Гармония архитектуры и акустики

Рисунок 1.14

Множество направлений отражённого звука от плит ступеней радиальных лестниц и от ступеней зрительских мест. Наблюдается возможность концентрации звуковой энергии в верхней части концентрических и радиальных резонаторов

а) расчётная схема отражений; b) часть множества отражений по общей расчётной схеме; взаимное положение концентрических резонаторов (по числу рядов зрительских мест); с) план театра в Аспенде с расположением источника звука в зоне орхестры или сцены

Число радиальных резонаторов равно числу радиальных лестниц (20 во втором ярусе и 10 – в первом ярусе). Форма их совпадает со ступенчатой формой «узких коридоров» радиальных лестниц.

Рисунок 1.15

«Шёпотная» галерея. Звук «вращается» в круговом вихре

а) расчётная схема отражений в «шёпотной» галерее; b) план театра в Аспенде с указанием направлений распространения звука по принципу «шёпотной» галереи

Если размеры резонатора (и горла резонатора) малы по сравнению с длиной волны действующих на резонатор колебаний, то практически можно рассматривать такую систему, как систему с сосредоточенными параметрами.

В этом случае (рисунок 1.14) резонатор представляет собой систему с распределенными параметрами, так как размеры резонатора могут быть равны (в поперечном направлении) либо больше (по направлению концентрических направлений рядов мест) по сравнению с длиной волны действующих на резонатор колебаний. Следовательно данный резонатор – это система с распределенными параметрами; и он является многорезонансным (достаточно) широкополосным.

Звуки по множеству направлений отражаются от ступеней радиальных лестниц и воздействуют на концентрический резонатор-волновод, а также на слух ближайших к лестнице зрителей (рисунок 1.14, b). Они (отражённые звуки) являются также источниками в шёпотной галерее; и передаются по направлениям, подобным тем, что представлены на рисунке 1.15.

Данный процесс преобразований характерен для каждого ряда мест зрителей; он сопровождается многократным фокусированием с генерацией звука и соответствующим (весьма существенным) усилением звука, характерным для шёпотной галереи.

Весьма интересен и ещё один фактор акустического благоустройства в театре, в рядах мест для уважаемых (почётных) гостей [5, 7] и постоянных зрителей (рисунок 1.16).

Эти зрители располагались в мраморных креслах с очень высокой мраморной спинкой криволинейной формы (рисунок 16, b).

Спинки кресел имеют специально подобранную высоту – такую, что к голове зрителя в кресле поступает много звуковых отражений от спинки этих кресел. Спинки кресел имеют также специально подобранную кривизну в горизонтальном направлении для формирования отражений в направлении к голове зрителей (рисунок 16, а).

Отражения от криволинейной поверхности спинки кресел (рисунок 16, а) усиливали звук, что благоприятно воздействовало на слух человека, позволяя ему слышать все оттенки голосов актёров, даже не усиленных рупором, удалённых на расстояние 10–15 метров от зрителей первого ряда.

Данный в этой главе историко-архитектурный анализ приводит к ряду обобщений, которым целесообразно следовать в процессе внимательного прочтения всего материала монографии.

Рисунок 1.16

Схема отражений в ряду кресел

а ) – отражения по схеме на рисунке 1.14, а (вид сверху)

b ) – фрагмент театра Диониса на рисунке 1.5

Комфортной звуковой среде ставится в соответствие сила, уровень мощности звука и структура первых акустических отражений. Конечно, названные характеристики реализуются в должной мере в связи с другими процедурами и технологиями: в соблюдении условий видимости, комфортности ситуации, благотворной окружающей среды, высокой функциональности объекта воздействия на духовный мир человека.

Утверждаем также, что превышение силы и мощности звука менее важно, чем структура первых акустических отражений, ибо первые акустические отражения, будучи тщательно продуманными и сформированными, сами способны обеспечить и требуемую плотность звуковой энергии, и его силу, и его мощность !!!

Формирование идеальной структуры первых акустических отражений равнозначно способности извлекать из скрипки звук дыхания человека, что обеспечивается, например, специальной конструкцией смычка.

Инструменты формирования идеальной структуры первых акустических отражений также известны. Они были известны уже в древнейшие века. Зная об успешной реализации такого процесса в древности, мы можем, с не меньшим успехом, воспользоваться результатами таких технологий и в наше время – в современных сооружениях.

Итак, представленный вниманию читателя краткий исторический архитектурно-акустический калейдоскоп развернул перед нами существенное многообразие акустических технологий и форм их реализации.

Некоторые из них, можно наблюдать в этой главе и в главах 2–10: от театральной площадки на острове Крит (XV век до новой эры), от греческих и греко-римских амфитеатров (VI век до новой эры – 1 век новой эры) до чудесных примеров современного театрального зодчества и до грандиозных, достойных нашего времени гигантских зрелищных спортивных сооружений, например, одного из крупнейших стадионов – стадиона «Зенит-Арена» в Северной Пальмире (Санкт-Петербург, Россия).

Подводя первые итоги, целенаправленно рассмотрим важнейшие и конкретные инструменты формирования акустического пространства зрелищных зданий и сооружений, дошедшие до нас из глубокой древности.

Основные инструменты для формирования благотворного архитектурно-акустического пространства разделим на четыре основные группы:

а) акустический рефлектор (отражатель) в вертикальных и горизонтальных плоскостях, имеющий конструктивные и пространственные параметры, позволяющие ему отражать в необходимых направлениях звуки в широком для слухового восприятия диапазоне частот (включая инфразвук).

С помощью рефлекторов можно создать наилучшую структуру первых отражений, учитывающую особенности слухового восприятия человеком.

Психо-физическое восприятие звука человеком благоприятнее, если первые отражения сверху приходят позднее боковых отражений. Интервал запаздывания первых верхних и боковых отражений по отношению к прямому звуку зависит от многих причин и имеет много различных реализаций. Этому вопросу будут посвящены специальные разделы монографии;

b) акустический рассеиватель, работающий обычно в достаточно узких диапазонах частот из-за своих довольно ограниченных размеров; к акустическим рассеивателям, как правило, жёстких ограничений по их размеру и материалам не предъявляется; исключение составляют ситуации, когда требуемый узкий диапазон частот предварительно задан. Рассеивание позволяет наполнить звуком высокого качества практически всё пространство театра, избегая нежелательных концентраций, а также – создавая наилучшую диффузность звукового поля;

c) резонатор, позволяющий усиливать звук в различных диапазонах частот. Замкнутые воздушные полости играют роль резонаторов-усилителей звука. Иногда они, будучи прикрепленными к пластинам-декам, возбуждают весьма интенсивные и весьма полезные колебания названных пластин.

Воздушные полости, полузамкнутые или имеющие отверстия, являются усилителями лишь на небольшом расстоянии от отверстия резонатора, а далее они приобретают уже роль поглотителя звука из-за потерь при интенсивном преобразовании энергии у открытого конца резонатора;

d) дека – это поверхность (потолок, стены, пол и т.д.), которая, в отличие от традиционных рефлекторов, будучи возбуждена резонатором или иным источником колебаний, сама является не пассивным отражателем, а активным источником звука. Дека способна усиливать звук и увеличивать продолжительность звучания в пространстве ? время реверберации (в помещении).

Замкнутые воздушные полости, как уже отмечено, будучи прикрепленными к пластинам-декам, возбуждают весьма интенсивные колебания в воздушной среде театра.

В качестве примера можно ещё назвать специальную пластину-деку характерную, например, для всех струнных музыкальных инструментов. Резонатором здесь являются и струны, прикреплённые к деке.

Пластиной-декой в театре может служить, например, его потолок. Яркий пример такого потолка-деки представлен в главе 2, посвящённой концертному залу Капеллы в Санкт-Петербурге, и других разделах.

Ещё раз подчеркнём значимость для нашего времени достижений в акустике театров древних зодчих:

В XV веке до новой эры рефлекторы уже применялись для наполнения звуковой энергией зрительских мест, например, для театральной площадки в Кноссе на острове Крит (рисунки 1.2 и 1.3).

Ещё более очевидно активное использование для той же цели специально направленных вертикальных рефлекторов для сцены театра в Оранже (Галлия) в 1 веке до новой эры (рисунок 1.8).

Не менее замечательное решение для периода древности – это горизонтальный рефлектор над сценой театра в Аспенде (театр в Галлии, II век новой эры) в сочетании с вертикальными рефлекторами перед сценой и за ней, а так же с рассеивателями звука для создания диффузности звукового поля (рисунок 1.10).

В Афинском театре Диониса (VI век до новой эры) кроме вертикальных рефлекторов на сцене применялись и открытые полости-резонаторы с вогнутыми поверхностями, размещённые по длинной стороне основания непрерывной части рядов сидений, а также – в двадцати длинных волноводах, образуемых лестничными проходами для зрителей (рисунок 1.5).

Несмотря на то, что значение этих резонаторов было велико только для ближайших к ним зрителей (на расстоянии 0,5–1,5 метра от резонатора), этого было достаточно для создания хорошей слышимости на местах, т.к. из расчёта на одного зрителя плотность такого рода резонаторов была очень велика.

Каждый зритель был обеспечен достаточной звуковой энергией резонаторов. При этом будем помнить, что в таком театре актёрами дополнительно применялись рупорные усилители звука и актёры приподнимались над сценой на котурнах.

Рупорные усилители увеличивали звуковую мощность энергии, приходящей к зрительским местам. Использованные актёром котурны позволяли существенно увеличить высоту источника звука и, соответственно, улучшить структуру отражений в рефлекторах двадцати радиальных лестничных «коридоров». И рупорные усилители, и котурны древними драматургами, режиссёрами и актёрами применялись для одной цели – организации хорошего звучания, видимости сценических объектов, что, в свою очередь, придавало требуемую значимость роли того или иного актёра или – всему спектаклю.

Этот бесценный опыт поддерживает нас – современных строителей, архитекторов и акустиков в каждодневном труде; в тех сложных ситуациях, когда наши экспертные оценки наиболее важны для достижения благотворного результата, в безошибочных принципиальных решениях.

2. Реконструкция капеллы в СПБ (реконструкция концертного зала Государственной Академической Капеллы в Санкт-Петербурге)

В этой главе позволю себе представить вам, может быть, поучительный пример реализуемых простых решений акустических проблем при реконструкции или реставрации известнейших объектов, одним из которых является Капелла в Санкт-Петербурге (здание построено в XIX веке).

Рисунок 2.1