеатры – 3,5¸4,5 м3;
• аудитория – 4 м3;
• драматический театр – 5 м3;
• зал для камерной музыки и оперетты – 6 м3;
• оперный театр и концертный зал без органа - 7¸9 м3;
• концертный зал с органом и хором – 10¸12 м3.

Площадь, приходящаяся на одного слушателя, определяется из санитарно-гигиенических условий и для всех залов равна 0,85 м2 на зрителя (с учетом проходов).

Для залов без балконов, в зависимости от длины помещения, рекомендуются следующие соотношения длины, ширины и высоты (таблица 1.3).

Таблица 1.3 – Рекомендуемое соотношение сторон для залов без балконов

Для любых залов при выборе относительных размеров можно использовать соотношение 5:3:2, а для театров соотношение «золотого» сечения l : b : h = 2,62 : 1,62 : 1.

Если площади пола недостаточно для размещения необходимого количества слушателей, в зале обычно проектируется балкон. При этом нужно учитывать необходимость создания достаточного уровня громкости в последних рядах балкона и подбалконного пространства. Для этого необходимо обеспечить возможно большую площадь, связывающую зал с подбалконным пространством. Исходя из этого, высота зала над и под балконом должна быть больше 2,5 м, а соответствующая глубина пространства должна относиться к высоте, как 2¸2,5:1.

В основу выбора конфигурации помещения должны быть положены следующие требования:

1. Сила звука и соответственно уровень громкости должны быть одинаковыми на всей площади, занятой слушателями аудитории или зрителями театра. Звуковое поле в помещении должно быть в такой мере диффузным, чтобы обеспечить наибольшую четкость и разборчивость звука, главным образом речи.
2. Должны быть устранены эхо-эффекты, т.е. запаздывающие отражения большой интенсивности на всех местах зала.

Указанные требования могут быть выполнены при соблюдении следующих условий:

1. Расстояние между источником звука и слушателем должно быть минимальным (рисунок 1.2 – тип 1).
2. Форма плана должна учитывать направленность источника звука, что особенно важно для проектирования аудиторий. Угол между лучами, направленными от источника к крайним передним местам партера, должен быть как можно меньше. Во всяком случае, он не должен превышать 90° (рисунок 1.2– тип 2).
3. Отражающие поверхности, расположенные вблизи источника, должны посылать максимум звуковой энергии в зал (рисунок 1.2 – тип 3).
4. В помещении, которое должно отличаться хорошими акустическими характеристиками, следует избегать вогнутых и сводчатых поверхностей, т.к. наличие таких форм связано с опасностью возникновения фокусов - мест концентрации звуковой энергии (рисунок 1.2. тип 4).
5. При параллельных стенах квадратного зала наблюдается вырождение спектра собственных частот и, так называемое, «порхающее» эхо, которое растет с увеличением размеров помещения (рисунок 1.2. тип 5).

Рисунок 1.2  –  К вопросу о выборе формы помещения

Знаки «плюс» и «минус» и цифры под остальными планами показывают, какие из перечисленных выше требований выполнены или не выполнены.

При выборе оптимальных размеров зала следует уделять большое внимание выбору высоты помещения и формы потолка.

Высота потолка имеет настолько большое значение для акустики помещения, что на этом вопросе следует остановиться особо. Плохая акустика, присущая многим большим залам, часто объясняется чересчур высокими потолками или их неудачной формой.

С акустической точки зрения основное назначение потолка – обеспечить полезные отражения звуковых волн. Задача заключается в том, чтобы более всего обеспечить отраженным звуком последние ряды, на которых уровень силы прямого звука меньше, чем на передних и средних. Уровень звука на отдаленных местах будет значительно ниже, чем это можно было ожидать, если исходить только из затухания звука на расстоянии. Причина сильного затухания заключается в поглощении звука вдоль площади пола, занятого слушателями.

Потеря уровня, вызываемого поглощением, может быть компенсирована отраженным звуком, однако при этом необходимо учитывать, что отраженная волна поступает в место приема с запаздыванием.

Допустимое время запаздывания определяется характером исполняемого произведения и не должно превышать:

• 35¸40 мс  – для речевых передач;
• 70 мс – для сольных выступлений;
• 90 мс – для оркестрового и ансамблевого выступлений;
• 100¸150 мс – для оркестров с хором и органом.

