Акустика спортивных арен – сложная и многогранная тема, требующая глубокого понимания истории, технологий и современных подходов. В данном исследовании специалисты Бюро Акустических Расчетов «АРИС» постарались охватить максимально широкий спектр вопросов, касающихся акустики на аренах, от исторического контекста до современных измерений и применения акустических материалов.
Исторический контекст
История акустики арен начинается с древних времен. Еще античные арены отличались прекрасной слышимостью благодаря своей чашеобразной форме, которая действовала как механический усилитель звука. Этот эффект позволял звуку распространяться на большие расстояния.
Однако не все было так просто: были у конструкции подобных арен и существенные недостатки. Один из таких – отсутствие крыши. Известно, что на древних аренах, где мероприятия проводятся и по сей день, артисты жалуются на усталость из-за плохой концентрации звуковой энергии. Каменные сцены и задние стены играли важную роль в акустике, создавая множество отражений, которые улучшали общую атмосферу и разборчивость звука. Однако из-за отсутствия крыши значительная часть звуковой энергии уходила вверх и не использовалась эффективно.
Современные подходы в строительстве арен значительно изменились, однако новые арены сталкиваются с новыми вызовами, такими как использование металлических крыш, создающих дополнительные проблемы с отражением звука.
Проблемы современных арен
Одной из главных проблем современных арен является длинное время реверберации – период, в течение которого звуковой сигнал затухает после его прекращения. Особенно это заметно на хоккейных аренах и в спортивных залах, где конструкция и твердость отделочных материалов создают эффект порхающего эха, когда звук, распространяясь, многократно отражается от поверхностей.
На некоторых современных аренах время реверберации может достигать восьми секунд на частоте 500 Гц. Это делает речь практически неразборчивой, так как к основному звуку добавляются многочисленные отражения, создающие «звуковой хвост».
Современные арены, несмотря на их технологическое совершенство, сталкиваются с серьезными акустическими проблемами, вызванными использованием металлических и бетонных конструкций. Длинное время реверберации и сильное эхо делают речь и звуковые эффекты неразборчивыми. Решение этих проблем требует комплексного подхода, включающего использование акустических материалов и современных технологий проектирования.
Влияние материалов и конструкции
Различные материалы и конструктивные особенности арен существенно влияют на их акустические характеристики. Понимание этих факторов помогает в создании более эффективных решений для улучшения акустики в современных спортивных сооружениях.
Материалы, используемые при строительстве арен, играют ключевую роль в формировании их акустических свойств. Твердые материалы, такие как камень и бетон, обладают высокими отражающими свойствами, что может способствовать улучшению акустики при правильном проектировании. В то же время мягкие материалы, например, песок или резина, поглощают звуковую энергию, что может быть как преимуществом, так и недостатком (в зависимости от применения).
Для борьбы с проблемами реверберации и эха в современных аренах используются различные акустические материалы и конструкции. Подвесные поглощающие элементы, такие как баффлы или акустические острова, размещаются на потолке и стенах, чтобы уменьшить время реверберации. Эти элементы помогают поглощать звуковую энергию и уменьшают количество отражений, улучшая разборчивость звука.
Современные методы измерений
Крайне важной частью работы над акустикой помещения являются измерения. Современные методы измерения акустических параметров позволяют точно оценить акустические характеристики арен и разработать эффективные решения для их улучшения. Эти методы включают использование различных приборов и технологий – додекаэдров, розового шума и специальных программ для моделирования акустики.
Додекаэдры и розовый шум
Одним из ключевых инструментов для измерения акустики является додекаэдр – всенаправленный звуковой источник, который распространяет звук с одинаковым давлением во все стороны. Додекаэдр состоит из множества динамиков, направленных в разные стороны, и питается мощным усилителем. Для замеров используется розовый шум — звуковой сигнал, включающий все частоты в равной мере. Во время измерений розовый шум подается на додекаэдр, а затем прерывается, чтобы замерить время затухания звука.
Сигнальные пистолеты и петарды
В больших помещениях, таких как спортивные арены, для создания мощных звуковых импульсов часто используются сигнальные пистолеты и петарды. Эти устройства создают резкий звуковой импульс, который позволяет точно измерить время реверберации. Петарды особенно эффективны для замеров на больших расстояниях, так как они обеспечивают высокий уровень звукового давления.
