№3(59)
Сентябрь 2017
ISSN
1990-4126

English

«Архитектон: известия вузов» № 22 - Приложение 2008

Архитектура


 Чуйков Андрей Андреевич

студент УралГАХА Научный руководитель: доцент Городецкая Н.Н.

 Мочалин Георгий Валерьевич

студент УралГАХА Научный руководитель: доцент Городецкая Н.Н.

 Ефремова Наталья Алексеевна

Магистрант УралГАХА. Научный руководитель: кандидат философских наук, профессор Ветошкин В.И.

ИССЛЕДОВАНИЕ АКУСТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЗАЛА МЕТОДОМ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ АКУСТИКИ


Архитектурное проектирование общественных зданий, имеющих в своём составе речевые и музыкальные залы, в настоящее время достигло пика своего развития. Одной из важных задач, стоящих перед архитектором, является создание благоприятных акустических свойств зала, которые можно обеспечить выполнением основных требований архитектурно-строительной акустики при разработке объемно-планировочного решения и интерьера.

В настоящее время расширяются границы универсальности залов. Наряду со специализированными (оперными, драматическими, музыкальными) увеличивается число многоцелевых залов. Широкое применение получили конференц-залы, лекционные аудитории, концертные залы, входящие в состав крупных общественных комплексов, акустические качества которых ниже. В настоящей работе рассматривались объёмно-планировочные решения театральных зрительных залов, в которых особенно важно обеспечить оптимальную естественную акустику.

Целью данной работы является исследование объёмно-планировочных решений зрительных залов, в которых особенно важно обеспечить оптимальную естественную акустику, существующих театральных зданий и выявление акустических дефектов, обусловленных формой зала, таких как «мертвые» зоны, образование эха и фокусных точек. Работа выполнялась с привлечением методов геометрической акустики с применением компьютерной графики. В работе рассмотрены зрительные залы драматических и музыкальных театров.

Теория геометрической акустики наиболее полно учитывает форму помещения. Разработанные на её основе методы главным образом используются для анализа распределения первых отражений от поверхностей помещения. В последнее время геометрическая акустика (метод мнимых источников и метод прослеживания звуковых лучей) в сочетании с вычислительной техникой применяется также для расчета ряда акустических характеристик помещения, в частности его импульсного отклика.

Для достижения поставленной задачи было исследовано 16 существующих зрительных залов драматических театров и театров оперы и балета:

  1. Республиканский академический театр драмы в Литовской ССР
  2. Драматический театр в Липецке
  3. Драматический театр в Курске
  4. Драматический театр во Владимире
  5. Драматический театр в Орле
  6. Академический театр драмы в Алма-Ате
  7. Драматический театр в Кинешме
  8. Драматический театр в Симферополе
  9. Типовой проект театра драмы на 500 мест (архит. Г. Гольц)
  10. Театр юного зрителя в Омске
  11. Московский художественный академический театр СССР им. М. Горького
  12. Центральный академический театр Советской Армии в Москве
  13. Театр оперы и балета в Вильнюсе
  14. Театр оперы и балета в Красноярске.
  15. Театр оперы и балета в Ташкенте (первоначальный и окончательный варианты)
  16. Театр оперы и балета в Новосибирске

Для этих залов авторами были построены лучевые картины первичных отражений с целью выявить формы помещений их акустические свойства и определить наилучшее сочетание геометрических элементов зала, влияющих на качество распространения звуковых волн. Известно, что поверхности разной геометрической формы по-разному отражают звук. Таким образом, анализ геометрических форм залов сводится к выявлению в них благоприятных и неблагоприятных сочетаний геометрической формы и элементов, вызывающих образование мертвых зон, фокусных точек и других акустических недостатков (рис. 1).


 

При отражении от плоской поверхности (рис.1а) лучевую картину строят с положением мнимого источника S'. Отражение от вогнутой поверхности (рис.1б) приводит к фокусировке лучей в точке S'. Выпуклые поверхности рассеивают звук (рис.1в).

Как известно, основными формообразующими плоскостями зала являются стены и потолок, а потому в дальнейшем внимательно рассмотрены именно эти поверхности. Также большое влияние на качество распространения звуковых волн низкой частоты оказывают балконы, колонны, пилястры, крупные лепные украшения, люстры, расположенные в пространстве зала, которые создают диффузные звуковые поля. Нужно отметить, что диффузное рассеивание звуковой волны можно достичь только поверхностью, у которой вертикальный и горизонтальный размер равен или превышает длину звуковой волны (2 метра).

