Гармония архитектуры и акустики

скачать книгу бесплатно


Акустические аспекты реконструкции в зале Капеллы изучены весьма и весьма полноценно.

Теплоэнергетический аспект.

Из п. 2.4 следует, что утверждение в отчёте ООО «Гипротеатр» об идентичности исторической известково-гипсо-песчанной стяжки толщиной 100мм и заменяющего ее слоя толщиной 168мм из эффективного утеплителя Epaterm, мягко говоря, несправедливо.

Не могут быть идентичными с теплотехнической точки зрения материалы, коэффициенты теплопроводности которых различаются в 10 раз, а толщина весьма эффективного заменяющего материала Epaterm принята в 1.68 раза больше, чем историческая (на порядок менее эффективная) стяжка?!?!…

Если толщина более эффективного заменяющего материала в 1.68 раза больше менее эффективного исторического материала, то, в итоге, авторами предложения из ООО «Гипротеатр» готовилась ситуация, когда термическое сопротивление предложенного материала в 16.8 раза больше, чем исторического. Зачем? Для пресловутого «..Про запас..», что-ли???

Ведь историческая известково-гипсо-песчанная стяжка толщиной 100мм в сочетании с воздушными полостями и двумя слоями досок уже обеспечивает теплоэнергетический баланс концертного зала в зимних условиях практически при любых положительных температурах пространства чердака (в п. 2.4 это убедительно показано).

Нагрев воздуха на чердаке обеспечивался и будет обеспечиваться бывшим жаровым каналом существующей (также реконструируемой) системы отопления в здании концертного зала!…

Акустические перспективы.

Ученые из МГУ и ГУП МНИИП (П.Кравчук и В.Сухов), проводя акустические измерения в концертном зале за 5 лет до его реставрации в октябре 2001 года, конечно, не имели представления о составляющих элементах исторической конструкции чердачного перекрытия.

Однако, высокий профессионализм, опыт и интуиция позволили им, ничего не зная о составе исторических конструкций, ещё тогда написать в выводах к Акустическому Паспорту Капеллы: «Все сохранившиеся оригинальные конструкции потолка и пола при ремонте зала необходимо и далее сохранить, заменив лишь непригодные части на новые из того же материала».

«….из того же материала…» !!!!!!!

Я не имею оснований возражать этим дальновидным ученым!

Более того, мне чудесным образом удалось сделать всё возможное, чтобы сохранить акустические качества концертного зала Капеллы на долгие годы и после реставрации.

В п.п. 2.3 и 2.4 показано решающее значение исторической известково-гипсо-песчанной стяжки для усиления звука с помощью воздушных полостей, как резонаторов-усилителей. Если бы предложение ООО «Гипротеатр» без нашего ведома было реализовано, то и предложенная ими цементная стяжка толщиной 20мм на слое эффективного утеплителя Epaterm в системе масса-упругость-масса-упругость-масса стала бы нежелательным для акустики зала, но эффективнейшим двухзвенным виброизолятором-поглотителем колебаний потолка, работающим в важнейших низко- и среднечастотном, и инфразвуковом диапазонах.

Полезные колебания верхнего дощатого настила воздушных полостей «эффективно» гасились бы. Многократные отражения внутрь воздушной полости имели бы значительно меньшую энергию, уже совершенно малозначительную для акустики концертного зала.

Исторически сложившаяся функция резонаторов-усилителей звука была бы безвозвратно утеряна, т.к. жесткость верхних стенок резонаторов была бы всего в 2 раза больше жесткости стенок, обращенных в зал, и не только за счет разности толщин досок потолка (40мм) и настила (50мм). В исторической конструкции чердачного перекрытия это различие жесткостей находится в соотношении 416:1.

Восстановление функции резонаторов-усилителей (если бы причина этого явления только лишь впоследствии была бы определена специалистами) могло быть отложено на многие десятилетия…, а слава одного из лучших театров Европы могла померкнуть.

