ČVUT v Praze – prostorová akustika a design akustických interiérů velkých poslucháren

Jedná se jednoznačně o nejprogresivnější přednáškové sály, které jsme doposud vytvořili, a to i navzdory faktu, že od začátku projektování po slavnostním otevření sálů uplynulo více než pět let. Velkým benefitem bylo, že tento projekt mohl být řešen komplexně ve všech našich specializacích – interiérový design, akustika i elektro­akustika. A to jak ve fázi přípravy projektové dokumentace, tak i realizace těchto celků. Atypické interiéry obecně vyžadují kvalitní kooperaci všech složek. V tvůrčí části jsme zastávali roli designérů, akustiků i konstruktérů, což výrazně zjednodušilo celý proces. V realizační části jsme byli subdodavatelem jak za část prostorová akustika, tak audiovizuální (AV) technika. Princip black box dovolil vytvořit poutavý futuristický interiér opírající se o progresivní materiály a řešení.

Interiérové řešení

Zadání pro návrh interiéru vycházelo ze zkušeností s posluchárnami rekonstruovanými v předchozích etapách. Ze strany investora byla kromě jiného požadována i plnohodnotná funkcionalita v rovině akustické pohody i technologického vybavení. Design měl podpořit záměr fakulty vybudovat moderní přednáškové prostory pro každodenní výuku, ale i mezinárodní konference. Autorem architektonického řešení je Ing. arch. Vladimír Gleich. Spolu s ním jsme v projektu využili progresivních materiálů a přístupů, takže oba prostory lze také vnímat jako laboratoř a edukativní pomůcku pro posluchače. Pozice sálů v rámci budovy dovoluje oboustranné velkoplošné boční prosklení, čímž tyto prostory získávají dostatek přirozeného světla a vzdušnost. Dostatek denního světla umožnil koncipovat interiéry jako black box (černý prostor), což skýtá nespornou výhodu v jejich využití a také vyšší potenciál designového pojetí. Nutno ale říci, že v případě přednáškových sálů akademických organizací jde o nekonvenční řešení. Konvenčnější pojetí se zpravidla opírají o světlé tóny, dřevěné povrchy a spíše vizuálně neutrální estetiku.

Architekt Gleich definoval myšlenku technicistního designu s futuristickým nádechem tak, aby samotné sály a jejich technologie byly také inspirací a pomůckou pro studenty. Do černého prostoru jsme proto vložili vizuálně výrazné lomené podhledové segmenty přecházející na rovinu zadních stěn. Tyto prvky mají komplexní akustickou funkci s více akustickými efekty (pozn.: více o této problematice bude uvedeno v kapitole věnované prostorové akustice). Pro každý projekt vybíráme materiály vždy na základě vizuálního konceptu architekta nebo po rozhovoru s ním. V tomto jsme jako spoluautoři vstupovali do konceptu s již jasnou představou o kombinaci esteticky důležitých materiálů. V průběhu prací se pak již jen ladila jejich barevnost. Důležitou součástí interiéru tvoří také umělé osvětlení, jež je kompletně řešeno LED technologií. Světelnou scénu lze ovládat více oddělenými okruhy, které zajistí snadnou kontrolu jak provozního, tak efektového osvětlení. To slouží pro nepřímé nasvětlení podhledů a obkladů.

Obr. 2 Příčný řezopohled

Podhledy

Pro akustiku sálů jsou obecně klíčovými plochami stropy a podhledy. Podle potřeby mohou zvuk pohlcovat nebo směrově odrážet dále do auditoria, čímž se zlepšuje srozumitelnost zvukového signálu i v zadních řadách. Z toho důvodu jsou plochy navrženy v několika funkčních variantách – perforované, které zvuk pohlcují, a neperforované, které jej v části spektra odrážejí. Segmenty podhledu jsou uspořádány do pruhů s polygonálním tvarováním tak, aby vyhovovaly požadavkům akustiky i estetiky Skládají se z nakloněných trojúhelníků s úhlem náklonu v rozmezí +15° až –15° a vytvářejí sofistikovanou absorpčně-difuzní akustickou strukturu s otevřeným objemem.

