Создание акустической среды: глобальное руководство

Акустическое проектирование — это важнейший аспект создания комфортных, функциональных и продуктивных пространств, будь то офис, концертный зал, классная комната или даже дом. Это руководство предлагает всеобъемлющий обзор создания акустической среды в зданиях, исследуя основополагающие принципы, практические применения и глобальные аспекты для эффективного акустического дизайна.

Понимание основ акустики

Прежде чем углубляться в конкретные стратегии проектирования, необходимо понять основные принципы звука и его поведения в замкнутых пространствах.

Что такое звук?

Звук — это механическая волна, которая распространяется в среде, такой как воздух, вода или твердые тела. Он характеризуется частотой (высотой тона) и амплитудой (громкостью). Человеческое ухо обычно способно воспринимать частоты в диапазоне от 20 Гц до 20 000 Гц.

Распространение звука

Звуковые волны распространяются от источника во всех направлениях. Когда они сталкиваются с поверхностью, они могут отражаться, поглощаться или проходить сквозь нее. Соотношение каждого из этих процессов зависит от свойств поверхности и частоты звука.

• Отражение: Звуковые волны отскакивают от твердых, гладких поверхностей, создавая эхо и реверберацию.
• Поглощение: Звуковые волны преобразуются в тепловую энергию пористыми или волокнистыми материалами, снижая уровень звука.
• Прохождение: Звуковые волны проходят сквозь материал, потенциально создавая помехи в пространствах с другой стороны.

Время реверберации (RT60)

Время реверберации (RT60) — это ключевой показатель в акустике. Это время, за которое звук затухает на 60 децибел после прекращения действия источника звука. Разные помещения требуют разных значений RT60. Например, концертному залу требуется более длительное RT60, чем студии звукозаписи.

Уровень звукового давления (SPL)

Уровень звукового давления (SPL) измеряет громкость звука, обычно в децибелах (дБ). Более высокие значения SPL указывают на более громкие звуки. Контроль шума направлен на снижение SPL до комфортных и безопасных уровней.

Ключевые акустические аспекты при проектировании зданий

Эффективное акустическое проектирование включает в себя учет нескольких ключевых соображений для создания желаемой звуковой среды.

Звукоизоляция

Звукоизоляция, также известная как шумоизоляция, направлена на предотвращение передачи звука между помещениями. Это критически важно в зданиях с чувствительными к шуму видами деятельности, такими как студии звукозаписи, больницы и офисы. Существует несколько методов для улучшения звукоизоляции:

• Масса: Добавление массы стенам, полам и потолкам снижает передачу звука. Бетон и несколько слоев гипсокартона являются эффективными.
• Демпфирование: Нанесение демпфирующих материалов на поверхности уменьшает вибрации и звуковое излучение.
• Развязка: Разделение структурных элементов предотвращает передачу вибраций между ними. Этого можно достичь с помощью упругих профилей или плавающих полов.
• Герметизация: Герметизация зазоров и трещин предотвращает утечку звука. Используйте акустический герметик вокруг дверей, окон и труб.

Пример: В студии звукозаписи в Лондоне могут использоваться толстые многослойные стены с демпфирующими материалами и развязанной конструкцией для достижения превосходной звукоизоляции, что предотвращает вмешательство внешнего шума в записи и не позволяет громкой музыке беспокоить соседей.

Звукопоглощение

Звукопоглощение включает использование материалов, которые преобразуют звуковую энергию в тепло, уменьшая отражения и реверберацию. Это важно для улучшения разборчивости речи и снижения уровня шума в различных помещениях.

• Пористые поглотители: Эти материалы, такие как стекловолокно, минеральная вата и акустический поролон, имеют взаимосвязанные поры, которые поглощают звуковую энергию.
• Мембранные поглотители: Они состоят из тонкой мембраны, натянутой над воздушной полостью, и поглощают звук на определенных частотах.
• Резонансные поглотители (резонаторы Гельмгольца): Это полости с небольшим отверстием, поглощающие звук на определенной резонансной частоте.

Пример: В офисе открытой планировки в Берлине могут использоваться акустические панели на стенах и потолках, а также мебель с тканевой обивкой для уменьшения реверберации и улучшения речевой конфиденциальности для сотрудников.

Диффузия звука

Диффузия звука рассеивает звуковые волны в разных направлениях, создавая более равномерное распределение звука и уменьшая сильные отражения. Это особенно важно в концертных залах и аудиториях.

