Акустические измерения как способ сокращения затрат

Олег Лубенченко,
генеральный директор ЗАО "Корпорация АПЦ"

Игнорирование фактора окружающей среды может привести к последующей перестройке помещений, переносу конструкций с одного места на другое, а зачастую и к "замораживанию" строительства целых комплексов.

Данная статья ориентирована на успешно развивающиеся в условиях рыночной экономики государственные и коммерческие организации любого профиля, которым для дальнейшего укрепления своих рыночных позиций необходимо решать вопросы по увеличению и модернизации офисных и производственных площадей. Реальные капитальные затраты на такие преобразования составляют весомую часть текущего бюджета компании.

Рыночные механизмы меняют облики населенных пунктов и городов достаточно динамично, а порой весьма радикально. Особенно это касается столиц республик, автономий, краев и областей, а также крупных промышленных центров. Оперативные изменения ландшафта являются серьезным фактором, который необходимо учитывать при определении целевого назначения возводящихся помещений или смене профиля уже существующих.

Игнорирование фактора окружающей среды может привести к последующей перестройке помещений, переносу конструкций с одного места на другое, а зачастую и к "замораживанию" строительства целых комплексов. Нетрудно представить, насколько увеличится выделенный на строительство и модернизацию бюджет, не говоря уже об "упущенной выгоде" вследствие несвоевременного ввода в эксплуатацию рабочих площадей и колоссальном моральном ущербе.

Оставим в стороне вопросы пожарной безопасности и требования работников СЭС и рассмотрим проблему акустических условий некоего абстрактного сооружения. Создание оптимальной акустики невозможно без учета акустических условий как на улице, так и в соседних помещениях. Недавний визит к потенциальному заказчику может послужить отличной иллюстрацией игнорирования последним упомянутых выше "прописных истин": купленное под телевизионный павильон здание располагается в 50 м от … колокольни православной церкви. Нетрудно представить, во что может вылиться попытка "закрыть" звуковую помеху от ударов благовеста, расположенного в прямой видимости от здания павильона.

Влияние окружающей среды на шумовую картину помещения

В табл.1 приведены уровни шумов за ограждениями. Например, тяжелый самолет при взлете и посадке создает уровень шума в 120 дБ. Поэтому, если решено оборудовать телевизионный павильон рядом с аэродромом, смело умножайте сметную стоимость проекта на два.

Для создания помещения с хорошими звукоизолирующими свойствами надо принимать в расчет даже шум расположенной рядом улицы. Если тихая улица проходит в 10 м от рассматриваемого помещения, то уровень шума будет составлять 60 дБ.

Акустические требования к специализированным помещениям

В табл.2 даны уровни допустимых шумов в некоторых специализированных помещениях. Самые взыскательные требования по звукопоглощению предъявляются к ателье для записи музыки, где допустимый шумовой порог, если, конечно, вы хотите делать действительно качественную запись музыки, определяется в 20 - 25 дБ.

Размеры специализированных помещений

Нормы проектирования содержат физические требования к помещениям. Понятно, что к помещениям различного назначения предъявляются разные акустические и, как следствие, габаритные требования, включая ширину и длину стен, а также высоту потолка. В табл.3 приведены рекомендуемые размеры специализированных помещений.

Полноценные габаритные требования включают в себя не только три определяющих размера, но и конфигурацию строения. Например, оптимальная форма дикторского ателье, где желательный объем должен быть не меньше 20 м3, - это параллелепипед. Такая форма удобна в эксплуатации и не вносит заметных акустических искажений в силу большого заглушения подобных помещений.

Сложности при проведении акустических измерений

Акустические измерения - это количественная оценка значения отдельных величин, влияющих на качество осуществляемой в данной студии звукопередачи. Сравнение измеренных величин с эталонными величинами акустически безупречных помещений позволяет обнаруживать основные недостатки объектов, подвергавшихся исследованию.

Сложность всесторонней количественной оценки акустических условий в помещении заключается в том, что акустические параметры связаны с весьма сложными процессами возникновения, формирования и исчезновения звукового поля. Задача усложняется еще и тем, что при оценке акустических достоинств помещения следует считаться и с психофизиологическими законами звукового восприятия. Это не только слуховое восприятие, но и сложившиеся "общечеловеческие" привычки. Например, привычка слушать музыку преимущественно в закрытом помещении и при определенном размещении исполнителей в оркестре или ансамбле, связывать звуковой образ со зрительным и т.д.

