Что стоит знать об акустике залов и акустическом проектировании

Что стоит знать об акустике залов и акустическом проектировании

Евгений Шуев
Главный инженер компании Aris

Часто случается так, что при озвучивании объекта даже дорогим звуковым оборудованием результат не соответствует ожиданиям заказчика. И обычно проблема кроется в том, что в расчет не берется собственная акустика помещения: то, как звук из громкоговорителей отражается от стен, пола и потолка, складывается и вычитается перед тем, как попасть к нам в уши. Акустика зала должна соответствовать его функциональному назначению, а при несоответствии – корректироваться, иначе даже самая дорогая звуковая система будет звучать посредственно. О том, как при помощи акустических измерений и проектирования избежать подобной ситуации, рассказывает Евгений Шуев, руководитель Бюро Акустических Расчетов компании «АРИС».

1.jpg

Чем занимается Бюро Акустических Расчетов?

Основных направлений нашей деятельности три: коррекция акустических свойств помещений, моделирование систем звукоусиления и звукоизоляция. К сожалению, огромное количество существующих залов имеют плохую акустику, и еще столько же их строится. Когда такой зал вводится в эксплуатацию, выясняется, что работать здесь невозможно, и с этим нужно что-то делать.

В нашей практике был пример оснащения одного очень красивого с визуальной точки зрения зала российской госкорпорации. Мрамор, стекло и витражи смотрятся отлично, но такое помещение совершенно не предназначено для конференций, речевых мероприятий и живых концертов, которые в нем планировалось проводить — высокое время реверберации означает низкую разборчивость речи. Здесь на помощь и приходит коррекция акустических свойств, которую осуществляют специалисты БАРа.


Коррекция выполняется на основе расчетов и построения 3D-модели. Внутренним поверхностям этой модели присваиваются свойства реальных отделочных материалов зала, в результате чего мы получаем идеальное совпадение характеристик виртуального помещения с реальным. В этой модели, пробуя те или иные звукопоглощающие материалы, мы добиваемся снижения времени реверберации и приводим акустические свойства зала к необходимым нормам.

Когда у нас есть модель со скорректированными акустическими свойствами, то мы можем поместить в нее виртуальные громкоговорители, данные о которых выпускаются всеми производителями в виде GLL-файлов. Это позволяет заранее спроектировать систему звукоусиления так, чтобы она отвечала заданным требованиям. Для этого мы задаем точные координаты, подвесы громкоговорителей или массива, углы ориентирования, углы между элементами массива и так далее. То есть, все те параметры, которые будут дальше реализованы в жизни. В итоге получаем расчеты по равномерности и величине давления и разборчивости речи.


Звукоизоляция также является востребованным направлением нашей деятельности. Чтобы качественно производить ее, мы не так давно приобрели измерительный комплекс Октава. В нашей стране он входит в список рекомендованных приборов, поэтому результаты измерений безоговорочно принимаются заказчиком и проходят экспертизу.

Несмотря на большой опыт специалистов БАРа и наличие высокоточного измерительного оборудования, произвести звукоизоляцию не всегда представляется возможным. Приведу такой пример – дорогой ресторан, который находится в цокольном этаже жилого здания, где в определенный момент жильцы стали жаловаться на шум. Сначала владельцы заведения обратились в компанию, занимающуюся поставками звукоизоляционных материалов. Им было предложено приобрести большое количество звукопоглощающих плит и заложить ими пространство между подвесным потолком и капитальным перекрытием, что и было сделано, но желаемого результата не дало – жильцы продолжили жаловаться.

Тогда обратились к нам. Мы приехали, произвели измерения и попытались понять, каким образом звук проникает в жилую часть. Выяснилось, что волноводами являются колонны, полностью изолировать которые невозможно. Закончилось история тем, что квартира самой активной бабушки была выкуплена. Вот такое дорогостоящее решение вопроса звукоизоляции.

Как производятся акустические измерения?

Для начала стоит понимать, что именно мы измеряем. Проблемы с разборчивостью возникают тогда, когда от стен помещения интенсивно отражаются звуковые волны и смешиваются со звуком, исходящим из громкоговорителей. Отражения эти называются реверберацией, а время, за которое отраженный звук затухает – временем реверберации. Если у нас работает звуковой источник и в определенный момент прекращает свою работу, то звук в зале не исчезает мгновенно, а будет затухать в течение некоторого времени. Это время можно измерять. В индустрии принято, что уровнем до которого измеряется затухание, является 60 дБ. Таким образом, время, за которое звуковая энергия спадает на 60 дБ, называют временем реверберации.

