МУ расчет акустики закрытого помещения

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ДОНБАССКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ


Кафедра:
«Архитектура промышленных и гражданских зданий»










МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к курсовому и дипломному проектированию

Расчет акустики закрытого помещения









Утверждено на заседании
кафедры АПГЗ
Протокол № __
от “___” _________200__г.






Макеевка 2005


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ДОНБАССКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ


Кафедра:
«Архитектура промышленных и гражданских зданий»










МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к курсовому и дипломному проектированию

Расчет акустики закрытого помещения





















Макеевка 2005


УДК 538.84.

Строительная физика. Акустика.

Предназначены для студентов специальности «Архитектура», «Промышленное и гражданское строительство»
В методических указаниях изложены правила и приемы акустического проектирования закрытых помещений (залов).
Даны рекомендации по выбору объема и формы залов, запаздыванию отраженных звуковых волн. Дана методика расчета времени реверберации и подбора звукопоглощающих материалов.

Составил: к.т.н., доц. Г.Т. Косьмин
Рецензент: к.т.н., доц. Н.Г. Прищенко

































ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Введение 5
1. Выбор объема зала. Основные требования к внутренней поверх-
ности .. 5
Воздушный объем . 5
Основные размеры зала 5
Основные требования к внутренним поверхностям зала.. 6
2. Время реверберации зала .. 10
3. Пример акустического расчета зала . 12
4. Учебно-исследовательская работа 16
Литература .. 17



































Введение

При проектировании акустики залов необходимо выполнять следующие основные требования:
обеспечить всех слушателей звуковой энергией;
создать диффузное звуковое поле, исключающее возможность образования эха, фокусирование звука и т.п.;
обеспечить рекомендуемое время реверберации.
Первые два требования определяются формой и размерами зала, а также характером их внутренней отделки. Поэтому первым этапом акустического проектирования является определение формы залов в плане и разрезе. Второй этап включает определение условий, обеспечивающих рекомендуемое время реверберации и распределение в залах звукопоглощающих материалов.

ВЫБОР ОБЪЕМА И ФОРМЫ ЗАЛА.
ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ

1.1. Воздушный объем
Объем зала должен назначаться в соответствии с существующими нормами (см. СНиП), в зависимости от назначения зала и количества слушательских (зрительских) мест. На основании опыта проектирования оптимальные объемы воздуха на одного слушателя следующие (1):
кинотеатры, аудитории – 4 м3;
драматические театры – 5 м3;
залы 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.
Общий воздушный объем зала многоцелевого назначения средней вместимости (до 1000 мест) рекомендуется принимать, исходя из объема 4-6 м3 на одного слушателя.
Примечание: при наличии у зала сценической коробки общий объем его назначается без учета объема сцены.

Основные размеры зала
Поскольку зал не всегда имеет форму параллелепипеда, следует пользоваться понятием средней ширины, средней высоты зала. При назначении размеров необходимо, чтобы они удовлетворяли существующим нормам (см. СНиП на проектирование общественных зданий). По акустическим соображениям геометрические пропорции зала находят, определяя модуль золотого сечения линейных размеров зала (1). Золотое сечение – это отношение размеров зала, близкое к (3 : 5 : 8). Модуль отношения х определяется по формуле:
х = 13 EMBED Equation.3 1415
где V – объем зала, м3;
Отсюда линейные размеры определяются:
Средняя высота – 3х; средняя ширина – 5х; длина – 8х. Можно рекомендовать следующие пропорции зала;
отношение длины зала к его средней ширине следует принимать более 1 и не более 2;
в тех же пределах рекомендуется принимать и отношение средней ширины зала к его средней высоте;
длина зала ( от задней стенки до передней, а в залах со сценической коробкой – от задней стены до занавеса) не должна превышать 30 м.

Основные требования к внутренним поверхностям зала.
Оптимальное распределение отраженного звука и достаточная диффузность поля достигаются правильным выбором геометрической формы и очертаний внутренних поверхностей зала. При выборе формы залов необходимо, чтобы расстояние между источником звука и слушателями в последнем ряду было минимальным;
угол, под которым со сцены видны крайние места в первом ряду, должен быть возможно меньше;
поверхности стен вблизи сцены должны способствовать отражению звука в зал;
форма стен и потолка не должна вызывать фокусирование звука;
должна быть исключена возможность образования многократного эха.

1.3.1. Правильное распределение ранних полезных отражений звука.
Первые (однократные) отражения от поверхности зала на пути звука от источника к слушателям дополняют прямой звук, улучшая слышимость в разборчивость. При построении лучевого эскиза отражения звука в вертикальной плоскости строят по оси симметрии зала, в горизонтальной – на отметке головы оратора или голов актеров, музыкантов. Высота источника над уровнем пола принимается 1,5 м, а высота точки приема над полом – 1,2 м (рис. 1.).

90О 0
(1 (1
1.5м И М

1,2м
1.5м


90О 01

(2 (2
а а/2 И М
а/2



Рис. 1. Построение первых отражений на разрезе и плане зала

Допустимость применения геометрической акустики зависит от длины звуковой волны ( = с / f (c – скорость звука, f – частота), размеров отражающей поверхности и ее расположения относительно источника и точки приема звука. Наименьший размер отражающей поверхности должен не менее чем в 1,5 раза превышать длину волны, т.е. для f = 100 Гц не менее 5м. Для криволинейных отражающих поверхностей наименьший радиус кривизны должен быть не менее чем в 2 раза больше длины волны.
Для хорошей разборчивости речи желательно, чтобы отраженный звук запаздывал по сравнению с приходом прямого звука в точку М (см. рис. 1). Не более чем на 0,02 сек, что соответствует разности ходов отраженного и прямого звука около 7 м.
(340 м/с ( 0,02с = 8,7 м). Допустимая разница ходов прямого и отраженного звука (ИM + OM – ИM) принимается равной 10 м, что соответствует 0,03 сек.
Потолок и боковые стены необходимо проектировать таким образом, чтобы отраженный звук большей частью попадал в заднюю часть зала. Это достигается устройством над эстрадой или авансценой отражателя (рис. 2), который направляет отраженный звук к более удаленным зрителям. В виде аналогичного отражателя проектируются и боковые стены вблизи сцены или эстрады (рис. 2). Такие отражатели выполняются из материалов массой не менее 20 кг/м2 (железобетон, штукатурка и т.п.) с малым коэффициентом звукопоглощения (менее 0,1).

0,5м 0,5м 2,5(3о
0,5м 0,5м

И

И

2,5-3о


Рис. 2. Устройство отражателей над эстрадой и у боковых стен

Для улучшения распределения звука в глубине зала, участок потолка, примыкающий к задней стене, проектируют наклонным, либо наклонной в сторону слушателей делается сама стена (рис. 2). В этом случае отраженный звук с малым запаздыванием направляется на задние места партера. В противном случае звук от задней стены будет отражаться в передние ряды партера (рис. 1).
При проектировании поверхности стен и потолка необходимо добиваться, чтобы отражение звука было рассеянным, равномерным по всей длине зала. При построении лучевого эскиза необходимо контролировать, чтобы отражения от секций потолка перекрывали друг друга и не возникали в зале зоны, полностью лишенные отражений. На рис. 3 показаны наиболее удачные членения потолка и стен на секции, при которых обеспечено равномерное распределение отражений.




И И





И

Рис. 3. Расчленение потолка и стен секциями.

Примечание: при построении отражения от секции или экрана точка геометрического отражения берется на расстоянии 0,5 м от края, что соответствует наиболее распространенным длинам волны ( ( 1м для частот, превышающих 300-400 Гц.

1.3.2. Диффузность звукового поля
Одним из главных условий создания хороших акустических условий в залах является диффузность звукового поля. Большие гладкие поверхности не способствует достижению хорошей диффузности звукового поля. Особенно неудачны гладкие параллельные стены. Отклонение от параллельности двух стен примерно на 2,5-3о (рис.2) или одной из них на 5-6о ослабляет возможность образования «порхающего эха». Для повышения диффузности желательно, чтобы большая часть внутренних поверхностей зала создавала рассеянное, ненаправленное отражение звука, что достигается расчленением поверхностей балконами, пилястрами, нишами и т.п. Целесообразно расчленять те поверхности, которые не дают направленных ранних отражений в зал.

1.3.3. Размещение звукопоглощающих материалов.
Для исправления возможных акустических дефектов и достижения требуемого времени реверберации используются звукопоглощающие материалы, размещенные на поверхностях, от которых не попадают к зрителям первые отражения. Место возможного расположения звукопоглотителей можно определить при построении лучевого эскиза для различных положений источника звука. На рис. 4 показаны участки внутренних поверхностей зала, где целесообразно размещение звукопоглотителей (заштрихованная область). Более подробно методика определения размещения звукопоглощающих материалов дана в (5).




(10м


В И (0,5-0,1)В
h(1.0м
И


1,5(2.0


·Рис. 4 Размещение звукопоглощающих материалов.


2. ВРЕМЯ РЕВЕРБЕРАЦИИ ЗАЛА

Процесс затухания уровня звукового давления в помещении после прекращения звучания источника называется реверберацией. Для оценки реверберации помещения измеряют время, в течение которого после выключения источника звука остаточная звуковая энергия уменьшится в 106 раз. При этом уровень силы звука понизиться на 60 дБ.
Расчет времени реверберации зала производиться на частотах 125, 500, 2000 Гц. При этом заранее оговаривается внутренняя отделка зала, т.е. материал полов, потолка, стен. Необходимо знать, какая мебель (стулья, кресла) будет установлена в зале. После решения всех сопутствующих вопросов приступают к определению времени реверберации. Проверочный расчет времени Т следует проводить в следующем порядке.
Находят объем зала V (м3), который должен быть определен с учетом пункта 1.1. настоящих методических указаний.
Определяет суммарную площадь внутренних поверхностей зала Sобщ (м2), выделяя площади с одинаковой отделкой.
3. Подсчитывают ЭПЗ (эквивалентную площадь звукопоглощения) Аобщ (м2). ЭПЗ какой-либо поверхности площадью S и коэффициентом звукопоглощения ( определяется по формуле:
А = ( ( S (1)
Общая ЭПЗ на частотах, для которых ведется расчет, находится по формуле:
Аобщ = ( ( (i ( Si + ( ( A + (доб ( Sобщ (2)
Где ( (i Si – сумма произведений площадей Si отдельных поверхностей на их коэффициенты звукопоглощений (i для данной частоты. Значения (i даны в приложении 4, (5);
(A - сумма ЭПЗ зрителями и креслами (м2). Прил. 4, (5);
(доб – средний коэффициент добавочного звукопоглощения,
учитывающий звукопоглотители, фактически существующие в
залах (осветительная арматура; полости, соединенные с
основным объемом зала; щели и трещины; вентиляционные
решетки и т.д.).
Средний коэффициент добавочного звукопоглощения в среднем может быть принят равным 0,08-0,09 на частоте 125 Гц и 0,04-0,05 на частотах 500-2000 Гц для залов с балконами, ложами и другими пластическими элементами. Пример зал Большого театра и Одесского оперного.
Для залов, у которых указанные условия выражены слабо, эти значения следует уменьшить примерно на 30%. Для залов типа аудиторий с плоскими стенами и потолком, лучше вовсе не учитывать добавочное звукопоглощение.
В расчете времени реверберации зала принимается заполнение слушателями 70% общего количества мест, ЭПЗ остальных мест принимается как для пустых кресел.
4. После нахождения эквивалентной площади звукопоглощения Аобщ определяется (ср – средний коэффициент звукопоглощения поверхности зала данной частоте
(ср = Аобщ/Sобщ (3)
5. Определяют время реверберации Т, которое для (ср >0,2 подсчитывается по формуле Эйринга
Т = 0,163 V /Sобщ (((ср) (4)
Где ( ((ср) = -ln (1 - (ср) – функция среднего коэффициента звукопоглощения, значения которой приведены в таблице 1.

