Гармония архитектуры и акустики

Здание Государственной Академической Капеллы в Санкт-Петербурге

Время неумолимо. Исторические здания стареют. Количество уникальных зданий, требующих акустической реконструкции очень велико и возрастает.

Материал данной главы, я надеюсь, поможет не допустить грубых ошибок, казалось бы – в простейших случаях теплотехнической и противопожарной реконструкции чердачного перекрытия (любых иных частей исторических зданий) над известным зрительным залом, способных повредить или безвозвратно уничтожить такие прекрасные духовные качества театра, которые создаёт для нас и на многие века с божьей помощью великий творец-архитектор.

Дело в том, что из-за больших временны?х промежутков между продуманным, а также талантливым, воплощением архитектурно-акустических идей в объекте и моментом его реконструкции всегда существует, в силу различных причин, опасность утраты либо знания, либо понимания особенностей этого объекта. Данное обстоятельство, как отмечено ранее, может нанести иногда непоправимый ущерб, связанный с потерей акустических качеств объекта реконструкции.

Речь идёт о знании и о понимании акустических законов всеми реставраторами, не только о конструктивных или архитектурных, но и об акустических особенностях концертных залов с уникальной акустикой.

Поэтому мною было решено рассмотреть и представить вниманию читателя весьма характерный в этом плане пример процесса реконструкции одного из известнейших в мире музыки концертных залов.

Рассмотрим конкретный объект: запроектированный в 1886 году архитектором Л.Бенуа концертный зал Государственной Академической Капеллы в Санкт-Петербурге (набережная реки Мойки, дом 20, рисунок 2.1).

Реконструкция этого концертного зала заканчивалась в течение 2005 года, примерно через 120 лет после ввода в эксплуатацию. За период в 120 лет основой для реконструкции и реставрации оставались, конечно: во-первых, само здание Государственной Академической Капеллы, а во-вторых – чертежи здания Государственной Академической Капеллы.

Перед реконструкцией и реставрацией были проведены предварительные обследования, в результате которых – разработаны достаточно обоснованные правилами строительной техники и технологии конструктивные мероприятия. Разработана также проектная документация на реконструкцию здания и концертного зала Государственной Академической Капеллы (далее – концертного зала Капеллы).

Первоначально администрацией мне поручались только теплоэнергетические обследования концертного зала Капеллы. Однако на первом (ознакомительном) этапе теплоэнергетических обследований оказалось, что мои выводы по теплоэнергетическим обследованиям непосредственно влияют на решения по акустике концертного зала Капеллы (далее это будет подробно доказано).

Поэтому программа обследования была существенно расширена с включением позиции по акустическим обследованиям. Ставилась задача: оценить влияние на акустику концертного зала Капеллы теплоэнергетических мероприятий и мероприятий по пожарной безопасности, представленных подрядчиком в его проекте реконструкции.

Акустическое и теплоэнергетическое обследования конструкции чердачного перекрытия и объёмно-планировочных элементов концертного зала Капеллы произведено мною в январе 2005года.

В процессе обследования чердачного перекрытия (перекрытия над концертным залом) и объёмно-планировочных элементов концертного зала Капеллы рассмотрены следующие документы:

1 Чертежи здания концертного зала Капеллы, выполненные архитектором Л.Бенуа в 1886 году и архитектором М.Гейслером (при восстановлении здания после пожара) в 1895 году).

2 Акустический Паспорт концертного зала Капеллы, составленный специалистами-акустиками из МГУ и ГУП МНИИП объектов культуры, отдыха, спорта и здравоохранения (доцент кафедры акустики МГУ, член Экспертного Совета по органостроению Международного союза музыкальных деятелей, кандидат физико-математических наук П.Кравчук и заведующий лабораторией акустики ГУП МНИИП, кандидат технических наук В.Сухов).

