Обеспечение оптимальных акустических характеристик

Основным этапом проектирования является подбор фонда звукопоглощения помещения, который обеспечивал бы требуемые значения времени реверберации при оптимальной структуре ранних звуковых отражений. Подобные расчеты обычно производятся по формуле Эйринга. Исходными данными для их проведения являются объем помещения, общая площадь его внутренних поверхностей и требуемый оптимум реверберации. Расчеты проводят для отдельных октавных полос, используя обычно частотный диапазон от 125 до 4000 Гц. В справочных руководствах приводятся значения КЗП различных звукопоглощающих материалов и конструкций, а также данные о звукопоглощении исполнителей, кресел и других предметов.

Прежде всего, необходимо отобрать те звукопоглощающие материалы и конструкции, которые будут намечены к использованию в проектируемой студии. Эта задача является наиболее сложной и ответственной, так как при этом приходится учитывать одновременно целый ряд факторов: стоимость материалов, их внешний вид, возможность поставки, требования пожарной безопасности и т.п. На этой же предварительной стадии следует решить вопрос и о способе монтажа материалов на поверхностях студии. Дело в том, что значения КЗП материалов зависят от способа их крепления. Например, наличие воздушного относа между задней поверхностью звукопоглощающей плитки и плоскостью стены (при креплении плитки по несущему каркасу) приводит к увеличению КЗП в низкочастотной области. Игнорирование этого факта при акустическом проектировании может привести к существенному "переглушению" студии на низких частотах, причем исправление этого дефекта в построенной студии обычно весьма сложно и требует больших дополнительных затрат. Помимо этого, следует принимать во внимание и ряд дополнительных чисто акустических требований. В частности, для музыкальных студий оказывается полезным размещать на потолке достаточно большое количество звукорассеивающих конструкций, в дикторских студиях следует избегать поступления первых интенсивных отражений в область размещения дикторского стола. Некоторые эти вопросы ниже рассмотрены подробнее.

После решения указанных проблем приступают к непосредственным расчетам. Суть их сводится к тому, чтобы путем варьирования площадей занимаемых выбранными материалами подобрать такой общий фонд звукопоглощения студии, при котором в ней будет обеспечен оптимум реверберации. В настоящее время подобные расчеты повсеместно производятся на ЭВМ по специально разработанным программам, позволяющим найти оптимальное решение. При расчете, как показывает опыт, обычно необходимо учитывать некоторые поправочные параметры, к которым относится так называемый коэффициент добавочного звукопоглощения. Этот коэффициент учитывает добавочное поглощение, обусловленное наличием осветительной арматуры, щелей и ряда других факторов. Его значения были определены на основании исследования большого числа студий разного назначения. После завершения расчетов приступают к заключительному этапу, на котором подготавливаются необходимые чертежи для проведения строительных работ.

Типовые акустические решения студий различного назначения

Указанные выше основные принципы защиты помещений от проникающих звуковых помех в целом являются общими для всех типов студий и аппаратных. По иному обстоит дело с проектированием акустических облицовок на внутренних поверхностях, требования к которым для различных типов студий существенно отличаются. Ниже кратко будут рассмотрены эти требования дифференцированно по отдельным типам помещений.

Телевизионные студии

Для указанных выше ТВ студий устанавливаются следующие значения оптимума реверберации: студии С-450-600 - Т = 0,8-1,1 с; С-300 - Т = 0,75-0,85 с; С-150 - Т = 0.6-0,7 с и С-60-80 Т = 0,3-0,4 с. Форма частотной характеристики времени реверберации должна быть строго горизонтальной. При этом в ТВ студиях площадью 150 кв. м и более является допустимым (но не обязательным) спад времени реверберации в области низких частот (в октавной полосе 125Гц) до 20-25% относительно указанных выше средних значений.

