История развития архитектурной акустики реферат

Обновлено: 05.07.2024

Абзалилова Светлана Алмасовна 1 , Дмитриев Владислав Леонидович 2
1 Стерлитамакский филиал Башкирского государственного университета, магистрант 3-го курса
2 Стерлитамакский филиал Башкирского государственного университета, доцент кафедры прикладной информатики и программирования

Акустика – одна из древнейших областей человеческого знания. Ее основали для изучения явлений слуха и речи. Еще в VI в. до н.э. древнегреческий математик и философ Пифагор обнаружил связь между длиной струны и высотой тона. Аристотель (IV в. до н. э.) определил, что эхо – это отражение звука от стоящих на пути препятствий и считал, что вибрирующее тело провоцирует воздух на сжатия и разрежения. В XV-XVI вв. итальянский ученый Леонардо да Винчи исследовал отражение звука, он описал теорию о том, что звуковые волны распространяются независимо от многообразных источников [1].

Развитие акустики, как науки можно разделить на 3 этапа. Первый этап охватывает XVII-XVIII вв. В этот период Г. Галилей установил, что тело, которое звучит, подвергается колебаниям и от частоты этих колебаний зависит высота звука, а ее интенсивность – от амплитуды этих колебаний. Также проведены первые измерения скорости звука в воздухе (М. Мерсенн, Франция), на основе опытных данных английский ученый Р. Гук установил закономерность между деформацией тела и напряжением, связанным с ней (основной закон теории упругости), также в этот период времени определили принцип волнового движения (Х. Гюйгенс, Голландия).

Русский физик Н.А. Умов проделал много работы по акустике и ввел понятие плотности потока энергии для упругих волн. Американский ученый У. Сэбин заложил основы архитектурной акустики. Русские ученые Н.П. Неклепаев и П.Н. Лебедев получили ультразвуковые волны из резкого звука электрической искры с частотами до нескольких сот кГц, а также исследовали их поглощение в воздухе.

Третий этап развития акустики связан с эволюцией электроакустики и изобретением радиотехники и радиовещания (XX в). В США 1876 г. был изобретён телефон, в 1877 году – фонограф (Эдисон). В 1901 г. была изобретена магнитная запись звука, которую затем применили в магнитофоне и звуковом кино. Электромеханические преобразователи звука были использованы в громкоговорителях в начале XX в. и к 20-ым годам стали фундаментом всей современной акустической аппаратуры.

В первой половине XX в. русские физики внесли значительный вклад в нелинейную акустику. Н.Н. Андреев, И.Г. Русаков (1934) и Д.И. Блохинцев (1947) основали принципы акустики движущихся сред, предметом изучения которой являются мощные звуковые поля. В 1952 году английский ученый М. Лайтхилл создал общую теорию аэродинамической генерации звука, определяющую возникновение звука в движущейся среде.

В гидроакустике первые достижения были достигнуты П. Ланжевеном (Франция, 1916), использовавшим ультразвуковые волны для определения глубины моря и обнаружения подводных лодок. Американские ученые (М. Ивинг и Д. Ворцель, 1944) параллельно с советскими учёными (Л.М. Бреховских, Л.Д. Розенбергом, 1946) изучили явления сверхдальнего распространения звука взрыва в море. Созданию строительной и архитектурной акустики были посвящены работы С.Н. Ржевкина, Г.Д. Малюжинца и В.В. Фурдуева, в которых рассматриваются вопросы звукопоглощения и звукорассеивания.

Исследование зависимости распространения звука от структуры среды создало вероятность применения звуковых волн для зондирования среды, например, атмосферы, что привело к развитию атмосферной акустики.

Важное значение имело изучение ультразвука (особенно высоких частот и больших интенсивностей), которое стало средством изучения структуры и свойств вещества. В 20-х гг. советский ученый С.Я. Соколов использовал ультразвук для дефектоскопии металлов.

В Германии Х.О. Кнезер (1933) обнаружил эффект сильного поглощения и дисперсии ультразвука в многоатомных газах. Позже дисперсия и аномальное поглощение ультразвука были выявлены и в жидкостях. Общая теория этих феноменов (релаксационная теория), была описана Л.И. Мандельштамом и М.А. Леонтовичем (1937). Ультразвуковые колебания высокой частоты вызывают также изменения структуры жидкостей, распад молекул и многие другие эффекты. Мандельштам (1918, 1926) и Л. Бриллюэн (Франция, 1922) создали теорию рассеивания света на ультразвуковых волнах в жидкостях и твёрдых телах. Это явление оказалось значимым для изучения молекулярной структуры вещества (влияние молекулярной структуры вещества на распространение ультразвука изучается молекулярной акустикой, которая изучает поглощение и дисперсию ультразвука в многоатомных газах, жидкостях и твёрдых телах).

