Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

2676

.pdf
Скачиваний:
12
Добавлен:
15.11.2022
Размер:
2.03 Mб
Скачать

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Воронежский государственный архитектурно-строительный университет

Е.Д. МЕЛЬНИКОВ

АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНАЯ АКУСТИКА

Практикум

Рекомендовано редакционно-издательским советом Воронежского государственного архитектурно-строительного университета в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по направлениям

270300 «Архитектура» и 270100 «Строительство»

Воронеж 2009

УДК 534 8:624 (07) ББК 38.113я7 М482

 

Рецензенты:

 

кафедра общей и прикладной физики

 

Воронежской государственной лесотехнической академии;

 

Т.М. Павленко, ведущий архитектор ООО «Жилпроект-4»

 

Мельников, Е.Д.

М482

Архитектурно-строительная акустика [Текст] : практикум

 

/ Е.Д. Мельников; Воронеж. гос. арх.-строит. ун-т. – Воронеж. - 48 с.

ISBN 978-5-89040-246-2

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.

Практикум предназначен для студентов, обучающихся по направлениям 270300 «Архитектура» и 270100 «Строительство»

Ил.16. Табл. 17.Библиограф.:5 назв.

УДК 534 8:624 (07) ББК 38.113я7

 

© Мельников Е.Д., 2009

ISBN 978-5-89040-246-2

© Воронежский государственный

 

архитектурно-строительный

 

университет,2009

2

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 соответствует 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 изучает вопросы звукоизоляции, снижения шума в зданиях.

Практикум состоит из одной лабораторной и восьми расчетнографических работ.

Целью лабораторных и расчетно-графических работ по архитектурностроительной 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.

Варианты РГР приводятся в прил. 1.

3

колебаний рср = рmax

Расчетно-графическая работа № 1

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.

Вгазообразной среде могут распространяться только продольные волны,

вкоторых 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 ос-

новном от их плотности и атмосферного давления. В воздухе при температуре 20о С 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

2 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

4

(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 распространения 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, перпендикуляр-

ном 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 (Jо).

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

5

формуле:

 

ℓ = ℓg J/Jо, Б,

(1.4)

где J – интенсивность измеряемого звука, Вт/м2;

 

Jо = 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

L =10 lg

J

, дБ.

(1.5)

J0

 

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

L =10 lg

p2

= 20 lg

p

, дБ,

(1.6)

p2

p

 

 

 

 

0

 

0

 

 

где ро = 2n 10 5 Н/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.

1.3.Методика выполнения работы

1.3.1.Аналитический метод

По этому методу исходные уровни (интенсивности, звукового давления) в децибелах переводят в абсолютные величины и производят над ними арифметические операции, после чего снова переводят в децибелы.

Пример 1. Определить суммарный уровень звукового давления, создаваемого одновременной работой четырех станков, уровни звукового давления, создаваемые ими, соответственно равны:

 

L1 = 78 дБ; L2 =80 дБ; L3 = 70 дБ; L4

= 68 дБ.

Суммарный уровень звукового давления определяется по формуле

 

 

 

 

 

Lсум =10 lg n

 

Li

 

 

 

 

 

 

 

1010 , дБ .

(1.7)

 

 

 

 

 

 

 

 

i1

 

 

 

 

 

Li

 

L2

 

L3

 

L4

 

=10 lg [107,8 +108,0

+107,0 +106,8 ]=

Lсум =10 lg 10

10

+10

10

 

+10

10

+10

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=10 lg106,8 [101,0

+101,2 +100,2

+100,0 ]= 68 +10 lg [10 +15,85 +1,58 +1,0]= 68 +10 lg 28,43 =

= 68 +10 1,453 = 82,53

(дБ).

 

 

 

 

 

6

Если имеется n одинаковых источников звука, суммарный уровень, создаваемый их одновременной работой, определяется по выражению

 

 

 

 

 

 

Lсум = Li +10 lg n,

дБ ,

 

 

(1.8)

 

где

L j -

уровень, создаваемый каждым источником, дБ;

 

 

 

 

 

n -

количество источников звука.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Возведение числа 10 в дробную степень

Таблица 1.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пока-

10n

Пока-

10n

Пока-

10n

Пока-

10n

Пока-

10n

 

 

затель

 

затель

 

затель

 

затель

 

затель

 

 

 

степе-

 

степе-

 

степе-

 

степе-

 

степе-

 

 

 

ни n

 

ни n

 

ни n

 

ни n

 

ни n

 

 

 

0,01

1,023

0,26

1,820

0,51

3,236

0,76

5,754

1,05

11,220

 

 

0,02

1,047

0,27

1,862

0,52

3,311

0,77

5,888

1,10

12,589

 

 

0,03

1,071

0,28

1,905

0,53

3,388

0,78

6,026

1,15

14,125

 

 

0,04

1,096

0,29

1,950

0,54

3,467

0,79

6,166

1,20

15,849

 

 

0,05

1,122

0,30

1,995

0,55

3,548

0,80

6,310

1,25

17,783

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,06

1,148

0,31

2,042

0,56

3,631

0,81

6,456

1,30

19,953

 

 

007

1,175

0,32

2,089

0,57

3,715

0,82

6,607

1,35

22,387

 

 

0,08

1,202

0,33

2,138

0,58

3,802

0,83

6,761

1,40

25,119

 

 

0,09

1,230

0,34

2,188

0,59

3,890

0,84

6,918

1,45

28,184

 

 

0,10

1,259

0,35

2,239

0,60

3,981

0,85

7,079

1,50

31,623

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,11

1,288

0,36

2,291

0,61

4,074

0,86

7,244

1,55

35,481

 

 

0,12

1,318

0,37

2,344

0,62

4,169

0,87

7,413

1,60

39,811

 

 

0,13

1,349

0,38

2,399

0,63

4,266

0,88

7,586

1,65

44,668

 

 

0,14

1,380

0,39

2,455

0,64

4,365

0,89

7,765

1,70

50,119

 

 

0,15

1,412

0,40

2,512

0,65

4,467

0,90

7,943

1,75

56,234

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,16

1,445

0,41

2,570

0,66

4,571

0,91

8,128

1,80

63,096

 

 

0,17

1,479

0,42

2,630

0,67

4,677

0,92

8,318

1,85

70,795

 

 

0,18

1,514

0,43

2,691

0,68

4,786

0,93

8,511

1,90

79,433

 

 

0,19

1,549

0,44

2,754

0,69

4,898

0,94

8,710

1,95

89,125

 

 

0,20

1,585

0,45

2,818

0,70

5,012

0,95

8,912

2,00

100,00

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,21

1,622

0,46

2,884

0,71

5,129

0,96

9,120

 

 

 

 

0,22

1,659

0,47

2,951

0,72

5,248

0,97

9,332

 

 

 

 

0,23

1,698

0,48

3,020

0,73

5,370

0,98

9,550

 

 

 

 

0,24

1,738

0,49

3,090

0,74

5,495

0,99

9,772

 

 

 

 

0,25

1,778

0,50

3,162

0,75

5,623

1,00

10,000

 

 

 

7

1.3.2. Номографический метод

Суммарный уровень звукового давления вычисляют в этом случае с помощью номограммы, приведенной на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Номограмма для сложения уровней шума

Суммирование начинают с первого наиболее интенсивного источника. Затем определяют разность уровней шума Lmax–Ln. По установленной разности определяют добавку L, которую прибавляют к большему уровню. Полученная сумма – уровень шума, создаваемый двумя источниками при одновременной работе. Если требуется сложить уровни нескольких источников шума, суммирование производят последовательно. Расчет удобно вести в табличной форме

(табл.1.2).

Пример 2. Исходные данные к примеру 1.

 

Расчет суммарного уровня шума по номограмме

Таблица 1.2

 

 

 

 

 

 

 

 

Lсум + ∆L

 

Ln

Lсум Ln

 

∆L

80 *

 

78

2

 

2,1

+2,1

 

 

 

 

 

82,1

 

70

12,1

 

0, 26

+0, 26

 

 

 

 

 

82,36

 

68

14,36

 

0,16

+0,16

 

 

 

 

 

82,52 –суммарный уровень шума

*В начале вычислений за Lсум + ∆L принимается максимальный уровень из числа складываемых.

2.3.3.Метод относительных долей

Этот метод основывается на том, что каждый из суммируемых уровней вносит свою долю в звуковой процесс. Если один из уровней выбрать в качестве нулевого Lо и вносимую им относительную долю считать единицей, то по

8

разности остальных уровней Li c нулевым можно определить доли всех i-х источников, воспользовавшись табл.1.3.

