книги / Физико-техническое проектирование ограждающих конструкций зданий
..pdfЗависимость длин звуковых волн от частоты звука пред ставлена на рис. 2.2.
Под частотой подразумевается число колебаний частиц сре ды в секунду. Единицей измерения частоты является герц (Гц) - это одно колебание в секунду.
|
|
|
|
|
Длина волны, м |
|
|
|
||
|
20 |
10 |
5 |
|
2 |
|
0,5 |
0,1 |
0,05 |
|
г1— 1“ 1— |h * У |
^ т1— *-*— |
500 |
1000 |
|
5000 |
10000 |
||||
10 |
20 |
|
50 |
100 |
200 |
|
||||
|
|
|
|
|
Частота, Гц |
|
|
|
|
|
Рис. 2.2. Зависимость длины звуковых волн и частоты звука |
||||||||||
|
|
|
при распространении их в воздухе |
|
|
|
||||
Органы слуха человека способны воспринимать звук в пре |
||||||||||
делах от |
16 до 20 000 Гц и оценивать не абсолютное значение |
изменения частоты, а относительное. Так, увеличение частоты вдвое вызывает ощущения повышения тона на величину, назы ваемую октавой. Октавная полоса частот - это зона, в которой верхняя граница частот в 2 раза больше нижней.
В практике спектр воспринимаемых человеком звуков охва тывает 8 октав. В связи с тем, что человеческий слух улавливает увеличение частоты не менее чем в 1,26 раза, поэтому каждая октава разделена на три 1/3-октавные полосы, где соотношения частот равно этой величине.
Различают три вида спектров частот: низкочастотный - в границах частот до 300 Гц, среднечастотный - в области частот от 300 до 800 Гц и высокочастотный - выше 800 Гц.
Звуковые волны распространяются с определенной скоро стью, которая зависит от упругой среды. Быстрее всего звук рас пространяется в твердых телах, несколько медленнее —в жидко стях и медленнее всех - в воздухе. Так, скорость звука в воздухе составляет 340 м/с, в воде - 1450 м/с, в бетоне - 4000 м/с и в ста л и -5 1 0 0 м/с.
Источники звука характеризуются звуковой мощностью и интенсивностью звука.
Звуковой мощностью Р называют общее количество звуко вой энергии, излучаемой источником звука в единицу времени. Единицей измерения звуковой мощности является ватт (Вт).
121
Звуковая мощность является звуковым параметром, характери зующим источник звука или шума.
Под интенсивностью звука /, Вт/м2, понимают звуковую мощность распространяющуюся в единицу времени через еди ницу площади звукового поля S, м2:
/ - £ |
(2.2) |
При колебании источника звука в воздушной среде появля ется давление, которое называют звуковым давлением. Звуковое давление представляет собой разность между мгновенным пол ным давлением в момент прохождения звука в среде и средним значением звукового давления в среде при отсутствии звукового поля от источника звука. За единицу измерения звукового давле ния принят ньютон на квадратный метр (Н/м2).
Между интенсивностью звука и звуковым давлением суще ствует квадратичная связь, определяемая по формуле
|
1 = — , |
(2.3) |
|
ус |
|
где у - |
плотность среды, кг/м3; |
|
с - |
скорость звука в среде, м/с. |
|
Ухо человека может ощущать звук только в том случае, ко гда его сила не меньше определенной величины, называемой по рогом слышимости. Верхний предел, который воспринимается как болевое ощущение, носит название болевого порога. Харак теристики звука в пороговых пределах приведены в табл. 2.1.
Пользоваться абсолютными значениями таких сильно отли чающихся друг от друга звуковых величин крайне неудобно, по этому в технической акустике принято оценивать интенсивность звука, звукового давления и звуковую мощность не в абсолют ных, а в относительных логарифмических единицах - децибелах (дБ) и называть их уровнями интенсивности звука, звукового давления и звуковой мощности. Для получения уровня характе ристики звука необходимо прологарифмировать отношение аб солютного значения интенсивности звука, звукового давления или звуковой мощности к их значениям на пороге слышимости, условно принятые за единицу сравнения.
122
Таблица 2.1
Значения характеристик звука на пороге слышимости и на болевом пороге
|
|
Значение характеристик |
|
Наименование |
Единица |
звука |
|
характеристики |
измерения |
порог |
болевой |
|
|
слышимости |
порог |
Частота |
Гц |
16 |
16000 |
Звуковое давление |
Н/м2 |
2-Ю-5 |
2-104 |
Звуковая интенсивность |
Вт/м2 |
КГ12 |
1 |
Звуковая мощность |
Вт |
10"12 |
1 |
Таким образом, уровень интенсивности звука L}, звукового давления Lp и звуковой мощности Lp можно определить из следующих выражений:
к = Ю lg f - 1 U o J
^= Ю lg ^ i ] = 2 0 l g 'p _ '
PoJ Poy
(2.4)
(2.5)
LP = 10 lg |
(2.6) |
где I, p, P - соответственно интенсивность звука, звуковое давление и звуковая мощность в рассматриваемый момент времени;
/ 0, р 0, Р0 - соответственно интенсивность звука, звуковое давление и звуковая мощность на пороге слышимости.
При акустических расчетах частот встречается необходи мость сложить уровни звукового давления двух или более ис точников звука или найти средние уровни звукового давления.
123
Такое сложение уровней может быть осуществлено с помощью номограммы, представленной на рис. 2.3.
Уровни шума различных источников суммируются после довательно. По разности уровней шума Ц и Ь2 двух источников
с помощью номограммы определяется величина AL в децибе лах, которая добавляется к большему уровню L,, в результате
чего получается суммарный уровень шума двух источников. По лагая, что полученный уровень шума является уровнем шума не которого эквивалентного источника, его суммируют с уровнем шума третьего источника. Вычисляют уровень шума эквива лентного источника, эквивалентного первым трем, и так далее до тех пор, пока не будет установлен общий уровень шума всех ис точников.
|
|
AL, дБ |
|
|
2,5 |
2 |
1,5 |
0,5 |
0 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 910 |
15 20 |
|
( 1 ,- 1 2),дБ |
|
|
|
|
|
Рис. 2.3. Номограмма для логарифмического суммирования уровней (AL - добавка к более высокому уровню)
Уровни звука, выраженные в децибелах (дБ), отражают объ ективную характеристику звука. Однако при одном и том же уровне звукового давления, но разной частоты, звуки вызывают у человека ощущение разной громкости. С учетом этого свойст ва человеческого слуха введено понятия уровня громкости звука, за единицу измерения которого принят фон, представляющий собой уровень громкости стандартного тона с частотой 1000 Гц и уровня звукового давления 1 дБ.
Между уровнем громкости и уровнем звукового давления существует определенная зависимость, изображаемая в виде кривых равной громкости (рис. 2.4), которые показывают срав нительную громкость звука любой частоты с равногромким зву ком частотой 1000 Гц.
124
Рис. 2.4. Кривые равной громкости для чистых тонов: 1 - порог слышимости
На рис. 2.4 видно, что для частоты 1000 Гц уровень громко сти и уровень звукового давления совпадают. Чем ниже частота, тем больше различие между величиной уровня громкости и уровня звукового давления. Отсюда следует, что энергия низ кой частоты воспринимается лучше, чем высокой, и наоборот. Чем выше уровень звукового давления, тем меньше чувстви тельность слуха зависит от частоты звука.
Следует отметить, что шкала уровней громкости не являет ся натуральной шкалой, так как изменение уровня громкости в 2 раза не означает, что субъективное восприятие громкости звука изменяется во столько же раз. В большей части слышимого диапазона в этом случае наблюдается повышение уровня звуко вого давления примерно на 10 дБ.
Для оценки субъективного восприятия громкости звука вве
дена шкала сонов, численные значения которых S |
определяются |
по формуле |
|
/.-40 |
|
S = 2 10 |
(2.7) |
где L —уровень громкости фона. |
|
125
Громкостью, равной в 1 сону, обладает звук с уровнем громкости, равным 40 фонам. Формула (2.7) показывает, что при увеличении уровня громкости на 10 фонов громкость в сонах изменяется в 2 раза.