В середине XX в. начинается ускоренное развитие психофизиологической акустики, которое было вызвано необходимостью разработки методов неискажённой передачи и воспроизведения множества звуковых сигналов – речи и музыки – по ограниченному числу каналов связи (общая теория информации и связи). Изучались механизмы образования различных звуков речи, характер их звукового спектра, основные показатели качества речи, воспринимаемой на слух. Созданы приборы видимой речи, дающие видимые изображения различных звуков. Были разработаны методы кодирования речи и её расшифровки, проводились исследования механизмов слухового восприятия, ощущения громкости, определения направления прихода звука (венгерский учёный Д. Бекеши).

В конце 70-х годов появились работы [3], связывающие люминесценцию кристаллов и ультразвук. Акустолюминесценция кристаллов (свечение кристалла, возбуждаемое волной, начиная с некоторой пороговой интенсивности) представляет особый интерес.

Основной задачей архитектурной акустики является исследование условий, определяющих слышимость речи и музыки в помещениях, и разработка архитектурно-планировочных и конструктивных решений, обеспечивающих оптимальные условия слухового восприятия.

Научно-техническая революция вносит серьезные коррективы в подготовку молодых специалистов, которые не только должны обладать определенным минимумом знаний, но и творчески применять их.

Имеющаяся техническая литература по архитектурно-строительной акустике не всегда позволяет полностью использовать её в учебном процессе, так как требует профессиональных знаний и большого объема работы.

Хорошие акустические качества зала зависят от правильного решения ряда архитектурно-инженерных вопросов, к которым относятся:

- соблюдение необходимого относительного объема помещения на одного зрителя исходя из назначения зала;

- выбор рациональной формы поверхностей зала;

- выбор соответствующих звукопоглотителей и правильное расположение их на поверхности зала;

- обеспечение необходимой звукоизоляции зала, как от внешних, так и от внутренних шумов.

- улучшение условий труда и быта представляет собой важнейшую социальную задачу. Её улучшение связано с решением многих научных проблем в области психологии и социальной гигиены, улучшение организаций труда, социальной технологии архитектуры и строительства.

Большое место в этом широком комплексе проблем принадлежит архитектуре и смежным с ней техническим и научным областям. Поскольку её основной задачей является создание оптимальной среды для осуществления людьми различных социальных процессов.

Соответственно среда, окружающая человека и ограниченная помещением, имеющее определенное функциональное значение должна иметь такие характеристики, которые наиболее полно отвечают работе человеческого организма при выполнении данной функции.

Характеристика сред определяется условием зрительного восприятия и видимости, освещения, микроклимата, а также акустическим режимом, характеризующим качеством восприятия звука, если оно обеспечивается данным функциональным процессом или уровнем мешающего шума, возникающего в помещении или проникающего в него. Данные вопросы являются предметом изучения строительной физики.

Прикладной областью физики, дисциплины тесно связанной с теорией проектирования зданий

История развития акустики

Современному инженеру в практической деятельности приходится иметь дело с проектированием и эксплуатацией студий звукозаписи, звукового и телевизионного вещания, систем и устройств звукоусиления в производственных помещениях, аудиториях, театральных и концертных залах. В связи с этим ему необходимо знать и понимать основные положения акустики помещений (строительной, архитектурной акустики) и применять эти положения при решении возникающих задач.

Истоки архитектурной (строительной) акустики восходят к глубокой древности. Акустические задачи в те времена ставились и решались в связи со строительством гигантских сначала культовых, а позже и других общественных сооружений - залов для собраний и зрелищ.

Зодчие Ассирии, Вавилона, Древнего Египта в V-II тысячелетиях до н. э. строили храмы, обладавшие выразительной архитектурой и впечатляющим художественным убранством. И мощные строительные конструкции, и скульптура, и живопись - все было направлено на то, чтобы поразить и подавить психику молящихся, создать у них ощущение своего ничтожества, мистического страха перед божественными силами. Зодчим, по-видимому, уже были известны законы распространения и отражения звуковых волн. Пользуясь ими, они достигали акустических эффектов, поражавших воображение молящихся.