Из всех типов студийных помещений проектирование ТВ студий является наиболее простым. Это связано с тем, что в них достаточно разместить на стенах и потолке плоские звукопоглощающие облицовки, обеспечивающие оптимум реверберации. Однако их размещение должно быть выбрано обоснованно и разумно. Часто встречается ошибка, при которой все поверхности стен и потолка облицовываются одинаковым звукопоглощающим материалом. При таком подходе качество звучания в студии оказывается неудовлетворительным. Связано это с тем, что при этом невозможно обеспечить во всем частотном диапазоне оптимум реверберации. При использовании пористого звукопоглощающего материала (например, плит АКМИГРАН) студия оказывается переглушенной в области высоких частот, а при выборе резонансного звукопоглотителя (например, плит ППГЗ) - переглушенной в области средних частот. Кроме того, при размещении на всех поверхностях одинакового звукопоглотителя степень равномерности звукового поля (так называемая диффузность поля) оказывается явно неудовлетворительной. Надо отметить, что в студийной акустике в большинстве случаев следует избегать размещения одинаковых звукопоглощающих материалов крупными фрагментами на большой площади стен или потолка.

В последние годы в отечественной практике наибольшее распространение получило практически единственное акустическое решение ТВ студий. Отчасти такое единообразие является вынужденным и связано с крайне бедным ассортиментом звукопоглощающих материалов, выпускаемых отечественной промышленностью. Сейчас он еще более сузился, и типы пригодных для использования звукопоглощающих плиток можно буквально пересчитать по пальцам одной руки. Кроме того, в ТВ студиях требования пожарной безопасности являются весьма жесткими, что еще более суживает возможность выбора материалов для акустических облицовок.

Итак, данное акустическое решение заключается в следующем. На стенах и потолке студии монтируется несущий каркас (обычно из деревянного бруса, пропитанного антипренами в целях пожарной безопасности). Глубина каркаса определяется акустическим расчетом и составляет от 50 до 100 мм. Из экономических соображений с целью снижения расхода материала стараются, при возможности, ограничиться глубиной каркаса в 50мм. В нижней части стен на высоту порядка 1-1,5 м к каркасу прикрепляется так называемая технологическая панель. Она может быть выполнена из любого прочного гладкого и негорючего панельного материала толщиной до 20 мм, например, асбоцементных листов. Промежуток за панелью часто используется для прокладки кабелей (от этого и происходит ее название). Выше данной панели на всей площади стен, а также на потолке к каркасу прикрепляются гладкие листы сухой гипсовой штукатурки (СГШ) и плиты марки ППГЗ (плиты перфорированные гипсокартонные звукопоглощающие). Плиты ППГЗ представляют собой перфорированную гипсовую панель, подклеенную с тыльной стороны слоем ткани. Ранее эти плиты выпускались в двух типоразмерах 500х500 мм и 600х600 мм. Сейчас в производстве остались только плиты второго вида. Плиты ППГЗ и вырезаемые по месту листы СГШ крепятся к каркасу в чередующемся порядке (в шахматном или в виде смежных полос шириной 600-1200 мм). Последнее необходимо для обеспечения достаточно высокой диффузности звукового поля. Согласно требованиям расчета в отдельных местах в ячейки каркаса за плитами ППГЗ или листами СГШ может предварительно закладываться пористый заполнитель из минерало-ватных плит с объемным весом до 125 кг/м3. Технологическая панель, плиты ППГЗ и листы СГШ при необходимости могут быть окрашены в любой цвет.

Такова в общем виде суть наиболее распространенного решения ТВ студий. В лаборатории акустики ВНИИТР разработаны соответствующие ему типовые решения для ТВ студий всех типов. Многолетний опыт показывает, что при его реализации удается достаточно просто обеспечить оптимум реверберации. Жалоб на качество звучания со стороны звукорежиссеров при проведении речевых передач не возникает. Следует отметить, что при подобном решении единственным специальным акустическим материалом являются плиты ППГЗ, а это в настоящее время самый дешевый звукопоглощающий материал (1000 руб. +20% НДС за 1 кв. м по данным на сентябрь 1993г.).

Дело обстоит не столь однозначно, когда речь идет о размещении ТВ студии в уже существующем помещении, которое первоначально строилось для совсем других целей. Здесь часто бывают оправданными отступления от указанного типового подхода, и конкретное решение выбирается с учетом индивидуальных особенностей отведенного под студию помещения.