Между уровнями громкости (в фонах) и значениями гром кости (в сонах) существует зависимость, показанная на рис. 2.5,
которая принята в качестве международного стандарта. |
|
|||||||
|
С |
физиологической |
точки |
|||||
|
зрения |
звуковые |
|
волны |
делят |
|||
|
на полезные звуки и шумы, вы |
|||||||
|
зывающие раздражающее дейст |
|||||||
|
вие на |
организм. |
Предельный |
|||||
|
уровень шума, длительное |
воз |
||||||
|
действие |
которого |
не |
приводит |
||||
|
к преждевременному |
поврежде |
||||||
|
нию |
органов |
слуха, |
равен |
||||
Уровень громкости, фоны |
80-90 дБ. |
Если |
|
же |
уровень |
|||
звукового |
давления |
превышает |
||||||
Рис. 2.5. Зависимость значений |
90 дБ, |
то |
такое |
звуковое |
воз |
|||
действие |
постепенно |
приводит |
||||||
громкости от уровня громкости |
||||||||
|
к частичной или |
|
даже полной |
глухоте. Воздействуя на центральную нервную систему, шумы ослабляют внимание рабочих и способствуют увеличению трав матизма.
2.2. И сточники ш ума и их ш умовые характеристики
По отношению к ограждающим конструкциям источники шума подразделяются на внешние и внутренние, находящиеся внутри зданий.
Основными источниками внешнего шума являются транс портные потоки на улицах и дорогах, железнодорожный, водный и воздушный транспорт, промышленные и энергетические пред приятия и их отдельные установки, а также внутриквартальные источники шума (трансформаторная подстанция, центральные тепловые пункты, спортивные и игровые площадки и др.).
Источниками внутреннего шума в зданиях различного на значения являются технологическое и инженерное оборудование (лифты, вентиляторы, насосы, станки и др.), громкий разговор, игры на музыкальных инструментах.
126
Источники шума можно условно разделить на две группы:
1)отдельные;
2)комплексные, состоящие из ряда отдельных источников.
Котдельным, или точечным, источникам шума относятся лифты, вентиляторы, насосы, электротрансформаторы, единич ные транспортные средства, установки промышленных или энергетических предприятий и др.
Ккомплексным источникам шума относятся уличные транспортные потоки, железнодорожные составы, промышлен ные предприятия с многочисленными источниками шума, спор тивные площадки и др.
Согласно международному стандарту ISO 1996/1 (Акустика. Описание и измерение шума окружающей среды. Часть 1. Ос новные величины и методики) для оценки шума принят эквива лентный уровень звука, выражаемый в дБА.
По временным характеристикам шумы подразделяются на
постоянные, уровень звука которых изменяется во времени не более чем на 5 дБА, и непостоянные, уровень звука которых изменяется во времени более чем на 5 дБА.
Кпостоянным шумам можно отнести шум постоянно рабо тающих насосных или вентиляционных установок.
Непостоянные шумы в свою очередь подразделяются на ко леблющиеся во времени, уровень звука которых непрерывно из меняется; прерывистые, уровень звука которых растет до уровня фонового шума за несколько раз за время наблюдения, и им пульсные, состоящие из одного или нескольких следующих друг за другом ударов длительностью менее 1 секунды.
Кколеблющемуся во времени шуму относится, например, шум транспортного движения.
Прерывистые шумы - это шумы от работы лебедки лифто вой установки или шумы непостоянно работающих установок промышленных предприятий или мастерских.
Шумовыми характеристиками источников внешнего шума являются:
-для транспортных потоков на улицах и дорогах - эквива
лентный уровень звука £Аэкв, дБА, на расстоянии 7,5 м от оси
первой линии движения (для трамваев - на расстоянии 7,5 м от оси ближнего пути) до наружного ограждения здания;
127
- для потоков железнодорожных поездов - эквивалентный уровень звука ЬА экв, дБ А, и максимальный уровень звука
Z-aмакс, дБА, на расстоянии 25 м от оси ближнего к расчетной
точке пути; - д л я водного транспорта - эквивалентный уровень звука
La экв, дБА, и максимальный уровень звука ЬАзкв, дБ А, на рас
стоянии 25 м от борта судна до расчетной точки; - для воздушного транспорта - эквивалентный уровень зву
ка 1Аэкв, дБА, и максимальный уровень звука £Амакс, дБА,
врасчетной точке;
-для промышленных и энергетических предприятий с мак симальным линейным размером в плане до 300 м включитель
н о - эквивалентные уровни звуковой мощности |
и макси |
мальные уровни звуковой мощности LwmK.; |
|
- д л я промышленных зон, промышленных |
и энергетиче |
ских предприятий с максимальным линейным размером в плане
более 300 м - эквивалентный |
уровень |
звука LwA э |
, дБА, |
и максиматьный уровень звука |
Lw А максгр, |
дБА, на границе тер |
ритории предприятия и селитебной территории в направлении расчетной точки;
- д л я внутриквартальных источников шума - эквивалент ный уровень звука Lw Аэкв, дБА, и максимальный уровень звука
I'a макс>дБА, на фиксированном расстоянии от источника. Шумовые характеристики технологического и инженерного
оборудования, создающего постоянный шум, в виде октавных уровней мощности Lw или корректированных уровней звуковой мощности L wа, а для оборудования, создающего непостоянный шум, в виде L w а экв и максимальных L wA макс корректированных уровней звуковой мощности должны указываться заводомизготовителем в технической документации. Для одиночного ра ботающего оборудования допускается использовать шумовые характеристики в виде октавных уровней звукового давления L, дБ, или уровней звука на рабочем месте L А, дБ, на фиксирован ном расстоянии.