Иные, хотя и столь же сильные чувства возбуждало искусство Древней Греции (VII-IV вв. до н. э.) - одной из вершин мировой цивилизации. В отличие от искусства Древнего Египта в основе древнегреческого лежало представление о силе и красоте человека, его неразрывной связи с окружающей природой и общественной средой. Искусство Древней Греции отличалось гармоничностью и светлыми чувствами. Древним греческим храмам и другим общественным сооружениям свойственна соразмерность частей, она определила их высокие акустические свойства. Рациональность принятых древними греками акустических решений была впоследствии подтверждена наукой нашего времени.

Наряду с храмовыми зданиями уделялось большое внимание сооружениям общественного назначения. Зрелищные сооружения Древней Греции разделялись на два вида: одейоны и театры. Первые представляли собой сравнительно небольшие крытые здания для репетиций и представлений с малым количеством исполнителей (без хора) и зрителей, вторые являлись зрелищными сооружениями открытого типа и большой вместимости (тысячи и десятки тысяч человек). Каменные скамьи зрительских мест располагались на склонах возвышенностей.

Традиции греческих архитекторов были продолжены их римскими последователя в VII-I вв. до нашей эры. Римские театры на открытом воздухе были сходны с греческими, хотя в отличие от них строились не только на естественных склонах, но и на горизонтальных участках. Типичным примером такого театра служит амфитеатр Флавия - Колизей на 56 тыс. зрителей, построенный в 80-90 гг. н. э.

Форма зала Время реверберации — не единственный фактор, определяющий акустические свойства зала. Оно является важной, необходимой характеристикой для всего помещения. Но не меньшее значение имеет критерий четкости и разборчивости речи, характеризующий качество слышимости в отдельных частях зала. Четкость и разборчивость зависит от силы прямого звука и от первых быстро следующих за ним полезных… Читать ещё >

Архитектурная акустика ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Архитектурная акустика

Введение

— соблюдение необходимого относительного объема помещения на одного зрителя исходя из назначения зала;

— выбор рациональной формы поверхностей зала;

— выбор соответствующих звукопоглотителей и правильное расположение их на поверхности зала;

— обеспечение необходимой звукоизоляции зала, как от внешних, так и от внутренних шумов.

— улучшение условий труда и быта представляет собой важнейшую социальную задачу. Её улучшение связано с решением многих научных проблем в области психологии и социальной гигиены, улучшение организаций труда, социальной технологии архитектуры и строительства.

Прикладной областью физики, дисциплины тесно связанной с теорией проектирования зданий

Определение времени реверберации Время реверберации — это время, в течение которого слышится отраженный звук после прекращения звучания прямого звука.

Чрезмерная реверберации является весьма распространенным недостатком в акустике. При продолжительной реверберации в зале последовательно издаваемые источником звуки перекрывают друг друга и создают неблагоприятные условия для восприятия не только речи, вследствие ухудшения разборчивости слогов и слов, но и музыки.

С другой стороны, малая реверберация помещения, так же является неблагоприятной для музыки: звуки в таких помещениях воспринимаются неестественными.

Время реверберации в помещении не является постоянным для звуков различной частоты. Это объясняется разной звукопоглощающей способностью отделочных материалов. В архитектурной практике время реверберации определяется обычно для частот 128, 512, 2048 Гц, поскольку эти частоты характерны для диапазона звуков наиболее часто встречающихся в речи и в музыке.

Таблица 1 — Коэффициенты звукопоглощения материалами и конструкциями

Материалы и конструкции

Паркетный пол по деревянному основанию

Время реверберации зависит не только от объемов помещения и материалов его отделки, но и характеристик источника звука. Для низких частот принимается более длительное, а для высоких более короткое время реверберации, нежели для средних частот.

Чем больше помещение, тем больше их средняя длина свободного пробега звуковой волны lср, а число отражений в с (n) меньше, процесс затухания звука будет происходить медленней.

Первыми полезными звуковыми отражениями считаются звукоотражение поступающие к зрителю со временем запаздывания по сравнению с первым звуком. Не более 50 млс и 1220 млс для музыки.

Более полезные более поздние отражения при высоком уровне звука и являются помехой.

От формы зала зависит распределения в нем отражения звуковой энергии.

Формы и размер зрительного зала имеет принципиальное значение для его акустики. Оценка форм и размеров зала, а так же отдельных поверхностей с акустической точки зрения обычно производятся на основе данных акустических исследований в натуре и на модели, а так же на основе геометрических построений.

Форма разрабатываемого зала представляет собой в плане прямоугольник с размерами 14,5· 15,5 м. Высота от нулевой отметки пола до уровня чистого потолка равна 6,6 м. В помещении устроена сцена, по краям которой располагаются звукоотражающие краны дугообразной формы.

Решение профиля поверхности пола При скольжении прямого звука вдоль поглощающей поверхности он теряет большую часть своей энергии. Эти потери являются скользящим поглощением звука и при определении профиля пола имеет значение прямолинейное распространение звука и степень его ослабления при скольжении над слушателями.

Эти условия удовлетворяются при устройстве пола с последующим повышением мест слушателей, по принципу хорошей видимости, хорошего восприятия прямого звука.

В зале предусмотрено ступенчатое повышение уровня пола, причем места располагаются дугообразно, разворачиваясь к сцене, повторяя ее форму.

Первая ступень находится от сцены на расстоянии 2,2 м, высота ступени составляет 15 см, общий перепад уровня составляет 1,05 м (24, "https://referat.bookap.info").

В местах расстановки кресел применен ковролан. Для остальной площади поверхности пола использован ламинат. В проходах между рядами на пандусах предусмотрено ковровое покрытие.

Форма поверхности стен Криволинейные формы поверхности не желательны в залах, поскольку они не обеспечивают равномерного распределения звука, звуковой энергии в зале.

Первые отражения боковых стен распределяются узкой полоской по периметру стен, минуя основную часть партерного зала. Концентрация звуковой энергии, отраженной стенами наблюдается главным образом в задней части зала. Распределение первых отражений от боковых стен зала, секторной формы плана зависит от горизонтального угла раскрытия стен. Чем больше угол, тем меньше отражение, направленное стенами зала. Более равномерное распределение отраженной звуковой энергии стенами приходит в зале прямоугольной формы плана при ширине зала до 20 м. Время запаздывания прямых отражений не превышает 50млс.

Распределение первых отражений от задней стены так же зависят от архитектурной формы. При плоских стенах звуковая энергия равномерно рассеивается по залу.

Так как ширина зала не превышает 20 м, и стены представляют собой ровную поверхность, что обеспечивает равномерное распределение звука, звуковой энергии в зале, чего труднее добиться при криволинейных поверхностях стен.

На сцене устроены боковые звукоотражающие экраны, которые способствуют усилению звука.

Материал поверхности стен — штукатурка, обладающая низким коэффициентом поглощения звука, равный 0,02−0,06.

Форма поверхности потолка Поступающие первые отражения слушателям с потолка, зависят не только от поверхности, но и от высоты. Высота зала дает возможность отражениям расширенно распространяться по всей площади зала, начиная от первых рядов до конца зала.

Форма потолка повторяет дугообразную форму поверхности потолка и имеет трехуровневый перепад. Потолок изготовлен из гипсокартона.

Над сценой располагается звукоотражающий экран, в отделке которого применена штукатурка.

Расчет разборчивости речи в зале Результативный фактор восприятия звука в помещении, с точки зрения его разборчивости зависит от величины относительного воздействия на слушателей полезной и бесполезной части звуковой энергии.

К полезной энергии относится энергия прямого звука и первых его полезных отражений.

К бесполезной энергии относится вся звуковая энергия, фактически она представляет собой реверберацию помещения — фон помещения. Если это отношение назвать коэффициентом разборчивости, то его возможно определить по формуле:

Где — плотность энергии прямого звука;

— плотность звуковой энергии первых отражений, приходящих в данную точку в течение 50млс после прекращения действия источника звука.

— плотность звуковой энергии всех последующих отражений, исключая первое, равное:

; где акустический звукопоглощение реверберация зал

— акустическая мощность источника звука;

— скорость распространения звука;

— расстояние от данной точки до источника звука;

-свободный пробег или путь первых отражений от источника звука до данной точки, приходящих в течение 50млс после прекращения действия источника звука;

— коэффициент поглощения поверхности, от которой приходит первое отражение;

— средний коэффициент звукопоглощения в помещении при 100% заполнении зала;

— общая площадь всех поверхностей в зале.

— коэффициенты звукового поглощения поверхностей, от которых звук приходит в данную точку помещения в течение 50млс после прекращения действия источника звука.

Расчет эквивалентной площади звукопоглащения поверхности зала Таблица 2 — Эквивалентные площади звукопоглощения поверхности зала (постоянные)

Архитектурная акустика — наука, изучающая законы распространения звуковых волн в закрытых (полуоткрытых, открытых) помещениях, отражение и поглощение звука поверхностями, влияние отражённых волн на слышимость речи и музыки, методы управления структурой звукового поля, шумовыми характеристиками интерьеров и т. п.

