Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Воронежский государственный архитектурно-строительный университет»

Е.Д. МЕЛЬНИКОВ, М.В. АГЕЕНКО

АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНАЯ АКУСТИКА

ПРАКТИКУМ

В оронеж 2015

УДК 534 8:624

ББК 38.113я7

М482

Рецензенты:

кафедра теоретической и прикладной механики

Воронежского государственного университета;

Д.В. Щекалев, гл. инженер ООО «Инженерпроект»

Мельников, Е.Д.

М482	Архитектурно-строительная акустика: практикум для студ. направ. 270300 и 270100/ Е.Д. Мельников, М.В. Агеенко; Воронежский ГАСУ. – Воронеж, 2015 – 54 с.

Излагаются наиболее важные вопросы архитектурно-строительной акустики: методы акустического проектирования зальных помещений, основы частотного анализа шума и его нормирование, методы расчетов звукоизоляции ограждений и эффективности экранов.

Приводятся примеры расчетов и необходимые нормативные данные.

Предназначен для студентов, обучающихся по направлениям 280300 «Архитектура» и 270100 «Строительство».

Ил. 15. Табл. 16. Библиограф.: 6 назв.

УДК 534 8:624

ББК 38.113я7

Печатается по решению учебно-методического совета

Воронежского ГАСУ.

ISBN 978-5-89040-553-1

©Мельников Е.Д., Агеенко М.В., 2015 © Воронежский ГАСУ 2015

Введение

Улучшение условий труда и быта представляет важнейшую социаль­ную задачу, осуществление которой связано с решением многих науч­ных и технических проблем в области психологии и санитарной гигие­ны, научной организации труда и функциональной технологии, архитек­туры и строительства и др.

Среда, окружающая человека, должна иметь такие характеристики, которые наиболее полно соответствуют оптимальным условиям для чело­веческого организма при выполнении данной функции. Характеристики среды определяются условиями зрительного восприятия и видимости, освещением, микроклиматом, а также акустическим режимом, характери­зуемым качеством восприятия звука, если оно обусловливается дан­ным функциональным процессом или уровнем мешающего шума, возни­кающего в помещении или проникающего в него.

Эти вопросы являются предметом изучения строительной физики -прикладной области физики, дисциплины, тесно связанной с теорией проектирования зданий и их ограждающих конструкций.

Основной задачей архитектурной акустики является исследование условий, определяющих слышимость речи и музыки в помещениях, и раз­работка архитектурно-планировочных и конструктивных решений, обес­печивающих оптимальные условия слухового восприятия.

Строительная акустика рассматривает комплекс вопросов, связанных с проблемой борьбы с шумом различными методами.

Практикум состоит из 1-ой лабораторной, 2-х графических и 6-ти расчетно-графических работ.

Целью лабораторных и расчетно-графических работ по архитектур­но-строительной акустике является: ознакомление с основными прибора­ми, применяемыми в акустических исследованиях; приобретение студен­тами навыков работы с этими приборами; изучение методов обработки результатов измерений; освоение расчетов звукоизоляции строительных конструкций; построение оптимальных профилей ограждающих конструк­ций зрительных залов; изучение архитектурно-планировочных методов борьбы с шумом и т.д.

В приложении к практикуму приведены варианты заданий к работам. Номер варианта задания определяется преподавателем для каждого студента индивидуально.

Работа № 1 (расчетно-графическая). Определение суммарного

уровня шума, создаваемого несколькими источниками

1.1. Цель работы

– освоить методы сложения уровней шума, создаваемого несколькими источниками.

1.2. Основные теоретические сведения

Человек повседневно встречается с различными видами колебательных движений, распространяющихся в виде волн в воздухе, жидкостях и твердых телах. В определенных условиях эти колебания воспринимаются человеком в виде звука.

Звук как физическое явление представляет собой волновое колебание упругой среды. Звуковые волны возникают в случае, когда в упругой среде имеется колеблющееся тело или когда частицы упругой среды приведены в колебательное движение в результате воздействия на них какой-либо возмущающей силы.

В газообразной среде могут распространяться только продольные волны, в которых частицы среды колеблются вдоль направления распространения волн, называемого звуковым лучом. Поверхность, перпендикулярная звуковому лучу, на которой располагаются точки среды, имеющие в данный момент одинаковую фазу колебаний, называется фронтом звуковой волны.

