OPIS TECHNICZNY. do projektu akustyki wnętrz Centrum Wykładowo Dydaktycznego w Koninie. 1. Podstawa opracowania.

Transkrypt

1 OPIS TECHNICZNY do projektu akustyki wnętrz Centrum Wykładowo Dydaktycznego w Koninie 1. Podstawa opracowania. - umowy z Inwestorem i Użytkownikiem Państwową Wyższą Szkołą Zawodową w Koninie - projekt wielobranżowy Centrum Wykładowo Dydaktycznego w Koninie 2. Dane ogólne 2.1 Obiekt: budynek Centrum Wykładowo-Dydaktycznego w Koninie 2.2 Inwestor : Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Koninie, Konin, ul. Przyjaźni Adres budowy: Konin, ul. Popiełuszki 4 3. Przedmiot opracowania Przedmiotem opracowania są następujące pomieszczenia zaprojektowane w gmachu Centrum Wykładowo Dydaktycznego w Koninie: - sala wykładowa audytoryjna aula - sala wykładowe audytoryjne - sala wykładowa pozioma 1

2 4. Kształt i objętość pomieszczenia - analiza Kształt i objętość pomieszczenia mają wpływ na rozkład energii akustycznej oraz nagłośnienie pomieszczenia. Przeszkoda wklęsła - pozioma lub pionowa - skupia fale odbite. W przedmiotowej projektowanej auli wystepują płaszczyzny zakrzywione ściana przeciwległa w stosunku do sceny oraz lekko zakrzywione zadaszenie. Dążyć należy do powstania równomiernego pola akustycznego we wnętrzu płaszczyzny wklęsłe skupiają fale dźwiękowe odbite na małej powierzchni powodując nierównomierność pola akustycznego we wnętrzu. Zjawisko interferencji nakładania się fal powoduje wzmocnienie lub osłabienie fali dźwiękowej. Zjawisko ugięcia fali we wnętrzu, rzadko występujące, można zaobserwować przy przechodzeniu fali przez wąskie szczeliny. Zjawisko takie nie powinno wystąpić w projektowanym wnętrzu auli. Słyszalne odbicie fal dźwiękowych echo niekorzystne zjawisko we wnętrzu (echo pojedyńcze, wielokrotne - w otwartej przestrzeni) Słyszalność echa, czy pogłosu występuje wówczas, gdy przychodzi do ludzkiego ucha z opóźnieniem 1/15 sekundy. Rozchodzenie się dźwięku w pomieszczeniu zależy od wymiarów i kształtu wnętrza oraz od struktury powierzchni ograniczających pomieszczenie, jak też własności akustycznych przedmiotów tam się znajdujących. W/w czynniki mają wpływ na prędkość zanikania energii dźwiękowej w pomieszczeniu. 2

3 5. Aula Zaprojektowano salę audytoryjną aulę o rzucie pókolistym i usytuowaniu amfiteatralnym rzędów siedzeń dla min. 647 osób. Kształt auli jest bardzo dobry funkcjonalnie z uwagi na: - dobrą widoczność ze względu na odpowiednie nachylenie audytorium kształt przekroju łamanego - bliską odległość ostatniego rzędu od sceny i równomierne rozmieszczenie siedzeń z koniecznym ich przesunięciem względem siebie - wyjątkowo korzystne warunki ewakuacji Ponadto jest to wnętrze ciekawe pod względem architektonicznym, o kształcie bardzo korzystnie oddziałująceym na obecnych w nim widzów. Jednakże pod względem akustycznym jest to wnętrze o niekorzystnym kształcie ze względu na występujące zaokrąglenie ściany tylnej, stąd konieczność wygłuszenia tej ściany na całaj jej długości i wysokości, a także zamontowanie sufitu podwieszonego dźwiękochłonnego lekkie zakrzywienie sufitu może powodować zjawisko odbicia i niekorzestnego miejscowego nałożenia się fal dźwiękowych. Niekorzystne akustycznie zakrzywienie ściany przeciwległej w stosunku do sceny nie ma dominującego wpływu na kształt wnętrza, wnętrze to bowiem jest na tyle wzbogacone dodatkowymi elementami, że powinny one dodatkowo wzbogacić akustykę: - słupy w kształcie pilastrów w zakrzywionej ścianie 3

4 - podcień pod konstrukcją żelbetową oraz jej rozrzeźbienie wystającymi ze stropu wspornikami (wyjatkowo korzystne działanie akustyczne wzorem balkonów w teatrach) - podniesienie okręgu pokrycia w celu doświetlenia sali światłem dziennym oraz odsłonięte kratownice będą dodatkowo korzystnie rozpraszać dźwięk - zastosowanie posadzki pochłaniajacej wykładziny dywanowej - zastosowanie wyposażenia w formie foteli tapicerowanych - zastosowanie kotary na płaskiej ścianie auli 6. Sale audytoryjne Sale audytoryjne zaprojektowano na tyłach obiektu pod audyturium auli. Małe wymiary obu sal nie stworzą w zasadzie niekorzystnych warunków akustyki pasywnej. Dobrze jednak byłoby dokonać nieznacznego wygłuszenia to jest zastosować płyty akustyczne na powierzchni sufitu oraz na 25% ścian szczególnie ścianę za plecami siedzących. 7. Analiza objętości pomieszczeń Zaleca się objętości sal o różnym przeznaczeniu jak poniżej: - pomieszczenia do słuchania mowy i lekkiej muzyki jak: teatry, sale chóru, audytoria, sale konferencyjne min. 4 7 m3/os. - sale koncertowe 7 10 m3/os. - sale kinowe 3 4 m3/os. Na przykład sale koncertowe na ogół m3 ( osób) 4

5 Potrzebna objętość sali audytoryjnej auli - dla 642 osób winna znaleźć się zatem w przedziale min m3. Sali audytoryjnej dla 70 osób w przedziale min m3 Sali audytoryjnej dla 106 osób w przedziale min m3 Zaprojektowano: - aulę o objętości pomieszczenia m3 to jest 7,95m3/osobę pozwala to ewntualnie w przyszłości na elestyczne wykorzystanie auli - salę audytoryjną dla 70 osób o objętości 304 m3 - salę audytoryjną dla 106 osób o objętości 471 m3 8. Czas pogłosu Jednym z najważniejszych parametrów akustycznych pomieszczenia jest jego czas pogłosu ważny parametr określający jakość akustyczną wnętrza wpływający na zrozumiałość mowy i poprawne brzmienie muzyki. Zbyt długi czas pogłosu zmniejsza zrozumiałość mowy, czy muzyki, gdyż zniekształca i zamazuje dźwięki następujące po sobie. Czas pogłosu definiujemy jako okres od chwili wyłączenia źródła dźwięku aż do momentu, gdy poziom natężenia tego dźwięku zmniejszy się o 60 db. Czas pogłosu może być również definiowany jako przedział czasu, w którym energia dźwiękowa zawarta w stanie ustalonym w pomieszczeniu od kulistego źródła dźwięku zmaleje, po wyłączeniu tego źródła, do jednej milionowej swojej pierwotnej wartości. W projektowaniu dużych sal istnieje konieczność osiągnięcia kompromisu doboru czasu pogłosu w zależności od celu jakiemu najczęściej ma służy sala. Czas pogłosu bowiem dla dobrej 5

6 zrozumiałości słowa tekstu mówionego winien być krótki, natomiast zapewnienie pełni brzmienia muzyki wymaga dłuższego czasu pogłosu. Do tego dochodzą jeszcze względy subiektywnego odbioru komfortu akustycznego wnętrza. Bardzo trudnym zadaniem jest dobór odpowiedniego czasu pogłosu dla wielofunkcyjnej sali. Praktycznie niemożliwe jest zaprojektowanie takiej sali pod wzgledem akustycznym, ponieważ wiąże się to z niemożliwoscią sprostania parametrom akustycznym, które są dla poszczególnych funkcji przeciwstawne. Poniżej podaje się dla przykładu optymalne czasy pogłosu dla pasma Hz dla wybranych poszczególnych przykładowych funkcji: - występy chóru - zakres 1,0-1,3 (zaleca sie 1,2) - kino - zakres 1,1 1,4 (zaleca się 1,3) - audytoria - zakres 1,2 1,5 (zaleca się 1,4) - opera zakres 1,4 1,7 ( zaleca się 1,6) - koncerty zakres 1,7 2,0 (zaleca się 1,9) Projektowana aula winna mieć czas pogłosu zbliżony do wartości 1,5, lecz nie powinien być przekroczony z uwagi na funkcję dominujacą wykładową. Należy odpowiednio dobrać czas pogłosu dla poszczególnych częstotliwości. Ustawienie akustyki pasywnej wnętrza, zwłaszcza czasu pogłosu, winno być przeprowadzone empirycznie po jego wybudowaniu. Wymaga bowiem od akustyków odpowiednich pomiarów przy uwzględnieniu już zastosowanych materiałów wykończeniowych bądź zdeklarowaniu przez Inwestora o zakupie dalszych, przy uwzglednieniu architektury wnętrza. 6