3 Обмерочные чертежи чердачного перекрытия здания концертного зала Капеллы, выполненные ООО «Гипротеатр» с указанием дефектов в исторических конструкциях чердачного перекрытия.

4 Отчет о техническом обследовании строительных конструкций чердачного перекрытия здания концертного зала Капеллы с выдачей проектных решений по его ремонту, выполненный ООО «Гипротеатр».

5 Предписание №2–973 от 16 июня 2004г. Государственного Учреждения «Дирекция заказчика по ремонтно-реставрационным работам на памятниках истории и культуры».

2.1. Характеристика исторических конструкций над концертным залом

По чертежам здания концертного зала Капеллы, разработанным архитекторами Л. Бенуа и М. Гейслером, по современным обмерочным чертежам чердачного перекрытия, разработанным ООО «Гипротеатр», а также при визуальном осмотре конструкций в натурных условиях мной было установлено:

1 Чердачное перекрытие концертного зала Капеллы площадью 520м2 выполнено по металлическим стропильным фермам. Покрытие зала опирается на верхний пояс ферм. Чердачное перекрытие опирается на нижний пояс ферм. Нижняя часть чердачного перекрытия из досок толщиной 40мм кессонирована (размеры в плане каждого кессона преимущественно 1680х1550мм, глубина кессонов 360мм, количество кессонов – 126) и живописно окрашена со стороны концертного зала.

2 В объёме чердака, над кессонами имеется восемнадцать воздушных полостей (резонаторов Бенуа) шириной от 930 до 1080мм, длиной 23000мм (на всю длину зала) и высотой 270мм (рисунок 2.2).

3 Выше указанных воздушных полостей (резонаторов Бенуа) был устроен настил из досок толщиной 50мм. Непосредственно на настиле до начала ремонтных работ находилась известково-гипсо-песчаная стяжка толщиной 100мм.

Во время ремонтных работ эта стяжка была полностью разрушена (!!!!) и в качестве строительных отходов удалена с объекта.

4 В объеме чердака, по его периметру, находился бывший жаровой канал, а ныне – это вентиляционный воздуховод сечением 1820х750мм с вентиляционными решетками, через которые в чердачное пространство может подаваться нагретый воздух. Нагрев воздуха производился и будет производиться с помощью специального оборудования, находящегося в пространстве под сценой концертного зала.

2.2. Основные акустические параметры концертного зала Капеллы

В соответствии с Акустическим Паспортом Капеллы концертный зал имеет объем 6000м3 и 800 мест для публики.

Рисунок 2.2

К чердачной поверхности потолка зала жестко прикреплены (вновь «открытые» при реконструкции и спасенные автором) низкочастотные резонаторы

Удельный объем концертного зала равен 7.5м3 на 1 зрительское место.

Измеренное время реверберации равно 1.75 сек на частотах 500 и 1000 Гц в пересчете на заполненный зал.

Рекомендованное международными стандартами время реверберации равно 2.1 сек для органных концертов и для хорового пения. Полученное во время измерений время реверберации, равное 1.75 сек может быть принято как компромиссное для залов, в которых производятся симфонические концерты.

Для полноценного звучания хорового исполнения и органной музыки разработчиками Акустического Паспорта Капеллы рекомендовано уменьшить количество мест в концертном зале и приблизить число мест к первоначальному, предусмотренному проектом Л.Бенуа в 1886 году.

2.3. Предложение института ООО «Гипротеатр» по проекту реконструкции

Проектное решение по ремонту концертного зала Капеллы, предложенное в 2005 году институтом ООО «Гипротеатр» (через 110 лет после пожара) недостаточно обоснованно включало замену исторической известково-гипсо-песчаной стяжки толщиной 100мм на слой эффективного утеплителя Epaterm толщиной 168мм!!!

В этом же проектном решении на слой эффективного утеплителя Epaterm по предложению ООО «Гипротеатр» необходимо было бы уложить цементную стяжку толщиной 20мм (!!!!).

Автор был приглашен заказчиком (Государственное Учреждение «Дирекция заказчика по ремонтно-реставрационным работам на памятниках истории и культуры») в качестве эксперта для оценки данного проекта реконструкции, разработанного ООО «Гипротеатр».

С экспертной точки зрения возможности сохранения при ремонте чердачного перекрытия уникальной акустики концертного зала Капеллы такое проектное решение ООО «Гипротеатр» (о замене исторической известково-гипсо-песчаной стяжки толщиной 100мм на слой эффективного утеплителя Epaterm толщиной 168мм с последующим нанесением стяжки толщиной 20мм), конечно, ни в коем случае нельзя было допустить к реализации – это было бы опасно для уникальной акустики Капеллы.

Предварительно заметим, что предложенная ООО «Гипротеатр» стяжка на слое утеплителя толщиной 168мм становилась бы мощным виброгасителем всех колебаний потолка концертного зала. Далее будет показано, что опрометчивое размещение на потолке концертного зала мощного виброгасителя, в свою очередь, имело бы катастрофические последствия для акустики этого уникального концертного зала……..

Архитектор М. Гейслер (при восстановлении здания после пожара в 1895 году) прекрасно это понимал и не допустил какого-либо непродуманного решения в части обязательного сохранения уникальных акустических качеств концертного зала, заложенных в проекте и в реальном здании концертного зала Капеллы в Санкт-Петербурге архитектором Л.Бенуа.

2.4. Главные акустические и теплоэнергетические идеи Л.Бенуа, реализованные в конце XIX века

Главные акустические и теплоэнергетические идеи конструкции чердачного перекрытия концертного зала Капеллы, заложенные в проекте 1886 года архитектором Л.Бенуа и бережно сохранённые архитектором М.Гейслером в 1995 году, я полагаю, заключены в следующем:

Потолок – это рефлектор (отражатель) звука.

Потолок – это отражатель звука, который направляет к слушателям наиболее полезные первые отражения звука с запаздыванием по отношению к прямому звуку T=24–55мсек. Запаздывание отражений от потолка c T=24–55мсек в сочетании с запаздыванием звука от стен зала с T=7–30мсек обеспечивали наилучшую структуру первых отражений, которая создала славу акустике концертного зала, как одной из лучших в Европе.

Функция оптимальных первых отражений от потолка сформирована выбором высоты зала, равной в среднем 14.5м. Наилучшая структура первых отражений для зала в целом (и от стен и от потолка) сформирована выбором соотношения длины, ширины, высоты зала более 1.0, но менее 2.0 и тем, что продольные стены зала не параллельны. Не параллельные продольные стены позволяют успешно избежать ряда акустических дефектов, например, возникновения «порхающего эхо» и стоячих волн, т.е. весьма многократных нежелательных отражений от параллельных стен.

Потолок – это рассеиватель звука.

Потолок – это рассеиватель звука для частот, на которых длина волны звука соизмерима с размерами рассеивателей. Рассеивание позволяет наполнить звуком высокого качества практически весь объём зала, избегая нежелательных концентраций, а также – создавая наилучшую диффузность звукового поля.

Функция потолка, как рассеивателя звука по проекту архитекторов Л.Бенуа и М. Гейслера выполняется 126-ю открытыми кессонами, обращенными к слушателям, в нижней части конструкции чердачного перекрытия концертного зала.

При тех размерах кессонов, которые заложены в конструкции обследованного чердачного перекрытия (размеры в плане каждого кессона 1680х1550мм, с глубиной кессонов 360мм), рассеивается, в основном, звуки средних и высоких частот.

Принятая в проекте архитекторов Л.Бенуа и М.Гейслера схема расположения кессонов позволяет в процессе реверберации многократно перекрывать каждый рассеянный звук другими рассеянными звуками (отражениями с других направлений), что весьма благоприятно сказывается на диффузности звукового поля.