Приложение М. Расчет реверберации в помещениях храмов

Приложение М

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

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 расстановки	Частота, Гц
	125	250	500	1000	2000	4000
6 м2/чел 3      " 1      " 0,5   " 0,25 "	0,15 0,13 0,11 0,1 0,07	0,23 0,21 0,2 0,18 0,16	0,61 0,48 0,32 0,28 0,26	0,97 0,81 0,66 0,59 0,45	1,1 0,96 0,81 0,65 0,54	1,1 1,0 0,89 0,72 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%.

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:

                         2

                        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.