• Диффузоры: Это поверхности с неровной формой, которые рассеивают звуковые волны. Примерами являются диффузоры на основе квадратичных вычетов и полицилиндрические диффузоры.
• Неровные поверхности: Внесение неровностей в геометрию помещения также может способствовать диффузии звука.

Пример: Парижская филармония использует сложные геометрии поверхностей и стратегически расположенные диффузоры для создания богатого и захватывающего акустического опыта для посетителей концертов.

Снижение шума

Снижение шума направлено на минимизацию нежелательных звуков из различных источников. Это может включать борьбу с внешним шумом (например, от транспорта, строительства) или внутренним шумом (например, от систем ОВКВ, оборудования).

• Барьерные стены: Возведение барьеров может блокировать прямые пути распространения звука от источников шума.
• Кожухи: Заключение шумного оборудования в кожухи может уменьшить количество звука, излучаемого в окружающую среду.
• Виброизоляция: Изоляция вибрирующего оборудования от конструкции здания предотвращает распространение шума по зданию.
• Контроль шума ОВКВ: Использование глушителей и виброизоляторов на оборудовании ОВКВ снижает уровень шума.

Пример: В терминале аэропорта в Токио могут использоваться звуконепроницаемые окна и стратегическое озеленение для минимизации шума от самолетов, создавая более комфортную среду для путешественников.

Акустические материалы и их применение

Существует широкий спектр акустических материалов, каждый из которых обладает различными свойствами и областями применения. Выбор правильных материалов имеет решающее значение для достижения желаемых акустических характеристик.

Акустические панели

Акустические панели обычно изготавливаются из пористых материалов, таких как стекловолокно или минеральная вата, обтянутых тканью или другими эстетически привлекательными отделочными материалами. Они обычно используются на стенах и потолках для поглощения звука и уменьшения реверберации.

Применение: Офисы, классные комнаты, студии звукозаписи, домашние кинотеатры

Акустический поролон

Акустический поролон — это легкий пористый материал, который эффективно поглощает звук. Он часто используется в студиях звукозаписи и домашних кинотеатрах для контроля отражений и улучшения четкости звука.

Применение: Студии звукозаписи, домашние кинотеатры, вокальные кабины

Басовые ловушки

Басовые ловушки предназначены для поглощения низкочастотных звуков, которые часто трудно контролировать. Их обычно размещают в углах комнат, где низкие частоты имеют тенденцию накапливаться.

Применение: Студии звукозаписи, домашние кинотеатры, комнаты для прослушивания

Акустические шторы

Акустические шторы изготавливаются из толстых, тяжелых тканей, которые поглощают звук и уменьшают отражения. Их можно использовать для закрытия окон или стен, обеспечивая как акустический контроль, так и эстетическую привлекательность.

Применение: Театры, конференц-залы, офисы, жилые помещения

Звуконепроницаемые окна и двери

Звуконепроницаемые окна и двери предназначены для минимизации передачи звука. Обычно они состоят из нескольких слоев стекла или имеют сплошную конструкцию с герметичными уплотнениями.

Применение: Студии звукозаписи, больницы, отели, жилые помещения рядом с шумными зонами

Плавающие полы

Плавающие полы отделены от основной конструкции здания, что снижает передачу ударного шума. Они обычно используются в квартирах, студиях звукозаписи и спортзалах.

Применение: Квартиры, студии звукозаписи, спортзалы, танцевальные студии

Процесс акустического проектирования: пошаговый подход

Процесс акустического проектирования обычно включает несколько этапов, от первоначальной оценки до окончательной реализации.

1. Определение акустических целей

Первый шаг — четко определить акустические цели для данного пространства. Какие виды деятельности будут происходить в помещении? Каковы желаемые уровни звука и время реверберации? Кто будет использовать это пространство?

Пример: Для классной комнаты целью может быть достижение хорошей разборчивости речи и минимизация отвлекающих факторов от внешнего шума.

2. Проведение акустического анализа

Следующий шаг — проведение акустического анализа существующего пространства или предлагаемого проекта. Это может включать измерение существующих уровней шума, расчет времени реверберации и выявление потенциальных акустических проблем.

Инструменты: Шумомеры, программное обеспечение для акустического моделирования

3. Разработка стратегий акустического проектирования

На основе акустического анализа разрабатываются конкретные стратегии проектирования для решения выявленных проблем и достижения желаемых акустических целей. Это может включать выбор подходящих акустических материалов, проектирование мер по звукоизоляции и оптимизацию геометрии помещения.

4. Внедрение акустических обработок

После окончательного утверждения проекта внедряются акустические обработки. Это может включать установку акустических панелей, басовых ловушек, звуконепроницаемых окон или других материалов.

