Искусственное небо | ТМ 1938-10

На 20 тыс. человек рассчитан большой зал Дворца советов. Высота этого зала больше высоты 20-этажного дома. Площадь его купола будет равна 27 тыс. кв. м. Для того чтобы спроектировать и построить такой купол, нужно знать не только сопротивление материалов, архитектурное и строительное дело и другие инженерные науки. Если, например, при постройке купола не учесть требований акустики, то он может превратиться как бы в громадное звуковое зеркало, от которого будут отражаться все звуки. При этом сидящие в зале услышат одновременно и звуки, непосредственно идущие к ним, и звуки, отраженные от потолка. Получится совершенно невообразимый звуковой хаос. Для того чтобы большой зал Дворца советов обладал хорошими акустическими свойствами, его купол должен полностью поглощать все доходящие до него звуки. Вот почему мы этот купол назвали искусственным небом: ведь под открытым небом все звуки, идущие вверх, полностью поглощаются.

Одежда, ткани, ковры, портьеры поглощают звуки высоких частот. Поэтому в комнате, завешанной коврами и портьерами, оркестр будет звучать глухо.

Работа по созданию искусственного неба осложнялась тем, что полной теории звукопоглощения еще не существовало. Имелись только некоторые практические сведения о звукопоглощающих свойствах ряда материалов. Так, например, было известно, что вата, войлок и другие мягкие материалы хорошо поглощают высокие звуки. Поэтому первые радиостудии завешивались коврами и портьерами, для того чтобы звук не отражался от стен и потолка. Но при этом поглощались звуки высокой частоты, а звуки низкой частоты вовсе не поглощались. В результате голоса исполнителей и музыка в студии звучали глухо. Это снижало качество радиопередач. Дальнейшие практические исследования помогли устранить эти недостатки. Однако в ряде случаев опытных данных оказывалось недостаточно. Особенно остро чувствовали это акустики Дворца советов, потому что такое огромное здание строится впервые. Здесь для решения практической задачи нужно было заняться сложными теоретическими расчетами, чтобы дополнить или заново разработать теорию звукопоглощения. За это дело и взялся молодой ученый, комсомолец Г. Д. Малюжинец.

Ему предстояло произвести сложный математический анализ. Однако, для того чтобы правильно решить эту задачу, нужно было не только хорошо знать математику — нужен был большой акустический опыт. Ведь каждое математическое уравнение должно иметь реальный физический смысл.

Но молодой советский ученый уже много лет занимался акустикой и за это время накопил немалый опыт, работая на строительстве Дома граммофонной записи. Там он познакомился с замечательными свойствами перфорированных экранов — металлических пластин с большим числом отверстий. Эти экраны очень сильно изменяли звукопоглощающие свойства материалов. Так, например, вата обычно хорошо поглощает звуки высокой частоты, а звуки низкой частоты поглощает очень плохо. Если слой ваты прикрыть перфорированным экраном, то она обнаружит совершенно обратные свойства — будет очень сильно поглощать звуки низких частот, а звуки высоких частот не будет поглощать совсем. Это и заставило т. Малюжинца обратить внимание на перфорированные экраны как на материал для купола Дворца советов. Комбинируя раз личным образом перфорированные экраны, можно широко регулировать степень поглощения ими звука. Это — второе замечательное свойство таких экранов.

Как же ведет себя звук, проходя через отверстие?

На этот вопрос акустика до сих пор не могла дать правильного ответа.

В 1879 г. английский ученый Лемб вывел формулу, определяющую поведение звука при прохождении его через отверстие. Эта формула применялась во всех акустических расчетах.

Но в 1931 г. немецкие ученые Винтергерст и Кнехт поставили опыт, имеющий целью проверить формулу Лемба. Они взяли трубу и установили внутри нее перегородку с отверстием. Сравнивая мощность звука в трубе до и после перегородки, они установили величину звукопроводности отверстия. Эта величина оказалась в десятки раз больше вычисленной по формуле Лемба. Таким образом, в акустике одновременно существовали и формула Лемба и величина, вычисленная Винтергерстом и Кнехтом.

Тов. Малюжинец занялся математическими исследованиями с целью теоретически выяснить поведение звука при прохождении его через отверстия.

Эти исследования привели к очень интересным результатам. Удалось разобраться в опытах Винтергерста и Кнехта и расчетах Лемба. При этом оказалось, что формула Лемба верна только для экрана с одним отверстием. Работа же Винтергерста и Кнехта, несмотря на тщательность опытов, дала неверные результаты. Найденная ими величина звукопроводности правильна только для случая прохождения звука через отверстие в перегородке внутри трубы или через экран со многими отверстиями. Их ошибка заключалась в том, что они частный случай считали общим законом.

Тов. Малюжинец установил математическую зависимость между мощностью звука, проходящего через перфорированный экран, его частотой и расстоянием между отверстиями экрана. Пользуясь уравнением, которое вывел молодой советский ученый, можно заранее определить, как будет происходить поглощение звука при той или иной комбинации перфорированных экранов. Устанавливая один за другим несколько различных экранов, можно получить такое помещение, в котором поглощаются звуки любых частот, и при этом можно еще регулировать степень поглощения.

Так т. Малюжинец определил условия, при которых купол большого зала Дворца советов будет обладать хорошими акустическими свойствами. Он будет состоять из целого ряда перфорированных металлических экранов. Благодаря этому при сравнительно небольшом весе купола звукопоглощаемость его будет очень хорошей.

Вата поглощает звуки высоких частот и совсем не поглощает звуков низких частот.

Вата, покрытая перфорированным экраном, поглощает звуки низких частот и совсем не поглощает звуков высоких частот.

Система перфорированных экранов равномерно поглощает звуки всех частот.

Теория т. Малюжинца может применяться и не только в строительной области. Так, например, правильно подобранная система звукопоглощающих экранов может сделать работу двигателей внутреннего сгорания совершенно бесшумной. При помощи расчетов т. Малюжинца можно сделать более рациональными конструкции репродуктора, патефона и др.