Zároveň jde o prostor, kde je instalována většina technologií včetně osvětlení a vzduchotechniky. Pro tento projekt byl volen princip otevřených podhledů. Konstrukčně jsou podhledy realizovány z hliníkových rámů potažených systémem Barrisol v lesklém designu. Pro optimální akustický efekt je využito více typů fólií stejné barvy, aby v celku vypadaly jednotně. Vzhledem k tomu, že je podhled částečně otevřen, spolupůsobí akusticky i celá dutina nad podhledem. Z tohoto důvodu bylo nutné vytvořit prototypy, jejichž akustické vlastnosti se ověřovaly v laboratoři.

Obr. 5 Akustický podhled

Stěnové obklady

Projekt je unikátní využitím akusticky pohltivých panelů z křišťálového skla GLASIO. Třpytivý efekt v černém odstínu dotváří plášť black boxu na předních a bočních stěnách a dává mu esteticky výjimečný charakter. Tento materiál je výsledkem naší systematické vědecko-výzkumné činnosti a ve své podstavě je unikátní i celosvětově. Panely jsou vyráběny z recyklátu českého křišťálu a jsou v mnoha směrech ojedinělé. Skvěle tak zapadají do konceptu zadání investora – vytvořit prostor s individuálním designem, profesionálním technologickým zázemím a maximální akustickou pohodou. Obklad je montován na vynášecí rošt se vzduchovou mezerou, čímž je dosaženo jeho optimální pohltivosti. V dutině obkladů jsou vedeny technologie, převážně vytápění. Obklad zadní stěny je z dřevěných desek s povrchem z kovolaminátu. Jeho funkce je převážně zvukově absorpční, proto je ve většině své plochy obklad perforovaný.

Podlaha

Na stávající betonové stupně byla instalována povlaková krytina s vysokou odolností. Architekt opět volil tmavě šedé tóny pro podporu black boxu.

Prostorová akustika

Důležité pro tento projekt bylo sladění potřebné akustické funkce a kompatibilita s designem sálů. Posluchárny jsou obecně prostory s vysokými nároky na akustiku a zejména na srozumitelnost mluveného slova. Při projektování prostorové akustiky platí, že pokud se neomezujeme pouze na systémová řešení a máme možnost invenčně pracovat s novými materiály, může být výsledné dílo optimálním spojením estetiky a potřebné akustické funkce. A to je případ těchto poslucháren. Kromě srozumitelnosti mluveného slova má zásadní význam také distribuce zvuku od přednášejícího směrem k posluchačům. Akustika má prokazatelný vliv na únavu a schopnost soustředění studentů a komfort přednášejícího.

Cílové akustické parametry výukových prostor jsou jednoznačně definovány v normě ČSN 73 0527 – Akustika – Projektování v oboru prostorové akustiky – Prostory pro kulturní účely – Prostory ve školách – Prostory pro veřejné účely, která nabyla účinnosti v dubnu 2005 a je závazná podle vyhlášky č. 343/2009 Sb., definující hygienické a provozní požadavky prostor a provozoven pro výchovu i vzdělávání dětí a mladistvých. Norma stanovuje optimální dobu dozvuku prostoru v závislosti na jeho objemu a funkční klasifikaci a příslušné toleranční meze v závislosti na frekvenci (hodnoceno v oktávových pásmech v rozsahu 125 Hz až 4 kHz). V návrhu je nutné respektovat celý frekvenční průběh horní i dolní meze tolerance. V případě delší doby dozvuku klesá srozumitelnost mluveného slova. V případě přetlumení (kratší doby dozvuku) klesá, zejména ve vzdálenějších místech poslucháren, hlasitost mluveného slova přednášejícího, a tím i odstup užitečného signálu od šumu (opět klesá srozumitelnost). Akustika výukových prostor má být podle normy hodnocena v obsazeném stavu (obsazenost 80–100 %).

