1430

Министерство образования Российской Федерации Федеральное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Кафедра архитектуры

С.А. Паузин, В.А. Тишков

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ В АКУСТИЧЕСКОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекциям, практическим, семинарским занятиям

для студентов направления подготовки 08.04.01 Строительство, профиль Теория и проектирование зданий и сооружений

Нижний Новгород ННГАСУ

2016

2

УДК

Паузин, С.А., Тишков В.А. Экспериментальные методы исследований в акустическом проектировании: Учебно-методическое пособие по подготовке к лекциям, практическим, семинарским занятиям для студентов направления подготовки 08.04.01 Строительство, профиль Теория и проектирование зданий и сооружений [Электронный ресурс]: учеб.-метод. пос. /С.А. Паузин, В.А. Тишков; Нижегор. гос. архитектур.- строит. ун-т.- Н.Новгород: ННГАСУ, 2016.

– 12 с; 1 электрон. опт. диск (CD-RW)

Содержит методические рекомендации по подготовке к лекциям по основным разделам модуля «Экспериментальные методы исследований в акустическом проектировании».

Предназначено для обучающихся в ННГАСУ для подготовки к лекционным занятиям, включая рекомендации по самостоятельной работе студентов по направлению подготовки 08.04.01 Строительство, профиль Теория и проектирование зданий и сооружений.

© С.А. Паузин, В.А. Тишков, 2016

© ННГАСУ, 2016

3

Содержание

стр.

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

4

ВВЕДЕНИЕ

Внастоящее время, когда к качеству проектирования и возведения зданий предъявляются повышенные требования, большое значение приобретает защита территории застройки, зданий и помещений от шума и создание комфортных акустических условий.

Вопросы акустического благоустройства и защиты от шума не могут быть решены без разнообразных акустических измерений.

Впроцессе обучения студенты знакомятся с задачами, возникающими при акустическом проектировании и инструментальными способами измерений.

Тема 1. Общие сведения об акустическом проектировании

При проектировании зданий и сооружений различного назначения возникает широкий спектр задач, включающий в себя, в том числе, акустическое благоустройство помещений и их систем, зданий и территорий застройки. Действующие нормативные документы в некоторых случаях прямо предписывают учитывать при проектировании вопросы защиты от шума, звукоизоляции и другие задачи, связанные с необходимостью акустических измерений.

В частности, ФЗ-384 содержит статью 24 «Требования к обеспечению защиты от шума» и расшифровывает ее как:

1.Размещение здания или сооружения на местности, проектные значения характеристик строительных конструкций, характеристики принятых в проектной документации типов инженерного оборудования, предусмотренные в проектной документации мероприятия по благоустройству прилегающей территории должны обеспечивать защиту людей от:

1) воздушного шума, создаваемого внешними источниками (снаружи здания); 2) воздушного шума, создаваемого в других помещениях здания или сооружения; 3) ударного шума; 4) шума, создаваемого оборудованием;

5) чрезмерного реверберирующего шума в помещении.

2.В здании или сооружении, которые могут являться источником шума, приводящего

кнедопустимому превышению уровня воздушного шума на территории, на которой будут осуществляться строительство и эксплуатация здания или сооружения, должны быть предусмотрены меры по снижению уровня шума, источником которого является это проектируемое здание или сооружение.

3.Защита от шума должна быть обеспечена:

1)в помещениях жилых, общественных и производственных зданий;

2)в границах территории, на которой будут осуществляться строительство и эксплуатация здания или сооружения.

Естественно, что без полноценных и комплексных акустических измерений грамотного выполнения законодательных требований достичь не удастся.

Тема 2. Измерение шума в зданиях и на территории застройки

1. Цель работы

Научить студентов методам измерения шума в зданиях и на территории застройки

2. Нормативная литература

ГОСТ 23337-78* ШУМ. Методы измерения шума на селитебной территории и в помещениях жилых и общественных зданий.

5

ГОСТ 12.1.050-86 Система стандартов безопасности труда. Методы измерения шума на рабочих местах.

3. Методика выполнения работы

Результаты измерений шума подразделяются на два класса точности:

1- точные измерения;

2- ориентировочные измерения.

