Регистрация / Вход
Прислать материал

Голосники и основные принципы формирования акустики храмов

Сведения об участнике
ФИО
Бурляев Илия Николаевич
Вуз
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет"
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Физика и астрономия
Раздел области наук
Радиофизика, электроника, акустика
Тема
Голосники и основные принципы формирования акустики храмов
Резюме
Организация акустики храмов - сложный процесс, с одной стороны связанный с устранением гулкости помещений, а с другой стороны - с сохранением традиционных геометрических форм, так как при строительстве главной целью древних зодчих было создание храма по определенным канонам, а не целенаправленное проектирование акустики. В работе рассмотрены способы улучшения храмовой акустики с использованием голосников – пустотелых глиняных сосудов, вмурованных в стены и своды при строительстве храмов
Ключевые слова
Акустика храмов, Голосники, Архитектура, Строительная физика, Акустические резонаторы, Реверберация, Гулкость
Цели и задачи
Анализ храмовой акустики и физической природы процессов, происходящих внутри голосников. Поиск физических аналогов голосников, объясняющих принцип их работы. Разработка общих рекомендаций по местоположению голосников в интерьере храма с учетом влияния геометрии голосника для устранения низких частот (гула) и ,как следствие,. увеличение звонкости помещения.
Введение

Сегодня при возведении храмов остро стоит вопрос проектирования акустики. Проблема состоит в невозможности применения отделочных акустических материалов и варьирования геометрии, как это возможно, например, в концертных залах, а выполненный специалистами-акустиками дорогостоящий и математически сложный расчет, зачастую, не приводит к корректным результатам и требует установки электроакустики, что не традиционно при возведении подобных зданий. Ведь одной из главных задач строителей является символизм, создание храма по определенным канонам.

Поэтому хорошей акустики зодчие Древней Руси добивались простыми конструктивными решениями, не требующими особых знаний физики и математики. Одним из таких решений были голосники.

Методы и материалы

Обьектом исследования являются голосники - пустотелые глиняные сосуды, которые вмуровывались в стены и своды при строительстве храмов. В кладке применяли обычные горшки, а не специально изготовленные для данной цели. Они устраивались для усиления акустики здания (горлышки оставляются открытыми внутрь храма) и облегчения веса конструкций, особенно сводов как наиболее хрупких элементов постройки  (кувшины вмуровываются внутрь стены).

На Руси встречаются с древнейшего времени (Десятинная Церковь, Софийский Собор Новгорода и Исаакиевский Собор), и перешли из византийской архитектуры, так как в большинстве памятников   употреблялись сосуды двух типов: привозные греческие амфоры и горшки местного производства. Отметим, что голосники использовались и в средневековом строительстве Западной Европы, но более раннее применение отмечается именно в византийском зодчестве.

Данная тема мало освещена в современной научной литературе, и отсутствуют реальные, физически обоснованные, проектные решения акустики храмов с учетом влияния голосников. Что даёт возможность детального изучения и возрождения интереса к данному вопросу. Так как «всё новое- это хорошо забытое старое».

В ходе научно-исследовательской работы была произведена обработка и анализ нормативной, исторической и методической зарубежной литературы.Были изучены культовые сооружения Москвы и Подмосковья с целью сравнения акустики в помещениях  с голосниками и без них. Произведены предварительные расчеты акустики храмов.

Описание и обсуждение результатов

Гулкость помещений храмов возникает из-за низкочастотных (НЧ) звуковых волн, являющихся основной проблемой обеспечения хорошей акустики.При перемещении среды в голосниках, заполняющей горлышко, давление в сосуде изменяется, а на открытом конце горлышка оно остается неизменным. Из-за малого поперечного сечения горлышка  и разности давлений на его концах, скорость движения среды в нем велика по сравнению со скоростью движения среды в сосуде. Таким образом, в горлышке сосредоточена наибольшая кинетическая энергия колеблющихся частиц, несмотря на то, что масса среды в нем много меньше массы среды, сосредоточенной в сосуде. При этом потенциальная энергия, играющая роль пружины, сосредоточена в основной части сосуда. То есть кинетическая и потенциальная энергии локализированы в разных зонах сосуда, и голосник можно рассмотреть как систему масса (масса воздуха в горле) – пружина (объем воздуха в сосуде).

Таким образом, звуковая волна, попадая в горлышко, не отражается, а продолжает свое движение вперед, сжимая пружину, фаза волны звукового давления меняется на противоположную. Пружина в определенный момент выталкивает волну. Энергия ударной и отраженной волны взаимоуничтожаются, а значение звукового давления стремится к нулю при том, что скорость распространения не меняется.

Можно сделать вывод, что голосники, поглощая НЧ звуковые волны, изменяют фазу волн и их амплитуду результирующего колебания, тем самым устраняя гулкость и увеличивая звонкость зала.

Важно заметить, что каждый голосник имеет собственную резонансную частоту и отзывается на частоту колебаний, соответствующую его собственной

В данной работе была проанализирована упрощенная физическая модель процессов, происходящих внутри голосников, а также приведен расчет времени реверберации с определением "негативных" зон, вызывающих гул в храмах. Была найдена аналогия между голосниками и резонаторами Гельмгольца. В ходе проведенного исследования были установлены следующие плюсы их применения: использование разных размеров позволяет достичь поглощения в очень широком диапазоне частот, в т.ч. низких;  их применение традиционно и практически не изменяет интерьер храма; долговечность голосников и основного материала стены равны; хорошая слышимость во всех точках храма, независимо от положения источника.. Даны оценка и рекомендации применения голосников в современной практике строительства храмов.

Дальнейшее исследование данной темы позволяет использовать накопленный исторический опыт храмового строительства, обоснованно использовать традиционные конструкции и материалы в новом строительстве и при реконструкции и реставрации. Всё это позволит сократить расходы на проектирование естественной акустики и исключить применение искусственной, уменьшить вес сводов и стен культовых сооружений (христианских, мусульманских, буддистских и др.)

Используемые источники
1. Раппопорт П.А. Строительное производство Древней Руси (X-XIII вв.), Наука, СПб, 1994.,с.51-53.
2. http://www.ikliros.com/blog/kuvshiny-golosniki-kak-elementy-tserkovnoi-akustiki
3. http://doctor-sound.com.ua/?page=read&id=175
4. Н. Н. Аистов, Б. Д. Васильев, В. Ф. Иванов и др. История строительной техники. Л.–М.: Стройиздат, 1962. сс. 314–316.
5. Ф.Р. Ватсон. Архитектурная акустика. — Изд-во Иностр. литер, 1948.— 270 с
6. Marsilio M., Prodi N., Pompoli R., 2001. On the prediction of reverberation time and strength in mosques.
7. Zakinthinos Tilemachos, Skarlatos Dimitris, 2007. The effect of ceramic vases on the acoustics of old Greek orthodox churches.
8. Ingard Uno, 1953. On the theory and design of acoustic resonators. Journal of Accoustics. Society of American 25, 1037.
Information about the project
Surname Name
Burlyaev
Project title
Resonators and basic principals of working temples acoustics
Summary of the project
Organization temples acoustics is a complex process. This process involves the removal of boominess facilities and preserving traditional geometric forms. Since the main purpose of the ancient architects was to create a temple based on canons, more than designing of of acoustics. The article discusses ways of improving temple acoustics by resonators (golosnik - rus). Resonators are hollow clay vessels immured in the walls and vaults of temples.
Keywords
Temple acoustics, architecture, physics, acoustic resonators, reverberation, boominess