Акустический расчет зрительного зала

Размещено на http://www.allbest.ru/

Пояснительная записка

по дисциплине: «Физика»

на тему: «Акустический расчет зрительного зала».



Содержание

Введение

1. Определение основных объемно-планировочных параметров зала

2. Построения профиля из условий видимости

3. Анализ распространения звука в зрительном зале.

4. Расчет времени реверберации зрительного зала.

5. Проверочный расчет времени реверберации. Регулировка времени реверберации

6. Расчёт артикуляции в зрительном зале

Заключение

Список используемых источников



Введение

Разработка строительно-акустических методов снижение шума, оценка их эффективности и границы применения является основным предметом строительной акустики. Её задачами являются исследования условий, определяющих хорошую акустику помещений, и разработка архитектурно-планировочных решений, обеспечивающих оптимальные условия слухового восприятия.

В данном курсовом проекте представлен строительно-акустический расчет зрительного зала театра оперы и балета вместимостью 700 человек. При выполнении курсового проекта решали следующие задачи архитектурной акустики:

· определялись основные параметры зала на основании его вместимости и значения;

· геометрическим методом анализировался характер распространения звука в зале, определялось время запаздывания первых отражений;

· проведена подборка отделки внутренних поверхностей для обеспечения, требуемой во времени реверберации звука;

· определение критерий разборчивости речи

Акустическое качество зала определяется его архитектурными параметрами: формой, размерами и отделкой поверхностей. Правильный, с точки зрения акустических требований, выбор этих параметров является гарантией хорошей акустики будущего сооружения.



1. Определение основных объемно-планировачных параметров зала

Размеры зала, зависящие от его вместимости и назначения должны удовлетворять соответствующим нормам. По акустическим нормам отношение длины зала к его ширине (средней) следует принимать не менее 1 и не более 2. В тех же пределах рекомендуется принимать и отношение его средней ширины к средней высоте (не более 3). Максимальная длина зала театра оперы и балета не более 32 м.

Определяем предварительный объем зала, исходя из его вместимости.

= N; , где

N - количество зрителей,

- значение удельного объема на одно зрительное место 6-8

Определяем основные предварительные размеры зала.

Принимаем длину зала равной 27 м.

;

Находим значение :

=1,5; м;

;

V=L*4900

Для улучшения акустических качеств зала театра оперы и балета стены располагаются под углом от 6-10?относительно середины зала.

Основные рекомендации к форме зала

1. Расстояние между источником звука и зрителя в последнем ряду должно быть минимальным.

2. Форма зала не должна создавать фокусировки звука.

3. Боковые стены должны располагаться таким образом, чтобы не создавать порхающего эха.

4. Расстояние от стены до кресла должно быть не менее 1,2 м

При проектировании зала принимают следующие размеры кресел:

Рис.1 Кресло мягкое с пористым заполнителем, сиденья и спинки, обитое воздухопроницаемой тканью

Высота сцены 1,2 м от уровня пола, ширина 1,5-2м. Строительный портал принимается шириной 6м, высотой 4,5м. Для 700 слушателей требуется устройство балкона.

Допустимое количество мест в ряду при односторонней эвакуации - 20, при двухсторонней - 40 мест.

в эв.прох.=*0,6=3м ,

но не менее 1,2 м ширина одного прохода.

1,5*2,4 - размер дверей.



2. Построения профиля из условий видимости

При определении профиля пола зрительного зала, важную роль играет обеспечение удовлетворенных условий видимости и слышимости прямого звука, приходящего со сцены.

Точка наблюдений на сцене по центральной оси на расстоянии 1,5 м от края авансцены и на высоте 1,5 м.

Обеспечение этих условий выполняются при устройстве пола с последующим превышением каждого последующего ряда над предыдущим.

Общий угол подъема зрительных мест определяется по следующей формуле:

, где

а - превышение одного ряда над другим;

n - расстояние от точки наблюдения до последнего ряда мест, выраженное в условном числе рядов, которые могут уложиться на данном расстоянии

m - расстояние от точки наблюдения до первого ряда мест, расположенных на наклонном участке, выраженное в условном числе рядов, которые могут уложиться на данном расстоянии



На горизонтальном участке пола располагают от 3х до 8ми первых рядов. В данном проекте принято 6 рядов.

Находим угол подъема зрительных мест:

;

Рис.2 Схема к расчету профиля пола

,

3. Анализ распространения звука в зрительном зале

акустический зрительный зал реверберация

Определение времени запаздывания первых отражений

В инженерной практике расчет геометрических отражений является основным способом контроля правильности выбора формы зала и очертания его внутренней поверхности.

Данные этого расчета позволяют проанализировать как структуру первых отражений в отдельных точках зала, так и распределение этого отражения по всей площади зрительных мест.

Расчет геометрических отражений так же необходим для оценки опасности возникновения «порхающего» эха. Особенно важными являются первые отражения от поверхности (потолок, стены).

Для хорошей артикуляции необходимо обеспечивать запасы первого отражения по сравнению с прямым звуком не более 0,05 секунд. Наличие малозапаздывающих первых отражений обеспечиваются следующими мероприятиями:

· Расположение боковых стен под углом к оси зрительного зала;

· Применение оптимальных соотношений пропорций зала;

· Расположение звукорассеивающих криволинейных поверхностей в плоскости потолка и стен;

Построение распределения первых отражений производится геометрическим методом (метод мнимых источников). Анализ запаздывания звука, производимые для 15 наиболее характерных точек зрительного зала, такими точками являются места, расположенные в центре и по краям первого, среднего и последних рядов и аналогично на балконе.

Время запаздывания определяется по формуле:

t = м/с, где

с- скорость звука, равная 340 м/с.

Результаты анализа представлены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 Анализ запаздывания звука геометрическим методом

n/n		отражения
		потолок	левая стена	правая стена
			?L	t		?L	t		?L	t
1	9,6	19,5	9,9	0,02	21	11,4	0,03	12,3	2,7	0,007
2	7,8	19,5	11,7	0,03	16,4	8,6	0,02	16	8,2	0,02
3	9,6	19,5	9,9	0,02	12,3	2,7	0,007	21	11,4	0,03
4	19	22,8	3,8	0,01	29,2	10,2	0,03	19,4	0,4	0,001
5	16,5	22,8	6,3	0,01	22,7	6,2	0,01	23	6,5	0,01
6	19	22,8	3,8	0,01	19,4	0,4	0,001	29,2	10,2	0,03
7	27,5	29,3	1,8	0,005	35,9	8,4	0,02	28,1	0,6	0,001
8	25,5	29,3	3,8	0,01	30,7	5,2	0,01	30,5	5	0,01
9	27,5	29,3	1,8	0,005	28,1	0,6	0,001	35,9	8,4	0,02
10	24,5	25	0,5	0,001	25,4	0,9	0,002	33,5	9	0,002
11	23,5	25	1,5	0,004	29	5,5	0,01	27,9	4,4	0,01
12	24,5	25	0,5	0,001	33,5	9	0,02	25,4	0,9	0,002
13	27,7	27,3	0,4	0,002	28,2	0,5	0,001	35,9	8,2	0,02
14	26	27,3	1,3	0,003	30,3	4,3	0,01	31,5	5,5	0,01
15	27,7	27,3	0,4	0,002	35,9	8,2	0,02	28,2	0,5	0,001

Проверка допустимости запаздывания первых отражений показала, что разность длины прямого звука и первого отражения во всех характерных точках зала, не превышает допустимой нормы, что говорит о правильности выбора формы зала.

4. Расчет времени реверберации зрительного зала

Одной из важнейших условий хорошей акустики зала - необходимое время реверберации, которое характеризует общую гулкость зала.

