Оптимизация перемещаемых акустических поверхностей

Автор: Хенрик Мёллер [Henrik Möller], Akukon Ltd, Хельсинки, Финляндия

Сегодня при строительстве практически любого помещения для проведения концертов или выступлений используются те или иные перемещаемые акустические поверхности. Они позволяют менять акустику помещения, делая зал акустически более комфортным для конференций или музыкальных концертов с использованием звукоусилителей, а также в большой степени позволяют оптимизировать характеристики зала для воспроизведения конкретной музыкальной программы. 

b585910ffd48d455a4cf3dc9795def76.JPG
Хенрик Мёллер [Henrik Möller]

Первоначально переменная акустика использовалась в основном в многофункциональных залах, как правило, это были перемещаемые поглощающие поверхности на боковых стенах: портьеры или элементы на шарнирах. В течение последних 20-30 лет более сложные схемы переменной акустики были использованы также и в специальных симфонических залах - наиболее показательны в этой связи разработанные компанией Artec залы с двойным объемом в Лахти и Люцерне. В течение последних 20 лет было построено несколько залов с переменным объемом (например, со смещающимся сводом). В настоящее время характерно использование «репетиционных» портьер в концертных залах. 

Что касается многофункциональных залов, использование перемещаемых акустических поверхностей эволюционировало из «примитивного» контроля над реверберацией в акустическую вариабельность. Данная работа рассматривает использование перемещаемых поверхностей с точки зрения мест их размещения и акустических характеристик этих поверхностей. Данные основаны частично на результатах измерений, проведенных автором работы в концертных залах Финляндии в 2000-2003 годах, совместно с измерениями, проведенными в залах, действующих в настоящее время.

1. Введение

Несмотря на то, что любое помещение для проведения концертов и выступлений (концертные залы, театры, оперные театры) всегда в определенном смысле «многофункционально», по-настоящему многофункциональные залы начали строить в 1930-х годах. Особенно возросло количество многофункциональных залов в 60-е и 70-е годы. Однако эти залы, как правило, считались «компромиссными залами» или, если выразиться точнее, залами с компромиссными акустическими характеристиками. Очевидным является то, что в этих залах использовались перемещаемые акустические поверхности, например, сценический занавес, но первые многофункциональные залы с подлинной переменной акустикой появились около 1980-х гг. В основном это были сочетания по типу театр/ концертный зал/ конференц-зал и т.д. В частности, компания Artec и Рассел Джонсон [Russell Johnson] начали внедрять идею, что даже для различных акустических представлений необходимы различные акустические характеристики зала. В частности, при разработке помещений с двойным объемом, таких как Центр симфонической музыки Мортона Мейерсона в Далласе, США и концертный зал «Сибелиус-Холл» в Лахти, Финляндия, была внедрена переменная акустика без ущерба для качественного звучания естественной музыки.

3185350f4454b0483e2a19e336a36730.png

В период с 1980 по 2000 годы в Финляндии было построено около 35 залов и примерно в половине из них были использованы собственно перемещаемые акустические поверхности (это не сценический занавес или сменные элементы сцены). Однако исследования этих залов показали, что по большей части эти поверхности не очень эффективны, в частности, на низких частотах. Прекрасно известно, что акустические требования для естстественной музыки без усилителей сильно отличаются от требований для музыки с звукоусилителями. Основная проблема при воспроизведении музыки с использованием усилителей в традиционных концертных залах, предназначенных для естественной музыки, заключается в недостаточном контроле звучания системы звукоусиления на низких частотах, ввиду более длительного времени реверберации на этих частотах и низкой направленности звуковых систем на этих частотах. Идеальное время реверберации при 125 Гц для зала объемом 10000 м3 (1000 мест) для воспроизведения музыки с усилителями составляет около 1,4 – 1,6 с [1], а рекомендуемое время реверберации для естественной музыки составляет 2.0 – 2.2 с [2]. Иными словами, очевидно, что эффективные многофункциональные залы должны обеспечивать переменную акустику не только на средних и высоких частотах, но и на низких частотах.

2. Материалы, обеспечивающие переменную акустику

2.1 Стекловата и подобные материалы

В финских многофункциональных залах, как правило, перемещаемыми акустическими поверхностями служат элементы с наполнителем из стекловаты, размещенные на боковых стенах. Идея заключается в том, что в закрытом состоянии эти элементы выполняют функцию «рассеивающего элемента», а в открытом состоянии - поглощающего элемента.

21860a4c54b5b36a511e91eac597e1c4.jpgИзображение 1: Перемещаемые поглощающие элементы (“Flip-Flops”) в Зале Топелиуса в Сиббо, Финляндия

Поглощающие характеристики стекловаты обеспечивают практически 100% поглощения на высоких частотах. Для обеспечения высокой степени поглощения на более низких частотах при снижении на одну октаву толщина материала должна быть увеличена в два раза: около 1000 Гц при толщине стекловаты 30 мм, 500 Гц при толщине стекловаты 50 мм и около 250 Гц при толщине стекловаты 100 мм. Характеристики для высоких частот остаются по существу неизменными. Если добавить слой тонкой фольги поверх стекловаты, поверхность можно сделать отражающей на высоких частотах, при этом резонансная частота панели улучшит характеристики на низких и средних частотах.

6e583f9e32f929b79b0a7e37499ee770.jpgИзображение 2: Типичные поглощающие свойства стекловаты с мягкой поверхностью как функция толщины материала (панели Paroc Parafon Buller, данные предоставлены производителем). Коэффициент поглощения [вертикально]. Частота, Гц [горизонтально]. 30 мм, 50 мм, 100 мм.

d81e9138563288079967944b5f70b1a6.jpg

Изображение 3: Изменение поглощающих свойств при добавлении слоя тонкой фольги поверх стекловаты [3]. Поглощение [вертикально]. Частота, Гц [горизонтально]. 0,03 мм, 0,05 мм, 0,07 мм.

2.2 Занавесы

Занавесы обширно используются в залах. Они могут быть использованы в качестве сценического занавеса, с целью контроля за акустикой, а также в качестве декоративных элементов во многих залах, построенных сравнительно давно.

С точки зрения акустики традиционные занавесы ведут себя как обычные пористые поглощающие поверхности, т.е. они поглощают высокие частоты и значительно в меньшей степени поглощают низкие частоты.

84d2815aef582841522633e9dd873fe9.jpgИзображение 4: Занавесы из шерстяной саржи разного веса (Данные предоставлены компанией J.C.Joel/SRL). Поглощение [вертикально]. Частота, Гц [горизонтально]. Высококлассная шерстяная саржа, 565 г/м2. Тяжелая шерстяная саржа, 625 г/м2. Сверхтяжелая шерстяная саржа, 800 г/м2.

На изображении 4 показана поглощающая способность занавесов из шерстяной саржи. Несмотря на то, что данные предоставлены по конкретному производителю, их можно считать репрезентативными для тканей с одинарным утком типа мельтон/ шерстяная саржа. Видно, что между весом простых тканей и их поглощающей способностью линейная связь отсутствует. Иными словами, оказывается, что увеличение веса не обязательно обеспечивает больший уровень поглощения на средних и низких частотах. То же самое касается и расстояния от стены: увеличение поглощающей способности не находится в линейной зависимости от увеличения расстояния от стены.

2.3 Поглощение на низких частотах (басов)

На протяжении долгих лет было очень сложно реализовать в залах переменное поглощение басов. Как говорилось выше, все традиционные материалы для изготовления перемещаемых акустических поверхностей обеспечивают поглощение в основном высоких частот.

Поглощение басов обычно обеспечивают, применяя панели, изготовленные из различных видов материалов с отверстиями (из перфорированного материала). Однако изменить поглощающую способность этих поверхностей сложно.

Новые материалы, например, разработанные компанией FlexAcoustics, предлагают новые интересные возможности переменного поглощения басов [4].

Еще одна возможность, которую используют, например, в залах с двойным объемом, заключается в том, чтобы открыть двери в объем с поглощающей способностью. На примере залов в Лахти можно сказать, что это позволяет обеспечить очень хороший уровень поглощения практически вне зависимости от частот. По сути та же самая идея лежит в основе использования крупных панелей с отверстиями, но вместо того, чтобы стараться изолировать полости, следует убрать поглощение (например, при помощи рольшторы). Это обеспечит определенное поглощение на низких частотах и вовсе не обязательно будет представлять собой проблему в небольших залах.

7bc79eb52e3b5ac2cf13d03308e67fe9.jpgИзображение 5: Теоретические расчеты панели с отверстиями (толщина 12 мм, ширина 200 мм, размеры отверстий 15 мм), установленной перед полостью в 500 мм. С использованием и без использования стекловаты в полости толщиной 50 мм. (Рассчет данных при помощи Zorba v. 3.0.1.). Коэффициент поглощения [вертикально]. Частота, Гц [горизонтально]. Незаполненная полость. Стекловата.

3. Примеры залов с переменной акустикой

3.1 Исследование залов в 1980-2000-х гг

В ходе исследования, проведенного автором в период с 1998 по 2001 гг., было изучено 35 залов, построенных в период с 1998 по 2000 годы [5]. Из общего количества залов 15 обладают фактически переменной акустикой, т. е. в них используются размещенные в зрительном зале перемещаемые поверхности, в дополнение к сценическим занавесам.

Изображение 6 показывает изменение времени реверберации в процентах: на изображении 6А -при использовании только перемещаемых поверхностей в зрительном зале, на изображении 6В – при использовании как перемещаемых поверхностей в зрительном зале, так и сценических занавесов.

b054e4ee5dc6bd95a2d7dbabd99debf2.jpg

Изображение 6: Изменение времени реверберации. Только поверхности в зрительном зале (слева). Поверхности в зрительном зале и сценический занавес (справа). Изменение времени реверберации [вертикально]. Частота, Гц [горизонтально].

Видно, что при использовании только перемещаемых поверхностей в зрительном зале время реверберации изменяется незначительно. При одновременном использовании сценических занавесов изменения на средних и высоких частотах становятся более значительными, однако изменения на низких частотах остаются небольшими.

В некоторых залах, упомянутых выше, отсутствие значительных изменений времени реверберации можно связать с небольшим значением максимального времени реверберации. Однако в некоторых залах максимальное время реверберации достаточно велико, но даже при таких обстоятельствах изменение остается небольшим, и поэтому такой зал акустически не подходит для музыки с звукоусилителями.

Для большинства исследуемых залов изменение EDT при использовании сценических занавесов более значимо, чем изменение, полученное при использовании перемещаемых поверхностей в зрительном зале.

884db610d66876e7e718126b4bd98805.jpgИзображение 7: время реверберации в залах Куусамо и Лиекса с дополнительными поглощающими элементами в зрительном зале и без них. Временя реверберации, с [вертикально]. Частота, Гц [горизонтально]. Куусамо, Куусамо, Лиекса, Лиекса.

В обоих залах, являющихся предметом исследования в изображении 7, используются перемещаемые звукопоглощающие элементы, прикрепленные на шарнирах к боковым стенам. Очевидно, что в зале Куусамо при дополнительном использовании сценических занавесов время реверберации будет достаточно коротким на средних и высоких частотах, но время реверберации на низких частотах все же останется проблематичным для музыки с звкоусилителями.

3.2 Новые залы

Некоторые новые залы были разработаны с более сложными перемещаемыми акустическими поверхностями.

На изображении 8 показаны результаты измерений, проведенных в зале «Новый зал» в городе Кауниайнен [“Nya Paviljongen”]. В этом зале на всех боковых стенах, а также на задней стене установлены автоматические занавесы.

bfb068d30e50797b1b29839e3d145a92.jpg

Изображение 8: Изменения времени реверберации и процентные изменения в зале «Новый зал». Время реверберации, с [вертикально]. Частота, Гц [горизонтально]. Жесткие поверхности, 50% акустические занавесы, 100% акустические занавесы.

Все занавесы. Изменение времени реверберации, % [вертикально]. Частота, Гц [горизонтально]. Все, 100% акустические занавесы, 50% акустические занавесы.

Очевидно, изменение времени реверберации при использовании занавесов в зрительном зале приемлемо, но при низких частотах значимого эффекта нет. Однако если дополнительно используются сценические занавесы, время реверберации становится приемлемым для музыки с усилителями.

40cb78e3a9170987cfb4ba558611cb36.jpgИзображение 9: «Новый зал» без занавесов и с частично открытыми занавесами

Зал «Ваная» [Vanaja] в Культурном центре «Веркатехдас» [Verkatehdas] в городе Хямеэнлинна, Финляндия обычно считается одним из лучших многофункциональных залов для музыки со звукоусилителями. Зал был разработан для музыки со звукоусилением и для проведения конференций, однако его акустические параметры также должны позволять слушать симфоническую музыку [7]. В зале установлено четыре потолочных занавеса с двойным роликом, занавесы с одинарным роликом вдоль боковых стен и обычные сценические занавесы. Более того, в боковой части и в глубине сцены имеются стационарные звукопоглощающие элементы, а при демонтаже звукоотражающей ракушки сцена и зрительный зал становятся одним целым.

Изображение 10 показывает результаты измерения времени реверберации, а также его процентное изменение. Очевидно, потолочные занавесы в некоторой степени эффективны на средних и высоких частотах, но значительно изменить время реверберации можно при помощи мягкого покрытия на сцене (в случае с этим залом это предполагает демонтаж звукоотражающей ракушки и размещение дополнительных занавесов).

e02c139d20bfcc879328e49a5fd4991b.jpg

Изображение 10: Изменение времени реверберации и процентные изменения в зале «Ваная». Время реверберации, с [вертикально]. Частота, Гц [горизонтально]. Жесткие поверхности везде, Потолочные занавесы, Мягкие покрытия на сцене, Мягкие покрытия везде.

Изменение времени реверберации, % [вертикально]. Частота, Гц [горизонтально]. Мягкие покрытия везде, Мягкие покрытия на сцене, Потолочные занавесы.

ae3c66ff879f5cedc50988049f0782ef.jpg

Изображение 11: Зал «Ваная» со звукоотражающей ракушкой

bc39783ad68c7414e0cbb96c043326a1.jpgИзображение 11: Зал «Ваная» - чертеж в разрезе и чертеж планировки (1 этаж)

4. Комментарии

Совершенно очевидно, что проблема здесь представлена в упрощенной форме. Вероятно, можно более тщательно оценить, насколько залы подходят для воспроизведения музыки с звукоусилителями, оценив параметры EDT, силы и чистоты звука, в частности как функцию расстояния от сцены.

4.1 Эффект дополнительного поглощения в зрительном зале

Как правило, эффективность занавесов с точки зрения общего времени реверберации достаточно низкая. Помимо этого, в большинстве залов дополнительные поглощающие элементы в зрительном зале либо вовсе не влияют на реверберацию на низких частотах, либо влияют лишь незначительно.

4.2 Эффект сценических занавесов

Как показали результаты измерений, сценические занавесы/ элементы, размещенные на сцене, в наибольшей мере влияют на время реверберации в зале. Во многих залах это не является проблемой, поскольку это означает, что акустические условия на сцене и в зрительном зале очень различны между собой.

4.3 Вариативность на басовых частотах

Кажется, очень непросто добиться значимых изменений на басовых частотах при помощи стандартно используемых перемещаемых поглощающих поверхностей (пористые поверхности). Однако также можно отметить, что в многофункциональном зале объемом 10000 м3 (например, в зале «Ваная»), сокращение времени реверберации на низких частотах с 1,7 с до 1,4 с на частоте 125 Гц вполне позволяет использовать зал для воспроизведения музыки со звукоусилением.

5. Выводы

В данной работе представлены небольшие залы с перемещаемыми акустическими поверхностями. Исследование проводилось только в отношении времени реверберации, и оно показало, что традиционные перемещаемые поглощающие поверхности не очень эффективны в зрительном зале, и что в целом такие поверхности не очень хорошо работают на низких частотах.

Хенрик Мёллер [Henrik Möller]
Akukon Ltd, Хельсинки, Финляндия
email: uraevx.zbyyre(wqz)nxhxba.sv

______________________________________

ИСТОЧНИКИ

  1. Адельман-Ларсен, Н. В., Залы для рок- и поп-музыки; Акустический и архитектурный дизайн, Шпрингер-Ферланг, Берлин Хайдельберг (2014).
  2. Баррон, M., Акустический и архитектурный дизайн зрительного зала, E & F Спун, Лондон (1998)
  3. Штрем, S., Romakustisk prosjektering, Prosjekteringsanvisning og datasamling for lydadsorberende materialer og konstruksjoner, отчет по результатам проведения измерений A17, Синтеф, Трондхайм (1979)
  4. Адельман-Ларсен Н., Томпсон E. и Даммеруд Дж. Дж., О новом перемещаемом средстве широкополосного поглощения, и о допустимых отклонениях Т30 в залах для воспроизведения музыки с усилителями, Akutek.info
  5. Кале E., Частный обмен мнениями.
  6. Мёллер Х., Лахти Т и Руусувуори А., Акустические характеристики финских концертных площадок, Proc. BNAM 2002, 26–28.8.2002, Лингби, 83–90
  7. Мёллер Х. и Пельтонен П., Латеральная эффективность в малых зрительных залах, Работа представлена на 75ом собрании ASA, Нью-Йорк, май 2004, документ 2aAAa8
  8. Хайд Дж. Р. и Мёллер Х., Сила звука в малых залах, Рабочие записи Института акустики, том 28, PT.2 2006
  9. Мёллер Х. и Хайд Дж. Р., Характеристики вторичной энергии в малых концертных залах. Рабочие записи ICA 2007, Мадрид 2007

Комментарии