Таблица 1.3

Перевод уровней шума, дБ, в отношение мощностей

Отношение

Разность

Отношение

мощностей

уровней шу-

мощностей

Ji /Jo при

ма,

Ji/Jo при

Li -Lо< 0

Li –Lо, дБ

Li -Lо> 0

1,00

0,0

1,00

0,89

0,5

1,12

0,79

1,0

1,26

0,71

1,5

1,41

0,63

2,0

1,59

 

 

 

0,56

2,5

1,78

0,50

3,0

2,00

0,45

3,5

2,24

0,40

4,0

2,51

0,35

4,5

2,82

 

 

 

0,32

5,0

3,16

0,28

5,5

3,55

0,25

6,0

3,98

0,22

6,5

4,47

0,20

7,0

5,01

 

 

 

0,18

7,5

5,62

0,16

8,0

6,31

0,14

8,5

7,08

0,13

9,0

7,94

0,11

9,5

8,91

0,10

10,0

10,00

Отношение

Разность

Отношение

мощностей

уровней шу-

мощностей

Ji/Jo при

ма,

Ji /Jo при

Li -Lо< 0

Li –Lо, дБ

Li -Lо> 0

0,089

10,5

11,20

0,079

11,0

12,59

0,071

11,5

14,13

0,063

12,0

15,85

0,056

12,5

17,78

 

 

 

0,050

13,0

19,95

0,045

13,5

22,39

0,040

14,0

25,12

0,035

14,5

28,18

0,032

15,0

31,62

 

 

 

0,028

15,5

35,48

0,025

16,0

39,81

0,022

16,5

44,67

0,020

17,0

50,12

0,018

17,5

56,28

 

 

 

0,016

18,0

63,10

0,014

18,5

70,79

0,013

19,0

79,43

0,011

19,5

89,13

0,010

20,0

100,00

 

 

 

Так, например, если один из источников создает уровень шума, превышающий нулевой на 3 дБ, интенсивность этого источника в два раза больше интенсивности нулевого источника и его доля равна 2.

Аналогично определяют доли всех остальных источников, находят сумму этих долей, а десять логарифмов этой суммы являются добавкой, которую нужно прибавить к нулевому уровню, чтобы получить суммарный уровень, т.е.

n

Ji

 

 

Lсум = L0 +10 lg

, дБ .

(1.9)

J

j 1

0

 

 

9

Пример 3. Исходные данные к примеру 1.

За нулевой уровень может быть принят любой из складываемых уровней. Для упрощения вычислений принимаем Lо= 70 дБ. Расчет приведен в

табличной форме (табл. 1.4).

 

 

 

 

Таблица 1.4

Расчет суммарного уровня шума по методу относительных долей

 

 

 

 

 

Номер агрегатов

Li, дБ

Li - Lо, дБ

 

Ji /Jo

1

78

8

 

6,31

2

80

10

 

10,00

3

70

0

 

1,00

4

68

-2

 

0,63

 

 

 

Σ Ji /Jo=17,94

Добавка к нулевому уровню может быть определена логарифмированием полученной суммы отношений мощностей и увеличением ее в 10 раз. Однако проще воспользоваться табл.1.3. В графе «отношение мощностей» отыскиваем числа, близкие к Σ Ji /Jo, а в графе «разность уровней», используя линейную интерполяцию, с достаточной точностью определяем искомую добавку L.

В данном примере Σ Ji /Jo = 17,94, ближайшие числа 17,78 и 19,95, которым соответствуют добавки 12,5 и 13,0, дБ. При интерполировании получаем:

L =12.5 +

 

13.0

12.5

(17.94 17.78)=12.54 (дБ) ;

19.95

17.78

 

 

Lсум = 70 +12,54 =82,54 (дБ).

Вопросы для самопроверки

1.Назовите основные единицы измерения, применяемые в акустике.

2.Перечислите методы определения суммарного уровня шума, создаваемого несколькими источниками.

3.Определите суммарный уровень шума, если одновременно работают: а) два; б) десять; в) сто одинаковых источников;

4.Во сколько раз интенсивность шума одного из двух источников

5.больше интенсивности другого, если разница между уровнями шума

6.создаваемого ими, равна:

а) 3 дБ; б) 7 дБ; в) 10 дБ; г) 20 дБ.

10

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]