Характеристика методов акустических измерений

Основные параметры, замеряемые при акустических измерениях

Наиболее важной величиной количественной оценки акустических условий помещения следует считать время реверберации. Однако знание данного параметра не даст полной акустической картины. В связи с этим дополнительно измеряют:

• частотную характеристику реверберации;
• флуктуацию звука в процессе затухания;
• акустическое отношение или эффективную реверберацию.

Все эти измерения связаны с зависимостью акустических свойств помещения от:

• частоты колебаний, излучаемых источником звука;
• звукопоглощающей способности материалов;
• геометрических параметров помещения;
• местонахождения слушателей.

Указанные параметры, дающие в основном временные характеристики звуковых процессов, позволяют установить величину и причины тех или иных нарушений. Но так как все они имеют статистическую основу, указать источник этих нарушений не всегда удается.

Характеристика сигналов, используемых для акустических измерений

В связи с тем, что статистическая теория исходит из предположения о равномерности звукового поля в помещении, измерения времени реверберации и других величин должны проводиться в условиях, удовлетворяющих требованиям о диффузности, т. е. отраженные волны должны быть ориентированы относительно друг друга так же беспорядочно и хаотично, как распределены их амплитуды и фазы.

С этой точки зрения синусоидальные сигналы, создающие яркую интерференционную картину, не могут быть использованы в процессе измерений.

Классификация измерительных сигналов. Более полно удовлетворяют условию равномерности поля узкополосные сигналы, включающие в себя пучок сравнительно близко расположенных частот. Такие сигналы можно разделить на четыре группы:

I. Частотно-модулированные сигналы ("воющий" тон), полученные за счет периодической модуляции синусоидального сигнала.

II. Мультитоны, представляющие собой ряд близких по частоте чистых тонов равной амплитуды.

III. Полосы статистического шума, которые вырезаются из шумового спектра при помощи полосовых фильтров.

IV. Если измерения проводятся в кинотеатрах, концертных залах, клубах и т.п., то хорошие результаты получаются при использовании в качестве источника звука фонограммы с записью оркестровой музыки в сочетании с октавными фильтрами, позволяющими проводить измерения по всему частотному диапазону.

Описание сигналов. При использовании источника звука группы I генерируются десять и более близких друг к другу частотных составляющих "воющего" тона. Помимо этого, в целях более четкого определения частотной зависимости реверберации желательно иметь не очень широкую полосу составляющих частот. Недостатком этого типа сигнала является то, что амплитуды составляющих тонов заметно отличаются друг от друга.

Получение сигнала группы II обеспечивается специальным генератором, создающим 10 - 12 чистых, близких по частоте тонов с равными амплитудами. При использовании мультитона важно, чтобы составляющие сигналы не имели кратных частот, что обусловливает большее постоянство амплитуды сигнала в пространстве.

Преимуществом измерительного сигнала группы III является постоянство амплитуд всех его многочисленных компонент, расположенных в диапазоне частот от половины до целой октавы.

Не будем утомлять всевозможными теоретическими выкладками по поводу преимуществ и недостатков различных измерительных сигналов по отношению друг к другу. Скажем только, что на практике при выполнении акустических измерений желательно отдавать предпочтение источникам статистического шума и естественным источникам типа оркестра.

Методы акустических измерений

Существуют три основных метода акустических измерений в помещениях:

• реверберационный;
• стационарного режима;
• импульсный.

Преимущества и недостатки реверберационного метода

Реверберационный метод связан с получением временных характеристик помещения, поэтому он не полностью удовлетворяет современным требованиям о составлении акустической картины в исследуемом помещении. Информация об акустических недостатках в этом случае иногда получается настолько неполной и даже ошибочной, что одинаковые по временным характеристикам помещения значительно отличаются по акустическим свойствам. Это происходит потому, что указанные характеристики не учитывают значительного количества факторов, влияющих на формирование звукового поля. Не учтенными оказываются следующие факторы: форма помещения; расположение отражающих и звукопоглощающих материалов; местонахождение источника звука и его характеристика направленности.

Преимущества и недостатки метода стационарных измерений

Роль указанных в предыдущем пункте факторов может быть выяснена, если при измерениях использовать метод, позволяющий найти пространственные акустические характеристики помещения. Это удается сделать при исследовании звуковых процессов в стационарном режиме.