Акустическая отделка зала должна способствовать созданию равномерного звукового поля в нем и отвечать высоким архитектурным требованиям, предъявляемым к внутренней отделке зрительных залов.

Предварительный выбор и размещение материалов внутренне отделки зала решается исходя больше из художественного замысла решения интерьера, однако при этом должны быть выдержаны следующие требования: Поверхности, дающие малозапаздывающие звуковые отражения на слушателей, должны отделываться материалами с малым коэффициентом звукопоглощения.

1. Чтобы акустика в зале меньше зависела от процента заполнения мест слушателями, целесообразно оборудовать зал мягкими и полумягкими креслами, обитыми тканью.

2. Поверхности, дающие сильнозапаздывающие звуковые отражения на слушателей, должны отделываться специальными звукопоглощающими материалами.

Для расчета времени реверберации звука необходимо наметить первоначальный вариант отделки внутренних поверхностей: стен, потолка, пола, проема сцены, дверей, кресел, балкона. Все выбранные материалы с их коэффициентами поглощения и площадями указаны в таблице 4.2.

Оптимальное время реверберации выбирается в зависимости от объема зрительного зала:

V_факт = 4589м³,

Vуд = 4589/700=6,5 м³ /чел, что соответствует требованиям [5]

Т₅₀₀ = Т₂₀₀₀=1,65

Т_треб = 1,65 для частоты 500 и 2000 Гц

Т_мин = 1,4 , Т_макс = 1,8

Т_треб= 2,31 для частоты 125 Гц

Т_мин = 2, Т_макс = 2,5

Акустический расчет ведется на трех частотах - 125, 500, 2000 Гц. Фактическое звукопоглощение поверхностей слагается из трех составляющих: постоянного, переменного и добавочного.

Определяем постоянное звукопоглощение поверхностей:

Для этого на каждой частоте для всех поверхностей, кроме зрительских мест определяем звукопоглощение:

Где коэффициент звукопоглощения отдельных поверхностей.

площадь поверхности зала

При расчете постоянного звукопоглощения зала учитывают следующее:

1. Если какая-либо поверхность состоит из участков, имеющих различные коэффициенты звукопоглощения, то их следует рассматривать как отдельные поверхности;

2. При определении эквивалентной площади звукопоглощения пола нужно включать только ту часть пола, которая не занята зрительскими местами (с учетом прохода между рядами).

Добавочное звукопоглощение создается за счет проникания звуковых волн в различные щели и отверстия, колебания различных гибких элементов. Кроме того, учитывается звукопоглощение осветительной арматурой и другим оборудованием зала.

Результаты расчета представлены в таблице 4.2.

Переменное звукопоглощение создается за счет поглощения звука слушателями и свободными креслами. Эквивалентная площадь переменного звукопоглощения на частоте, для которой ведется расчет, определяют по формуле:

Где - это сумма произведений коэффициентов звукопоглощения отдельных поверхностей на их площадь,

- сумма эквивалентных площадей звукопоглощения зрителями и креслами,

средний коэффициент добавочного звукопоглощения, учитывающий звукопоглощение которое фактически существует в залах (осветительная аппаратура, вент. решетки, отверстия)

Переменное звукопоглощение рассчитывается исходя из условия наполняемости зала, для пустого, 70%, 100% заполнения. Результаты расчета приведены в таблице 3. Для расчета применяется след. тип кресел: кресло мягкое с пористым заполнителем, сиденья и спинки, обитое воздухопроницаемой тканью.

На основании этих двух расчетов производится расчет времени реверберации. Фактическое время реверберации для частоты 125 и 500 Гц определяется по формуле:



Где - средний коэффициент звукопоглощения в зале

Для частоты 125 Гц для 70% заполнения зала:

Для частоты 500 Гц : Для пустого зала (0%):

Для 70% заполнения зала:



Для полного зала (100%):

Для частоты 2000 Гц для 70% заполнения зала:

Таблица 4.2. Расчет постоянного звукопоглощения

Наименьшие поверхности, материал		Значение на частотах
		125 Гц	500 Гц	2000 Гц
Потолок (сухая штукатурка)	486	0,02	9,72	0,06	29,16	0,05	2,43
Стены (стена, оштукатуренная и окрашенная масляной краской)	566	0,01	5,66	0,02	11,32	0,02	11,32
Портал (стена, оштукатуренная и окрашенная клеевой краской)	87,4	0,02	1,74	0,02	1,74	0,04	3,49
Пол (паркет по асфальту)	258	0,04	10,34	0,07	18,06	0,06	15,48
Авансцена (паркет по асфальту)	22	0,04	0,88	0,07	1,54	0,06	1,32
Двери (деревянная обшивка 19 мм)	12,24	0,1	1,22	0,1	1,22	0,08	0,97
Проем сцены	24	0,2	4,8	0,3	7,2	0,3	7,2
Проем оркестровой ямы	55	0,3	16,5	0,4	22	0,4	22
Добавочное звукопоглощение	1510,64	0,06	90,6	0,04	60,42	0,04	60,42
Суммарное звукопоглощение			141,4		152,6		146,5



Таблица 4.3. Расчет переменного звукопоглощения

Частота Гц	Процент заполнения	Звукопоглощение
				слушатели	кресло
125	70	490	210	0,25	122,5	0,15	31,5	154
500	0	0	700	0,40	0	0,20	140	140
	50	350	350		140		70	210
	70	490	210		196		42	238
	100	700	0		280		0	280
2000	70	490	210	0,45	220,5	0,30	63	283,5

Таблица 4.4. Расчет времени реверберации

Частота Гц	125	500	2000
Заполн. зала	70	0	50	70	100	70
Пост. поглощение	141,4	152,6	146,5
Пер. поглощение	154	140	210	238	280	283,5
Суммарное поглощение	295,4	292,6	362,6	390,6	432,6	430
	0,19	0,19	0,24	0,25	0,28	0,28
Тфак	2,3	2,3	1,8	1,7	1,5	1,5
Трек	2,-2,5	1,4-1,8	1,4-1,8

Полученное в результате расчета время реверберации удовлетворяет рекомендуемым значениям. Изменения объемно-планировочного решения и материалов отделки не требуется.

5. Проверочный расчет времени реверберации

Регулировка времени реверберации

Дополнительное количество звукопоглощения или его избыток определяют следующим образом, исходя из оптимального времени реверберации :

Вычисляется значение:



;

;

Из расчета видно, что оптимальный коэффициент звука приближен к расчетным значениям в таблице 4.4.

После выполнения всех расчетов результат представляется в виде графика зависимости времени реверберации от частоты звука при 70% заполнении зала, от заполнения зала. График представлен в графической части проекта.

6. Расчёт артикуляции в зрительном зале

Акустические качества музыкальных залов оперы и балета оцениваются такими критериями, как ясность, пространственность, громкость, тембр музыкального звучания.

Исходные данные:

1) форма и размеры зала;

2) время реверберации звука

3) расчетный уровень громкости речи

4) предполагаемый уровень мешающего шума

Р (процент артикуляции)=96*К₁ *К₂ *К₃ *К₄, %

К₁ - коэффициент_, учитывающий влияние уровня громкости

L _p = 70 дБ - уровень громкости

К₂ - коэффициент, зависящий от реверберации звука (рис. 20б)

К₃ - коэффициент, учитывающий влияние постороннего шума

L _б = 40 дБ, определяется = = 0, 59

К₄ - коэффициент, учитывающий влияние формы и размеров зала

К₄ = 1

Р>85% - отличная разборчивость;

75<P<85% - хорошая реверберация;

65<P<75% - удовлетворительная реверберация;

P<65% - неудовлетворительная реверберация.