Моделирование акустики
Моделирование – это еще одна важнейшая часть работы над акустикой помещения. Современные программы позволяют создавать точные модели помещений и предсказывать их акустические характеристики. Они учитывают форму помещения, материалы, расположение акустических элементов и другие факторы. Моделирование позволяет провести виртуальные измерения и оптимизировать акустические решения до их реализации.
После проведения измерений и моделирования важно правильно оценить результаты. Например, для оценки разборчивости речи используется индекс STI (Speech Transmission Index), который показывает насколько хорошо воспринимается речь в данном помещении. Другие важные параметры включают время реверберации, уровень звукового давления и равномерность звукового поля.
Моделирование акустики помогает оптимизировать решения и создать комфортные акустические условия. Правильная оценка результатов измерений позволяет разработать эффективные стратегии для улучшения акустики на любых аренах.
Акустические требования и нормативы
Существуют различные нормативные документы и стандарты, которые регулируют акустические характеристики зданий, включая спортивные арены. Эти нормативы помогают установить допустимые уровни шума, время реверберации и другие параметры, обеспечивая комфортные и безопасные акустические условия для зрителей и участников мероприятий.
СНиПы и западные нормативы
В России одним из основных документов, регулирующих акустические характеристики зданий, является СНиП (Строительные нормы и правила). В нем устанавливаются требования к акустике различных типов зданий, включая спортивные сооружения. Например, в старом СНиПе для крытых катков с искусственным льдом указывалось, что время реверберации на частоте 1000 Гц должно находиться в пределах 2,5 секунд.
Однако СНиПы могут быть устаревшими, и часто приходится использовать западные нормативы и рекомендации. Например, стандарты ISO и рекомендации Европейского Союза по акустике зданий включают более современные и детализированные требования. В западных нормативных документах часто указываются два режима использования помещений: спортивный и концертный, с разными требованиями к времени реверберации и разборчивости звука. В отечественной нормативной базе также уже имеются подобные требования.
Индекс STI
Как уже говорилось выше, одним из ключевых параметров, используемых для оценки разборчивости речи, является индекс STI (Speech Transmission Index). Он показывает насколько хорошо воспринимается речь в данном помещении. Значения STI варьируются от 0 до 1, где 1 означает максимальную разборчивость. Для спортивных арен и больших залов рекомендуемые значения STI находятся в пределах 0,5 - 0,75.
Диапазон времени реверберации
Для оценки акустических характеристик часто используется время реверберации на различных частотах. Например, в рекомендациях может указываться допустимое время реверберации в диапазоне от 500 до 2000 Гц. Это позволяет учитывать не только голосовые частоты, но и звуки музыкальных инструментов и других источников.
На практике часто приходится адаптировать нормативные требования под конкретные условия. Например, для караоке-баров, которые по размеру и назначению могут соответствовать и концертным залам, и студиям, используют разные нормативы. В таких случаях применяют экстраполяцию и собственные изыскания для установления оптимальных акустических характеристик.
Проектирование акустики требует учета множества факторов, включая форму помещения, материалы, расположение акустических элементов и ожидаемые типы мероприятий. На спортивных аренах часто проводятся не только спортивные мероприятия, но и концерты, шоу и другие массовые мероприятия. Это требует универсального подхода к проектированию акустики, чтобы обеспечить хорошие условия для различных типов звуковых событий.
Акустические требования и нормативы играют важную роль в обеспечении комфортных и безопасных условий на спортивных аренах. СНиПы, западные стандарты и рекомендации помогают установить допустимые уровни шума, время реверберации и другие параметры. Применение индекса STI и прочих методов оценки разборчивости речи позволяет разработать эффективные решения для улучшения акустики. Правильное проектирование, учитывающее все аспекты эксплуатации арены, помогает создать комфортные условия для зрителей и участников мероприятий.
Применение акустических материалов
Для решения акустических проблем на современных аренах используются различные акустические материалы и конструкции. Эти решения направлены на снижение времени реверберации, уменьшение эха и улучшение разборчивости звука.
Подвесные поглощающие элементы
Одним из самых эффективных решений для улучшения акустики на аренах являются подвесные поглощающие элементы – баффлы и акустические острова. Эти элементы размещаются на потолке и стенах арены и поглощают звуковую энергию, уменьшая количество отражений. Баффлы и острова могут быть изготовлены из различных материалов, таких как минеральная вата или акустическая пена, которые эффективно поглощают звук на различных частотах.
