ИССЛЕДОВАНИЕ АКУСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК БОЛЬШОГО ЗРИТЕЛЬНОГО ЗАЛА ДРАМАТИЧЕСКОГО ТЕАТРА В Г. ТОБОЛЬСК МЕТОДОМ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ АКУСТИКИ

STADY OF THE ACOUSTIC CHARACTERISTICS OF THE AUDITORIUM OF THE DRAMA THEATER IN TOBOLSK BY THE METHOD OF GEOMETRIC ACOUSTICS

Tatyana Kuzmina

PhD in Technical Sciences, assistant professor of Industrial University of Tyumen,

Russia, Tyumen

Oksana Belyavskaya

senior teacher of Industrial University of Tyumen,

Russia, Tyumen

Nikolay Efremov

student of Industrial University of Tyumen,

Russia, Tyumen

АННОТАЦИЯ

Рассмотрен вопрос необходимости внесения изменений в акустические характеристики зрительного зала драматического театра при выполнение проекта реконструкции. Проведены расчеты эквивалентных площадей и времени реверберации. Обоснована необходимость введения звукопоглотителей для низких, средних и высоких частот.

ABSTRACT

Considered the need for changes in the acoustic characteristics of the auditorium drama theatre during the renovation project. The calculations of equivalent squares and reverberation time. The necessity of introduction of absorbers for low, medium and high frequencies.

Ключевые слова: Звук; архитектурная акустика; акустические материалы; время реверберации; площадь звукопоглащения, акустические характеристики, зрительный зал, геометрическая акустика.

Keywords: The sound; the architectural acoustics the acoustic materials; the reverberation time; the area zvukopoglotitel; acoustic  characteristics; auditorium hall; geometrical acoustics. 

Современная городская жизнь требует постоянного преобразования пространств для новых общественных отношений. Поэтому помимо появления универсальных зданий (переход к поливалентной деятельности), объектов кредитно-финансовой системы, крупных торговых центров произошел поворот к проектированию и строительству социально-значимых объектов, в частности для культурно-досуговой деятельности. [1]. Множество ультрасовременных зданий зрелищного назначения с использованием различных направлений в архитектуре (параметризм, органическая, нелинейная, лэндформная архитектура, дигитальный способ формообразования и т.п.) можно отнести к высокому инженерно-строительному искусству. Использование подобных инновационных течений в архитектуре позволяет учитывать восприимчивость формы к изменениям климата и человеческого поведения, создавать программы для организации рационального и комфортного пространства, развивать гибкость функции. Архитектурные объекты приобретают черты сложных технических механизмов, способных реагировать на изменения в окружающей среде и в собственной функциональной программе. Одновременно, несмотря на возросший «техницизм», они сохраняют гуманитарную составляющую: осмысленные эстетически пространство и формы соразмерны человеку, наполнены светом и воздухом, комфортны и обладают необходимыми микроклиматическими параметрами.

Открытый после реконструкции Тобольский драматический театр получил современный архитектурный образ, новое жизненное пространство, став одним из значимых структурных элементов композиционного решения города. Учитывая особенности функционала культурно-зрелищных объектов, вопросы звуко- и виброизоляции, создания требуемой акустической среды всегда будут в приоритете, поэтому в нашем исследовании мы попытались проанализировать новые акустические возможности основного структурного компонента театра – большого зала после его реконструкции.

Здание театра состоит из отдельных блоков соответствующих групп функциональных помещений, объединенных в единый комплекс [3]. После завершения реконструкции большой зал претерпел следующие изменения: увеличен планшет сцены, появились сценический портал, поворотный круг сцены, оркестровая яма со сменным настилом, ложи для зрителей, осветительные ложи и технический балкон; зал надстроен вверх для расширения возможности работы осветительной аппаратуры, изменена конструкция амфитеатра (ряды для зрителей подняты вверх до второго этажа). В результате появилось пространство с новыми акустическими и эстетическим характеристиками, проверка которых представляет большой архитектурный и научный интерес. Это пространство стало объектом исследования; предметом - изучение его объемно-планировочных параметров и акустических характеристик; целью - проверка акустических характеристик зала методом геометрической акустики. Для достижения цели решались следующие задачи:

1. Анализ требований к архитектурно-пространственной организации и отделке поверхностей зала драмтеатра.

2. Оценка акустических характеристик исследуемого зала методом геометрической акустики.

3. Концептуальные предложения по совершенствованию акустического режима зала.

