6. Шум. Постоянный и непостоянный. Измерение и нормирования шума.

Шум – беспорядочное хаотичное смешение звуков, которые воспринимаются нами как помехи.

Б ольшинство шумов содержат звуки почти всех частот слухового диапазона, но они имеют разное распределение звукового давления по частотам, а так же характеризуются изменением во времени.

Методы оценки шума зависят от его характера:

- постоянный шум оценивается по уровням звукового давления в децибелах (дБ) в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 125, 250, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц.

- непостоянный шум оценивают исходя из уровня звука – общий уровень звукового давления, измеряемый шумомером на частотной коррекции «А», характеризующей приближенно частотную характеристику восприятия шума человеческим ухом.

Относительная частотная шкала «А», показывает, на сколько децибел на каждой частоте чувствительность уха отличается от его чувствительности на частоте 1000 Гц.

Н епостоянные шумы принято оценивать эквивалентными (по энергии) уровнями звука. Эквивалентный уровень звука L_Аэкв (дБА) – это уровень звука постоянного широкополосного шума, который связан с изменяющимся уровнем звука непостоянного шума L_А, дБА, соотношением:

Нормирование шума осуществляется по СНиП 23-03-2003.

Расчетные точки для измерения уровня шума в строительстве выбираются в зонах прямого и отраженного звука.

Требуемое снижение уровня шума определяется по формуле: L_тр = L_ист - L_доп + 10lg n

Коэффициент пропускания:  = I_пр/I₀, а коэффициент звукоизоляции R = 10 lg 1/

В строительных конструкциях разделяют так же воздушный, ударный и вибрационный шум, поэтому особые требования применяются к шумоизоляции межкомнатных и межквартирных перегородок, перекрытий, дверей.

7. Звукопоглощение. Эквивалентная площадь звукопоглощения.

Классификация звукопоглощающих материалов.

Звукопоглощающие конструкции. Звукопоглощающие облицовки.

Звукопоглощение - ослабление силы звука в помещении за счет поглощения части энергии звуковых колебаний специальными материалами, конструкциями, мебелью, облицовкой и тп.

Эквивалентная площадь звукопоглощения – площадь поверхности с коэффициентом звукопоглощения α = 1 (полностью поглощающей звук), которая поглощает такое же количество звуковой энергии, как и данная поверхность или предмет.

Е сли lо — интенсивность падающего звука, а lρ, lα и lτ — интенсивности соответственно отраженного, поглощенного и прошедшего за преграду звука.

lρ +lα + lτ = lo (закон сохранения и превращения энергии)

Разделив обе части этого равенства на lo, будем иметь

lρ/lo + lα/lo + lτ/lo = 1

Отношение поглощенной звуковой энергии к падающей lα/lo называется коэффициентом звукопоглощения α.

Звукопоглощающими материалами принято назы­вать такие, которые поглощают на средних частотах не ме­нее 20% звуковой энергии, падающей на их поверхность. Следовательно, коэффициент звукопоглощения больше 0,2.

Коэффициент звукопоглощения материала зависит от свойств материала, его толщины, от способа отделки его по­верхности. Для разных частот α данного материала в общем случае различен.

Звукопоглощающие материалы и конструкции можно под­разделить на следующие группы:

1. пористые материалы (материалы этой группы поглощают звук вследствие того, что энергия звуковых волн, падающих на их поверхность, за­трачивается на приведение в колебание воздуха, находящегося в порах материала. При этом эффективно поглощающими звук являются материалы с сообщающимися порами. Воздух пор обладает вязкостью и оказывет сопротивление трения прохо­дящей через него звуковой волне. Вследствие этого звуковая энергия затрачивается на нагревание воздуха в порах мате­риала, т. е. активно поглощается им. Деформация жесткого скелета материала при прохождении через него звуковой вол­ны настолько незначительна, что на это практически звуковая энергия не затрачивается):

а) пористые плиты из материалов с жестким скелетом, которые изготовляются из минеральной крошки (пемзолита, перлита). К этой группе материалов можно отнести и акустические штукатурки;

б) пористые материалы волокнистой структуры с гибким скелетом (древесноволокнистые, минераловатные плиты);

в) пористые плиты из неволокнистых материалов с упругим скелетом (пенополиуретан, поропласт);

2. резонансные поглотители (резонансные системы в виде сплошных панелей из жест­ких материалов поглощают звуковую энергию вследствие за­траты ее на приведение панелей в вынужденные колебания. Максимальное звуко­поглощение имеет место при резонансе, т. е. прихо­дится на частоту собст­венных колебаний панели):

а) тонкие щиты из различных материалов (дерево, фанера), расположенные на некотором расстоянии от жесткой поверхности ограждения;

б) перфорированные панели, представляющие собой конструкцию из тонкого (0,5—5 мм) перфорированного, т. е. с отверстиями, листа (металлического, деревянного, пластмассового), к которому изнутри приклеивается редкая ткань;

в) мембранные поглотители в виде натянутых на раму пленок из эластичного материала, например полиэтилена. Эти рамы крепятся на некотором относе от жесткой конструкции, а промежуток обычно частично или полностью заполняется пористым волокнистым материалом или тканью;

3. штучные звукопоглотители, представляющие собой пло­ские или объемные элементы, которые либо свободно подве­шиваются в помещении, либо устанавливаются в виде экра­нов. Изготовляются штучные поглотители из пористых мате­риалов или из резонаторных конструкций.

Просто для примеров:

Коэффициенты звукопроглащения материалами и конструкциями

Материалы или конструкции	Коэффициенты звукопоглощения при среднегеометрических частотах октановых полос. Гц. 500 Гц
Полы
Натертый мастикой на деревянных лагах	0,10
Паркет по асфальту	0,07
Паркет по деревянному основанию	0,10
Ковер шерстяной обычного типа	0,24
Линолеум по твердому основанию	0,03
Стены и потолки
Бетон	0,02
Бетон окрашенный	0,01
Стена кирпичная оштукатуренная и окрашенная масляной краской	0,02
Мрамор, гранит и т.п.	0,01
Гипсокартонные листы	0,06
Гипсокартонные листы на расстоянии 5 см от поверхности	0.15
Деревянная обшивка ,сосна толщиной 19мм	0,10
Деревянная панель толщиной 5-10мм	0,06
Звукопоглощающие покрытия
Перфорированные конструкции из фанеры	0,58
Гипсовые перфорированные плиты	0,54
Плиты минераловатные аккустические	0,68
Пористые аккустические плиты "Акмигран"	0,85
Минераловатные маты толщиной 100мм	0,56
Плиты "Силакпор" толщиной 45мм	0,60

Эквивалентная площадь звукопоглощения зрителями и креслами

Зрители и кресла	Коэффициенты звукопоглощения при среднегеометрических частотах октановых полос, Гц 500 Гц
Зрители на мягком кресле и полумягком	0,40
То же, на жестком кресле	0,30
Кресло деревянное жесткое	0,03
Кресло с обивкой сиденья и спинки с искусственной кожей	0,12
Полумягкое кресло, обитое тканью	0,15
Мягкое кресло, обитое тканью с пористым заполнителем сиденья и спинки	0,20

8. Особенности акустического проектирования залов.

Для хорошей акустики залов необходимо выполнить следующие рекомендации:

• время реверберации проектируемого помещения должно отличаться от рекомендуемого не более чем не 10 %;

• обеспечить на зрительских местах максимально возможный уровень звукового давления полезного звука;

• выбрать форму и очертание внутренних поверхностей обеспечивающих как формирование ранних звуковых отражений, так и необходимую степень диффузности звукового поля;

• предотвратить концентрацию звука, которая может возникнуть при наличии вогнутых поверхностей малого радиуса.

Таким образом, нужного соотношения в распределении прямой и отраженной звуковой энергии, а также создания диффузного звукового поля добиваются путем правильного выбора:

• объема зала и его вместимости;

• взаимного размещения сцены и зрительных мест;

• профиля и места расположения отражающих поверхностей и отдельных архитектурных элементов;

• количества, свойств и размещения звукопоглощающего материала.

9. Распространение отраженного звука, допустимое запаздывание. Предотвращение концентрации звука. Условия возникновения эхо.

Отраженные звуковые волны могут быть полезными и вредными.

Полезными являются те, которые равномерно распределяются по объему помещения или направляются в определенные части помещения, не вызывая образования стоячих волн, фо­кусов и эха. В этом случае они способствуют усилению звука, что особенно важно для мест, удаленных от источника звука.

Практически во всех помещениях полезными отражениями являются отражения:

1) от плоской поверхности потолка, на­правленные в зону расположения слушателей (зрителей);

2) от поверхностей боковых стен, расположенных на уровне голов сидящих людей;

3) от плоских и выпуклых поверхностей,: находящихся вблизи источника звука.

