Как акустическое проектирование помогает повысить качество звука

Исходные данные

К 69-й годовщине со дня рождения первого Президента ЧР Героя России Ахмат-Хаджи Кадырова в поселке Ойсхара Чеченской Республики была открыта мечеть вместимостью 15 000 человек, названная в честь Сулима Кадырова. Проект по ее озвучиванию был поручен компании "Мастер Звука", а для проведения акустических расчетов интегратор привлек инженеров БАР "АРИС".

Поставленное техническое задание включало необходимость:

1. Разработать решения по озвучиванию помещений молельных залов мечети (основной молельный зал и два молельных зала в цокольных этажах), обеспечивающих оптимальные значения акустических показателей в режиме звукоусиления.
2. Подтвердить корректность предложенной концепции электроакустическим расчетом на компьютерной модели.
3. Обеспечить высокое качество передачи речи.
4. Система управления СЗУ должна быть интуитивно понятной и не требовать специальной технической подготовки.

Основными трудностями при реализации проекта стали: невозможность вносить изменения в отделку зала, сложная акустика помещения, влияющая на такие параметры, как равномерность покрытия, разборчивость и уровень комфорта во время прослушивания, и сжатые сроки.

Реализация проекта

Акустические расчеты производились методом компьютерного моделирования в программном комплексе AFMG EASE 4.4 (Enhanced Acoustic Simulator for Engineers) на основе предварительно построенной трехмерной модели помещения. Для проведения расчетов все профили поверхностей были аппроксимированы плоскими секциями (в количестве 1320 шт.), каждой из которых задавались частотные коэффициенты звукопоглощения в соответствии с данными справочной литературы, натурных измерений и производителей материалов. Расчет основных акустических критериев на модели производился с помощью модуля AURA, позволяющего смоделировать отзвуки в помещении.

Помещение молельного зала на уровне первого этажа имеет в плане квадрат с максимальными размерами 34,6 х 34,6 м. Основной объем молельного зала имеет размеры 24,9 м (длина) х 24,9 м (ширина) и высоту плоской части потолка 15,1 м, над которой располагается барабан главного купола диаметром около 14 м. Высота от уровня пола 1 этажа до верха купола составляет около 24 м. По периметру зала находится балкон высотой 5,25 м и глубиной около 5 м, отделенный от основной части молельного зала рядом колонн с шагом 5 м с устройством арочных сводов между ними. Пол мечети покрыт толстым ковром. Поверхности стен и потолка основного объема зала выполнены штукатуркой под роспись либо мраморными плитами. Воздушный объем зала с учетом подбалконного пространства и балконов составляет около 14 000 м3, общая площадь поверхностей – 6360 м2.

Помещения молельных залов в цокольных этажах имеют идентичное основному молельному залу устройство. В плане максимальные размеры зала составляют 34,6 х 34,6 м. Материал стен – штукатурка под роспись и мрамор. В зале предусмотрены несущие колонны с шагом 5 м. Высота зала 4.4 – 4.6 м, выполняется кессонированной конструкцией фальшпотолка аналогично основному молельному залу.

Согласно расчетам на модели, время реверберации в зале в соответствии с отделкой по проекту оказывается существенно выше оптимальных значений и составляет от 3 до 4 секунд в среднечастотной области, с подъемом до 5 с в низкочастотной области и спадом вплоть до 1-2 с в области высоких частот. Данная характеристика является типичной для молельных залов мечетей, а спад в области высоких частот связан с характеристикой звукопоглощения ковров, занимающих всю площадь пола. Такая неравномерность частотной характеристики неблагоприятно влияет на спектральную окраску и разборчивость речи. С учетом заполнения зала людьми ситуация несколько улучшается – расчетное время реверберации в диапазоне средних частот падает до 2,8 – 3,1 с (что, тем не менее, выше оптимумов в 1,9 - 2,2 с), однако в области низких частот практически не уменьшается.

Отсутствие возможности внесения существенного звукопоглощения в отделку приводит к необходимости оптимизации системы звукоусиления для обеспечения достаточного соотношения «сигнал-шум» (и, как следствие, повышение разборчивости звукового сигнала) на всей озвучиваемой площади.

Оценочный расчет был проведен для частотных полос 250, 500 и 1000 Гц с использованием звуковых колонн RCF VSA 1250 II и RCF VSA 2050 II. С учетом архитектуры молельного зала оптимальным решением является размещение громкоговорителей по возможности таким образом, чтобы каждый источник покрывал расстояние не менее 10 м, что соответствует двукратному расстоянию между несущими колоннами. На несущие колонны купола в центральной части зала устанавливаются звуковые колонны RCF VSA 2050 II, которые обеспечивают более высокие значения по покрытию прямым звуковым давлением.

Система заукоусиления основного молельного зала была построена на безе звуковых колонн c управляемой направленностью RCF серии VSA. Их особенность заключается в возможности регулировки для адаптации к площадке с учетом размещения слушателей и высоты размещения самих АС при сохранении их вертикального положения. Кроме того, колонны имеют достаточно узкую диаграмму направленности в вертикальной плоскости, что увеличивает долю прямой звуковой энергии на озвучиваемой площади и снижает количество нежелательных отраженных составляющих, что является крайне важным для увеличения разборчивости речи в помещениях с высокой гулкостью.

Четыре акустичесткие системы RCF VSA 1250 II) были подвешены в зале на фронтальной стене у михраба (ниши, у которой во время службы располагается имам) и под галереей, еще две RCF VSA 2050 II закреплены на паре ближних к михрабу несущих колонн купола и две RCF VSA 1250 II (линии задержки) размещены на паре дальних от михраба несущих колоннах купола. Все на высоте 2 м. По результатам контрольных измерений, проведенных в рамках пуско-наладочных работ, индекс передачи речи в центральной части основного молельного зала при работе звуковых колонн составил в среднем STI = 0,6, что соответствует качественной оценке «хорошо».

Система озвучивания балконов основного молельного зала реализована с помощью звуковых колонн RCF L2406, которые размещаются в количестве 2 шт. на высоте 1,8 м от уровня пола балкона на фронтальной стене, в количестве 4 шт. на колоннах боковой части балкона и в количестве 4 шт. на колоннах центральной части балкона.

Для озвучивания цокольных этажей на каждом из них размещено 22 громкоговорителя RCF PL 8X, встроенных в подвесную конструкцию потолка на участке между колоннами.

Каждый минарет оснащен четырьмя мощными всепогодными громкоговорителями рупорного типа RCF HD 410 и HD 6045, которе направлены на четыре стороны света.

Все громкоговорители подключены к трансляционным усилителям BITTNER 8X400, XV600 и XV400, а маршрутизация и обработка входных сигналов по всей системе осуществляется цифровой аудиоплатформой Symetrix Prism 16x16. Управление СЗУ во всех зонах, а также микрофонами производится через веб-платформу Symetrix Control Server, которая содержит предустановленное приложение Mixer, предлагающее 32 независмых канала с назначаемыми фейдерами и кнопками Mute. Пользователь легко может группировать или скрывать каналы, добавлять подписи, менять цвета и диапазон регулировки фейдеров.