Зрительные залы драматических театров служат в основном для передачи речи и обладают следующими акустическими особенностями:

·  источником звука здесь служит профессионально поставленный го­лос актера, который при равной мощности воспринимается более отчетливо, чем, к примеру, голос оратора в лекционной аудитории;

·  во время действия напряжение зрителя повышается, что вызывает снижение общего шума, а значит, располагать зрительские места можно на боль­шем расстоянии от сцены, чем в обычной аудитории;

·  спектакль происходит на сцене в декорациях и кулисах, хорошо поглощающих звук; к колосниковым системам портала подвешиваются декорации, обладающие большими значениями коэффициентов звукопоглощения;

·  часть объема сцены скрыта пор­талом, являющимся хорошим экраном для звуковых волн практи­чески любой длины;

·  в зале звучит не только речь, но и сопровождающая спектакль музыка, поэтому используется акустическая аппаратура;

·  время реверберации звука в залах драматических театров с учетом перечисленных особенностей принимается несколько большим по срав­нению с лекционными аудиториями.

Для получения качественного звука необходимо обеспечить диффузное рассеивание звуковой волны; добиться этого можно используя поверхности, имеющие длину не менее 2 метров. Раскрытие стен на зрительный зал позволяет насытить зону установки зрительских мест отраженным звуком. Потолок основной части зала должен направлять звуковые волны к зрителю, т.е. быть наклонным. Плоскость потолка может быть разбита на сегменты, ориентированные в разных плоскостях: количество отражений увеличится, а звук станет более объемным. Иногда у потолка специально монтируются профили сложной формы, позволяющие многократно отражать звуковые волны и моделировать объемный сложный звук. Для обеспечения психофизического контакта актеров с аудиторией и хорошей видимости и слышимости для зрителей максимальное удаление зрительского места от сцены не должно быть более 25 м (партер) и 27…28 м (балкон); это же требование целесообразно и с точки зрения акустики. Приход отраженных звуковых волн по всей площади зала за допускаемое время, не превышающее 0,05 с., обеспечивается при высоте зала 10…12 м. Ширина портала сцены задается меньше передней стены. Раз­меры простенков не должны быть большими, иначе при передвижении актера вглубь сцены на боковые места передней части зала не будут поступать первые отражения. При наличии же сравнительно больших простенков целесообразно устраивать у самого портала жесткие звукоотражающие кулисы или ограждающие портал боковые стенки.

При проектировании акустической отделки зала необходимо [4]: использовать полезные ранее направленные отражения для усиления звука; создать диффузное (равномерное) звуковое поле в зале; обеспечить оптимальную продолжительность процесса реверберации. В соответствии с этим в зале должны быть формообразующие поверхности:

· выполненные в виде плоских, хорошо отражающих звук участков (отделываются материалами с очень малым коэффициентом звукопоглощения);

· хорошо отражающие звук в разные стороны (рассеяно, диффузно), выполненные профилированными, объемными;

· выполненные из материалов и конструкций, хорошо поглощающих звук в широком диапазоне частот.

При подборе материалов для отражающих звук поверхностей необходимо учитывать, что пористые материалы лучше поглощают звуковые волны и дают меньше отражений, а материалы с гладкой поверхностью обладают отличной отражающей способностью, но увеличивают риск возникновения длительной реверберации (эха). Наилучшим материалом для стен и потолков является дерево: звучание музыки при этом отличается красивой тембральной окраской; однако, современные материалы позволяют найти более пожаробезопасные решения. Звуки, отраженные от железобетонных конструкций, штукатурки по сетке обладают неприятным металлическим оттенком. В случае отсутствия мягкой обивки кресел неизбежны плохая структура начальных отражений, невысокая диффузность, а при частичном заполнении зала - «гулкость». При конструировании козырьков необходимо помнить о выборе их минимальных размеров. В противном случае отражение низких частот будет менее интенсивным, и это отразится на тембре звучания речи. Материалом отражающей поверхности лучше всего выбирать дерево, полости козырьков заполнять акустической пеной.

Исследуемый зал после реконструкции получил новые параметры, следовательно, распределение звуковой энергии боковыми стенками, возможность образования «порхающего эха» и т.п. необходимо проверить расчетом.

Самая основная проблема современной архитектурной акустики - проблема нарастания и затухания звука в закрытом помещении. Теория геометрической акустики наиболее полно учитывает форму помещения. Разработанные на ее основе методы используются для анализа распределения первых отражений от поверхностей, для расчета акустических характеристик помещения (импульсный отклик и т.п.) [2]. Для проверки и дальнейшего определения оптимальной конфигурации конструкций с учетом требований к звучанию в зале и используемым материалам, в данном исследовании проведен проверочный акустический расчет:

Для создания оптимального звука в зрительном зале существуют определенные пропорции, с помощью которых можно подобрать первичные геометрические размеры.