Таблица 4.4. Расчет артикуляции звука в зрительном зале

Расчетные величины	Един. изм.	Значение расчетных величин
		0	50	70	100
Коэф. К1 L p = 70 дБ	-	1	1	1	1
Время реверберации	с	2,3	1,8	1,7	1,5
Коэф. К2	-	0,9	0,92	0,95	0,96
Коэф. К3	-	0,77	0,77	0,77	0,77
Коэф. К4	-	1	1	1	1
Артикуляция Р	%	66,5	68	70,2	71

В данном зале артикуляция удовлетворительна.

В данном курсовом проекте представлена разработка зала многоцелевого назначения вместимостью 700 человек. План, разрез и развертка стен приведены в графической части проекта.

Общий объем зала -4589м³.

Удельный объем, приходящийся на одного слушателя - 6,5 м³.

Габаритные размеры: 18*10*27 метров.

Форма зала выбрана исходя из требований обеспечения наибольшей диффузности звука (трапециевидная, уклон боковых стен - 6°).

Пол имеет подъем, начиная с 7 ряда, - 1,3 м, выполненный в виде наклонной плоскости, на которой располагаются кресла.

Отделка поверхностей принята в соответствии с расчетом оптимального времени реверберации.

Для отделки и украшения зала использованы различные материалы. Потолок запроектирован из сухой штукатурки. Стены зала оштукатурены и покрашены масляной водоэмульсионной краской. Материал пола паркет.

Что касается расположения самого здания и зала в нем, то для того, чтобы уровень проникающих шумов не превышал допустимого значения, необходимо предусмотреть ряд шумозащитных мероприятий. Крайне нежелательно располагать здание на шумной магистрали. Если такое расположение невозможно, то здание должно отступать от красной линии застройки. Внутренняя планировка здания должна быть такова, чтобы зал находился возможно дальше от шумных проездов и других сильных источников шума, а между залом и улицами располагались вспомогательные помещения. Помещения с шумным оборудованием не должны примыкать к залу и другим помещениям, требующим защиты от шума. Для повышения изоляции между коридорами и залом входы в зал должны иметь плотно закрывающиеся двери. Лучшая звукоизоляция достигается путем устройства тамбуров с двумя дверьми.



Заключение

Акустическое качество зала театра полностью определяется его архитектурными параметрами: формой, размерами, очертанием и отделкой поверхностей. Правильный с точки зрения акустических требований выбор этих параметров является гарантией хорошей акустики будущего сооружения. Тесная связь архитектурных форм культурно-зрелищных сооружений с акустикой прослеживается на протяжении всей истории архитектуры.

На современном этапе развития архитектурной акустики основными акустическими характеристиками залов являются время реверберации, структура звуковых отражений и диффузность звукового поля. Эти характеристики имеют четкую связь как с архитектурно-строительными параметрами зала, так и с субъективной оценкой условий слухового восприятия звуковых программ.

С помощью основных акустических характеристик зала выбираются и корректируются его объем, форма, очертания и отделка внутренних поверхностей, независимо от назначения зала в нем должны быть обеспечены достаточно низкий уровень шума, отсутствие эха, порхающего эха и тембровых искажений.

Данный курсовой проект дает представление о необходимых расчетах при акустическом проектировании на примере зала театра оперы и балета на 700 мест.



Список литературы

1. Архитектурная физика. Под ред. Н. В. Оболенского. М.: «Архитектура-С», 2011.

2. МГСН 4.17-98 ТСН 31-317-99

3. Пособие к СНиП 2.08.02-89 Проектирование театров

4. СНиП 2.08.02-89 (1999) Общественные здания и сооружения

5. СП 51. 13330. 2011 актуализированная редакция СНиП 23-03-2003 Защита от шума

6. Сергейчук О.В. «Строительная физика. Акустика», 2010.

7. Смирнов А.О. «Акустика», 2008.

8. Назаров К.Г. «Акустический расчет помещения», 2009.

Размещено на Allbest.ru