Таблица 1.
Десятые доли (ср
Сотые доли (ср


0
1
2
3
4
5
6
7
8
9

0,0
0,00
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09

0,1
0,10
0,12
0,13
0,14
0,15
0,16
0,17
0,19
0,20
021

0,2
0,22
0,24
0,25
0,26
0,27
0,29
0,30
0,32
0,33
0,34

0,3
0,36
0,37
0,39
0,40
0,42
0,43
0,45
0,46
0,48
0,49

0,4
0,51
0,53
0,54
0,56
0,58
0,60
0,62
0,64
0,65
0,67

0,5
0,69
0,71
0,73
0,76
0,78
0,80
0,82
0,84
0,87
0,89

0,6
0,92
0,94
0,97
0,99
1,02
1,05
1,08
1,11
1,14
1,17

0,7
1,20
1,24
1,27
1,31
1,35
1,39
1,43
1,47
1,51
1,56

0,8
1,61
1,66
1,72
1,77
1,83
1,90
1,97
2,04
2,12
2,21


В случае, если (ср ( 0,2, расчет времени реверберации проводится по формуле Сэбина
Т = 0,163 ( V/Аобщ (5)
6. Полученное время реверберации сравнивается с рекомендуемым (оптимальным) временем для данного типа зала и его объема (рис. 5). На частоте ниже 500 Гц допустимо некоторое увеличение времени реверберации с тем, чтобы на частоте 125 Гц оно было не более чем на 40% больше, чем на частоте 500 Гц. На частоте 2000 Гц Т200 = 0,9 Т500. Если время Т окажется меньше рекомендуемого, следует увеличить объем зала, если больше, - убавить, по возможности, объем и увеличить звукопоглощение. В соответствии с п. 1.3.3. разместить звукопоглощающий материал по поверхностям зала.
Для определения требуемой ЭПЗ зала лучше решить обратную задачу. Исходя из требуемого времени реверберации Т, определенному по графику рис. 5, находят требуемый средний коэффициент звукопоглощения (ср для частот 125,500, 2000 Гц в соответствии с формулами (4) .
(((ср) = 0,163 V/ T ( Sобщ (7)
Используя таблицу 1, определяют средний коэффициент звукопоглощения (ср , после чего подсчитывают требуемую ЭПЗ зала
Аобщ = (ср ( Sобщ (8)
Сравнивая это значение с имеющейся при намеченной отделке зала общей ЭПЗ, решаем, насколько нужно изменить имеющуюся ЭПЗ для достижения нужного времени реверберации. Все сравнения лучше делать в табличной форме.

Рис. 5. Рекомендуемое время реверберации


ПРИМЕР АКУСТИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ЗАЛА

Требуется произвести акустический расчет аудитории на 500 мест. Основные параметры зала (см. рис. 6) таковы:
воздушный объем зала со сценой V = 3070 м3, определен по геометрическим параметрам зала;
воздушный объем на одного зрителя = 6 м3;
длина зала – 24 м;
ширина зала в центральной части – 15,5 м;
высота зала в центральной части – 8 м;
общая площадь внутренних поверхностей Sобщ = 1220 м2;
подъем зрительных мест – 2,8 м;
сужение боковых стен под углом ( = 2,5о.


Зал запроектирован с учетом сказанного выше: полу придан значительный уклон, над сценой в передней части зала устроен звукоотражатель, а ширина зала в этой части уменьшена, задняя стена наклонена в сторону слушателей, стены запроектированы непараллельными.
Построим распределение первых отражений от потолка и стен зала. Для примера рассмотрим построение хода прямых и отраженных звуковых лучей для точки М. Длина пути прямого звука для расчетной точки М = 18 м. для нормального восприятия звука слушателями необходимо, чтобы суммарная длина первого звукового отражения не превышала
r = 18 м + (340 м/сек ( 0,02 сек) = 25 м.
Определим запаздывание первых отражений для точки М в сек.
13 EMBED Equation.3 1415(с)
Величину
·t для каждого отраженного луча указать на чертеже.
Можно считать, что для слушателя, находящегося в точке М, слышимость будет удовлетворительной. Аналогичным образом строится лучевой эскиз для других точек.
Определение времени реверберации. Расчет проводим в соответствии с п.2 настоящих указаний. Общий объем зала (V = 3070 м3) и площадь внутренних поверхностей (Sобщ = 1220 м2) определены нами заранее. Далее необходимо подобрать отделку зала таким образом, чтобы время реверберации составляло Т500 = 1,04 сек (рис. 5). На частоте 125 Гц время реверберации несколько увеличено и может быть Т125 = 1,04 сек ( 1,4 = 1,42 сек. На частоте 2000Гц Т2000 = 0,9 ( Т500 = 0,93 сек.
Определение эквивалентной площади звукопоглощения проводим в табличной форме (см. табл.).
Таблица

п.п.
Наименование поверхностей
Пло-
щадь S м2
125 Гц
500 Гц
2000 Гц




(
А=(S
(
А=(S
(
А = (S

1
2
3
4
5
6
7
8
9

1
Потолок: в том числе
1.1. Подвесной потолок. Штукатурка
По металлической сетке.
1.2. Бетонная поверхность
350