Затем с помощью изображения лучевых эскизов подбираются окончательная форма зала и их отдельных поверхностей.

После, рассчитывается время реверберации. Определяется расчетное и требуемое время реверберации. Два числа необходимо сравнить и определить правильность подбора материалов и объемно-планировочного решения.

Рисунок 1. Схемы к акустическому расчету зала

Таблица 1.

Определение эквивалентной площади звукопоглощения, в зависимости от площади помещения

Таблица 2.

Определение эквивалентной площади звукопоглощения, в зависимости от заполнения зала зрителями

Результаты расчета позволили предложить следующие рекомендации по совершенствованию акустического режима исследуемого зала.

Материалы для отделки основных формообразующих плоскостей:

· Сосновые акустические панели;

· Акустическая панель «Knauf Акустик».

Требуемое время реверберации для V=1832,64 м3:

•      T125 Гц=1,31 с.

•      Т500 Гц=1,09 с.

•      Т2000 Гц=1,09 с.

С помощью формулы Эйринга найдем функция среднего коэффициента звукопоглощения на разных частотах и рассчитаем ЭПЗ:

  На частоте 125 Гц:

А_тр.общ.=0,28*900=252 м2

На частоте 500 Гц:

А_тр.общ.=0,35*900=315 м2

  На частоте 2000 Гц:

А_тр.общ.=0,35*900=315 м2

Сравниваем А_тр.общ. и А’_общ. , видим необходимость некоторого увеличения ЭПЗ на частотах 125, 500, 2000.

•   149,9 м2- А’_общ.125          252 м2- А_тр.общ.125

•   183,15 м2- А’_общ.500        315 м2- А_тр.общ.500

•   210,7 м2- А’_общ.2000        315 м2- А_тр.общ.2000

Для этого нужно ввести звукопоглотители для низких, средних и высоких частот. С этой целью покроем нижнюю часть стен акустическими панелями «Knauf Акустик» 200 мм, площадью 186 м2, имеющие на частотах 125 Гц, 500 Гц, 2000 Гц соответственно коэффициент звукопоглощения, равны 0,65; 0,90; 0,65.

В результате А’_общ. увеличится для частот 125 Гц на 102,3 м2, на частоте 500 Гц на 137,64 м2, на частоте 2000 Гц на 106 м2.

Рассчитаем окончательную ЭПЗ зала:

На частоте 125 Гц:

А’_общ.125=186(0,65-0,1)+149,9=252,2 м2;

На частоте 500 Гц:

А’_общ.500=186(0,9-0,06)+183,15=339,4 м2;

  На частоте 2000 Гц:

А’_общ.2000=186(0,65-0,08)+210,7=316,7 м2;

Расчетное время реверберации удовлетворительно, так как отклонение лежит в допустимых пределах.

Хороший звук - одна из главных функциональных составляющих в театре, поэтому такое серьезное внимание уделяется проблеме создания требуемой акустической среды. Пренебрежение этим вопросом приводит к формированию «глухой» акустики, возникновению «порхающего эха». В результате проведенной работы получено представление о проблемах, существующих в области модернизации зрелищных зданий, о тенденциях дальнейшего их развития, предметах и направлениях перспективных исследований. Начатое исследование позволит в дальнейшем продолжить изучение акустических процессов, происходящих в помещениях различного функционала, добиваться теоретически обоснованных решений в этой области.

Список литературы:

1. Гельфонд А.Л. Архитектурное проектирование общественных зданий: учебник / А.Л. Гельфонд. - М.: ИНФРА-М, 2016. - 368 с.
2. Климухин А.А., Киселева Е.Г. Проектирование акустики зрительных залов: учебно-методические указания к курсовой расчетно-графической работе / А.А. Климухин, Е.Г. Киселева. — М.: МАРХИ, 2012. - 56 с.
3. Проектирование театров. Справочное пособие к СНиП 2.08.02-89. - 99 с.
4. Удлер Е.М. Проектирование акустики зрительных залов: методические указания (дополненные и переработанные) к выполнению расчетно-графических и курсовых работ по курсу «Архитектурная акустика» для студентов специальносей 270114.65 «Проектирование зданий», 070603.65 «Искусство интерьера» / Е.М. Удлер. – Казань: КазГАСУ, 2013. – 38 с.