Анализ объемно-планировочного решения залов

Построение геометрических отражений позволяет проанализировать профиль отдельных поверхностей. Например, на рис. 3 (театр оперы и балета в Красноярске) показано рассеянное отражение звука от сложного профиля поверхности потолка или стены, что обеспечивает равномерное распределение отраженной звуковой энергии вдоль зала. В то же время наличие на поверхности ребер или пилястр приводит к образованию зон, лишенных отражений (например, типовой проект театра драмы на 500 мест - архит. Г.Гольц) (рис. 4.)


 

Потолок

В настоящее время архитектурное решение профиля потолка зала насчитывает множество вариантов – от простых геометрических элементов до сложных радиальных форм, сопряжённых между собой.

В залах, где зрители должны воспринимать не только музыку оркестра, но и голос певца (оперные театры), одной из главных задач является наличие козырька или рассеивающего потолка над оркестровой ямой и решение их формы. Так как звуковая энергия голоса певца, отраженная от поверхности козырька, должна достичь зрительских мест первой, рассеивающую поверхность над оркестровой ямой следует выполнять c частичным раскрытием отражающей поверхности на слушателя.

В драматических театрах козырёк выпуклой формы обеспечивает структуру ранних отражений при любом положении источника звука, в отличие от козырька плоской или вогнутой формы.

Потолок основной части зала должен направлять звуковые волны к зрителю, а потому наиболее функционально будет решить потолок наклонно. Примеры тому драматический театр в Липецке, проект драматического театра для Пскова (рис 6). В отдельных случаях форма потолка может быть решена дробно. В этом случае сегменты потолка, расположенные под разным углом, также работают как дополнительные отражающие плоскости (театр оперы и балета в Вильнюсе, драматический театр в Курске, драматический театр в Липецке). Прямая форма потолка менее предпочтительна (драматический театр в Кинешме).


 

Очень большое влияние на акустические качества залов оказывает выбор высоты потолка. При большой высоте первые отражения звуковой энергии могут не поступить в партерную часть зрительного зала или, отразившись от потолка, запаздывать по сравнению с прямым звуком, что значительно ухудшает качество звука, поступающего к зрителю, и приводит к образованию эха.

Стены

Форма стен оказывает не меньшее влияние на картину звуковых отражений. В ходе изучения залов сделан вывод: благоприятным решением является раскрытие плоскости стен на зрительный зал, что обеспечивает наилучшую обеспеченность зрительских мест отражённым звуком. Стены, так же как и потолок, могут быть решены дробно, примером являются театр оперы и балета в Вильнюсе, музыкально-драматический театр в Симферополе и театр музыкальной комедии в Хабаровске. В случае с последним залом большинство отражений будет сконцентрировано в передней части помещения, ближе к сцене. Именно на этот зал было обращено больше всего внимания из-за характера пластики помещения. Весь объем как будто бы раскрывается навстречу зрителю, что не только улучшает акустические характеристики зала, но и привлекает внимание своим объемно-планировочным решением. В достаточной степени обеспечен отражениями зрительный зал театра оперы и балета в Красноярске, по форме плана близкий к эллипсу. Форма его потолка также раскрыта на слушателей. Даже не вдаваясь в глубокий анализ и подсчет залов с раскрытыми на зал стенами, можно заметить, что относительно стен этот прием распространен гораздо шире, чем в отношении потолка. Хотя известны примеры, когда основная масса стен в плане параллельна основной оси симметрии зала, как в театре юного зрителя в Омске и в театре Навои. Но даже в таких случаях область стен рядом со сценой снабжена дополнительными отражающими поверхностями (театр юного зрителя в Омске (рис. 5) и драматический театр в Курске).

Рис.2

 

Неудовлетворительные акустические показатели были выявлены в залах с плоским потолком и низким порталом сцены (рис.2а). Зона АВС оказывается своеобразной ловушкой для значительной части, излучаемой источником звука энергии. Только зона DE дает полезные отражения, но они попадают лишь в удаленную часть зала ЕС. Предпочтительнее конструкции с рассеивающим потолком (рис.2б), акустической раковиной и козырьком (рис.2в).

Примером неудачного акустического решения может служить Большой зал Центрального театра Российской армии (ЦТРА). Основные недостатки зала: большая ширина, равная в середине зала 42 м, и чрезмерно высокий потолок – у портала 18 м над планшетом сцены (рис.7). Отражения от боковых стен не приходят в центральную часть зала, а первые отражения от потолка поступают в середину партера с запаздыванием более 35 м/с. В результате разборчивость речи в партере низкая, несмотря на близость актеров к публике. Форма задней стены зала и парапета балкона является частью окружности, центр которой расположен на авансцене в точке О. Звуки, отраженные от задней стены и парапета балкона, возвращаются в эту же точку, запаздывание превышает 50 м/с, и как вывод – сильное эхо. При перемещении актера в точку S сопряженные фокусы S' и S" смещаются в партер. В результате эхо возникает в первых рядах партера.