128
Для оценки шумовой характеристики отдельных или ком плексных источников шума важным является выбор отрезка времени, в течение которого определяются эквивалентные уров ни звука источников шума.
При циклическом режиме работы отдельного или ком плексного источника шума определение шумовой характеристи ки осуществляется за полный цикл работы, в течение которого происходит изменение уровней создаваемого ими шума.
Если работа отдельного или комплексного источника шума не имеет циклического характера, то шумовые характеристики необходимо определять в дневное (с 7.00 до 23.00) или в ночное (с 23.00 до 7.00) время суток. При этом для источников, создаю щих непостоянный шум, следует определять дополнительную шумовую характеристику - максимальный уровень звука, созда ваемый источниками шума на определенном расстоянии от них.
2.3. Нормирование шума и звукоизоляции ограждений
Проникающие в помещения жилых, общественных и про мышленных зданий шумы от различных источников не должны превышать нормативных величин, установленных в СНиП, стан дартах или санитарных нормах в зависимости от функциональ ного назначения помещений.
Нормируемыми параметрами постоянногб шума являются уровни звукового давления L, дБ.
Нормируемыми параметрами непостоянного (прерывистого, колеблющегося во времени и импульсного) шума являются эк вивалентные уровни звукового давления L3m, дБА, и макси мальные уровни звука £махс, дБ, в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 31,5-8000 Гц. Допускается использовать эквивалентные уровни звука ЬАзкя, дБА, и макси мальные уровни звука £Амахс, дБА.
Допустимые уровни звукового давления и эквивалентные уровни звукового давления (также допустимые эквивалентные и максимальные уровни звука) на рабочих местах в производст венных и вспомогательных зданиях, на площадках промышлен ных предприятий, а также в помещениях жилых и общественных
129
зданий и на территориях жилой застройки необходимо прини мать по табл. 1 СНиП 23-03-03.
Расчетные значения шума считаются в пределах нормы, ес ли они по эквивалентному и максимальному уровню не превы шают нормативных значений.
В жилых и общественных зданиях, где шумовой режим ус танавливается в зависимости от функционального назначения помещения, звукоизоляционные качества в основном зависят от ограждающих конструкций, на которые воздействуют воздуш ные и ударные шумы.
Изоляцией от воздушного шума называется ослабление зву ковой энергии при передаче ее через ограждение. Ее определяют в виде разностей октавных или 1/3-октавных уровней звукового давления до и после прохождения звуковой энергии через огра ждение с учетом звукопоглощения в изолируемом помещении.
Изоляцией от ударного шума называется способность меж дуэтажных перекрытий снижать шум в помещении под перекры тием, при воздействии на них ударов при хождении, передвиже нии мебели и т.п. Изоляцию от ударного шума выражают в виде октавных уровней звукового давления в помещении под между этажным перекрытием.
Нормируемыми параметрами звукоизоляции ограждающих конструкций жилых и общественных зданий, а также вспомога тельных зданий и помещений промышленных предприятий яв ляются индекс изоляции воздушного шума ограждающей конст рукции дБ, и индекс приведенного уровня ударного шума
под перекрытием Lnw, дБ, численные значения которых приве дены в табл. 6 СНиП 23-03-03.
Для жилых и общественных зданий нормируемые парамет ры звукоизоляции внутренних ограждающих конструкций при нимаются в зависимости от категории обеспечения комфортны ми условиями зданий (А, Б или В), установленными в проекте.
Нормируемым параметром звукоизоляции наружных огра ждающих конструкций (в том числе окон, витрин, витражей и других видов остекления) является звукоизоляция ЛА1ран, дБА,
представляющая собой изоляцию внешнего шума, произведен ного потоком городского транспорта.
130