Цель этой науки — создание приёмов проектирования залов с заранее предусмотренными хорошими условиями слышимости.

Первоначально архитектурная акустика занималась проектированием оперных театров и концертных залов. В дальнейшем, по мере развития техники и роста городов (особенно в XIX веке), первоочередными её задачами стали подавление шума в многоквартирных домах, звукоизоляция производственных помещений и вопросы сохранения здоровья рабочих, а также организация помещений увеселительных заведений, создающих существенный уровень шума.

Развитие транспорта и увеличение его скоростей в XX веке вовлекли в сферу архитектурной акустики ландшафтное проектирование, вопросы архитектурного дизайна жилых массивов в целом, их транспортных артерий, вокзалов и проектирование крупных торговых площадей. Развитие авиации также привнесло свои задачи.

В настоящее время архитектурная акустика в массовом применении включает в себя акустику студийных помещений для звукозаписи, акустику жилых комнат, домашних кинотеатров и акустику увеселительных заведений.

Проблемы изоляции помещений от проникающих извне звуков выделены в настоящее время в самостоятельную область — строительную акустику.

Содержание

Строительная акустика

Звукопередача во внешней оболочке здания

Анализ передачи шума от внешней оболочки строения к интерьеру и наоборот. Главные пути проникновения шума в здание — крыши, карниз, стены, окна, дверь.

Звукопередача в стенах

В наибольшей степени определяет свойства приватности помещения, комфорт спальных комнат

Шумы оборудования

Акустика интерьера

Находящийся в закрытом помещении слушатель воспринимает, помимо непосредственно доходящего до него прямого звука от источника, ещё и ряд его запаздывающих повторений, возникающих в результате отражения от стен, потолков и иных поверхностей, и следующих друг за другом с малыми интервалами.

Так как при отражениях часть звуковой энергии поглощается, более поздние повторы оказываются слабее. После выключения источника звука количество отражённой энергии в помещении убывает до тех пор, пока она не будет поглощена. Процесс постепенного затухания звука называется реверберацией.

Продолжительность реверберации — важнейший параметр, определяющий акустическое качество помещения. Излишне длительное затухание уменьшает чёткость звучания и разборчивость речи, а звучание музыки становится ритмически неопределённым. При короткой реверберации речь звучит глухо, а музыкальное исполнение (особенно композиции со значительным числом инструментов) утрачивает слитность и выразительность.

Даже при оптимальном значении времени реверберации акустические свойства зала могут очень различаться на различных направлениях из-за различия в путях, которые проходят отражения от источника звука до слушателя.

Оптимальные параметры реверберации существенно отличаются не только для речи и музыки, но принципиально зависят от характера и жанра музыкальных произведений. Для камерной, симфонической и эстрадной музыки, вообще говоря, нужны различные оптимальные условия.

Исходя из этого, акустическое проектирование концертных залов (включающее в себя выбор площади и формы зала, размещение слушателей, применение материалов для стен, рассеивающих и поглощающих конструкций, установка отдельных элементов и т. п.) требует в большинстве случаев компромиссных решений.

В залах большой вместимости условия слышимости улучшают применением систем звукоусиления с электронными способами получения искусственной реверберации. Это позволяет контролировать свойства зала в более широких пределах.

Пример электроакустически оснащенного зала универсального назначения (конгрессы, концерты, опера, звуковой кинопоказ) — большой зал Дворца съездов в Московском Кремле (6000 мест).

История

В открытых театрах и других строениях Древней Греции и Рима уже можно заметить результаты применения примитивных акустических знаний. Уже тогда строители сознательно достигали очень хорошей слышимости в помещениях с большим количеством слушателей.

Считается, что современная архитектурная акустика начинается с работ учёного XIX века У. Сэбина, который показал, что в замкнутом помещении постепенно ослабевающие отражения звука сливаются в гул и сопровождают всякий звук. Он и установил, что скорость затухания этого гула является наиболее существенным показателем слышимости.

Теории

В архитектурной акустике применяют две основных теории распространения звука:

Волновая, более строгая, точная, но в ряде случаев расчёты по ней оказываются излишне громоздкими. — упрощённая, более удобная для технических расчётов.

Волновая теория

Более строгая теория, дающая наиболее точные результаты.

Геометрическая теория

Для представления направления распространения и границ потока звуковой энергии используются прямые лучи.

Геометрические представления тем более правомерны, чем меньше длина звуковой волны по сравнению с размерами препятствия. Практически это означает, что наибольшую точность геометрическая теория даёт в области средних и верхних звуковых частот.

Читайте также: