Гармония архитектуры и акустики

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.

Потолок – это потолок – дека.

Потолок – это потолок – дека, т.е. – звучащий потолок; или, иными словами, – потолок, усиливающий звук и увеличивающий его продолжительность – время реверберации. Специальная пластина – дека характерна, например, для всех струнных музыкальных инструментов.

Специалистам хорошо известно, что в оперных залах с естественной акустикой, когда в программах имеются хоровое пение, симфонические и органные концерты, без усиления звука потолком-декой невозможно добиться рекомендуемых в мировой практике параметров реверберации.

Потолок-дека в концертном зале Капеллы, усиливая звук, увеличивает время реверберации до 1.75 секунд на частотах 500, 1000 Гц.

В современных залах функцию потолка-деки придают чердачному перекрытию, часть которого в центре, непосредственно над залом, «отделена» от периметральной части того же перекрытия, и может колебаться независимо от периметральной части. Реализация именно такого решения представлена в главе 3 при рассмотрении авторских материалов Международного конкурса по проекту второй сцены Мариинского оперного театра в Санкт-Петербурге.

Потолок – резонатор.

Чердачное перекрытие концертного зала Капеллы достаточно жесткое и полностью закреплено по контуру, его колебания на средних и высоких частотах не могут быть свободными (не демпфированными).

Поэтому функция потолка – деки в первом проекте (архитектора Л.Бенуа) обеспечена восемнадцатью замкнутыми воздушными полостями, расположенными над кессонами, т.е. над зашивкой потолка из досок толщиной 40мм. Полости имеют акустически обоснованные ширину от 930мм до 1080мм, высоту 270мм и длину до 23000мм.

Варьирование ширины полостей от 930мм до 1080мм по авторскому - Л.Бенуа замыслу - несёт интуитивно верно найденный архитектором оттенок «рассогласования» резонансов этих полостей по их ширине.

В отличие от резонаторов-сосудов с отверстиями, представляющих собой системы с сосредоточенными параметрами, замкнутые воздушные полости в данном случае являются системами с распределенными параметрами, "многочастотными системами".

Замкнутые воздушные полости играют роль широкополосных резонаторов – усилителей звука. Заложенные в проекте архитектора Л.Бенуа размеры полостей позволяют усиливать звук всех частот, в том числе и звук очень низких частот – инфразвук. Усиление звука очень низких и низких частот и, соответственно, увеличение времени реверберации при акустической связи объема зала и объемов воздушных полостей крайне важно для должного восприятия хорового пения и органной музыки.

Образно говоря, восемнадцать резонаторов-усилителей, трактуемых как длинные деревянные трубы, сами являются “вторичным” орг^aном, который в необходимой мере «продлевает» звучание существующего ныне в Капелле концертного органа и звучание хора.

Напомним о важнейшей роли исторической известково-гипсо-песчанной стяжки в обеспечении акустической роли замкнутых воздушных полостей – резонаторов.

По акустическим принципам конструкция резонатора-усилителя предполагает наличие в нём только достаточно жестких стенок, отражающих многократно звук в полость резонатора и во внешнюю среду. Все стенки резонатора-усилителя нельзя демпфировать, т.е. искусственно гасить их колебания.

Излучение любого резонатора всегда направлено в сторону наименьшего акустического сопротивления.

Как правило, «чистые» физические резонаторы имеют резонирующие полости, частично открытые в нужном направлении. При этом размеры и акустическое сопротивление открытого конца резонатора подбираются на основе специальных расчетов в зависимости от требуемой основной частоты (в колебательной системе с сосредоточенными параметрами) и эффективности резонатора. Резонаторы в виде, например, труб с открытыми концами не могут быть достаточно широкополосными, что не всегда удобно к реализации в концертных залах.

В обследованном чердачном перекрытии со стороны чердака над полностью замкнутым резонатором имеется настил из досок толщиной 50мм и историческая известково-гипсо-песчанная стяжка толщиной 100мм.

Под резонатором находится только зашивка чистого потолка досками толщиной 40мм. Поэтому верхние стенки резонаторов-усилителей, облицованные исторической известково-гипсо-песчанной стяжкой толщиной 100мм, значительно более жесткие, чем нижние (только доски толщиной 40мм без стяжки).

Цилиндрическая жесткость (сопротивление изгибу) стенок воздушных полостей со стороны чердака (со стяжкой) в 416 раз больше, чем стенок со стороны концертного зала (без стяжки). Наименьшее акустическое сопротивление стенок резонаторов-усилителей имеется только со стороны концертного зала.