Отраженные звуковые лучи, запоздавшие на время более указанного, не могут играть полезной роли, так как они уже не коррелированны с первичным сигналом и создают звуковой фон, затрудняющий восприятие сигнала в тем большей степени, чем выше уровень этого фона.

Запаздывание более 50 мс при импульсных сигналах воспринимается как помеха (типа эхо). Особенно опасны отраженные звуковые лучи в первых рядах зала, т.к. именно в первых рядах наиболее велика разность хода прямых и отраженных от потолка и задней стены лучей.

Наличие или отсутствие указанных акустических дефектов проверяется с помощью лучеграммы. Лучеграммой зала называется геометрическое построение траекторий прямых и отраженных звуковых лучей, приходящих к местам слушателей.

При ее построении источник звука обычно размещается  на середине сцены на расстоянии 1,2¸1,5 м. от края авансцены. При этом считается, что рот исполнителя располагается на высоте 1,6 м. от пола.

Прямые и отраженные лучи должны попадать на плоскость, проходящую через уши сидящих слушателей, т.е. на высоте 1,2 м. от пола. При построении лучеграммы следует помнить, что угол падения равен углу отражения.

Лучеграмма в вертикальной плоскости строится на чертеже вертикального разреза зала. Перед ее построением необходимо вначале спланировать размещение сцены, проходов, дверей и мест слушателей. На вертикальном разрезе должно быть показано поднятие пола, балкон, если таковые необходимы.

Пример построения лучеграммы показан на рисунке 1.3.

Из рисунка 1.3  видно, что при высоте зала  h=15 м., разность хода между прямыми и отраженными лучами для передних рядов составляет 20 м и запаздывание составит 59 мс; в то время как для задних рядов запаздывание составит 30 мс. Таким образом, запаздывание отраженного звука в передних рядах превышает допустимую величину для речевых передач, что ухудшит разборчивость речи. Для устранения этого в залах высотой более 12 м применяют отражающие поверхности вблизи источника звука (на рисунке 1.3 эта поверхность показана пунктиром). Угол наклона отражателя подбирают с таким расчетом, чтобы отраженные лучи направлялись в конец зала, где относительное запаздывание прямых и отраженных лучей невелико, а уровень сигнала понижен.

Особенно большое запаздывание имеют звуковые лучи, отраженные от задней стены зала (луч 3, рисунок 1.3), поскольку длина зала, как правило, значительно больше его высоты. Если расстояние между первым рядом и задней стеной более 10¸15 м, уже есть основания опасаться возникновения эхо. Применение балкона в зале устраняет эту опасность. Для залов без балконов необходимо принять одну из двух предлагаемых ниже мер:

Задняя стена, а возможно и задняя часть потолка зала должна быть обработана акустическим материалом, обладающим по возможности максимальным коэффициентом поглощения во всем диапазоне частот, свойственном источнику звука;

Задней стене придают определенный наклон, при этом она работает в качестве отражающей поверхности, направляющей звуковую энергию в последние ряды с таким расчетом, чтобы запаздывание отраженных лучей не превышало 20¸30 мс. За счет отраженного звука увеличивается уровень громкости в задних рядах, где он обычно ниже желаемого.

Рисунок 1.3 – Пример построения лучеграммы для проверки  эхообразования

Наиболее заметно ослабление звука у последних рядов в залах, в которых кресла расположены на горизонтальной плоскости пола. С целью достижения большей равномерности звукового поля обычно прибегают к следующим конструктивным решениям:

• источники звука помещаются выше уровня аудитории (для чего устраивается лекционная площадка, сцена, кафедра);
• места слушателей располагаются на наклонной плоскости.

Так в концертных залах и театрах высоту поднятия сцены выбирают в пределах 90¸110 см и 30¸60 см в залах заседаний, аудиториях и т.д.

Поднятие пола осуществляют, начиная либо с первого ряда, либо с 10¸12 ряда. При этом каждый последующий ряд поднимают над предыдущим в клубах на 6¸8 см, в кинотеатрах на 10¸12 см, в аудиториях - 20 см.

Оба эти мероприятия в сочетании не только улучшают слышимость для второй половины зала, но и улучшают видимость.