7 Czas pogłosu pomieszczenia wyznaczono orientacyjnie z następującego wzoru (otrzymanego doświadczalnie przez Sabine'a). Do wyliczeń przyjęto, że 80% powierzchni auli będzie pochłaniająca ( w tym 60% silnie pochłaniająca ) Warunek powyższy będzie możliwy do spełnienia, gdyż Inwestor przewiduje jako posadzkę zastosować wykładzinę dywanową silnie wygłuszającą oraz fotele tapicerowane. Ponadto otwór za podium dodatkowo zostanie wygłuszony zwisającą kotarą. 0,161V 0,161V 0,161x T = = = = 0,1533 s A a śr S 0,75 x gdzie: T - czas pogłosu pomieszczenia, s, V - objętość, ( m 3 ) S - powierzchnia ograniczająca pomieszczenie, ( m 2 ) A - chłonność akustyczna pomieszczenia, a śr - średni współczynnik pochłaniania dźwięku. Jest to wzór otrzymany doświadczalnie przez Sabine'a. Celowo wybrano tę bardzo przybliżoną metodę, zalecając jednocześnie wykonanie badań po wybudowaniu auli. Istnieją bowiem i inne metody obliczania czasu pogłosu, jednakże żadna z nich - mniej lub bardziej przybliżona - nie daje miarodajnych wyliczeń z uwagi na specyficzne warunki wnętrza projektowanej auli. 7

8 Błąd odczytu Metoda Norrisa-Eyringa jest nieco dokładniejsza, jednakże odnosi się także do wnętrz ukształtowanych regularnie, a zatem również nie dająca rzeczywistego obrazu akustyki przedmiotowego wnętrza. Wzór Millingtona-Sette'a różni się od wzoru Norrisa-Eyringa sposobem określania średniego współczynnika pochłaniania dźwięku. We wzorze Millingtona-Sette'a a śr przybiera wartość średnią geometryczną, a we wzorze Norrisa-Eyringa średnią arytmetyczną. Knudsen zmodyfikował wzór Eyringa, wprowadzając dodatkowo pochłanianie spowodowane obecnością pary wodnej w powietrzu. Pochłanianie powietrza przez cząsteczki pary wodnej jest szczególnie duże przy dużych częstotliwościach i może wynosić, w dużych pomieszczeniach, do 30% całkowitego pochłaniania. Aula będzie dobrze zwentylowana wentylacją mechaniczą, a zatem uwzględnienie tego czynnika nie wydaje się szczególnie zasadne. Wszystkie przytoczone metody służą do wyznaczania czasu pogłosu pomieszczeń, w których rozkład i właściwości akustyczne ustrojów dźwiękochłonnych w trzech podstawowych kierunkach są równomierne, tzn. a x = a y = a z, co oznacza, że chłonności przeciwległych par ścian, stropu i podłogi są w przybliżeniu równe, a więc pole dźwiękowe w pomieszczeniu jest rozproszone. Jeżeli jednak ustroje dźwiękochłonne są tak zgrupowane, że a x ą a y ą a z (np. zgrupowane 8

9 wyłącznie na suficie), to wtedy do obliczenia wartości czasu pogłosu należy posługiwać się metodą Fitzroy'a: gdzie: S x, S y, S z - parami równoległe powierzchnie pomieszczenia (dla prostopadłościanu),m 2, a x, a y, a z - średnie pogłosowe współczynniki pochłaniania powierzchni parami przeciwległych. Dla nierównomiernego rozkładu chłonności wzór Fitzroy'a prowadzi do znacznie większych wartości czasu pogłosu od obliczonych według wzorów podanych powyżej i daje wartości bardziej zgodne z wartościami otrzymanymi w wyniku pomiarów. Jednakże i ta metoda wydaje się zawodna w przypadku pomieszczenia o tak trudnym do zdefiniowania kształcie, z jakim mamy doczynienia w naszym przypadku (wznosząca podłoga audytorium o linii łamanej, półkolisty kształt ściany przedniej i świetlika, sufity w spadku 10% oraz lekko zakrzywiony dach auli). Zatem żadna z teoretycznych metod nie da miarodajnych wyników obliczenia czasu pogłosu. Dopiero sporządzenie pomiarów we wnętrzu po wybudowaniu da możliwość odpowiedniego usytuowania płaszczyzn wygłuszajacych i rozpraszających w tym konkretnym wnętrzu. Zalecenia zawarte w niniejszym opracowaniu traktować należy jako kierunkowe wytyczne. 9. Wytyczne akustyczne Każde miejsce w pomieszczeniach sal wykładowych oraz w auli winno być: - właściwie nagłośnione - odpowiednio dobrany stosunek energii dźwięku bezpośredniego do dźwięku odbitego dochodzącego do słuchacza 9

10 - wyeliminować należy wszelkie odbicia dźwięków dochodzące do słuchacza w czasie dłuższym niż 1/15s - odpowiednio rozproszyć lub kierować dźwięk Powyższe wymagania zrealizować należy poprzez: - odpowiednie nagłośnienie ( dobór sprzętu oraz usytuowanie głośników) projekt nagłośnienia znajduje się w odrębnej teczce - zastosowanie płaszczyzn silnie pochłaniających (płaszczyzny ścian naprzeciwko katedr wykładowców w ścianach szczytowych sal audytoryjnych oraz w auli na ścianie zakrzywionej w formie walca) - ścianę biegnącą po okręgu wygłuszyć okładziną ścienną silnie dźwiękochłonną w szerokim pasmie częstotliwości np. materiałem nie gorszym niż ECOPHONE-Colorado lub np. materiałem dźwiękochłonnym akustycznym RYGIPS (RIGITON lub GYPTON BIG); - zaleca się ponadto montaż sufitu podwieszonego dźwiękochłonnego w czaszy dachu auli z materiału nie gorszego niż ECOPCHONE Colorado lub np. materiałem dźwiękochłonnym akustycznym RYGIPS (RIGITON lub GYPTONE BIG). (w przypadku zastosowania sufitu odbijającego, należy go ułożyć w sposób zapewniający odbicie dźwięku w różnych kierunkach, należy jednak zachować regularność kompozycyjną i układać płaszczyzny sufitu podwieszonego w formie regularnych załamanych lekko płaszczyzn) - ściana przednia za sceną winna być w zasadzie odbijająca - dodatkowo po wykonaniu pomiarów akustycznych zachodzi konieczność montażu ekranu odbijającego nad sceną o pow. ok.30m2 10

11 - zapewnić dobrą zrozumiałość tekstu słownego - zwłaszcza mowy polskiej (ograniczyć czas pogłosu dla małych częstotliwości do wartości nie przekraczających długości czasu pogłosu dla średnich czestotliwości, wydłużyć czas pogłosu dla dużych częstotliwości) - czas pogłosu wyrównać w szerokim pasmie częstotliwości Zapewnienie zrozumiałości mowy Zmniejszenie zrozumiałości mowy wskutek oddziaływania hałasu nie występuje projektowany budynek jest wolnostojący i zlokalizowany zdala od ruchliwych ulic, w otoczeniu nie wytwarzających nadmiernego hałasu obiektów Szkoły Wyższej oraz zabudowy jednorodzinnej. Ponadto sala wykładowa aula otoczona jest wieńcem pomieszczeń (hol oraz korytarze, pełniącymi wystarczającą funkcję izolacji akustycznej). Można zatem przyjąć, że jest doskonale wygłuszona od źródeł dźwięków powietrznych zewnętrznych. Przyjmuje się dopuszczalny poziom hałasu zewnętrznego do max db. 11

12 Uwagi końcowe W związku z tym, że aula oraz pozostałe sale audytoryjne zostaną wyposażone w instalację nagłośnienia, a zatem źródła dźwięków będą zlokalizowane równomiernie i odpowiednio w celu uzyskania jak najwłaściwszego rozwiązania akustycznego, akustyka wnętrza została zaprojektowana w sposób będący kompromisem pomiędzy akustyką pasywną i aktywną (nagłośnieniem), a także uwzględniając optymalne warunki akustyczne dla słyszalności tekstu mówionego, dźwięków muzyki, czy śpiewu. Dopiero analiza empiryczna jest w stanie wykazać prawidłowość akustyki wnętrza auli tym bardziej, że niejednokrotnie parametry akustyczne są oceniane bardzo subiektywnie nawet przez wyrafinowanych odbiorców potrafiących znacznie różnić się w tej ocenie. Opracowanie: 12