300

50


0,04

0,01


12

0,5


0,06

0,02


18

1,0


0,05

0,02


15

1,0

2
Стены:
в том числе
2.1. Штукатурка, окрашенная масляной краской
460

150


0,01


1,5


0,02


3


0,02


3


2.2. Плиты пористые акусти-ческие«Акмигран» 300х300х20 Воз-душ. прослойка 100мм
174
0,25
43,5
0,55
95,7
0,65
113,1


2.3. Плиты древесностружечные, неокрашенные, толщиной 20 мм
120
0,1
12
0,05
6
0,08
9,6


2.4. Переплеты оконные, застекленные
16
0,3
4,8
0,15
2,4
0,06
0,96

3
Пол паркетный
200
0,04
8,0
0,07
14,0
0,06
12,0

1
2
3
4
5
6
7
8
9

4
Добавочное звукопоглощение
1220
0,09
110
0,05
61
0,05
61


Звукопоглощение зала
-
-
202,2
-
217,8
-
226,26

5
Зрители, 70% заполнения зала
350 чел.
0,25
87,5
0,4
140
0,45
157,5

6
Свободные кресла (полумягкие, с тканевой обивкой)
150 шт.
0,08
12
0,15
22,5
0,20
30


Аобщ, м2
-
-
301,7
-
380,3
-
413,76


Определяем время реверберации на требуемых частотах.
На частоте 125 Гц
Средний коэффициент звукопоглощения
(ср = Аобщ/Sобщ = 301,7/1220 = 0,25
((ср) = 0,29
Время реверберации определим по формуле (4)
Т = (0,163 ( 3070) / (1220 ( 0,29) = 1,41 сек.
На частоте 500 Гц

(ср = 380,3/1220 = 0,31;
((ср) = 0,36;
Т = (0,163 ( 3070) / (1220 ( 0,37) = 1,10 сек.

На частоте 2000 Гц
(ср = 413,76/1220 = 0,34;
((ср) = 0,42;
Т = (0,163 ( 3070) / (0,42 (1220) = 0,89 сек.
Построим сравнительный график времени реверберации нашего зала (рис. 7).

Т


1.42 1.04 0.93
1.1 +10%
1.41
1.04
0.93 0.89
-10%
f
125 500 2000

Рис. 7. График времени реверберации.


Вывод: расчетные значения времени реверберации вполне удовлетворительны, так как отклонение их от нормативных не превышает 10%.

4.УЧЕБНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

Проанализировать влияние размеров высоты, ширины, длины аудитории на распределение первых отражений звука.
Оценить акустические качества актового зала и разработать мероприятия по их улучшению.


ЛИТЕРАТУРА

Алексеев С.П. Акустика зрелищных и концертных залов. –М.: Знание, 1969.
Архитектура гражданских и промышленных зданий. Основы проектирования. Т.2. (Под ред. В.М. Предтеченского. М.: Стройиздат, 1976.
Качерович А.Н. Акустика зрительного зала. –М.: Искуство, 1968.
Ковригин С.Д. Архитектурно-строительная акустика. –М.: Высшая школа, 1980.
Руководство по акустическому проектированию залов многоцелевого назначения средней вместимости (НИИ строит. физики Госстроя СССР). М.: Стройиздат, 1981.
СНиП
·
·-12-77. Защита от шума.
Заборов В.И. Справочник проектировщика.
Заборов В.И. Справочник по защите от шума и вибрации жилых и общественных зданий. Киев.-1989г.



Методичнеские указания
к выполнению курсовой работы
на тему: «Расчет акустики закрытого помещения»
для специальности 7.120101
“Архитектура”


Составил: к.т.н., доц. Косьмин Генадий Тимофеевич
к.т.н., доц. Прищенко Микола Григорович
инж. магистр, Чернышова Тамара Александровна

Ответсвенный за выпуск Н.В. Тимофеев

Технический редактор С.Г. Кузнецов

Подписано к печати 20.01.2005. Формат 60х84 1/16.
Бумага тип. Усл. Печт. лист 0,5.
Заказ № 011. Тираж 50.

Адрес: Украина, 86100, Донецкая обл.,
г. Макеевка, ул. Ленина 47, к. 68.
Издательство "БСГ"E-mail: [email protected]









Root Entry

Приложенные файлы

  • doc 11930075
    Размер файла: 649 kB Загрузок: 1

Добавить комментарий