Существует два стандартных метода измерения времени реверберации – с помощью импульсного сигнала и с помощью прерываемого шума. Для обоих методов мы используем разную конфигурацию оборудования. Воспроизведение прерываемого шума производится комплектом из спикер-процессора, четырехканального усилителя мощности и подключенного к нему всенаправленного громкоговорителя Outline GSR (Globe Source Radiator), выполненного в форме додекаэдра. Для создания импульсного сигнала мы применяем сигнальный пистолет, который очень громко стреляет строительными патронами. Для измерений используем беспроводной измерительный микрофон, который перемещается по точкам измерения в зале, приемник для этого микрофона и акустический анализатор NTi XL2, куда поступает сигнал с приемника.


Импульсный сигнал или прерываемый шум захватывается микрофоном и подается на анализатор, отображающий не усредненное время реверберации, а частотную развертку по времени: по горизонтали – частоты, по вертикали – время.

Для измерения с помощью прерываемого шума отлично подходит тестовый сигнал компании NTI. Он представляет собой чередующиеся 5,5-секундные отрезки розового шума, сменяющиеся идентичными по времени паузами. За счет чередования широких импульсов прибор позволяет суммировать результаты нескольких измерений и получить более точный результат.

Как оценить результат полученных измерений?

Для этого мы обращаемся к своду правил «Защита от шума», где приведены зависимости времени реверберации от объема помещения и функционального назначения зала. Скажем, если взять обучающий центр нашей компании, где объем составляет примерно 350 м2, а назначение ближе подходит к конференц-залу, и посмотреть в соответствующую таблицу, то можно увидеть, что стандартное время реверберации для подобного помещения должно быть около 0,7 секунд. В нашем зале применены звукопоглощающие материалы, их типы и место расположения были рассчитаны на основе модели, поэтому этот показатель составляет 0,6 секунд. Благодаря акустическому проектированию мы получили для своих задач очень хороший зал.


Второй параметр, который также крайне важен при оценке результатов измерений – это коэффициент разборчивости речи или STI. Максимальная величина коэффициента – единица, что эквивалентно наилучшей разборчивости. Обычно в технических заданиях пишут, что требуется не менее 0,6 – это область хорошей разборчивости. На практике с величиной 0,5 можно жить и работать, а меньше 0,5 – это уже действительно плохо. Для вычисления разборчивости существует специальная формула. Нас в ней интересуют два компонента – время реверберации и соотношение сигнал/шум. Оба эти параметра находятся в знаменателе. Соответственно, чем выше в зале шум и чем больше время реверберации, тем хуже разборчивость. Это все, что нужно вынести из этой формулы нам, практикам.


Как измеряется разборчивость речи?

Для этого NTI выпустила специальный тестовый сигнал, который называется STIPA. Мы транслируем его через всенаправленный громкоговоритель Outline GSR и захватываем микрофоном, установленным в центре зала. В нашем обучающем центре STI равен 0,69, что является хорошей разборчивостью. Почему мы не добились наилучшей?

«Невооруженным ухом» это не слышно, но имеется довольно приличный шум от системы вентиляции и кондиционирования. Именно он не дает нам получить оценку отлично.

Каким образом можно исправить акустические свойства зала?

С помощью специальных звукопоглощающих материалов, которых существует великое множество. Один из самых простых, распространенных и недорогих – это перфорированный гипсокартон, например, производства Knauf. При этом, надо иметь в виду, что любые звукопоглощающие панели должны быть смонтированы не вплотную к несущей стене, а с относом 5-6 сантиметров на профиле либо на обрешетке, и пространство между панелями и несущей стеной заполняется минеральной ватой. Только в этом случае они будут эффективно работать в области низких частот. В зависимости от типа перфорации и типа основы этого материала зависят коэффициенты звукопоглощения на разных частотах.


Есть панели, покрытые шпоном, которые выглядят гораздо эстетичнее, чем гипсокартон. Это может быть линейная или круглая перфорация. Существует также микроперфорация с диаметром отверстия 0,1 мм, что очень эффективно работает. Подобный ассортимент нужен для того, чтобы получить разнообразие кривых поглощения: у каждого материала есть своя полоса частот, в которой он хорошо поглощает звук. Если мы произвели измерения в зале, то мы знаем, на каких частотах у нас пик времени реверберации и понимаем, в какой области частот нам надо бороться с отражениями. Соответственно, выбираем те материалы, у которых коэффициент поглощения на этих частотах максимальный.