5. Оценка акустических характеристик

После установки обработок оцениваются акустические характеристики помещения. Это может включать измерение уровней шума, расчет времени реверберации и проведение субъективных тестов на прослушивание.

6. Внесение корректировок по мере необходимости

Если акустические характеристики неудовлетворительны, вносятся необходимые корректировки. Это может включать добавление или удаление акустических обработок или изменение геометрии помещения.

Глобальные акустические стандарты и нормативы

Акустические стандарты и нормативы различаются в зависимости от страны и региона. Важно знать соответствующие стандарты в конкретном месте реализации строительного проекта.

• Стандарты ISO: Международная организация по стандартизации (ISO) публикует ряд стандартов, связанных с акустикой, включая стандарты для измерения уровней звука, оценки звукоизоляции и проектирования акустической среды.
• Строительные нормы и правила: Во многих странах существуют строительные нормы и правила, которые включают требования к акустическим характеристикам зданий. Эти нормы могут указывать минимальные уровни звукоизоляции, максимальные уровни шума и требуемое время реверберации.
• Отраслевые стандарты: В некоторых отраслях, таких как здравоохранение и образование, могут существовать свои собственные специфические акустические стандарты и руководства.

Пример: В Германии для акустического проектирования и испытаний обычно используются стандарты DIN (Deutsches Institut für Normung). Эти стандарты охватывают различные аспекты акустики, включая звукоизоляцию, контроль шума и акустику помещений.

Акустическое проектирование для различных типов зданий

Требования к акустическому проектированию варьируются в зависимости от типа здания и его предполагаемого использования.

Офисы

В офисах основными акустическими целями являются снижение уровня шума, улучшение речевой конфиденциальности и минимизация отвлекающих факторов. Этого можно достичь с помощью акустических панелей, звукопоглощающей мебели и систем звуковой маскировки.

Школы

В школах хорошая акустика необходима для разборчивости речи и обучения. Классные комнаты должны иметь короткое время реверберации и низкий уровень фонового шума. Акустические обработки могут включать акустические панели, ковровые покрытия и звуконепроницаемые окна.

Больницы

В больницах контроль шума имеет решающее значение для комфорта и восстановления пациентов. Акустические обработки могут включать звуконепроницаемые стены, потолки и полы, а также меры по снижению шума от медицинского оборудования.

Рестораны

В ресторанах акустика может значительно повлиять на впечатления от обеда. Чрезмерный уровень шума может мешать посетителям слышать друг друга и вызывать дискомфорт. Акустические обработки могут включать акустические панели, потолочные перегородки и звукопоглощающую мебель.

Жилые здания

В жилых зданиях звукоизоляция важна для обеспечения конфиденциальности и минимизации беспокойства от соседей. Звуконепроницаемые стены, полы и окна могут помочь снизить передачу шума.

Новые тенденции в акустическом проектировании

Область акустического проектирования постоянно развивается, появляются новые технологии и подходы.

Активное шумоподавление (ANC)

Активное шумоподавление использует микрофоны и динамики для создания звуковых волн, которые гасят нежелательный шум. Эта технология используется в наушниках, автомобилях и даже в целых комнатах.

Акустические метаматериалы

Акустические метаматериалы — это искусственно созданные материалы с уникальными акустическими свойствами, не встречающимися в природе. Их можно использовать для создания звукопоглотителей, диффузоров и других акустических устройств с улучшенными характеристиками.

Виртуальная акустика

Виртуальная акустика использует компьютерное моделирование для прогнозирования акустических характеристик пространства до его постройки. Это позволяет проектировщикам оптимизировать акустический дизайн и избежать дорогостоящих ошибок.

Биофильный акустический дизайн

Биофильный акустический дизайн включает природные звуки и элементы в акустическую среду для улучшения самочувствия и снижения стресса. Это может включать использование натуральных материалов, водных объектов или воспроизведение звуков природы.

Заключение

Создание акустической среды — это многогранная дисциплина, требующая глубокого понимания принципов звука, материалов и стратегий проектирования. Тщательно учитывая акустические потребности пространства и применяя соответствующие акустические обработки, можно создать комфортную, функциональную и продуктивную среду для широкого спектра деятельности. От звукоизоляции студии звукозаписи в Рио-де-Жанейро до оптимизации разборчивости речи в классной комнате в Сеуле, принципы акустического проектирования универсально применимы, способствуя улучшению качества жизни и повышению производительности по всему миру.