Расчет реверберации в помещениях храмов

Акустическое проектирование должно быть ориентировано на оптимизацию времени реверберации, определяющего гулкость звучания храмовых помещений, методика которого разработана институтом НИИСФ.

Время реверберации Т, с, рекомендуется рассчитывать по формуле Эйринга:

0,163V

Т = ───────────────────,

_

S фи(альфа) + nV

общ

где

V - общий воздушный объем помещения, м3;

S - общая площадь внутренних ограждений, м2;

общ _ _ _

фи(альфа) = ln(1 - альфа), альфа - средний коэффициент

звукопоглощения (КЗП) помещения,

определяемый в диапазоне 125 -

4000 Гц,

n - коэффициент, учитывающий поглощение звука в воздухе помещения

(обычно вводится в расчет только для частот 2000 и 4000 Гц). КЗП

в каждом диапазоне частот определяется по формуле

"Формулы М.2, М.3"

КЗП строительных материалов и конструкций приведен в ряде пособий и руководств (7, 8). Данные о звукопоглощении людьми, стоящими на отражающем полу, и добавочном КЗП церковных помещений приведены в таблицах M.1 и М.2.

Таблица M.1. Звукопоглощение стоящими людьми (без верхней одежды), м2

┌────────────────┬──────────────────────────────────────────────────────┐

│Плотность │ Частота, Гц │

│расстановки │ │

│ ├────────┬─────────┬────────┬────────┬────────┬────────┤

│ │125 │250 │500 │1000 │2000 │4000 │

├────────────────┼────────┼─────────┼────────┼────────┼────────┼────────┤

│6 м2/чел │0,15 │0,23 │0,61 │0,97 │1,1 │1,1 │

│ │ │ │ │ │ │ │

│3 " │0,13 │0,21 │0,48 │0,81 │0,96 │1,0 │

│ │ │ │ │ │ │ │

│1 " │0,11 │0,2 │0,32 │0,66 │0,81 │0,89 │

│ │ │ │ │ │ │ │

│0,5 " │0,1 │0,18 │0,28 │0,59 │0,65 │0,72 │

│ │ │ │ │ │ │ │

│0,25 " │0,07 │0,16 │0,26 │0,45 │0,54 │0,6 │

└────────────────┴────────┴─────────┴────────┴────────┴────────┴────────┘

Таблица М.2. Средние значения добавочного звукопоглощения (альфа_доб) в храмах

┌────────────────┬────────┬────────┬────────┬─────────┬────────┬────────┐

│Частота, Гц │125 │250 │500 │1000 │2000 │4000 │

├────────────────┼────────┼────────┼────────┼─────────┼────────┼────────┤

│альфа_доб │0,06 │0,06 │0,06 │0,06 │0,05 │0,05 │

├────────────────┴────────┴────────┴────────┴─────────┴────────┴────────┤

│ Примечание - В помещениях с обилием деревянных конструкций и гибких│

│элементов следует увеличить альфа_доб на 30% в диапазоне 125-250 Гц, а│

│при значительном количестве мелких членений, отверстий и тканевых│

│деталей интерьера - на 30% в диапазоне свыше 500 Гц. │

└───────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

На графике рисунка M.1 приведена зависимость оптимумов времени реверберации от объема помещений в диапазоне 500-2000 Гц. Учитывая, что время реверберации зависит от степени заполнения храмов прихожанами, оптимальные значения времени реверберации должны укладываться в границах, верхний предел которых соответствует заполнению 6 м2/чел., а нижний - 0,25 м2/чел. На частотах 125-250 Гц допускается подъем времени реверберации на 25-30%, а на частоте 4000 Гц - снижение на 15-20%.

"Рисунок M.1 "Рекомендуемое время реверберации на средних частотах для храмовых помещений"

В случае если расчет времени реверберации по формулам (M.1)-(М.3) покажет значения, выходящие из рекомендуемых по рисунку M.1, то следует провести корректировку объемно-планировочного решения и материалов отделки интерьеров проектируемого храма.

При избыточных значениях времени реверберации (при недостаточности общего фонда звукопоглощения) следует, во-первых, уменьшить воздушный объем помещения при неизменности площади пола основного и боковых нефов и, во-вторых, увеличить звукопоглощающие свойства материалов отделки интерьеров. Если проведенный контрольный расчет времени реверберации по-прежнему покажет избыточные значения времени реверберации, то следует принять дополнительные меры к увеличению фонда звукопоглощения храма. При значительном превалировании времени реверберации в диапазоне низких частот можно использовать "голосники", выполненные по современной строительной технологии, методы расчета которых приведены в издании (9). В диапазоне средних и высоких частот для увеличения звукопоглощения рекомендуется использовать тканевые элементы убранства храма. Их общее количество определяется акустическим расчетом.

При недостаточности времени реверберации храма следует принять меры к увеличению его общего воздушного объема и к уменьшению фонда звукопоглощения в убранстве храма.

При выборе объемно-планировочных решений храмов кривизну куполов и сводов следует выбирать так, чтобы их центры размещались значительно выше отметки пола (не ниже уровня +3,0 м по отношению к уровню пола алтаря и солеи).

В храмах с делением на средний и боковые нефы или трапезную часть, особенно при высоком центральном куполе, статистический метод расчета времени реверберации неприменим.

Расчет процесса реверберации следует начинать с определения среднего КЗП каждого i-го объема в диапазоне частот 125-4000 Гц (альфа_i), на основании которого рассчитывается его фонд звукопоглощения:

A = альфа S (S - общая площадь ограждений каждого объема)

i i i общ i общ

Далее рассчитываются площади воздушных проемов между соседними объемами и их коэффициенты акустической связи, равные:

S

i,i+1

K = ─────────────────────────────,

i,i+1 _ _

(альфа S')(альфа +1 S' + 1)

i i i i

где

S - площадь проема между соседними объемами Vi и Vi+1;

i,i+1

S' = S - S.

i общ i общ i,i+1

S' = S - S;

i+1 общ i+1 общ i,i+1

При коэффициенте акустической связи К >= 1 расчеты времени реверберации связанных объемов производятся как для единого акустического объема по вышеприведенной методике. При К < 1 производится детальный акустический анализ с рассмотрением соотношения площадей проемов к общей площади граничных ограждений, соотношения величин воздушных объемов и их фондов звукопоглощения. При этом существуют следующие предельные случаи:

1. При соотношении соседних объемов V_i >> V_i+1 их время реверберации рассчитывается по объему V_i с введением в расчет КЗП проема S_i,i+1 равного 0,1-0,3, в зависимости от величины A_i+1.

2. При значениях V_i и V_i+1 одного порядка, но при значительной разнице их фондов звукопоглощения (например, A_i+1 >> А_i), расчет времени реверберации в объеме V_i производится по вышеприведенной стандартной методике с введением КЗП проема S_i,i+1, равного 0,3 в широком диапазоне частот.

3. Стандартная методика расчета времени реверберации используется также в случае близких значений величин воздушных объемов и фондов звукопоглощения соседних помещений, но при малой величине площади проемов между ними по отношению к общей площади граничных ограждений. В этом случае расчет времени реверберации для каждого объема производится изолированно с введением в расчет КЗП проема Si,i+1, равного 0,2-0,3, в зависимости от величины их фондов звукопоглощения.

В остальных случаях процесс послезвучания в каждом связанном объеме рассчитывается численно, так как его огибающая не может быть объяснена одной кривой, по следующей формуле:

дельта дельта

i i+1

L (t) = 10 lg {e t+ К e t}. (М.5)

i i,i+1

где

L (t) - уровень звука в процессе реверберации объема V при

i

i коэффициенте акустической связи его с соседним объемом

V, равным К;

i+1 i,i+1

t - текущий момент реверберации;

_

дельта = 85(S' / V) ln(l - альфа)

i i i i

и

дельта = 85(S' / V) x ln (1 - альфа) -

i+1 i+1 i+1 i+1

- постоянные затухания звука в V и V.

i i+1

При возможности объяснения расчетного хода логарифмической кривой L_i(t) отдельными линейными участками уровнеграмм их следует, по возможности, проводить в диапазоне спадания уровня отзвука ДельтаL_i(t) не менее 15-20 дБ, и тогда в акустический анализ могут быть введены соответствующие этим участкам значения времени реверберации по следующей формуле:

-1

T = 60 (Дельта L / Дельта t), (М.6)

k ki ki

где

Т - время реверберации, соответствующее k-му участку

k линейно-ломаной аппроксимации уровнеграммы L_i(t);

Дельта L - величина этого участка, дБ;

ki

Дельта t - интервал времени этого участка, с.

ki

Определяющим для процесса слухового восприятия является так называемое начальное время реверберации, рассчитываемое по ходу кривой L_i(t) за первые 10-20 дБ реверберации.