Встречаются также звукопоглощающие панели совсем без перфорации. Внешне они выглядят, как сплошная ровная или шероховатая поверхность, но обладают свойствами звукопоглощения. Такие панели изготавливаются на основе древесных волокон и вспененных полимеров. Комбинация различных материалов, как правило, и дает нужный результат.


Еще один вариант – напыляемые материалы, например, американский Sonaspray. Он очень хорош для обработки больших площадей, но в силу малой массы и небольшой толщины напыляемого слоя эффективен только на средних и высоких частотах.

Как происходит выбор материалов?

Здесь все зависит от планировки помещения, отделки и возможности ее изменения. Например, мы работали с одним красивым, но неблагополучным по акустике залом, где в глубине на втором этаже были стекла, а за ними – офисные помещения. Когда мы проводили измерения, то я сразу задал заказчику вопрос о том, на какие поверхности мы можем влиять и можно ли закрыть стекла. Мне сказали, что нельзя, потому что за ними сидят сотрудники, которые наблюдают, как работает линейный персонал в офисе. Это, конечно, усложнило задачу.

Измерения были сделаны по пяти точкам для двух положений источника сигнала, которым стал выстрел из пистолета. В центре зала распределение времени реверберации на низких частотах составило выше 5 секунд. Мы построили базовую модель, которая обладает теми же свойствами, что и реальное помещение. Посмотрели, что в своде правил защиты от шума при объеме зала 5664 м3 и предназначении конференц-зал время реверберации должно быть 1,1. То есть, зал гудящий, гремящий, и бороться с этим довольно сложно.


Мы предложили закрыть все стекла толстыми тяжелыми тканями, пол – ковром, а крыши стеклянных переговорок – звукопоглощающими материалами. В этом случае мы получили бы время реверберации около 1,6 секунды. Когда клиент ознакомился с этим вариантом расчета, то сказал, что ему недостаточно и он хочет по норме – 1,1 секунды. Для достижения желаемого результата мы предложили более радикальное решение – вертикально висящие звукопоглощающие конструкции, так называемые баффлы. В итоге заказчика предложенные меры второго варианта испугали по объему, трудозатратам и бюджету, поэтому он решил, все-таки, остановиться на первом. После реализации проекта мы провели контрольное измерение времени реверберации, и оно составило предсказанные в нашем расчете 1,6 секунды.


Еще одна большая и интересная работа – московский клуб 1930 Moscow. В нем установлена топовая система звукоусиления d&b audiotechnik J-Series, но, несмотря на это, звукорежиссеры жаловались на проблемы со звуком. Если посмотреть на материалы отделки зала, то все сразу становится понятно. Внизу – это стенки стальных морских контейнеров, дальше – кирпичные стены, сверху – бетонные перекрытия, снизу – наливной пол. Ничего звукопоглощающего в этом зале не оказалось.


Мы провели измерения по восьми точкам с помощью сигнального пистолета и прибора NTI и получили распределение времени реверберации в позиции FOH, то есть, там, где находится звукорежиссер, около 3 секунд с подъемом на низких частотах. При этом, для объема помещения 10 400 м2 нормальное время должно быть около 1,3-1,4 секунды. Понятно, что звукорежиссер из-за высокой энергии отражений не понимает, что происходит в реальности со звуком в зале. Мы сделали модель, где расчетное время реверберации в точности повторяет кривую, которая была получена в результате измерений, и начали подбор материалов.

Клиенту было предложено применить на боковых стенах плотные и очень прочные древесноволокнистые панели Heradesign. Под другими названиями их выпускают сейчас многие отечественные производители. Поскольку это клуб, то проблема вандалоустойчивости материалов отделки не на последнем месте. Кирпич сверху мы предложили завесить тканевой или тканной мембраной ТермоЗвукоИзол и заложить верх задника зала плитами минеральной ваты.


При условии выполнения всех рекомендаций в зале получается время реверберации 1,63 секунды, что превышает норму. Но не стоит забывать о том, что измерения проводились в пустом зале. Человек – интересное существо, которое отлично поглощает звуковую энергию, поэтому, если на бетонный пол поместить людей, а их в клубе может быть до 5000, то время реверберации снижается до необходимой нам величины 1,3 секунды.

Бывают проекты, когда проектирование осуществляется не в готовом зале, а еще до этапа его отделки?