Время реверберации в концертном зале уменьшилось бы при этом до недопустимых значений 1.3–1.4 сек.

Мало было бы надежды на возвращение к прежней конструкции потолка Капеллы при каких-то последующих восстановительных работах, т.к. «результаты» деятельности ООО «Гипрогор» в период реконструкции 2005 года в акустической части этого проекта были бы катастрофически разрушительными для акустических конструкций и для акустики зала.

Частный вывод.

Проведенное мною акустическое и теплоэнергетическое обследование было важным и позволило в 2005 году весьма и весьма своевременно сделать вывод о недопустимости реализации предложения ООО «Гипротеатр» о замене исторической известково-гипсо-песчанной стяжки толщиной 100мм на слой толщиной 168мм из эффективного утеплителя Epaterm.

Потребность в утеплителе Epaterm была своевременно отвергнута автором на основе современных норм с точки зрения теплоэнергетического баланса концертного зала Капеллы, на основе правильных умозаключений и тщательных исследований в решении проблем сохранения уникальной акустики зала Капеллы.

На примерах, подобных приведённым в данной главе, можно делать полезные выводы всем специалистам, так или иначе связанным с решением конкретных технических проблем реконструкции уникальных концертных залов.

Значение своевременных консультаций, обследований просвещёнными и практикующими акустиками в подобных изложенному случаях трудно переоценить. Архитекторам-реставраторам не надо испытывать чувства неловкости, приглашая специалистов-акустиков (и не только для работ с уникальными объектами).

2.6. Заключение по главе 2

По прошествии значительного времени после 2005 года с учётом аналитических материалов нашего обследования, многочисленных расчётов и оценок можно полагать, что в 2005 году приняты поучительные и единственно верные решения и проведены технологические операции, действительно ориентированные на сохранение уникальной акустики Капеллы, с программными целями:

1 Не допустить ликвидации функции потолка, как резонатора, выполнение которой обеспечено восемнадцатью закрытыми воздушными полостями-резонаторами в чердачном перекрытии над концертным залом с размерами: длина 23 метра, высота 0,27 метра и шириной от 0,93 до 1,08 метра.

2 Восстановить историческую известково-гипсо-песчаную стяжку толщиной 100мм на верхнем настиле из досок 50мм в составе конструкции чердачного перекрытия концертного зала.

3 Между восстанавливаемой исторической известково-гипсо-песчаной стяжкой толщиной 100мм и верхним настилом из досок 50мм разместить слой пароизоляции из 1 слоя толя или 2-х слоев пергамина (обосновано расчетом влагонакопления в конструкции чердачного перекрытия за отопительный период).

4 Запретить в конструкции чердачного перекрытия концертного зала размещение эффективного утеплителя (Rockwol, Ursa, Epaterm и других) с тонкой цементной стяжкой на их внешней стороне.

5 Применяемые для отделки потолка со стороны зала шпатлевка и краски выбрать близкими по химическому составу историческим материалам. Нитроэмали и краски на полиамидной основе, или водоэмульсионные растворы красок и шпатлевок не применять .

6 Поддержать мнение инженеров-кустиков из МГУ и ГУП МНИИП и уменьшить количество мест в концертном зале Капеллы, чтобы количество мест стало близким к первоначальному, предусмотренному в XIX веке проектом Л.Бенуа.

Значимость этих шести решений трудно переоценить – значимость их очень велика для сохранения этого памятника в духовной жизни человеческого общества.

3. Оперный театр. Новое здание Академического Мариинского театра. Участие в международном конкурсе

Правительством Российской Федерации в июне 2002 г. принята программа реставрации, реконструкции и расширения Государственного Мариинского оперного театра в Санкт-Петербурге, которая была направлена на достижение следующих целей:

• создание современного театрального комплекса;

• укрепление статуса Санкт-Петербурга как культурной столицы России;

• повышение привлекательности Санкт-Петербурга в качестве центра культурного национального и мирового туризма.

Организаторы конкурса ставили перед собой не только градостроительные задачи интеграции современной архитектуры в облик исторического города, но и естественного единения, и образной привлекательности нового со старым.

Необходимо было отразить ощущение творческого подъема, возрождения, нового выхода энергии: контраст прямоугольного статичного объема театра и сгустка энергии, вырвавшегося из него – основная коллизия образа здания, его главных перспектив.

Объемно-пространственное решение театра достаточно просто:

– традиционный театральный объем здания, выполненный по заданной технологии, выплескивает энергию музыки на городскую среду. Это и есть одно из ви?дений творческой энергии, возрождающей театр и его образ. Проектировался не просто новый театр, а ? культурный и духовный центр.

В 2003 году автору довелось быть непосредственным официальным участником разработки конкурсного проекта в качестве инженера-акустика в составе творческого коллектива с архитекторами Марком Рейнбергом и Андреем Шаровым.

На новой сцене Государственного академического Мариинского театра оперы и балета имени С. М.Кирова, расположенного на Театральной площади в Санкт-Петербурге (рисунок 3.1) могут осуществляться оперные постановки (романтическая опера, камерная опера); могут быть даны концерты симфонических и камерных оркестров, концерты оркестра Мариинского театра и молодежного оркестра, концерты органной музыки, концерты Академии молодых певцов, концерты солистов в сопровождении камерных оркестров, а также солистов в сопровождении симфонических оркестров.

Могут осуществляться балетные постановки в сопровождении оркестров; танцевальные постановки с использованием музыкальных записей (фонограмм).

Предусмотрена возможность проведения театральных или театрализованных постановок; фестивалей больших хоров в сопровождении или без сопровождения оркестров (оркестры могут находиться вместе с хором на сцене или в оркестровой яме); международных гастрольных программ.

В результате основными принципами заложенными в архитектурный и акустический проект театра стали:

– традиция и современность; как визуальная, так и функциональная, образная связь старого и нового Мариинского театров;

– образ музыкального театра в архитектурном решении здания – волны музыки, распространяемые в окружающую среду, как часть объемных элементов здания;

– развитие многофункциональности здания – введение новых по назначению и необходимых для востребования обществом галереи музея театрального искусства, общественных помещений, галереи архитектора Кваренги;

– внимательное решение акустики зала с учетом сложной технологии звучания оперных постановок и симфонического оркестра, органной музыки;

– гармония нового здания со старым театром и окружающей средой, придание ей правильного соотношения с современностью при сохранении исторической сущности;

– гармония архитектуры и звука, архитектурно-акустическая гармония.

Некоторый архитектурный иллюстративный материал представлен на рисунках 3.1 и 3.23–3.27.

Далее более подробно определены акустические решения в гармонии с архитектурными композиционными аспектами сложной технологической проблемы современного театра.

При этом все наилучшие достижения в части архитектурно-акустической гармонии определяются нами как наиважнейшие. В главе 1 они (достижения театрального зодчества древних времён и современности) определяются как истоки архитектурно-акустической гармонии.

3.1. Базовый вариант

Базовый проект – это первичный вариант формы зала, предложенный для разработки в конкурсном проекте новой сцены Мариинского Государственного театра оперы и балета имени С. М.Кирова. Базовый проект предложен проектным бюро Artec Consultans Inc [23].

Рисунок 3.2

Базовый проект нового здания Мариинского театра (план)

Форма зала

Рассмотрим первый вариант зала. В качестве первого варианта приняты базовые габаритные варианты плана и сечения на рисунках 3.2 и 3.3 [ 23 ].

Рисунок 3.3

Базовый проект нового здания Мариинского театра (разрез)

Проектным бюро Artec Consultans Inc проведено сравнение предложенной ими формы зала базового проекта (на рисунках 3.2 и 3.3) с залами одних из лучших музыкальных театров мира.

Для наглядности представим здесь этот базовый вариант зала в относительном сравнении с габаритами ряда оперных театров таких, как «первая» сцена Мариинского театра в Санкт-Петербурге (рисунок 3.4 и рисунок 3.5), оперный театр Ла Скала в Милане (рисунок 3.6), национальный театр в Мюнхене (рисунок 3.7) [23].

Рисунок 3.4

Мариинский театр в Санкт-Петербурге. Планы

1 – первая сцена,

2 – новое здание Мариинского театра (базовый вариант)

Рисунок 3.5

Мариинский театр в Санкт-Петербурге. Продольные разрезы

1 – первая сцена,

2 – новое здание Мариинского театра (базовый вариант)

Из рисунков 3.5–3.7 становится очевидным, что габаритные характеристики представленных театров мировой известности удовлетворительно согласованы и не находятся в принципиальном противоречии друг с другом.

Далее мы не ставим перед собой задачу провести акустический анализ форм залов всех упомянутых здесь примеров музыкальных театров мировой известности.

В целях дальнейшего развития театральной акустики в п.3.2.2 будет проведён акустический анализ только базового варианта формы зала в новом здании Мариинского театра в Санкт-Петербурге.

Разумеется, что базовый вариант формы зала в новом здании Мариинского театра принимается по рисункам 3.2 и 3.3 [23].

Акустический анализ базового варианта формы зала

Важно, что планы базового варианта зала разработаны Проектным бюро Artec Consultans Inc [23] с учетом мирового опыта проектирования и эксплуатации известных театров оперы и балета. На основе мирового опыта авторами базового плана определены: размер, габариты и пропорции зала, количество мест, расположение требуемого количества мест, количество ярусов и количество мест на каждом ярусе, детальный план оркестровой ямы, предложены формы элементов интерьера (рисунки 3.2–3.7).

Следующие восемь положений дадут нам возможность постичь основные параметры, а также положительные качества базового варианта и его недостатки, которые могли быть и были учтены при разработке конкурсного акустического проекта.

Из мировой практики известно, что ощущение «пространственного» звучания формируется первыми отражениями от боковых стен. Первые отражения, приходящие по направлению оси максимальной чувствительности слуха человека, вызывают наилучшее пространственное впечатление, т.е. нужно, чтобы отражения от стен приходили не под каким-либо углом спереди или сзади, а именно со стороны уха человека. Отражения от потолка не создают, но и не искажают пространственное впечатление.

Форма и положение боковых припортальных стен и ограждений всех ярусов базового плана позволяют хорошо снабжать энергией первых интенсивных отражений только средние и дальние ряды партера (5-й ряд и далее при обычном составе оркестра) и другие места основного уровня, а также все места на ярусах (рисунок 3.8). Однако в партер (5-й ряд и далее) первые интенсивные отражения от боковых стен приходят под углом, а не по направлению оси максимальной чувствительности слуха человека. К первым четырем рядам первые интенсивные отражения от боковых стен не поступают.

В конкурсном акустическом проекте (рисунки 3.12 и 3.13) мы восполнили этот недостаток первых отражений от стен. В следующем подразделе это будет ясно демонстрироваться.

Над оркестровой ямой и первыми четырьмя рядами зрительских мест установлен регулируемый акустический рефлектор.

Отражатель имеет регулируемый уровень его размещения только по высоте (без поворота) с фиксированным углом наклона 90 к плоскости пола сцены. При указанных форме и положении отражателя (рисунок 3.9) первые три ряда (семь рядов) партера лишены первых интенсивных отражений из верхней зоны зала при положении певца вблизи (вдали от) портала.

Из мирового опыта проектирования оперных и концертных залов известно, что первые интенсивные отражения от потолка или из верхней зоны зала должны приходить вторыми по времени после первых боковых отражений, повышая при этом индекс ясности, который является не менее важной характеристикой зала, чем пространственное звучание [ 20 ]. Ведь к слушателю до наступления процесса реверберации, примерно за 80 миллисекунд (мсек) после поступления прямого звука (в процессе первых интенсивных отражений) должна прийти основная часть звуковой энергии, позволяя слушателю правильно и ясно определить проигрываемую ноту (музыкальный тон), т.к. время нарастания колебаний большинства музыкальных инструментов примерно равно 80–100 мсек. В первых рядах партера по базовому варианту нет самых интенсивных отражений от стен и от потолка, поэтому возможны искажения в ощущениях пространственности и ясности звучания инструментов и голоса.