Рис.7

 

К достижениям отечественной архитектурной акустики следует отнести зрительные залы Детского музыкального театра, Театра им. Евгения Вахтангова. При их проектировании и строительстве были учтены все положения и рекомендации отечественных и зарубежных акустиков. Также удачно решен зал Московского художественного театра им. М.Горького. Потолок высокого портала сцены делится на 2 плоскости, одна из которых расположена непосредственно над сценой, вторая примыкает к ней и расположена под еще более крутым углом. Потолок решен дробно, что позволяет первичным отражениям попадать даже в самые отдаленные участки зала, например, на последний, третий ряд балконов. Кроме того, следует отметить отделку зала, которая выполнена из ясеня.

В этих залах соблюдены требования геометрической акустики: рационально выбраны форма и размеры, что обеспечило высокую степень диффузности поля и оптимизацию времен запаздывания начальных отражений. В каждом конкретном случае выбраны свои архитектурно-планировочные решения.

Геометрическая теория более применима к анализу акустических процессов в помещениях больших размеров – концертных и театральных залах, крупных студиях. Оптимальные размеры зала (студии) определяют на основе анализа начальных отражений. При проектировании больших помещений расчет времени реверберации может дать результат, значительно отличающийся от реального, и главное – эта величина не позволяет полностью оценить акустическое качество помещения. В такой оценке главную роль играют начальные отражения. Правильное временное соотношение начальных отражений обеспечивает высокое качество звучания даже тогда, когда время реверберации отличается от оптимального.

Таким образом, минимальные размеры помещения для воспроизведения музыки (высота и ширина) не связаны с его вместимостью, а определяются необходимой структурой начальных отражений. Даже если помещение предназначено для исполнения музыки в отсутствии слушателей (студии звукозаписи или звукового вещания, ателье записи музыки, зал прослушивания киностудии) его размеры должны определяться только качеством звучания музыки. "Экономить" на этих размерах – значительно ухудшать качество звучания. Но увеличивать высоту и ширину зала в некоторой мере можно лишь на расстоянии от портала сцены (эстрады), превышающем примерно 1/4 - 1/3 общей длины зала: высоту до 10,5 м, ширину до 30 м. Длину зала выбирают, учитывая необходимость получать на самых удаленных зрительных местах достаточную энергию прямого звука. Исходя из этого обстоятельства, рекомендуют выбирать длину зала по партеру не более 40 м, а по балкону – 46 м.

Большое значение имеет материал, которым отделаны стены и потолок. Наилучшим является дерево. Звучание музыки в залах, отделанных деревом, отличается красивой тембральной окраской. Наоборот, совершенно противопоказаны железобетонные конструкции, особенно тонкие, и штукатурка по сетке рабитца. Звуки, отраженные от этих поверхностей, обладают неприятным "металлическим" оттенком. Что же касается конкретно нашей страны – большой вред качеству театральных и концертных залов принесла "борьба с архитектурными излишествами". "Излишествами" были объявлены все звукорассеивающие и звукопоглощающие конструкции и даже мягкая обивка кресел, призванная служить эквивалентом отсутствующих зрителей. В результате – на местах слушателей плохая структура начальных отражений, невысокая диффузность, а при частичном заполнении – чрезмерная "гулкость".

Было бы очень интересно и важно объединить положения акустических теорий, создать единую теорию, объясняющую с общих позиций сложные акустические процессы, протекающие в помещениях разного назначения, разной формы и разных размеров. Но пока это не достигнуто – остается сознательно использовать существующие теории и добиваться с их помощью наилучших решений.

 


Библиография

  1. Йордан В. Л. «Акустическое проектирование концертных залов и театров». – Москва: Стройиздат, 1985.
  2. Ковригин С. Д. «Архитектурно-строительная акустика». – Москва: «Высшая школа», 1980
  3. Макриненко Л. И. «Акустика помещений общественных зданий». – Москва: Стройиздат, 1986
  4. Рейхардт В. «Акустика общественных зданий». – Москва: Стройиздат, 1984
  5. Хриптунов Ю.Д., Гнедовский Ю.П., Гнедовский С.В., Лазарев В.В., Матвеева Н.Я., Окунева Э.И. «Архитектура советского театра». – Москва: Стройиздат, 1986
  6. «Архитектурная физика». Под ред. акад. Международной Академии наук высшей школы, чл.-корр. Международной Академии архитектуры, д-ра техн. наук, проф. Н. В. Оболенского. – Москва: «Архитектура-С», 2005.


ISSN 1990-4126  Регистрация СМИ эл. № ФС 77-70832 от 30.08.2017 © УрГАХУ, 2004-2017  © Архитектон, 2004-2017