Да, конечно. И это как раз самый правильный вариант, то, как все и должно происходить при корректном подходе к оснащению залов. Таким примером у нас был универсальный зал Института Пирогова. Мы попали на объект в тот момент, когда все было в бетоне и бетонной пыли. Еще раз, это очень хороший вариант — нам не надо было ничего исправлять (что всегда компромисс и дополнительные траты для заказчика), мы могли работать «с чистого листа». Перед нами стояла задача выбора материалов, чтобы получить норму по времени реверберации. Мы провели в этой бетонной коробке измерения и получили среднее время – 1,5 секунды, а также выше 2 секунд на низких частотах. Для этого объема зала норма – 1 секунда, поэтому работа предстояла объемная и интересная.


Построили модель бетонной коробки с реально замеренным временем и стали подбирать материалы. В результате мы предложили применить комбинацию панелей с различной перфорацией, выпускаемых отечественным производителем TAGinterio. В некоторых местах, чтобы внешне это выглядело как однородная поверхность, также были установлены панели без перфорации. Во время работы над проектом у нас получился хороший контакт с архитектором, который вел этот проект. Идя на взаимные уступки и находя компромиссы, мы сделали очень хороший зал, привлекательный визуально и комфортный по звуку. Кстати, система звукоусиления в зале установлена бюджетная, а качество звучания при этом — на высоте. Вот что значит подготовленное помещение, в котором подумали о собственной акустике! В финале мы всегда проводим контрольные измерения. Точность наших расчетов составляет не менее 95%, в данном случае — 97%.


Что получает заказчик по результатам проведенной проектировки?

Он получает отчет, в котором изложены описание зала, метод, результаты и оценка измерений, а также меры по коррекции акустических свойств. В случае, если стоит задача по озвучиванию, то и параметры предлагаемой системы звукоусиления. Выглядит это, как книжка с «красивыми картинками» по распределению звукового давления и графиками. Смотрится такой проект очень убедительно, а благодаря наглядной визуализации заказчику гораздо легче понять нашу специфику. Также мы даем список рекомендуемых материалов и монтажные схемы, если нужно — информируем, где их купить. На основе акустического проекта системный интегратор может легко реализовать решение в жизнь. При этом мы готовы помочь с любым из этапов реализации, если нужен комплекс: поставка и монтаж акустических панелей, поставка, монтаж и настройка системы звукоусиления.


Сколько стоит подобная работа?

Стоимость зависит не от величины зала или его объема, а от сложности архитектуры. Чем больше криволинейных поверхностей (арки, купола, балкончики, ступени амфитеатра), тем сложнее все это отрисовывать. Модель состоит из точек, а каждая точка имеет трехмерные координаты, которые сначала надо снять с чертежа AutoCAD, затем записать и потом вручную вбить точки в программе EASE. И так – для каждой точки. Эти точки объединяются в поверхности, и из поверхностей мы уже можем создавать криволинейные поверхности, а затем и всю архитектуру. То есть, чем сложнее архитектура, тем выше трудоемкость работы по созданию модели. Цена на проектирование начинается от 100 — 150 тысяч за переговорную комнату или конференц-зал. Универсальный зал или зал заседаний будет стоить около 300 тысяч. Это примерная стоимость. Чтобы дать точную цифру, надо смотреть фото и чертежи. В любом случае, стоимость нашей работы несопоставима с затратами на материалы, общестроительные работы и стоимость оснащения AV-оборудованием.


Давайте представим построенный и оснащенный системой звукоусиления, но при этом неблагополучный по акустике зал. Все понимают: звук плохой, и надо что-то делать, чтобы стало лучше. Причем «плохой звук» — это вполне реальные, слышимые каждому моменты: на совещаниях участники не могут разобрать, кто что сказал, заводятся микрофоны заводятся, у людей возникает усталость и головная боль после длительного нахождения в помещении, расфокусируется внимание, трудно сформулировать свою мысль. В попытке улучшения ставятся более дорогие громкоговорители, проводятся какие-то попытки снизить реверберацию по наитию. Подобных итераций может быть две-три. Когда попадаешь в такой зал, то обычно висит куча разнородных акустических систем, в разных местах звукопоглощающие материалы, а ситуация при этом плохая. Бюджет потратили один раз, два раза, три раза, а в четвертый раз уже никто не дает.


Чтобы такого не было, лучше единожды вложиться в моделирование и проектирование, и на основании этих результатов сделать один раз так, чтобы не пришлось ни переделывать, ни доделывать, ни сожалеть о потраченных средствах.

Читайте АВ Клуб в Telegram

Источник: www.avclub.pro

Подпишитесь на рассылку
и получайте популярные статьи, видео и кейсы за неделю в одном письме