ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ АРХИТЕКТУРНОЙ АКУСТИКИ КАК НАУКИ И ВОСПРИЯТИЕ ЗВУКА ЧЕЛОВЕКОМ

Введение

Акустика – это важный вопрос для обеспечения хорошей слышимости для большого количества людей в ограниченном пространстве и этим вопросом задавались во многие времена. В данной статье рассмотрим кто первым начал рассматривать вопрос архитектурной акустики, как она развивалась как наука и как акустика влияет на восприятие звука слушателями и исполнителями.

История развития акустики как науки

Первыми кто начал рассматривать вопросы звука и звуковых волн был Леонардо да Винчи. Затем вопросы, которыми занимался да Винчи развил Галилео Галилей с помощью метода геометрических построений Архимеда. Данные знания о звуковых волнах стали фундаментом строительной и архитектурной акустики [1].

Первые театры были построены в древней Греции и Риме и представляли собой круг, где в центре находился оратор, а вокруг него располагались слушатели. Место оратора было немного поднято, а для того, чтобы все слушатели имели возможность услышать хоть что-нибудь, то зрительские места поднимались вверх от цента в глубь рядов. В таких театрах отсутствовали ограждающие конструкции, такие как стены и потолок, то есть театры открытого типа. Плюс таких театров в том, что запоздалые звуковые отражения от стен и потолка отсутствовали, поэтому не создавалось эха. Но в то же время отсутствие стен являлось минусом, так как звуковая энергия рассеивается в пространстве и в некоторых случаях слабо достигает или вовсе не достигает слушателей дальних рядов.

С освоением более северных земель стали появляться театры закрытого типа, то есть с ограждающими конструкциями, от которых может отражаться звук. Также для размещения большего количества зрителей стали возводить балконы. Начались попытки опытным путем подобрать правильную форму зала. Для этого начали изучать отражения звука в закрытых помещениях, но до начала XIX века результаты были небольшие, пока не были предприняты попытки просчитать и спроектировать полезные отражения звука, которые бы доставляли бы до слушателя необходимый объем звуковой энергии, в нужное время с определенной частотой. Стали экспериментировать и добавлять в залы отражатели, но этого было недостаточно. Пока в 1853 году Дж. Б. Уфам, доктор медицины, дал понимание явлений первых отражений и резонанса и понял, что время первых отражений должно быть уменьшено до достаточного минимума, но не быть слишком низким, для того чтобы снизить гулкость звука, убрать эффект эха и всё еще иметь достаточную звуковую энергию, чтобы задним рядам было хорошо слышно исполнителя.

Позже профессор Гарвардского университета У.К. Сэбин ввел термин «реверберация» (эффект, придающий звуку ощущение пространственной глубины и ширины за счет отражения звуковых волн), количественно описывал акустические характеристики зала. Затем была выведена формула для расчета времени реверберации. Еще позже она была скорректирована С.Я. Лифшицом и Эйрингом и уточнена Милленгтоном. Некоторое время данный критерий был единственным для описания акустических характеристик, но со временем были выявлены еще несколько критериев для обеспечения хороших акустических характеристик зала посредством опытов. Например, оптимальные параметры залов, объем на одно зрительское место, заполненность зала.

Восприятие звука зрителем и исполнителем

В закрытом пространстве, чтобы мозг человека в полной мере воспринял музыкальную информацию, ему необходимо получать сигнал в слуховой аппарат не только напрямую от источника звука, но и определенные энергетические отражения звуковых волн от препятствий с различных направлений, чтобы уловить всю избыточную информацию.

Избыточная информация представляет собой некоторую часть полной информации. Полная информация же состоит из формальной части и избыточной [2].

Формальная информация – это информация, упрощенная до минимального значения. Например, у нас есть чертеж и на нем изображены линии. Линии – это и есть формальная информация. А чтобы понять смысл, заложенный в данные линии, человеку также требуется избыточная информация. Так, например, линия может быть горизонталью, которая обозначает высотную отметку относительно Балтийской системы высот и дает очертания, допустим, сопки. Это уже будет избыточной информацией. Поэтому для полного познания данного чертежа человеку необходимо обладать как формальной, так и избыточной информациями.

В любом акустически закрытом пространстве звуковая энергия отражается от стен, пола и потолков и возникает реверберационный процесс, который в области нахождения слушателем представляет сложную последовательность акустических волн. Слушатели лучше воспринимают содержательную информацию, например, оркестр, где одновременно может играть от одного музыкального инструмента до 60 и более инструментов, если она попадает в слуховую систему несколько раз из различных направлений, с определенным частотными, энергетическими и временными отношениями. То есть не все отражения благоприятно сказывается на качестве воспринимаемого звука, но и их полное отсутствие ухудшает результат.

Существуют два направления акустики залов и помещений, приуроченных к двум музыкальным направлениям: классическая музыка и эстрадная музыка [3].

Эстрадная музыка может исполняться и в концертных залах с естественной акустикой и на стадионах с использованием усилительных установок. В первом случае качество звука зависит от акустических свойств зала, а во втором от характеристик усилительного оборудования и его правильной настройки. В свою очередь, классическая музыка исполняется только в залах с естественной акустикой, поэтому для музыкантов классической музыки сильно важны хорошие акустические параметры помещений, в которых они выступают.

Изучение свойств акустики началось с классической музыки, так как она появилась гораздо раньше эстрадной. Эмпирическим методом изучались свойства помещений (театры, залы, храмы), в которых исполнялась музыка. И на их основе начали создавать алгоритмы расчетов и правила для создания форм зала и расположения исполнителей относительно друг друга.

Основные правила для сохранения нормального уровня звучания музыки:

• оркестр, солисты, хор, орган (если есть) должны быть правильно взаимно размещены, чтобы хорошо друг друга слышать;
• должно быть предусмотрено усиление звука отражениями и резонансом от конструкций зала, что помогает исполнителям отчётливо слышать себя и остальных членов коллектива;
• должны быть обеспечены правильные реверберация и резонанс, для того чтобы каждая нота длилась достаточно долго и давала возможность исполнителям в точности определить необходимую тональность следующего звука;
• не должно быть эха, интерферирующих отражений;
• заполненность зала не должна влиять на качество звука.

Вывод

По началу хорошую акустику выстраивали методом проб и ошибок, затем появились расчетные характеристики и стандартные параметры залов, которые стали эталоном при проектировании залов. Сейчас архитектурная акустика – это наука, которая позволяет предвидеть куда и с какой энергией будут приходить звуковые волны к зрителю, чтобы звук был полноценным и четким для передачи всей глубины музыки исполнителя.