V rámci řešení akustiky nelze uvažovat pouze o době dozvuku, ale o celkové koncepci v širším kontextu. Tím je myšlena zejména zmiňovaná distribuce zvuku a rozložení akustického pole. Kromě tvrdých zpožděných odrazů zvuku od zadní stěny je nutné eliminovat vznik třepotavé ozvěny, tedy násobných odrazů zvuku mezi dvěma rovnoběžnými odrazivými plochami. V případě poslucháren stavební fakulty jsme pracovali se všemi viditelnými plochami a prvky interiéru (jejich velikostí, akustickými vlastnostmi a pozicemi v prostoru). Úkolem je jak optimální zatlumení prostoru (parametry dané normou ČSN 73 0527:2005), tak vhodná distribuce užitečného zvukového signálu v prostoru. Ta je důležitá z hlediska srozumitelnosti řeči, rovnoměrného rozložení akustického pole u posluchačů atd.

Obr. 8 Akustický obklad zadní stěny

Akustické funkce povrchů

Podhled je komplexním akustickým celkem s funkcí širokopásmového absorbéru s frekvenčně vyrovnaným průběhem činitele zvukové pohltivosti. Podhled je strukturovaný, částečně otevřený, jeho tvar a materiálové provedení je důležité pro vhodnou distribuci zvuku v prostoru hlediště mezi posluchače. Vzhledem ke značné otevřené ploše mezi jednotlivými segmenty je objem prostoru nad podhledem z akustického hlediska plnohodnotně funkční. Část zvuku vstupuje otevřenou plochou nad úroveň podhledu, kde je dílčím způsobem pohlcena, nebo se s časovým zpožděním vrací zpět do vlastního prostoru posluchárny. Vzhledem k atypickému provedení podhledu byl činitel zvukové pohltivosti určen na základě teoretického předpokladu s určitou mírou nejistoty. Hlavní proměnnou byl poměr perforovaných a neperforovaných ploch Barrisolu. To byl základní korekční faktor akustického řešení poslucháren, kdy se v průběhu realizace prováděla akustická měření s následným vyhodnocením a korekcí řešení.

Prvním krokem této korekce bylo měření činitele zvukové pohltivosti v dozvukové místnosti a dalšími kroky pak etapová měření na stavbě in situ. U stěnových obkladů z GLASIA bylo využito jejich benefitu – širokopásmové absorpce. Aby bylo dosaženo optimálních akustických parametrů, byla mezi skleněnými panely a nosnými stěnami vytvořena vzduchová mezera, která byla podle akustických výpočtů vyplněna doplňkovou absorpční vložkou. Hlavní úlohou obkladu je přispět k celkovému zatlumení prostoru a eliminovat vznik třepotavé ozvěny mezi rovnoběžnými bočními stěnami. Obklad zadní stěny je z perforovaných dřevěných desek. Podkladní rošt opět vytváří dutinu, která zefektivňuje absorpci zvuku celého obkladu tím, že je do ní umístěn akustický absorbér. Ten mění frekvenční průběh činitele zvukové pohltivosti a zajišťuje jeho velmi dobrou kmitočtovou vyrovnanost. Detailní závěrečné akustické měření bylo provedeno v neobsazeném stavu a pro výsledné zhodnocení a porovnání s mezemi tolerančního pásma byla 80% obsazenost poslucháren teoreticky dopočtena. Výsledky ve formě grafů na obr. 12 dokumentují, že výsledná doba dozvuku odpovídá hodnotám definovaným požadavkem normy.