Музыкальные студии

Приведенную выше классификацию музыкальных студий нужно рассматривать с учетом реальной сложившейся в настоящее время в России ситуации. Сейчас капитальное строительство новых аппаратно-студийных комплексов практически полностью прекращено. Строительные работы ведутся лишь на тех объектах, которые были начаты несколько лет назад (Курган, Новгород, Архангельск). Кроме того, в целом ряде городов ведутся или планируются работы по размещению аппаратно-студийных комплексов в приспособленных помещениях (бывшие дома политического просвещения, административные здания и т.п.). Частные студии звукозаписи также в подавляющем большинстве ориентируются на размещение студий в приспособленных помещениях. Во всех этих случаях в настоящее время не идет речь о строительстве или проектировании крупных музыкальных студий площадью более 150 кв. м. Поэтому в данном разделе мы остановимся лишь на вопросах акустики музыкальных студий меньшей площади.

Попадающая под действие современной классификации камерная студия С-150 должна иметь Т = 0,9-1,1 с при строго горизонтальной форме частотной характеристики времени реверберации. Отметим, что последнее требование справедливо для всех музыкальных студий. Достаточно часто сооружаются музыкальные студии меньшей площади С-120, С-100 и т.п. Во всех случаях сооружение музыкальных студий площадью менее 60-70 кв. м является нежелательным. В одном из старых типовых проектов радиодомов были предусмотрены "камерные" студии площадью 46 кв. м. Однако, реально для записи камерных музыкальных программ они никогда не использовались и применялись, в основном, для речевых передач. С уменьшением размера студии ее оптимум реверберации должен иметь тенденцию к снижению. Так для студий С-100 обычно рекомендуют Т = 0,8-0,9 c, а для С-70 Т = 0,6-0,7 с.

Все указанные требования относятся к традиционным музыкальным студиям, ориентированным на режим так называемой "естественной акустики". В тоже время достаточно давно наметилась тенденция создания сильно заглушенных студий с "мертвой акустикой". Такие студии независимо от их размеров (они редко сооружаются с площадью более 100 кв. м) обычно проектируются на время реверберации от 0,35 до 0,55 с. Частотная характеристика времени реверберации здесь также должна быть строго горизонтальной.

При проектировании музыкальных студий нежелательно использовать типичные для ТВ студий плоские облицовки. Здесь необходимо применять достаточное количество звукорассеивающих конструкций, чередуя их со звукопоглощающими материалами. Проведенные исследования показывают, что большее количество звукорассеивающих конструкций должно размещаться на потолке студии. Хорошо зарекомендовали себя на практике конструкции в форме призм и пирамид, которые изготовляются в виде отдельных объемных модулей, крепящихся затем к потолку. При выборе данных конструкций следует учитывать их диаграммы рассеяния звука на разных участках звукового диапазона. Расчет подобных диаграмм встречает серьезные математические сложности. Приходится ориентироваться на экспериментальные данные, полученные, в основном, методом масштабного моделирования. Обычно звукорассеивающие конструкции изготавливаются в виде деревянного каркаса, который обшивается фанерными листами. Известны также примеры, когда их удавалось делать из гипса при использовании армирования и специальных отливочных форм.

В отечественной практике при проектировании музыкальных студий часто совсем отказываются от применения промышленных звукопоглощающих плит. Это связано как с их ограниченным ассортиментом, так и с недостаточно хорошим внешним видом, что весьма важно для музыкальных студий. При этом на стенах в ячейки несущего деревянного каркаса закладываются обернутые стеклотканью минерало-ватные плиты, а затем обращенная к студии их поверхность закрывается декоративным акустически прозрачным покрытием. В качестве последнего часто используются деревянные рейки. Такие весьма эффективно поглощающие звук конструкции выполняются в виде чередующихся фрагментов, а в промежутках между ними устанавливают звукорассеивающие элементы в виде членений разного профиля (пилообразного, треугольного и т.п.). Конструктивно эти элементы часто изготавливают из деревоплиты. При наличии соответствующих требований по технологии звукозаписи углы студии скашивают, размещая в них звукоизолированные кабины для ударной установки и отдельных исполнителей.

Завершая краткое рассмотрение акустического решения музыкальных студий, отметим, что в зарубежной практике находят широкое распространение высокоэффективные звукорассеивающие конструкции типа так называемых диффузоров Шредера. В своем классическом виде они представляют собой набор параллельных канавок (щелей), разделенных ребрами. Канавки имеют различную глубину, причем при переходе от одной канавки к другой она меняется по закону числовой последовательности с хорошими корреляционными свойствами. Подобные конструкции различного типа выпускаются американской фирмой RPG Diffusor Systems Inc., отметившей в этом году 10-летие своей деятельности.

Речевые студии

К речевым помещениям относятся литературно-драматические и дикторские студии. Первые из них, часто объединяемые в литературно-драматические блоки, имеются в составе радиодомов Москвы, Ст-Петербурга, ряда крупных региональных центров (например, Хабаровск) и в большинстве столиц республик бывшего СССР. Строительство новых подобных студий в настоящее время не планируется и по этой причине вопросы их акустики здесь рассматриваться не будут. Отметим только, что акустические решения помещений литературно-драматических блоков достаточно хорошо отработаны и имеются типовые, хорошо зарекомендовавшие себя на практике решения.

Более актуальной является проблема сооружения дикторских студий, являющихся самыми распространенными из студийных помещений. Для дикторских студий С-24-36 установлен оптимум реверберации Т = 0,3-0,4 с. Форма частотной характеристики времени реверберации также должна быть горизонтальной. При проектировании подобных студий следует тщательно подходить к выбору их габаритных размеров, так как соотношение длина/высота:ширина/высота:1 влияет на распределение спектра собственных частот помещения. В сравнительно небольших помещениях, к которым относятся и дикторские студии, данный спектр на низких частотах является существенно дискретным и в области до 150-200 Гц интервалы между смежными собственными частотами могут достигать нескольких герц.

При упомянутом соотношении 1:1:1 (кубическое помещение) спектр собственных частот является наиболее неравномерным, что приводит к специфическим тембральным искажениям, часто характеризующимся звукорежиссерами как бубнящее звучание. Также явно неудачным является квадратное в плане помещение. В нормативных документах на основе старой публикации Лаудена рекомендуется соотношение 1,9:1,6:1. Однако далеко не во всех случаях оно может быть применено. Поэтому перед началом проектирования дикторской студии следует уточнить ее габариты. Это можно сделать, вычислив спектр собственных частот по достаточно элементарной программе, либо обратившись к справочным данным. В частности, в работе "Об оптимальном выборе размеров речевых студий" приведены многочисленные таблицы, на основании которых можно подобрать наилучшее соотношение размеров для всех реально встречающихся на практике дикторских студий. После уточнения размеров будущей студии приступают к выбору ее акустического решения. В отечественной практике наиболее широко применяются два подхода.

Первый из них часто называется вариант "в дереве". Суть его сводится к следующему. На стенах и потолке монтируется каркас из деревянного бруса сечением 50 х 50 мм. В нижней части стен на высоту порядка 800 мм к каркасу крепится технологическая панель из деревоплиты. В остальные ячейки каркаса на стенах и потолке закладываются минерало-ватные плиты и поверх них делается прослойка из стеклоткани. Затем на потолке к ячейкам каркаса прикрепляются в шахматном порядке листы гладкой и перфорированной фанеры. Как правило, применяют листы размером 500 х 500 мм или 600 х 600 мм. Часто приемлемой здесь оказывается перфорация диаметром 10 мм при шаге в осях между отверстиями в 20 мм. На стенах (выше технологической панели) к каркасу в шахматном порядке или чаще в виде чередующихся полос шириной 500-600 мм прикрепляют листы гладкой фанеры и декоративное покрытие из деревянных реек. Обычно используют рейки сечением 20 х 20 мм при расстоянии между смежными рейками в 20-30 мм. Для удовлетворения требованиям пожарной безопасности рейки и деревоплиту надо пропитать антипренами, а фанеру окрасить (с тыльной стороны) огнезащитной краской.

Второй вариант, называемый "в гипсе" достаточно сходен с первым. Отличие состоит в том, что вместо фанеры используются листы СГШ, а вместо перфорированной фанеры - плиты ППГЗ. Часть плит ППГЗ при этом также размещается и на стенах студии. Конкретные детали размещения облицовок, соотношение их площадей определяются акустическим расчетом, проведение которого обязательно для каждой проектируемой студии. Многолетний опыт показывает, что при тщательном проектировании оба этих варианта обеспечивают вполне удовлетворительное качество звучания речи дикторов.

В настоящее время в эксплуатации находится достаточно много дикторских студий старой постройки, имеющих площадь всего 12-16 кв. м и даже менее. Часто приходится также сталкиваться с заказчиками, предлагающими спроектировать дикторскую студию в столь малых помещениях. Здесь возникает ряд проблем, связанных в первую очередь с тем, что упомянутый спектр собственных частот тем более дискретен, чем меньше размеры помещения. Поэтому искажения типа "бубнящее звучание" проявляются в подобных малых студиях весьма часто и достаточно отчетливо. При заниженных размерах дикторских студий рекомендуется уменьшать оптимум реверберации до величины 0.2-0.35 с. Однако далеко не во всех случаях это позволяет избавиться от бубнящего характера звучания. Известны некоторые методы, позволяющие если не исключить полностью, то по крайней мере ослабить подобные тембральные искажения, однако всегда (если есть такая возможность) следует стремиться размещать дикторские студии в помещениях площадью не менее 20 кв.м.

Аппаратные

К акустике аппаратных (в первую очередь это относится к аппаратным музыкальных студий) предъявляются не менее жесткие требования, чем к самим студиям. Наиболее распространенный в отечественной практике принцип равномерного размещения звукопоглощающих материалов с разной частотной зависимостью КЗП на поверхностях аппаратной сейчас является явно устаревшим. В зарубежной практике сложились два подхода к акустическому решению аппаратных. Первый из них это принцип LEDE (живая-мертвая зоны помещения). Он исходит из оптимума реверберации в 0,25-0,4 с при размещении эффективных звукопоглотителей в передней зоне помещения, где установлены контрольные агрегаты, и звукорассеивающих конструкций на задней стене. Второй - это принцип "мертвой акустики". Здесь применяется размещение очень эффективных звукопоглотителей на всех поверхностях помещения и время реверберации снижается до величины 0,2-0,25 с во всем диапазоне частот. Детальный анализ этих методов требует специального рассмотрения и ему планируется посвятить отдельную публикацию. Отметим только, что принцип LEDE является более распространенным и, по мнению автора, ему следует отдать предпочтение при создании аппаратных.

Приложение

В России имеются три группы, занимающиеся профессионально научно-исследовательской работой в области архитектурной акустики, а именно: сектор архитектурной акустики научно-исследовательского кино-фото института (НИКФИ), лаборатория акустики залов НИИ строительной физики (НИИСФ) и лаборатория акустики ВНИИ телевидения и радиовещания (ВНИИТР). Все эти лаборатории располагают высококвалифицированными кадрами, современной аппаратурой, компьютерными методами проектирования и имеют многолетний опыт практической деятельности. Все они могут провести акустическое проектирование и настройку любых типов помещений. В то же время существует и некоторая специализация, исторически связанная с ведомственным подчинением этих лабораторий. Для НИКФИ это залы кинотеатров, все типы помещений киностудий, студии звукозаписи; для НИИСФ - театрально-концертные и многоцелевые залы; для ВНИИТР - радиовещательные и ТВ студии. Контактные телефоны (все в Москве): НИКФИ -1 586163, зав.сектором Юрий Индлин; НИИСФ - 4822150, зав.лаб. Леонид Макриненко; ВНИИТР - 1929011, зав. лаб. Михаил Ланэ.

Что касается зарубежных организаций ведущих акустическое проектирование, то их очень много. Только в США и Канаде специализирующихся на студийной акустике фирм около 30. Заинтересованный читатель может найти их перечень с адресами и телефонами в номере 8 журнала MIX за 1993 г.

Литература

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: