X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Введение. Важностьакустических характеристик спортивных сооружений

Одним из наиболее важных параметров любого спортивного сооружения являются его акустические характеристики. Существует устойчивое заблуждение, что высокий уровень поглощения звуков нужен, в первую очередь, для консерваторий, современных кинотеатров, концертных залов и других подобных объектов культуры, при строительстве же спортивных сооружений акустические требования второстепенны. Некоторые проектировщики, придерживаясь такой точки зрения, выдают рабочие чертежи без учета акустической специфики спортивных объектов. В результате в спортивных комплексах оказывается невозможно проводить соревнования по бальным танцам, художественной гимнастике или фигурному катанию, а при проведении соревнований по игровым видам спорта спортсмены, болельщики и обитатели близко расположенных зданий испытывают акустический дискомфорт.

Спортивные объекты, предназначенные для проведения международных соревнований (а такие соревнования могут проводиться в любом крупном комплексе), должны строиться с соблюдением всех, в том числе и акустических, европейских стандартов.

В Германии, например, из-за повышенного уровня шума, создаваемого спортивным залом, на реконструкцию был закрыт крупный спортивный комплекс, который приносил владельцем немалую прибыль. В судебном порядке местные жители настаивают еще и на компенсации морального вреда (процесс продолжается до сих пор), поэтому в развитых европейских странах вопросам акустической защиты принято уделять повышенное внимание. России из-за выхода на мировую спортивную арену также жизненно необходимо приближать свою нормативную базу в этой области к европейскому уровню.

Основные принципы акустического проектирования спортивных арен

Для создания условий акустического комфорта в залах, являющихся основными помещениями спортивных сооружений, следует прежде всего обеспечить достаточную разборчивость речи и снизить уровень шума как проникающего в зал, так и неизбежно возникающего при проведении спортивных мероприятий. В залах, предназначенных для проведения соревнований, требующих музыкального сопровождения, необходимо также обеспечить хорошее звучание музыки. Во вспомогательных помещениях в основном рекомендуется снизить уровень шума. Исключение составляют радио- и телекомментаторские кабины, студии и аппаратные, акустические требования к которым прописаны в соответствующих нормах.

Практически любое современное спортивное сооружение должно быть оснащено системой озвучивания, выполняемой по специальному проекту. В спортивных аренах со зрительскими местами почти всегда необходима дополнительная система озвучивания. В частности это касается арен, для тех видов спорта, для которых необходимо музыкальное сопровождение.

Акустическое проектирование рекомендуется вести с начала разработки проекта, чтобы учесть все аспекты, касающиеся, в том числе, и объемно-планировочных решений.

При проектировании спортивных арен следует учитывать ряд факторов:

Воздушный объем зала

Общий воздушный объем зала следует выбирать в соответствии с техническими характеристиками, соответствующими назначению зала. Не рекомендуется увеличивать объем зала сверх технической необходимости, т.к. это может привести к увеличению времени реверберации и появлению эха.

Общие пропорции зала

Зал следует проектировать в соответствии с техническими требованиями к пропорциям зала, исходя из его назначения.

Форма зала

Чтобы избежать «порхающего эха» и сильно запаздывающего отражения звука от стен, рекомендуется избегать гладких вертикальных стен и прямоугольного плана зала. Одним из оптимальных решений является отклонение противоположных поверхностей от параллельности (скос одной поверхности на 6-8° или скос каждой из двух поверхностей на 3-4°).

В круглых, овальных залах, а также в залах с вогнутыми поверхностями, с купольным или сводчатым покрытием, неизбежна фокусировка отраженного звука в небольшой зоне. Это существенный акустический недостаток. При большом запаздывании отраженного звука возникает слышимое эхо, но при меньшем запаздывании получается местная неравномерность звукового поля в зале, причем перемещая источник звука меняется и область концентрации отраженного звука.

Чтобы избежать вышеперечисленных недостатков также рекомендуется проводить расчет так, чтобы радиус кривизны вогнутой поверхности должен быть не менее чем в два раза больше соответствующего размера зала: при вогнутой торцевой стене – длины зала, при вогнутой боковой стене – ширины зала, а при радиусе куполов и сводов – высоты зала. При существенно меньшем радиусе, а также круглой и овальной форме зала необходимо сильное членение вогнутых поверхностей или их отделка эффективным звукопоглотителем.

Проектирование круглых, овальных залов, а также в залов с вогнутыми поверхностями, с купольным или сводчатым покрытием следует вести с участием специалистов-акустиков. Целесообразно при этом проводить испытание моделей залов.

Формы залов с выпуклыми поверхностями наоборот повышают диффузность звукового поля в зале и создают рассеянное отражение звука, следовательно, с акустической точки зрения являются более благоприятными.

Очертание внутренних поверхностей зала

Внутренние поверхности залов рекомендуется подвергать членениям. Это необходимо для ослабления поздних концентрированных отражений, вызываемых слышимое эхо, повышения диффузности звукового поля.

Время реверберации и звукопоглощающая отделка

Для обеспечения в залах оптимального времени реверберации и снижения уровня шума в большинстве случаев необходима звукопоглощающая отделка поверхностей. Необходимость и количество звукопоглощающей отделки определяется в соответствии со СНиП II-76-78 «Спортивные сооружения».

Стадион «Фишт» (г. Сочи). Взаимосвязь функции, конструкций и акустических решений

Генплан прибрежного кластера (© issport.ru)

Архитектурная концепция Центрального стадиона была разработана консорциумом в составе: ГУП МНИИП «Моспроект-4», архитектурное бюро Populous (Великобритания), специалист по управлению проектами компания Botta Management Group (Швейцария), строительная компания-подрядчик ЗАО «Объединение Ингеоком».

1.  
   . Реконструкция стадиона к ЧМ 2018

Изначально стадион проектировался для проведения в нем церемоний открытия, закрытия олимпийских и параолимпийских игр. Однако уже на этом этапе был поднят вопрос о последующем использовании арены. В период проведения ЧМ по футболу 2018 Фишт будет принимать футбольные матчи чемпионата. После 2018 г. планируется использование в качестве стадиона и концертной площадки. В связи с этим стадион проектировался изначально многофункциональным. Во время реконструкции был проведен демонтаж временных сооружений, использовавшихся для обслуживания церемоний, а также увеличение вместимости трибун с 40 000 до 45 000 человек. Построено современное футбольное поле размером 105 на 68 метров.

План стадиона (© issport.ru)

1.  
   Основные конструктивные и объемно-планировочные решения

Чаша стадиона — монолитный железобетонный каркас высотой 36 м. Каркас кровли собирается из крупных стальных металлоконструкций общим весом более 22 тысяч тонн. Каждая часть навеса поддерживается аркой в форме бумеранга с длиной дуги около 270 м. Все металлоконструкции прошли обработку экобезопасными защитными противопожарными составами.

Покрытие кровли — поликарбонатные плиты разной степени прозрачности: от почти прозрачных над центральной частью стадиона к менее прозрачным по краям покрытия. Более прозрачные панели обеспечат поступление солнечных лучей, необходимых для роста газона на футбольном поле.

Расположение стадиона на участке (© issport.ru)

При проектировании предусмотрены специальные мероприятия для уменьшения уровня шума и вибрации, позволяющие снизить их до показателей, соответствующих таковым в жилом городском квартале с движением автотранспорта.

3D-модель стадиона

1.  
   Акустический анализ спортивной арены

Акустический анализ проведем в соответствии с факторами, учитываемыми во время проектирования спортивных арен (рассмотренных выше).

Воздушный объем и общие пропорции зала соответствуют техническим требованиям к футбольным и зрелищным аренам большой вместимости.

Форма зала ассиметричная (в обоих направлениях), что позволяет избежать «порхающего эха». Так же арена в плане имеет выпуклые поверхности, радиус кривизны которых превышает в два раза ширину и высоту зала, что повышает диффузность звукового поля в зале и создают рассеянное отражение звука.

