Архитектурная акустика: понятие, основные направления и область применения

Архитектурная акустика— раздел акустики, рассматривающий звуковые процессы в помещении. Основные вопросы, изучаемые архитектурной акустикой: физические характеристики звукового поля, образуемого в замкнутых объемах; влияние размеров помещения и его формы на акустические параметры и связь между ними; акустические свойства материалов и конструкций, влияние их месторасположения в помещении на характеристики звукового поля в нем; критерии качества акустических свойств помещения и их оптимальные величины для помещений различного назначения. Практические задачи архитектурной акустики— обеспечение оптимальных акустических условий в помещениях различного назначения в стадии их проектирования, оценка акустических условий в готовом помещении и методы исправления акустических дефектов.

Архитектурная акустика развивается в двух основных направлениях: волновая акустика, строго изучающая физические процессы в замкнутом объеме с учетом волновой природы звука; геометрическая и статистическая акустика, основанная на ряде допущений и рассматривающая звуковое поле в помещении как результат последовательного прихода в любую его точку многократных отражении звука. Волновая акустика рассматривает сложные звуковые процессы в помещении в виде строгой задачи о собственных и вынужденных колебаниях воздуха в замкнутом объеме с заданными граничными условиями. Решение большинства инженерных задач основано на выводах геометрической и статистической акустики. Несмотря на ряд существенных упрощений при рассмотрении физических явлений, в этом разделе теории разработан метод анализа звукового поля и выведены удобные формулы, достаточно точные для решения практических задач.

Геометрическая акустика оперирует понятием звукового луча — линии, под которой подразумевается направление распространения звуковой энергии. Пользуясь законами оптики, геометрическая акустика позволяет построить на чертежах помещения схему распространения звуковых лучей от источника и после отражений от различных поверхностей, дать анализ формирования звукового поля, определить фокусирующие и звукорассеивающие свойства поверхностей, исследовать возможность возникновения эха и влияние формы помещения на распределение в нем отраженной звуковой энергии.

Статистическая акустика пользуется методом среднестатистического подсчета отраженной звуковой энергии в любой точке объема помещения. В основе такого метода лежит допущение, что звуковая энергия распространяется лучами; строгий учет волновых явлений отсутствует. Принимается, что в любой момент времени звуковая энергия распределяется по всему помещению диффузно и любое возможное направление распространения отраженной энергии равновероятно. В статистической акустике введены сравнительно простые понятия средней длины пробега звуковой волны и среднего коэффициента поглощения; выведен основной закон затухания звуковой энергии в помещении. На основании этого закона получен ряд формул, связывающих акустические и геометрические параметры помещения.

Теория архитектурной акустики развивается, используя экспериментальные исследования. Бурный прогресс в области электроники предопределил появление весьма точной измерительной аппаратуры, что дало возможность создать надежную экспериментальную базу для проведения качественных и количественных исследований в области архитектурной акустики. Современная архитектурная акустика располагает необходимыми методами в аппаратурой для глубоких исследований всех основных акустических характеристик звукового поля в помещении: времени реверберации и его частотной зависимости; структуры отражений звука, последовательно приходящих в заданную точку помещения; степени диффузности звукового поля, критериев, характеризующих разборчивость речи в помещениях, и др. Кроме того, исследуется влияние на акустические характеристики помещения его геометрической формы и звукопоглощающих свойств материалов и конструкций и их расположения.

Один из зффективных методов исследований в архитектурной акустике - изучение акустических свойств помещений на его модели при помощи ультразвука. Получение всех акустических характеристик помещения на его модели, уменьшенной в несколько десятков раз, позволяет согласовать архитектурную часть проекта с акустической в лабораторных условиях. Этот метод особенно эффективен при проектировании помещений сложной формы или уникального типа. Успехи теории и широкие возможности экспериментальных работ приведи к тому, что архитектурная акустика стала не только областью науки, но и точной отраслью строительной техники. Строительное проектирование любого помещения зрелищного типа — аудитории, радио-, кино- или телевизионной студии невозможно без органичной увязки вопросов архитектуры и акустики. Обеспечение необходимых акустических требований стало обязательной составной частью проектов таких помещений. Строительство крупных залов многоцелевого назначения, вмещающих большое количество зрителей, оказало влияние на дальнейшее развитие вопросов архитектурной акустики. Широкое проведение экспериментальных работ и, в частности, применение метода ультразвукового моделирования в сочетании с теоретическими расчетами позволило, например, построить в Москве зал кинотеатра «Россия» на 3000 мест, зал Дворца съездов на 6000 мест и другие помещения с высокими акустическими качествами.

Архитектурная акустика стала шире применяться при проектировании вокзалов и аэропортов, больших магазинов и ресторанов, производственных цехов и других помещений, в которых работают шумные агрегаты и машины или присутствует много людей. Методы архитектурной акустики позволяют в ряде случаев обеспечить такие архитектурно-конструктивные решения помещений, при которых уровень шума значительмо снижается. В производственных цехах снижение шума приводит к созданию благоприятных условий для производительного труда. В гражданских зданиях указанных видов архитектурно-акустическая обработка помещений обеспечивает комфортабельные акустические условия, необходимые для деятельности человека и его отдыха.

Источник: "Энциклопедия современной техники. Строительство." М., 1964

изображение - Амфитеатр