Obr. 10 Měření činitele zvukové pohltivosti podhledu v dozvukové místnosti

Audiovizuální technika

Požadavky investora daly vzniknout jedněm z nejmodernějších sálů u nás. Zadání bylo specifikováno precizně hlavně s ohledem na stávající řídicí systémy celé fakulty. Opti­malizaci vybavení audiovizuální technikou byla věnována velká pozornost. Zejména s ohledem na pojetí dvou totožných poslucháren a požadavek na jejich autonomní, ale i propojené řízení, zálohování řídicího systému a specifické nároky na vybavení stanovené projektovou dokumentací. Režim přednáškových sálů vyžaduje uživatelsky přívětivý řídicí systémem konfigurovaný na míru. Přednastavené scény dokáží synchronizovat ovládání osvětlení, projekce, ozvučení i zastínění. Oba sály mají vysoce kvalitní zvuk tvořený JBL line-array reproduktory a dokonalý obraz, a to na dvou projekcích v každém sále, v laserovém standardu od firmy Epson. Designovému řešení podhledu musely ustoupit mimo jiné i pozice projektorů, a proto bylo třeba použít projektory s dostatečným lens-shiftem, jehož možnosti byly využity naplno, aby i při nestandardní pozici projektorů vůči projekčním plátnům o velikosti 6×4 metry nedocházelo k sebemenšímu digitálnímu zkreslení obrazu.

Obr. 14 Vybrané koncové prvky AV techniky

Ovládání a kontrola nad celým sálem

Celému AV systému a jeho praktickému využití korunuje systém Extron zahrnující veškerou distribuci signálů díky maticovým přepínačům Extron DTP CrossPoint, přípojným místům a komplexním prvkům řídicího systému, který v tomto případě, vzhledem ke specifickým požadavkům, propojením a dalším neobvyklým řešením, obsahoval celkem jedenáct řídicích jednotek. Systém umožňuje přes dotykové panely Extron TLP Pro 1025T ovládat zvuk, obraz, osvětlení poslucháren a sady vnitřních a vnějších žaluzií včetně vzájemné kooperace pracovišť. Veškeré ovládání lze provádět intuitivně a rychle v rámci každé posluchárny, pro specifické požadavky je navíc každá část řešící zvuk, obraz, zatemnění či osvětlení rozšířena o podrobnější nastavení tak, aby přednášející mohl pohodlně prezentovat a sám snadno celý sál ovládat. Mezi oběma sály je umístěno pracoviště režie, kam je možné připojit další libovolné zdroje signálů a ovládat i na jiném dotykovém panelu všechny parametry systému obou poslucháren a vzájemně je propojovat. Lze také doplnit instalované sety bezdrátových mikrofonů Sennheiser o ostatní sady. To se hodí zejména při větších konferencích ve spojení s možnostmi nahrávání zvuku, videa či při streamingu. Obě posluchárny jsou celoplošně vybaveny indukční smyčkou pro nedoslýchavé, aby se ke všem posluchačům dostal zvukový signál v maximální kvalitě.

Realizace

Dovršením procesu byla i odpovědná realizace na pozici subdodavatele generálního dodavatele. V tomto případě rekonstrukci realizovala firma VW WACHAL a.s. Velmi důležité pro výslednou kvalitu je dodržování technologických návazností a plnohodnotná koordinace jednotlivých profesí. V tomto případě nejen časová, ale i prostorová. Montáži podhledů pomohly technologické lávky, které jsou pojízdné přes celou délku sálu. Kombinace systémových řešení a typických detailů podmiňuje vznik detailní výrobní dokumentace. Samotné GLASIO bylo využito ve formě systémového řešení, tedy montované na certifikovaný podkladní rošt. Vzhledem k charakteru pohledových materiálů bylo nutné pracovat v bezprašném prostředí. V průběhu montáží se provádí kontrolní akustická měření a postupné ladění. Jsme proto schopni garantovat výsledek rovněž u takto komplikovaných aplikací.

Celý článek vč. výpočtu viz Pdf Časopisu