Thiết kế khán phòng 1000 chỗ - Âm học kiến trúc

BÀI TẬP LỚN ÂM HỌC t

THIẾT KẾ KHÁN PHÒNG HÒA TẤU

1000 CHỖ

GVHD SVTH MSSV LỚP

THẦY DIÊU HÒA DŨNG MAN HOÀNG VIỆT 18510101426 – STT 65 KT18/A1 – KT18C4

Thiết kế chống ồn và trang âm khán phòng công trình tại thành phố Hồ Chí Minh.

1. Phần chống ồn: a. Đường bằng phẳng không dốc, chỉ giới xây dựng là 20m. Công trình cách tim đường tối thiểu 15 + 65/4 = 31.25 m b. Khảo sát hiện trạng tiếng ồn như sau: Giờ đo 8-9

9-10

10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19 19-20

Cường 2000 độ xe

1500

1000

900

900

700

900

900

1500

1000

900

1500

Xe nặng

15%

15%

20%

30%

20%

15%

30%

25%

10%

10%

20%

20%

Xe nhẹ

20%

15%

20%

30%

20%

15%

30%

25%

15%

15%

20%

20%

Vận tốc

30

40

50

50

50

40

50

50

40

30

40

40

Yêu cầu: thiết kế để công trình đảm bảo tiêu chuẩn tiếng ồn TCVN 5949-1998. Thể hiện thiết kế qua bảng tính toán tiếng ồn, mặt bằng và mặt cắt ngang phía trước công trình.

2. Phần thiết kế khán phòng: Đề E: Hòa tấu qui mô: 600 x (65/40) = 975 ~ 1000 (chỗ) Yêu cầu thông số trong thiết kế: Chỉ tiêu diện tích phòng :

SN = 0.85 m2/người

3. Phần thiết kế cảnh quan ngoài công trình: Thiết kế cảnh quan bên ngoài công trình theo tính toán chống ồn đã tính trong bài tập lớn. Phần thiết kế này được thể hiện qua mặt bằng tổng thể và các mặt cắt...

1. PHẦN CHỐNG ỒN: Tính toán mức độ ồn của giao thông Đường bằng phẳng không dốc, chỉ giới xây dựng là 20 m. Công trình cách tim đường tối thiểu là 15 + 65/4 = 31.25 (m) (STT 65) => Cho công trình cách tim đường 40m, trong đó khoảng lùi 20m. Đây là công trình nằm trong nhóm 2 (khu dân cư, khách sạn, nhà nghỉ, cơ quan hành chính) nên mức ồn cho phép là: 60 dB-A (6h – 18h) và 55 dB-A (18h – 22h) Khoảng cách từ tim đường đến mép ngoài công trình: rn = 40 (m) Chỉ giới xây dựng 20m => Cho mặt đường có bề rộng 30m, vỉa hè rộng 5m, khoảng sân trước công trình phủ cỏ xanh (hệ số hút âm lớp phủ bề mặt Kn = 1.1) Xét điểm cách tim đường 7.5m ở độ cao 1.2m, ta có bảng khảo sát:

Giờ đo 8-9

9-10

10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19 19-20

Cường 2000 độ xe

1500

1000

900

900

700

900

900

1500

1000

900

1500

HC

74.5

74

73

72.5

72.5

72

72.5

72.5

74

73

72.5

74

Xe nặng

15%

15%

20%

30%

20%

15%

30%

25%

10%

10%

20%

20%

HC

-0.38

-0.38

0

0.77

0

-0.38

0.77

0.38

-0.77

-0.77

0

0

Xe nhẹ

20%

15%

20%

30%

20%

15%

30%

25%

15%

15%

20%

20%

HC

1

0.5

1

2

1

0.5

2

1.5

0.5

0.5

1

1

Vận tốc

30

40

50

50

50

40

50

50

40

30

40

40

HC

-1.43

0

1.43

1.43

1.43

0

1.43

1.43

0

-1.43

0

0

Mức ồn

73.69 74.12 75.43

76.7

74.93 72.12

76.7

75.81 73.73

71.3

73.5

75

Mức ồn trung bình tại A:

Ltb Atd =

∑Ltd 12

= 74.42 (dB – A)

*Từ 6h – 18h: L A1 =

73.69+74.12+75.43+76.7+74.93+72.12+76.7+75.81+73.73+71.3 10

= 74.45 (dB-A)



Hiệu chỉnh độ dốc đường (i = 0%): ±0 (dB-A)



Hiệu chỉnh bề rộng mặt đường (chỉ giới xây dựng 20m => rộng 40m): +1 (dB-A)

 Sau khi hiệu chỉnh L1 = 75.45 (dB-A) Cường độ xe trên đường: N1 =

2000 + 1500 + 1000 + 900 + 900 + 700 + 900 + 900 + 1500 +1000 10

= 1130 (xe/h)

Vận tốc xe trung bình các xe: V1 =

30 + 40 + 50 + 50 + 50 + 40 + 50 + 50 + 40 + 30 10

= 43 (km/h)

Khi không có biện pháp chống ồn, độ giảm ồn do khuếch tán vào không khí là: V

43

S1 = 1000 x N1 = 1000 x 1130 = 38.05 (m) 1

 Nguồn được xem là nguồn dãy (38.05m > 20m) Mặt khác rn >

S1 2

(40 > 19.025) nên áp dụng công thức:

∆Ln1 = 15 lg(S1 x rn) – 33.39 = 15 lg(38.05 x 40) – 33.39 = 14.35 (dB-A) Ln1 = LA1 – Kn ∆Ln1 = 75.45 – 1.1 x 14.35 = 59.67 (dB-A) < mức ồn cho phép 60 (dB-A) *Từ 18h – 22h: L A2 =

73.5+75 2

= 74.25 (dB- A)



Hiệu chỉnh độ dốc đường (i = 0%): ±0 (dB- A)



Hiệu chỉnh bề rộng mặt đường (chỉ giới xây dựng 20m => rộng 40m): +1 (dB- A)

 Sau khi hiệu chỉnh L2 = 75.25 (dB-A) Cường độ xe trên đường: N2 =

900 + 1500 2

= 1200 (xe/h)

Vận tốc xe trung bình các xe: V2 =

40+ 40 2

= 40 (km/h)

Khi không có biện pháp chống ồn, độ giảm ồn do khuếch tán vào không khí là: V

40

S2 = 1000 x N2 = 1000 x 1200 = 33.33 (m) 2

 Nguồn được xem là nguồn dãy (33.33m > 20m) Mặt khác rn >

𝑆2 2

(40 > 16.67) nên áp dụng công thức:

∆Ln2 = 15 lg(S2 x rn) – 33.39 = 15 lg(33.33 x 40) – 33.39 = 13.48 (dB-A)

Ln2 = LA2 – Kn ∆Ln2 = 75.25 – 1.1 x 13.48 = 60.42 (dB-A) > mức ồn cho phép 55 (dB-A) Thiết kế chống ồn bằng cách bố trí cây xanh: Vì Ln2 > Ln1 nên chỉ cần thiết kế chống ồn cho khoảng 18h – 22h sẽ chống ồn cho cả khoảng 6h – 18h.

Yêu cầu chống ồn còn lại:

∆Lc = 60.42 – 55 = 5.42 (dB-A)

Dùng cây xanh hút âm để giảm ồn cho công trình: Bố trí ở mặt nền trước công trình 3 lớp cây xanh (Z = 3) có hệ số hút âm β = 0.35 (cây trồng dày đặc tán lá rậm), khi đó: ∆Lc = 1.5Z + β∑𝑍1 𝐵𝑚 => ∑𝑍1 𝐵𝑚 =

∆Lc −1.5Z 𝛽

=

5.42−1.5 × 3 0.35

= 2.63 ~ 2.6 (m)

Vậy trồng trồng 3 lớp cây xanh có tổng chiều dày tối thiểu 2.6m.

Thiết kế chống ồn như hình vẽ:

Kiểm tra lại mức ồn vào 18h – 20h khi đã trồng cây xanh: Ln2 = LA2 - Kn ∆Ln2 - 1.5Z - β∑𝑍1 𝐵𝑚 = 75.25 - 1.1 x 13.48 - 1.5 x 3 - 0.35 x (4 + 3 + 3) = 52.42 (dB-A) < mức ồn cho phép 55 (dB-A)

2. PHẦN THIẾT KẾ KHÁN PHÒNG a. Xác định sơ bộ thể tích và kích thước phòng: Thể loại: Hòa tấu Quy mô: N = 1000 người Chỉ tiêu thể tích trên đầu người:  Thể tích sơ bộ:

V = N.VN = 1000 x 9 = 9000 (m3) SN = 0.85 m2/người

Chỉ tiêu diện tích phòng :  Diện tích sơ bộ:

VN = 9 m3/người

S = SN.N = 0.85 x 1000 = 850 (m2)

 Chiều cao ước lượng phòng thính giả:

H=

V S

=

9000 850

= 10.6 (m)

Chọn tỉ lệ kích thước khánh phòng H : B : L = 2 : 3 : 5 (tỉ lệ P. E. Sabine) Lấy kích thước sơ bộ là H : B : L = 14 : 21 : 35 => V = 10290 m3 > 9000 m3 (thỏa)

b. Thiết kế hình dáng khán phòng: Căn cứ 5 tiêu chí khi thiết kế khán phòng, chọn hình thức mặt bằng hình lục giác kết hợp * Ưu điểm

Khoảng cách giữa nguồn âm và người nghe nhỏ Các tường gần nguồn âm tạo được các phản xạ âm có lợi cho thính giả Tránh các mặt cong lồi lõm tạo nên hội tụ âm ở chỗ thính giả Khử các tiếng dội phản xạ nhiều lần của 2 tường song song khi các tường khác hút âm Là loại mặt bằng có trường âm tương đối đều. Thích hợp với phòng hoà nhạc So với mặt bằng hình quạt cùng thể tích, mặt bằng này bỏ được nhiều chỗ ngồi lệch, kết cấu thi công đơn giản hơn

+ Chiều dài sơ bộ khán phòng L = 35m. + Khoảng cách từ hàng ghế xa nhất đến miệng sân khấu đảm bảo nghe nhìn: OC = 32m + Chiều rộng miệng sân khấu AB = 2.OC.tan(15°) = 2 x 32 tan(15°) = 17.15 (m) + Vị trí hàng ghế đầu tiên, hàng ghế giữa và hàng ghế cuối lần lượt tạo thành 3 góc 110°, 60°, và 30°. + Từ điểm O (tâm miệng sân khấu), xác định điểm P sao cho OP = 2AB. + Vẽ cung tròn tâm P, bán kính PC đi qua C. + Cung tròn cắt PA và PB tại 2 điểm E và F Lúc này mặt bằng có dạng hình quạt, cải tiến mặt bằng thành hình lục giác như sau:

+ Xác định GH cách miệng sân khấu 35m và GH = 17m có đường trung trực là trục khán phòng. → Mặt bằng khán phòng được giới hạn bởi đa giác AEGHEB + Góc hợp bới tường bên và trục khán phòng φ=14 ° ≤ 22° => Thỏa hiệu quả âm thanh + Độ sâu mặt sàn diễn là AB/2 = 8,5m

Các thông số lựa chọn trong bài: - Chiều rộng 1 ghế: I = 0.6m - Khoảng cách giữa các hàng ghế: d = 1m - Chiều rộng lối đi 2 bên: 1.4m - Chiều rộng lối đi giữa: 1.6m - Chiều rộng giữa 2 khu ghế A B: 2m => Số hàng ghế ước tính tầng trệt là N =

32−6−2 1

= 24 (hàng ghế)

Chia khu A 13 hàng, khu B 11 hàng - Diện tích mỗi chỗ ngồi có lối đi là: 0.6 x 1 = 0.6 (m2) Như vậy số chỗ ngồi:

+ Khu A: NA = 2 x 120 / 0.6 = 400 (chỗ) + Khu B: NB = 2 x 134 / 0.6 = 440 (chỗ) + Khu C: NC = 2 x 49 / 0.6 = 160 (chỗ)

c. Thiết kế mặt cắt phòng Ta có các thông số: - Khoảng cách giữa các hàng ghế: d = 1m - Chiều cao tầm mắt người ngồi trên ghế: 1.2m Thiết kế khán phòng có độ dốc 3 khu A, B, C khác nhau để đảm bảo khán giả có thể nhìn thấy các điểm bất lợi trên sân khấu. * Khu A: - Chiều cao mắt người ngồi sau đến mắt người trước: cA = 0.165m - Chiều dài dãy ghế A: lA = 13m yA =

lA × cA 𝑑

=

13 x 0.165 1

- Độ dốc khu ghế A: iA =

yA xA

= 2.145 (m) =

2.145 13

= 16.5%

* Khu B: - Chiều cao mắt người ngồi sau đến mắt người trước: cB = 0.185m

- Chiều dài dãy ghế B: lB = 11m yB =

lB × cB 𝑑

=

11 x 0.185 1

- Độ dốc khu ghế B: iB =

= 2.035 (m)

yB xB

=

2.035 11

= 18.5%

* Khu C: - Chiều cao từ sàn trệt đến sàn balcon h = 4.5m - Chọn khoảng vươn balcon b = 8.5m (b ≤ 2h = 9m) - Chiều cao mắt người ngồi sau đến mắt người trước: cC = 0.285m - Chiều dài dãy ghế C: lC = 13m yC =

lC × cC 𝑑

=

4 x 0.285 1

- Độ dốc khu ghế C: iC =

= 2.145 (m)

yC xC

=

2.145 12

= 28.5%

d. Kiểm tra âm xấu các điểm trong khán phòng: * Kiểm tra khu A: - Kiểm tra mặt bằng điểm A’: 9.5m + 14.9m – 18.7m = 5.7m < 17m (thỏa) - Kiểm tra mặt bằng điểm A’’: 20.6m + 5.6m – 25.2m = 10m < 17m (thỏa) - Kiểm tra mặt cắt điểm A: 7.35m + 11.5m – 10.3m = 8.55m < 17m (thỏa) - Kiểm tra mặt cắt điểm A’: 8.85m + 1.5m – 1.73m = 6.55m < 17m (thỏa) - Kiểm tra mặt cắt điểm A’’: 10m + 18m – 22.3m = 5.7m < 17m (thỏa)

* Kiểm tra khu B: - Kiểm tra mặt bằng điểm B: 10.9m + 19.8m – 25.7m = 5m < 17m (thỏa) - Kiểm tra mặt bằng điểm B’: 16m + 17.8m – 31.4m = 2.4m < 17m (thỏa) - Kiểm tra mặt bằng điểm B’’: 25m + 11.1m – 35.9m = 0.2m < 17m (thỏa) - Kiểm tra mặt cắt điểm B: 10.7m + 20m – 25.3m = 5.4m < 17m (thỏa) - Kiểm tra mặt cắt điểm B’: 11.9m + 23.25m – 30.4m = 4.75 < 17m (thỏa) 18m + 17.1m – 30.4m = 4.7m < 17m (thỏa) - Kiểm tra mặt cắt điểm B’’: 12.6m + 25.3m – 33.4m = 4.5m < 17m (thỏa) 19.7m + 17.1m – 33.4m = 3.4m < 17m (thỏa)

* Kiểm tra khu C: - Kiểm tra mặt bằng điểm C: 15.8m + 20m - 33.3m = < 17m (thỏa) - Kiểm tra mặt bằng điểm C’: 12.9m + 26.9m – 35.7m = 4.1m < 17m (thỏa) - Kiểm tra mặt bằng điểm C’’: 20.6m + 17.8m – 37m = 1.4m < 17m (thỏa) - Kiểm tra mặt cắt điểm C: 15.3m + 20.9m – 33m = 3.2m < 17m (thỏa) 23.95m + 11.3m – 33m = 2.25m < 17m (thỏa) - Kiểm tra mặt cắt điểm C’ ≡ C’’: 27m + 10.9m – 36.1m = 1.8m < 17m (thỏa)

e. Điều chỉnh thiết kế qua chỉ tiêu âm học * Thời gian âm vang phù hợp Với f = 500 Hz, ta có công thức tính thời gian âm vang tối ưu: Ttư 500 = K.lgV = 0.41 x lg10290 = 1.65 (s) Trong đó: Hệ số mục đính sử dụng khán phòng (phòng hòa tấu) K = 0,41 Thể tích khán phòng V = 10290 m3 Với các tần số f khác nhau, ta xác định âm vang theo công thức: tư Ttư f = R. T500 ( trong đó R là hệ số hiệu chỉnh ):

f = 125 Hz, R = 1,35 => Ttư 125 = 1.35 x 1.65 = 2,23 (s) f = 2000 Hz, R = 1

=> Ttư 2000 = 1 x 1.65 = 1.65 (s)

* Tính hệ số hấp thu âm trung bình của các tần số: - Phòng có các diện tích bề mặt như sau : + Diện tích bậc chỗ ngồi: 606m2 + Diện tích tường phản xạ âm: 2 x 380.4m2 = 760.8m2 + Diện tích tường hút âm: 2 x 87.09m2 = 174.18m2 + Diện tích tường phía sau: 151.03m2 + Diện tích trần phản xạ âm: 321.73m2 + 430.32m2 = 783.73m2 + Diện tích trần hút âm: 234.81m2 + Diện tích hành lang: 353.51m2 + 132.21m2 = 506.51m2 +Diện tích cửa đi: 12 x 3.53m2 = 42.24m2  Tổng diện tích các bề mặt : S = 3259.3m2 Thể tích phòng: V = 10290m3

0,16 V

- Thay vào phương trình Ering: Ttư f = -S ln (1- α- ) f

+ Với f = 125 Hz: Ttư 125

0,16 V

→α ̅125 = 1 - e

= -S ln (1- α̅

125 )

-0.16 V tư S T125

-0.16 x 10290

= 1 - e 3259.3 x 2.23 = 0.2

+ Với f = 500 Hz: Ttư 500

0,16 V

= -S ln (1- α̅

→α ̅500 = 1 - e

500 )

-0.16 V tư S T500

-0.16 x 10290

= 1 - e3259.3 x 1.65 = 0.26

+ Với f = 2000 Hz: 0,16 V

Ttư 2000 = -S ln (1- α ̅

2000 ) + 4mV

(Trong đó m = 0,0025 là hệ số hút âm của không khí ở điều kiện nhiệt độ 20°C và độ ẩm 70%)  ln(1 - α ̅2000 ) = ̅2000 = 1 - e α

4mV

S −0.27

−

0,16 V tư

S T2000

=

4 × 0.0025 × 10290 3259.3

−

0.16 x 10290 3259.3 x 1.65

= -0.27

= 0.24

* Tính tổng lượng hút âm yêu cầu của các tần số: yc

- A125 = S. α ̅125 = 3259.3 x 0.2 = 651.86 (m2) yc

- A500 = S. α ̅500 = 3259.3 x 0.26 = 847.42 (m2) yc

- A2000 = S. α ̅2000 = 3259.3 x 0.24 = 782.23 (m2)

* Xác đinh lượng hút âm thay đổi: - Tổng diện tích sàn ngồi: Ssàn = 606m2 - Tra phụ lục Cơ sở thiết kế Âm học Kiến Trúc (Việt Hà - Nguyễn Ngọc Giả, 2010) và tính toán với điều kiện có 70% khán giả, ta có bảng: 125

500

2000

Đối tượng hút âm tính theo diện tích

Diện tích sàn theo % (m2)

α

Sxα

α

Sxα

α

Sxα

Người + ghế ( 70% )

424.2

0.6

254.52

0.88

373.3

0.93

394.51

Ghế tự do (30%)

181.8

0.49

89.08

0.8

145.44

0.82

149.08

Tổng cộng Atđ

606

343.6

518.74

543.59

* Xác đinh lượng hút âm cố định khi có 70% khán giả: yc

125 2 - Với f = 125 Hz: A125 cđ = A125 - Atđ = 651.86 – 343.6 = 308.26 (m ) yc

500 2 - Với f = 500 Hz: A500 cđ = A500 - Atđ = 847.42 – 518.74 = 328.68 (m ) yc

- Với f = 2000 Hz: A2000 = A2000 - A2000 = 782.23 – 543.59 = 238.64 (m2) cđ tđ

* Chọn và bố trí vật liệu trang âm: yc

- Căn cứ vào Acđ.f , chọn vật liệu và kết cấu hút âm để đạt yêu cầu về tổng lượng hút âm cần có trong phòng, hạn chế tiếng dội.

- Tận dụng tường, sàn làm mặt phản xạ và bố trí vật liệu có hệ số hút âm bé để tạo ra nhiều âm phản xạ.

- Tránh sinh ra tiếng dội, tường sau và ở phần trên của 2 bên tường bố trí vật liệu hút âm, bố trí vật liệu hút âm đồng đều trên các mặt, tránh tập trung cục bộ.

- Tra và chọn lựa từ phụ lục Cơ sở thiết kế Âm học Kiến Trúc (Việt Hà - Nguyễn Ngọc Giả, 2010), được bảng

125 Các bề mặt hút âm

Vật liệu và kết cấu hút âm

500

2000

Diện tích (m2) α

Sxα

α

Sxα

α

Sxα

78.37

Trần phản xạ âm

Tấm vật liệu ép, dày 6.3

783.73

0.1

0.1

78.37

0.05

39.19

Trần hút âm

Ván ép 5 lớp, khoảng cách khung 500x450, lớp không khí 100

234.81

0.58 136.19 0.09

21.13

0.04

9.39

760.8

0.01

7.61

0.02

15.22

0.02

15.22

760.8

0.09

68.47

0.06

45.65

0.1

76.08

325.21

0.01

3.25

0.02

6.50

0.02

6.50

325.21

0.09

29.27

0.34 110.57 0.17

55.29

Tường phản xạ âm

Tường hút âm

Tường gạch trét vữa quét sơn Ván ép 5 lớp, khoảng cách khung 450x450, lớp không khí 50 Tường gạch trét vữa quét sơn Ván ép 3 lớp đục lỗ dài, cách ngang 10, dọc 20, l = 50, lớp không khí dày 50

Mặt sàn, hành lang và mặt bậc

Mặt bê tông

Cửa đi

Cửa đi mặt bọc da

1112.51 0.01

42.24

Tổng cộng

11.13

0.02

22.25

0.02

22.25

4.22

0.11

4.65

0.09

3.80

0.1

3259.3

334.29

* Kiểm tra sai số hút âm cố định: A125 cđ → 500

Acđ →

| 334.29 - 308.26 | 308.26 | 304.34 - 328.68 | 328.68

A2000 → cđ

= 8.44% < 10% = 7.41% < 10%

| 227.72 - 238.64 | 238.64

= 4.58% < 10%

→ Sai số trong phạm vi cho phép. * Kiểm tra thời gian âm vang Hệ số hút âm trung bình các tần số: - Hệ số hút âm trung bình của các tần số: α ̅𝑓.𝑡𝑏 = ̅125 = α ̅500 = α

334.29 + 343.6 3259.3

= 0.21

304.34 + 518.74 3259.3

̅2000 = α

227.72 + 543.59 3259.3

Acđ + Atđ S

= 0.25 = 0.24

Thời gian âm vang theo phương trình Ering: 0,16 x V

Ttk 125 = -S ln ( 1- α ̅

125 )

0,16 x V

Ttk 500 = -S ln ( 1- α ̅

500 )

0,16 x 10290

= -3259.3 ln (1- 0.21) = 2,14 (s) 0,16 x 10290

= -3259.3 ln (1- 0.25) = 1,76 (s)

0,16 x V 2000 ) + 4mV

tư

T2000 = -S ln( 1- α̅

0,16 x 10290

= -3259.3 ln(1 - 0,24) + 4 x 0.0025 x 10290 = 1,65 (s)

Kiểm tra sai số với thời gian âm vang tối ưu: Ttư 125 → Ttư 500 →

| 1.76 - 1.65 | 1.65 | 2.14 - 2.23 | 2.23

= 3.03% < 10% = 0,2 % < 10%

304.34

227.72

Ttư 2000 →

| 1.65 - 1.65 | 1.65

= 0% < 10%

→ Sai số trong phạm vi cho phép.

Biểu đồ âm vang – Kết luận: Thông qua việc tính toán, lựa chọn bố trí vật liệu trang âm và kiểm tra số liệu:

Thiết kế trang âm cho khán phòng thể loại hòa tấu quy mô 1000 chỗ thỏa mãn các yêu cầu theo tiêu chuẩn thiết kế trang âm.