Telpu akustika

Telpu akustika

Tiešā un atstarotā skaņa

Skaņas lauks pilnīgi vai daļēji noslēgtā telpā principiāli atšķiras no brīvā lauka, jo bez tiešas skaņas uztvērējs saņem vēl arī zināmu daudzumu no virsmām atstarotās skaņas. Šajos atstarojumos var izdalīt vienreiz atstaroto skaņu un vairākas reizes atstaroto. Attiecīgi jo augstāka ir telpas virsmu absorbcijas spēja, jo skaņas lauks tuvāks brīvajam.

Atkarībā no telpas elementu izmēru attiecības pret skaņas frekvenci, kā arī šo elementu formas un struktūras, telpas skaņas lauka raksturs mainās.

Ja telpā nav fokusējošu vai simetrisku elementu, tās izmēri daudzkārt pārsniedz skaņas viļņu garumu un virsmu absorbcija ir pietiekami vienmērīga, akustiskais lauks var iegūt sekojošas īpašības:

• skaņas plūsmas enerģija visos virzienos ir vienādi izdalīta;
• akustiskās enerģijas blīvums visā telpas tilpumā būs nemainīgs.

Akustisko lauku ar šādām īpašībām sauc par difūzu. Lauka difuzitāte ir būtisks telpas akustiskais raksturlielums, un viens no akustikas projektēšanas mērķiem.

Pietiekama skaņas lauka difuzitāte mūsdienu būvēs nereti netiek nodrošināta, pirmkārt, lielu, nedalītu plakņu pielietojuma dēļ un, otrkārt, telpu akustisko disproporciju dēļ. Akustiski proporcionālas ir telpas ar lielākā gabarīta attiecību pret mazāko, ne lielāku par 2-3 . Pie citām proporcijām runā par akustiski "garām" vai "plakanām" telpām. Taisnstūra plāna telpu dimensiju ieteicams akustiskās proporcijas attēlotas zemāk (attēls no LBN 016-03).

Cilvēka auss spējīga uztvert ne tikai noteikta līmeņa un frekvenču diapazona skaņas, bet arī just skaņas pienākšanas intervālus. Parasti tiešo skaņu un pirmajās 40-50 msek pēc tās pienākošos atstarojumus, uztver kā vienu veselu, vēlīnākos - kā atsevišķas skaņas (šis intervāls atkarīgs arī no citiem faktoriem, pirmkārt, frekvences). Vēlīnus atstarojumus, kas pienāk ar lielu kavējumu, uztver kā atbalsi.

Ievērojot, ka agrīnie atstarojumi būtiski papildina un pastiprina tiešo skaņu, ar arhitektoniski - konstruktīviem paņēmieniem veic to virzīšanu un sadalīšanu telpā - tas ir viens no telpu akustikas pamatuzdevumiem.

Telpas virsmu izmēriem, formai un apdarei jānodrošina vienmērīgs agrīno (labvēlīgo) atstarojumu sadalījums izpildītāju un skatītāju zonās, pie tam agrīno atstarojumu pienākšanas intensitātei jākompensē tiešās skaņas dzišana. To parasti panāk pakāpeniski koncentrējot atstarojumus tālākajās skatītāju vietās. Ar atstarojumiem jānodrošina visas skatītāju vietas, kas atrodas tālāk par 8-10 m no oratora runas priekšnesumu telpās.

Grafiskas sakarības, kas attēlo skaņas atstarojumu amplitūdas sadalījumu laikā, sauc par ehogrammām (vai reflektogrammām). Šīs sakarības ir ļoti nozīmīgas telpu akustiskās kvalitātes vērtēšanai, jo ļauj analizēt cik vienmērīgs ir skaņas dzišanas raksturs un cik traucējoši (vai labvēlīgi) ir vēlīnie atstarojumi. Uz ehogrammu bāzes tiek noteikta virkne svarīgu akustisko raksturlielumu (skatīt Telpu akustiskie parametri).

Vienmērīga atstarojumu sadalījuma nodrošināšana un pieļaujamie to kavējuma laiki telpas formai uzliek virkni nosacījumu:

• paralelepipeda (taisnstūra) formas zālēm ieteicamais platums nedrīkstētu pārsniegt 21 m, bet augstums -11 m. Pretējā gadījumā pieļaujamais atstarojumu novēlojums būs pārsniegts;
• telpas virsmu izveidē jāatturas no ieliektām, fokusējošām virsmām, kas spējīgas spēcīgi koncentrēt skaņas enerģiju kādā telpas zonā.

Būtiska ir sakarība starp telpā novietoto skaņas avotu un tās dimensijām - jo spēcīgāks šis avots, jo lielāka telpa. Šī iemesla dēļ runas priekšnesumu telpās maksimālajam attālumam no avota līdz klausītājam nevajadzētu pārsniegt 20 m, bet mūzikas zālēs 30 - 35 m.

Akustiska komforta nodrošināšanai telpas butu ieteicamas sekojošas minimalā tilpuma vērtības uz vienu skatītāja / izpildītāja vietu:

• telpām ar elektroakustisku apskaņošanu - $4\frac{{{{\rm{m}}^{\rm{3}}}}}{{{\rm{vietu}}}}$
• auditorijām, konferenču zālēm, drāmas teātriem - $5\frac{{{{\rm{m}}^{\rm{3}}}}}{{{\rm{vietu}}}}$
• universālām, tautas namu un operetes zālēm - $6\frac{{{{\rm{m}}^{\rm{3}}}}}{{{\rm{vietu}}}}$
• operteātru zālēm, kamermūzikas zālēm - $7\frac{{{{\rm{m}}^{\rm{3}}}}}{{{\rm{vietu}}}}$
• simfoniskās mūzikas zālēm - $8\frac{{{{\rm{m}}^{\rm{3}}}}}{{{\rm{vietu}}}}$
• kora un ērģeļmūzikas zālēm, baznīcām - $9\frac{{{{\rm{m}}^{\rm{3}}}}}{{{\rm{vietu}}}}$

Noradītas vērtības nav uzskatāmas par absolūtam, taču to ievērošana nodrošina veiksmīgu tālāko projektēšanu.