Вогнутые поверхности и поверхности, сильно удаленные от слушателей, а также параллельные, хорошо отражающие по­верхности могут создать отражения, нарушающие диффузность звукового ноля (фокусы, эхо, стоячие волны). Эти отра­жения являются вредными.

О бразование фокусов в помещениях происходит при отражении звука от вогнутых поверхностей стен и потолков. С точ­ки зрения требований акустики является недопустимым нали­чие фокусов в зоне зрительных мест, вплоть до высоты 1,5 мет­ров над головами сидящих зрителей. Если фокусы располо­жены над, этой зоной, то они не являются опасными. Поэтому в потолке могут быть сделаны вогнутые поверхности малого радиуса кривизны.

L – источник звука

О - фокус

И , наоборот, потолок может быть вогнутым, но так, чтобы радиус кривизны его поверхности не менее чем в 2 раза пре­вышал высоту помещения. В этом случае фокусы лежат вне пределов помещения, ниже его пола.

Часто вогнутой делается задняя стена помещения. При определении ее кривизны следует пользоваться теми же соображениями, что и при проектировании потолков. При расчетах радиус кривизны задней стены следует сравнивать с полной длиной помещения с учетом сцены, эстрады, если они имеются.

П ри отражении от вогнутой поверхности большой длины наблюдается особое явление. Звук «ползет» по этой поверхно­сти. Два человека, находящиеся в точках А и В, при расстоянии между ними в 60 м могут шепотом переговари­ваться.

Стоячие звуковые волны образуются при наложении воли, распространяющихся вдоль одной прямой навстречу друг дру­гу. Такие волны могут возникать при падении волны на хо­рошо отражающую поверхность под прямым углом.

Время запаздывания отраженного звука по отношению к прямому звуку не должно превышать оптимальных значений, в противном случае отражение созда­ет эхо. Для хорошей разборчивости речи требуется меньшее запаздывание перво­го отражения по сравнению с приходом прямого звука, для восприятия музыки — несколько большее. Желательно, чтобы время запаздывания первых отражений не превышало 20-30 мс. Так как скорость звука в воздухе составляет приблизитель­но 340 м/с, то запаздыванию на 20 мс соответствует разность длин пути отражен­ного и прямого звука приблизительно 7 м, на 30 мс — 10 м. Время запаздывания отражений характеризует звучание и зависит от характера воспринимаемого звука.

Назначение зала	Оптимальное время запаздывания первых отражений, с
Концертный зал с органом и хором	0.1-0,15
Концертный зал без органа, филармония	0,09
Оперный театр	0,07
Зал многоцелевого назначения	0,02-0,03
Драматический театр	0.015-0.02
Конференц-зал, лекционный зал, аудитория	0,01-0,015

∆t= ((R1+R2)- Rпр) / 340

R1 - расстояние от источника до отражающей поверхности, [м]; R2 -расстояние от отражающей поверхности до точки приема, [м]; Rпр - расстояние от источника до точки приема, [м].

Эхо является крупным недостатком акустики помещения. Оно возникает в том случае, если звуковая волна, распростра­няющаяся непосредственно от источника, и эта же волна, отразившаяся от какой-либо поверхности, попадают в ухо слу­шателя с интервалом времени, большим 1/17 секунды. В этом случае слушатель воспринимает эти звуки раздельно, т. е. один и тот же звук для него повторится дважды.

При скорости звука в воздухе, равной 340 м/сек, за 1/17 се­кунды звук проходит путь 20 м (340 * 1/17).

Следовательно, если путь звуковой волны, пришедшей к слушателю после отражения, на 20 м больше, чем путь волны, пришедшей к нему непосредственно от источника, то созда­ются условия для возникновения эха.

Эхо обычно возникает в высоких или длинных помещениях. На рис.а показан ход двух звуковых лучей: одного — иду­щего к слушателю в точку С непосредственно от источника, и второго — приходящего в эту же точку после отражения от потолка в точке В.

На рис.б второй луч приходит в точку С после отраже­ния от задней стены.

В первом случае эхо возникает, если (АВ+ВС) — АС≥20 м, во втором —если (AB + BD+DC) — АС≥20 м. Если эхообразующая поверхность является вогнутой, то в точке С возникает фокус, и тогда отраженный звук будет иметь значи­тельную энергию. В этом случае эхо получится очень резким (рис.в).