Звуковые волны распространяются с определенной скоростью, называемой скоростью звука (с). В газообразных средах скорость звука зависит в основном от их плотности и атмосферного давления. В воздухе при температуре 20 ^оС и нормальном атмосферном давлении скорость звука составляет 344 м/с.

Область пространства, в которой распространяются звуковые волны, называется звуковым полем. Физическое состояние среды в звуковом поле или, точнее, изменение этого состояния, обусловленное наличием звуковых волн, характеризуется звуковым давлением (р), т.е. разностью между значением полного давления и средним давлением в среде при отсутствии звукового поля. Оценивают звуковое давление, изменяющееся от нуля до максимальной величины, не мгновенной величиной, а среднеквадратичным значением за период колебаний р_ср = р_max / . Единица измерения - паскаль (1 Па = 1 Н/м²).

Звуковые волны подобно всякому волновому движению характеризуются длиной волны, частотой и скоростью распространения.

Расстояние, измеренное в направлении распространения звуковой волны, между двумя ближайшими точками звукового поля, в которых колеблющиеся частицы среды находятся в одной фазе, называется длиной звуковой волны (λ). В изотропных средах длина звуковой волны определяется соотношением

λ = с/f = с Т, (1.1)

где, λ – длина волны, м;

с – скорость звука, м/с;

f – частота колебаний, Гц;

Т – период колебаний, с.

Частота звука измеряется в герцах (Гц). Герц – единица измерения колебательного движения, составляющая одно колебание в секунду. Диапазон частот, воспринимаемых человеческим ухом, находится в пределах 20-20000 Гц и называется звуковым диапазоном. Звуки частотой до 400 Гц называют низкочастотными, от 400 до 1000 Гц – среднечастотными и частотой свыше 1000 Гц – высокочастотными. Ухо человека имеет наибольшую чувствительность к звукам в диапазоне 500-5000 Гц. С возрастом чувствительность уха снижается.

Интервал частот, заключенный между двумя граничными частотами, из которых верхняя вдвое больше нижней, называется октавой. Нормируемый диапазон включает 8 октав со среднегеометрическими значениями частот 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц.

Интенсивностью или силой звука J называют количество звуковой энергии, проходящее в единицу времени через единицу поверхности, перпендикулярной к направлению распространении звука; единица измерения Вт/м².

Общее количество звуковой энергии, излучаемой источником звука в единицу времени, называют звуковой мощностью W, (Вт).

W= ∫ Jds, (1.2)

где J – интенсивность потока звуковой энергии в направлении, перпендикулярном элементу ds.

Сила звука J пропорциональна квадрату звукового давления р:

J = р²/ρс, (1.3)

где ρ и с – плотность среды и скорость звука в этой среде.

Произведение ρс называют акустическим сопротивлением.

Интенсивность звука, еле различимого ухом человека (писк комара), находится в пределах от 10^-12 до 10^-11 Вт/м² и называется слуховым порогом (J_о). Интенсивность звука, вызывающего болевые ощущения в ушах (болевой порог), составляет 100 Вт/м² и более. Такую интенсивность можно зарегистрировать вблизи от работающего реактивного двигателя. Соотношение силы звука на болевом пороге и на пороге слышимости составляет 10¹² - 10¹⁴.

Замечено, что каждое последующее увеличение силы звука в 1,26 раза достаточно хорошо различимо на слух, т.е. ухо человека регистрирует относительный прирост силы звука по логарифмическому закону. Это позволило использовать в акустике логарифмическую систему измерения, где оперируют не абсолютными величинами, а их логарифмическими уровнями по отношению к пороговому значению.

Уровень интенсивности звука выражается в белах (Б) и определяется по формуле

l = lg J/J_о, Б, (1.4)

где J – интенсивность измеряемого звука, Вт/м²;

J_о = 10^-12 Вт/м² – пороговое значение интенсивности звука.

Практика показала, что удобнее уровни интенсивности звука измерять в децибелах дБ, составляющих 1/10 бела, при этом выражение (1.4) примет вид

, дБ.

(1.5)

Так как интенсивность звука пропорциональна квадрату звукового давления, то переход от значений уровня интенсивности звука к значениям уровней звукового давления можно записать как

, дБ,

(1.6)

где ро = 2 10 ^-5Н/м² – пороговое значение звукового давления.

Используя логарифмическую систему, весь звуковой диапазон можно ограничить пределами от 0 до 120-140 дБ, абсолютные значения звука по энергии будут отличаться во много миллиардов раз.

На практике часто возникает необходимость определения суммарного уровня шума, создаваемого несколькими источниками.