Акустические панели и покрытия
Кроме подвесных элементов, широко используются акустические панели и покрытия. Эти материалы монтируются на стенах и потолках арен и служат для поглощения звуковой энергии. Акустические панели могут быть изготовлены из различных материалов – древесноволокнистые, ГВЛ, СМЛ, СПЛ плиты или текстиль. Эти панели помогают снизить уровень шума и улучшить разборчивость звука в помещении.
Расположение и количество материалов
Правильное расположение и количество акустических материалов имеют решающее значение для достижения желаемого эффекта. Например, размещение акустических панелей на задних стенах и боковых поверхностях арены помогает уменьшить количество отражений и улучшить разборчивость звука. Количество и плотность панелей должны быть тщательно рассчитаны, чтобы обеспечить достаточное поглощение звуковой энергии.
Иногда использование акустических материалов может сталкиваться с проблемами – ограниченным пространством для установки или необходимостью сохранения архитектурного облика арены. В таких случаях возможно применение скрытых акустических решений или использование материалов, которые сочетаются с дизайном помещения. Чтобы найти оптимальное решение, важно учитывать все аспекты проектирования и эксплуатации арены.
Применение акустических материалов и конструкций является ключевым элементом в улучшении акустических характеристик современных арен. Подвесные поглощающие элементы, акустические панели и покрытия помогают снизить время реверберации, уменьшить эхо и улучшить разборчивость звука. Правильное проектирование и расположение этих элементов позволяют создать комфортные акустические условия, необходимые для проведения на аренах различных мероприятий.
Практические примеры
Практическое применение методов и материалов для улучшения акустики на аренах можно проиллюстрировать конкретными примерами. Эти примеры демонстрируют, как теоретические знания и нормативные требования воплощаются в реальных условиях и помогают улучшить акустические характеристики спортивных и концертных помещений.
Арена ЦСКА в Москве
На арене ЦСКА в Москве уже был реализован комплекс мер по улучшению акустики, однако, в процессе эксплуатации выяснилось, что этого недостаточно. После проведения измерений инженерами-акустиками БАР «АРИС» были выявлены «слабые места» примененных решений и рассчитаны способы их устранения. Дополнительное размещение акустических панелей значительно улучшило акустические характеристики арены в целом, что помогло снизить время реверберации и повысить разборчивость звука.
Измерения на арене ЦСКА показали, что использование подвесных поглощающих элементов и потолочных панелей значительно снизило время реверберации. Первоначально на частоте 500 Гц оно достигало 6 секунд, что делало речь и музыку неразборчивыми. После установки акустических элементов время реверберации снизилось до приемлемых значений, что улучшило общие акустические условия на арене.
Новокузнецкая арена
На новокузнецкой арене также были проведены измерения и работы по улучшению акустики. Здесь бетонные трибуны и металлические конструкции создавали сильное эхо и время реверберации было избыточным.
Измерения показали, что время реверберации достигало 8 секунд на частоте 500 Гц, что делало звук неразборчивым и утомительным для зрителей и участников мероприятий. Для решения этой проблемы специалистами БАР «АРИС» было предложено установить акустические панели на стенах и потолке, а также использовать подвесные элементы, которые помогли значительно снизить время реверберации и улучшить акустические условия.
Практические примеры показывают, как теоретические знания и нормативные требования воплощаются в реальных условиях для улучшения акустики на аренах. Использование подвесных поглощающих элементов, акустических панелей и современных методов измерения и моделирования позволяет значительно повысить разборчивость звука и снизить время реверберации. Эти меры создают комфортные и безопасные условия для зрителей и участников мероприятий, делая спортивные и концертные арены более привлекательными и функциональными.
Заключение
Акустика спортивных и концертных арен – это сложная и многогранная наука, которая требует тщательного подхода и использования современных технологий. В процессе работы над улучшением акустических характеристик необходимо учитывать множество факторов, включая исторический контекст, материалы и конструкции, методы измерений и нормативные требования.
Оптимизация акустических характеристик спортивных и концертных арен не только улучшает восприятие звука, но и способствует безопасности и комфорту зрителей и участников мероприятий. Правильное проектирование, использование современных материалов и методов, а также следование нормативным требованиям позволяют создать арены, которые удовлетворяют потребности всех пользователей и обеспечивают высокое качество акустики.
Таким образом, улучшение акустики на аренах – это важная задача, требующая комплексного подхода и использования лучших практик и технологий. Эффективные решения в этом направлении делают спортивные и концертные мероприятия более приятными и комфортными для всех участников.