Известно, что неправильное размещение отражающих поверхностей и наличие в помещении фокусирующих элементов неблагоприятно сказываются на распределении звуковой энергии и приводят к неравномерности звукового поля. Измерение уровня звукового давления в различных точках помещения при работающем источнике и фиксированной частоте сигнала позволяет построить пространственные характеристики неравномерности распределения уровня звукового давления в помещении на различных частотах.

В условиях установившегося режима при помощи остронаправленного приемника можно не только определить неравномерность поля, но и найти направление, в котором размещается поверхность, создающая ее.

Эти измерения дают возможность, кроме того, определить так называемый индекс диффузности поля. Наконец, при установившемся режиме для каждой точки помещения можно определить частотную характеристику звукопередачи.

Для устранения вредного действия интерференционных явлений при измерениях пространственной неравномерности поля и индекса диффузности следует выбирать узкополосный сигнал, например "воющий" тон. Частотная неравномерность может быть измерена при сигнале синусоидальной формы.

Преимущества и недостатки импульсного метода

Реверберационный метод и метод стационарного режима учитывают воздействие на акустические свойства помещения преимущественно одной определенной группы факторов. Для полной характеристики помещения необходимо иметь такой метод, который охватывал бы все факторы, влияющие на акустические условия. Это лучше всего выполняется при импульсном методе исследования.

Анализируя осциллограмму затухающего звукового импульса, можно установить последовательность прихода в точку наблюдения отдельных отражений, идущих от различных поверхностей помещения. Импульсная осциллограмма помогает определить не только время реверберации, но и амплитуды наиболее сильных отражений, мешающих восприятию основного сигнала. Более того, осциллограммы позволяют найти те поверхности или отдельные элементы внутреннего оформления помещения, которые создают вредные отражения, и те места, на которых эти вредные отражения обнаруживаются более заметно.

Для количественной оценки акустических данных помещения при импульсных исследованиях используется коэффициент четкости и способ сравнения осциллограммы с контурами неудобства восприятия. Импульсный метод исследования может быть перенесен на модели помещений. Это особенно важно потому, что подобные исследования можно выполнить до начала строительства и все акустические недостатки, обнаруженные на модели, исключить в процессе проектирования или строительства.

Сигнал, который выбирается для импульсных измерений, имеет прямоугольную форму с длительностью 10 - 20 мс. Импульс заполняется синусоидальными колебаниями, частота которых может изменяться, или полосой статистического шума. В качестве импульсного сигнала часто используется короткий электрический заряд.

Если строите или ремонтируете сами, постарайтесь учесть хотя бы следующее…

Итак, если мы вас не убедили, что акустическое проектирование должны выполнять грамотные специалисты, профессионалы своего дела, и вы настроены решать эту проблему самостоятельно, позволим себе несколько рекомендаций.

Представим, что у вас одна из двух распространенных акустических проблем. Искомое помещение "звучит глухо" или обладает повышенной гулкостью. В первом случае самый простой способ придать помещению пространственное звучание - использовать электронный ревербератор или линейку специализированных электронных звуковых устройств. Во втором случае, чтобы заглушить помещение, можно попытаться обойтись драпировками либо дополнительными строительными материалами, которые имеют повышенный коэффициент звукопоглощения. В табл.4 приведены коэффициенты звукопоглощения некоторых распространенных материалов и конструкций.

Заключение

Наилучшие практические результаты решения акустических проблем помещения достигаются при сочетании различных искусственных способов регулирования его акустических условий при тщательном учете и анализе всех источников шума, находящихся вблизи данного помещения. Такая работа может быть выполнена только группой квалифицированных специалистов, умеющих не упустить важные вещи, кажущиеся неспециалистам мелочами. При этом заказчик не может и не должен оставаться в стороне от событий. Его участие требуется уже на предварительном этапе, поскольку в основе акустического проектирования лежит четко сформулированное техническое задание.

Литература

1. Маньковский В.С. Акустика студий и залов для звуковоспроизведения. - М.: "Искусство", 1966.
2. Лубенченко О.Р. Как решить проблему акустики вашего помещения и правильно выбрать акустические мягкие плиты Illsonic Sonex // В профессиональной практике пригодится…. 1999, №1. Издание ЗАО "Корпорация АПЦ".