Покрытие потолка - поликарбонатные плиты мелкого членения, это помогает для ослабить поздние концентрированные отражения, устранить возможность эха, повышает диффузность звукового поля.

Для обеспечения на стадионе оптимального времени реверберации и снижения уровня шума были использованы различные звукопоглощающие материалы.

Наружная и внутренняя отделка.

Для наружной облицовки фасадов предполагается использование высококачественной штукатурки и окраски, применение современных композитных материалов. Для бетонных поверхностей запроектирована высококачественная окраска.

Витражи — стеклопакеты в металлических переплетах.

Ветрозащитные экраны — триплекс в металлическом каркасе.

Цоколь — гранит, керамогранит. Ступени — гранит, бетонная плитка.

Металлоконструкции — защитная окраска. Ограждения — нержавеющая сталь.

Покрытие над трибунами — светопропускающее по металлическому каркасу.

Полы наружные — полимерные наливные с наполнением кварцевым песком по стяжке, плитка.

Сиденья трибун — откидные негорючие.

Стены внутренние — штукатурка, окраска, ламинированные панели из древесного шпона.

Отделка в закрытых помещениях: стены — высококачественная окраска, керамическая плитка (во влажных помещениях); полы — полимерные наливные, керамические, керамогранит; подвесные потолки — плиточного типа, металлическая рейка.

В VIP-зонах отделка в соответствии с проектом интерьеров; полы — дерево, натуральный камень или керамогранит;

подвесные потолки с встроенным освещением и искусственной вентиляцией.

Стадион после реконструкции к ЧМ 2018 (ru2018.org)

1. 
   
   Основные конструктивные и объемно-планировочные решения

Стадион «Спартак» (г. Москва). Особенности проектирования акустических систем

Сооружение представляет собой овальную арену. Вместимость стадиона — 42000 человек, к Чемпионату мира по футболу 2018 Спартак (Открытие) увеличат вместимость до, требуемых FIFA, 45 000 зрителей, за счет специальных встраиваемых конструкций.

Одним из самых значимых элементов в строительстве арены считается — крыша, которая держится на 4 перекрещивающихся сводах и полностью закрывает трибуны. Натуральное поле, размеры которого 105 на 68, полностью соответствует международному стандарту и готово принимать матчи наивысшего уровня. Зрительские места распределены на: 4 сектора для принимающей стороны и 1 сектор для болельщиков гостевой команды, который оборудован собственным входом. На высоте 8 метров от поля, находится обходная галерея, способствующая распределению потока зрителей по трибунам, также на ней находятся: магазины футбольной атрибутики, фудкорты, медпункты и другие обслуживающие помещения.

Стадион. Вид сверху

1.  
   Особенности проектирования акустических систем на примере систем BOSE

Чаша стадиона «Спартак» озвучена при помощи акустических систем BOSE.

Специально для стадиона «Открытие Арена» был разработан комплексный проект, объединяющий системы звукоусиления чаши стадиона, аудиомаршрутизации, звуковой трансляции, интерактивного управления, мониторинга работоспособности оборудования. Дополнительно комплексно оснащен системами зал пресс-конференций. Система звукоусиления чаши стадиона полностью собрана на основе оборудования BOSE: 48 усилителей суммарной мощностью 192 кВт и 184 акустические системы, которые совместно создают звуковое давление более 105 дБ.

Стадион. Вид на поле

1.  
   1.  
      Методика подбора акустических систем

Проект был реализован в тесном сотрудничестве с системным интегратором, компанией «КРОК». Технический менеджер BOSE Алексей Гневко принимал участие на первой стадии – когда разрабатывался проект, он создал по чертежам трехмерную модель, разместил акустические системы стадиона в программе BOSE Modeler.

Дальнейшую работу вели специалисты компании «КРОК».

После создания и анализа компьютерной модели специалисты получили форму. Следующий этап – материалы. И если пластиковые сидения, бетонные конструкции, газон можно взять из справочных материалов, то вот с остальным было сложно (например, навскидку нельзя было сказать, каков коэффициент поглощения и рассеяния у щебенки, покрывающей крышу западного сектора).

Важно было следующее:

Максимальная равномерность по покрытию прямого звука.

Энергия прямого звука акустических систем должна всегда быть больше реверберационного хвоста (по крайней мере в первые 50-80 мс, очень упрощенно). Т.е. смотрим на значение коэффициента C50 и C80.

Чем сильнее направлены системы, тем больше шансов попасть в техническое задание.

Итак, когда модель готова, прописываются граничные условия и проверяют их в рачетной программе. Предварительные данные показали: время реверберации составляет от 5,5 секунды на частоте 512 Гц. Это очень много. Но в техническом задании было прописано – организовать систему озвучивания без изменения архитектуры или внесения дополнительных материалов.

Дальше совместная с производителем оборудования и вырисовалась более или менее реальная схема расстановки систем и их модели. Просторы стадиона – это длинные кабельные трассы из огнеупорного кабеля. Нужна высокоомная нагрузка, либо 100 В (но в трансформаторном звуке есть претензии к качеству и ограничение по мощности 400 Вт), либо 16 или 8 Ом.

Итак, основа проекта — распределённая рупорная система, созданная производителем специально для стадионов и подобных объектов – два ряда для верхнего и нижнего яруса трибун, 72 сабвуфера, собранные в сборки по 3 для EndFire.

Система высокоомная (8–16 Ом), её можно успешно нагружать на длинную линию. Bose LT 560 Ватт в пике, давление 134 дБ (в среднем, зависит от модели), то есть сечение кабеля не самое большое (что экономит бюджет). Самая длинная линия от усилителя получилась 90 метров — естественно, всё сечение просчитано по уровню затухания с учётом погодной индуктивности, демпинг факторов и прочего.Ещё раз проводится проверка всей схемы и начинаются монтажные работы.

Фрагмент схемы расчёта звукового давления, разная схема озвучивания верхнего и нижнего ярусов

1.  
   1.  
      Конечный результат, реализованный на стадионе

В итоге для озвучивания чаши стадиона использованы несколько моделей акустических систем. На арене два яруса трибун: нижние и балконы, плюс еще есть VIP трибуны. Соответственно для каждой трибуны, для каждого яруса подбирались свои акустические системы. Так как они располагаются наверху, расстояние до разных ярусов различное. Следовательно, и покрытие различное.

Чтобы доставить мощный звук до нижнего яруса, нужно ставить более мощные акустические системы, а для верхнего яруса достаточно менее мощных. Пятьдесят восемь LT 9702 III WR используются для покрытия верхних трибун по две в кластере, шестьдесят сателлитов LT 4402 III WR – для нижних трибун, семь LT 9402 III WR– для VIP-трибун. Шестьдесят сабвуферов LT MB 24 WR (по три в каждом кластере) работают на оба яруса. Всего установлено 48 усилителей PowerMatch PM8500N Network Amplifier 8x 500W суммарной мощностью 192 кВт и184 акустические системы, создающие равномерное звуковое давление более 105 дБ (максимальное звуковое давление — по невзвешенной шкале — ограничено настройками системы.

Список литературы:

https://www.kuban.kp.ru/daily/26754/3784359/

https://ammo1.livejournal.com/847615.html

Рекомендации по акустическому проектированию крытых спортивных сооружений/ НИИСФ. – М.: Стройиздат, 1987. – 32с. Л.И. Макриненко, В.Н. Сухов, Х.А.Щиржецкий

http://www.ard-center.ru/home/publ/TS_6-7-2012/500/

http://www.lookatme.ru/mag/magazine/02-2014/200807-damon-lavelle-populous

http://arch-sochi.ru/2011/08/okonchatelnyiy-proekt-tsentralnogo-stadiona-sochi-2014/

https://habrahabr.ru/company/croc/blog/241305/

http://www.show-master.ru/categories/akustika_bose_na_stadione_spartak_.html

https://o-futbole.ru/stadion-spartak/

Код для цитирования: Скопировать