Данная особенность аналогична известным особенностям части старых театров – не на всех местах партера гарантирована превосходная акустика, и недостатки акустики на этих местах, в первую очередь, связаны именно с искажениями пространственности и ясности звучания при хорошем или даже оптимальном времени реверберации в целом по залу.

Данная особенность аналогична известным особенностям части старых театров – не на всех местах партера гарантирована превосходная акустика, и недостатки акустики на этих местах, в первую очередь, связаны именно с искажениями пространственности и ясности звучания при хорошем или даже оптимальном времени реверберации в целом по залу.

Например, в первых рядах партера театра в Липецке (рисунок 3.10) [20] нет самых интенсивных отражений от стен и от потолка, поэтому возможны искажения в ощущениях пространственности и ясности звучания инструментов и голоса.

Структура начальных интенсивных отражений в нашем акустическом проекте является предметом дальнейшей весьма тщательной проработки и наибольшего внимания.

Форма и положение рефлектора (более пригодных в концертном зале), предложенные участникам конкурса для анализа и принятия конкурсных решений не позволяли создать условия для баланса звуковой энергии в оперном зале.

В оперном зале главные действующие лица (главные создатели гармонии) ? это певец, оркестр и дирижер. Естественные голоса певца и оркестра по энергии различаются в сотни раз. Анализ базового варианта показывает, что при удалении певца на расстояние 7м от портала интенсивные отражения голоса от рефлектора и акустического потолка в партере отсутствуют и поступают только на ярусы, а при удалении певца на расстояние 2.5м от портала интенсивные отражения голоса поступают только в последние ряды партера. В то же время, звук мощного оркестра, отражаясь от акустического отражателя, попадает в первые, средние и др. ряды партера, маскируя голос певца в первых и средних рядах партера (рисунок 3.11).

Отражения звуков оркестра не поступают к певцу, а также к дирижеру. К музыкантам не поступают отражения звуков их инструментов, они не слышат отражения голоса певца на фоне акустических отражений собственного исполнения.

На новой сцене Мариинского театра во время оперных спектаклей (в конкурсном акустическом проекте) выявилась жизненная необходимость создания условий для правильного баланса звуковой энергии с учетом специфики оперных постановок, а, особенно, романтических оперных постановок, когда оркестр может наиболее существенно превосходить по энергии голоса певцов. Качество звука в исполнительской зоне (баланс звуковой энергии ) для камерных оперных постановок не менее важно, чем для романтических.

Поверхности дальней от сцены стены и поверхности ограждений ярусов вогнутые (рисунок 3.2).

При вогнутой поверхности интенсивность отраженной звуковой энергии от таких стен и от ограждений ярусов убывает значительно медленнее, чем при сферическом распространении, т.е в исполнительской зоне и в первых рядах партера. Такие отражения при одновременном большом запаздывании, особенно из ложи президента (задняя стена ложи расположена акустически существенно дальше от сцены, чем задняя стена на ярусах), могут вызвать весьма нежелательное, заметное эхо на сцене и в первых рядах партера. Это вполне возможно в базовом варианте еще и потому, что исполнительская зона певца (как и оркестра) акустически не сбалансирована, в нее не поступают интенсивные отражения звука оркестра и звука собственного голоса певца.

Возникновение нежелательного эхо тем более возможно в первых рядах партера, куда не поступают ранние интенсивные отражения от стен и от потолка.

Форма и размеры боковой поверхности «стоек» игрового портала таковы (рисунок 3.8), что они не позволяют использовать его как отражатель звука для формирования боковых отражений на первых четырех рядах партера в наиболее важной части спектра оперной музыки, т.е. на средних и высоких частотах.