Постоянный шум следует оценивать уровнем звука LA, дБА. Допускается дополнять оценку постоянного шума уровнями звукового давления L, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц (октавными уровнями звукового давления).

Непостоянный (колеблющийся во времени, прерывистый и импульсный) шум следует оценивать эквивалентным уровнем звука LAэкв, дБА.

Непостоянный шум на селитебной территории, а также шум в помещениях жилых и общественных зданий от источников шума, находящихся в зданиях (например инженерного, санитарно-технического оборудования и т.д.), следует дополнительно оценивать максимальным уровнем звука LAmax, дБА.

•Условия измерения Время оценки шума Т в помещениях жилых и общественных зданий и на селитебной

территории следует принимать днем - непрерывно в течение 8 ч, ночью - непрерывно в течение 0,5 ч (в наиболее шумные периоды суток).

Продолжительность измерения шума Тт следует устанавливать в зависимости от характера шума.

Продолжительность измерения постоянного шума должна составлять не менее 3 мин. В каждой точке должно быть произведено не менее 3 отсчетов уровней звука (октавных уровней звукового давления).

Измерение непостоянного шума следует проводить в периоды времени оценки шума Т, которые охватывают все типичные изменения шумового режима в точке оценки. Продолжительность каждого измерения непостоянного шума Тт в каждой точке должна составлять не менее 30 мин.

Измерение прерывистого шума, уровни звука которого остаются постоянными в интервалах длительностью 30 мин и более, следует проводить в течение полного цикла характерного действия прерывистого шума в дневное или ночное время.

Отсчет уровней звука прерывистого шума, уровни звука которого остаются постоянными в интервалах длительностью менее чем 0,5 мин, а также колеблющегося во времени и импульсного шума следует производить с интервалами от 5 до 6 с. В каждой точке за период измерения шума Тт должно быть произведено 360 отсчетов уровней звука.

Отсчет уровней звука прерывистого шума, уровни звука которого остаются постоянными в интервалах длительностью 0,5 мин и более, следует производить в каждом из этих интервалов, а также в паузах между ними.

Длительность интервалов, в течение которых уровни звука прерывистого шума остаются постоянными, и пауз между ними следует хронометрировать с точностью до 0,1 мин.

Измерение шума в помещениях жилых и общественных зданий следует проводить не менее чем в трех точках, равномерно распределенных по помещениям не ближе 1 м от стен и не ближе 1,5 м от окон помещений на высоте 1,2-1,5 м от уровня пола.

При измерении шума в помещениях зданий с целью определения соответствия уровней шума допустимым уровням шума по ГОСТ 12.1.036-81 окна и двери должны быть закрыты. В случае, когда необходимый гигиенический воздухообмен обеспечивается через форточки или фрамуги и источники шума располагаются вне зданий, окна и двери должны быть закрыты, а форточки и фрамуги - открыты.

Во время измерения шума в помещениях должен находиться только персонал, занятый измерением шума.

6

Измерение шума следует проводить в помещениях, оборудованных в соответствии со своим назначением.

В отдельных случаях допускается проводить измерение шума в необорудованных помещениях, при этом в измеренные уровни звука следует вводить поправку в соответствии с п.5.11 ГОСТ 12.1.050-86.

Измерение шума на селитебной территории следует проводить: на площадках отдыха микрорайонов и групп жилых домов, площадках детских дошкольных учреждений и участках школ, территориях больниц и санаториев - не менее чем в трех точках, расположенных на ближайшей к источнику шума границе площадок (вне звуковой тени) на высоте 1,2-1,5 м от уровня поверхности площадок; на территории, непосредственно прилегающей к жилым домам и зданиям больниц, санаториев, детских дошкольных учреждений и школ - не менее чем в трех точках, расположенных на расстоянии 2 м от ограждающих конструкций зданий на высоте 1,2-1,5 м от уровня поверхности территории и, при необходимости, на уровне середины окон. Окна зданий в этом случае должны быть закрыты.

В случае, когда источники шума находятся в помещении внутри здания (например, промышленного цеха), форточки, фрамуги и другие вентиляционные проемы этого помещения должны быть при измерении шума на селитебной территории открыты, если это предусматривается условиями эксплуатации.

Измерение уровней звука (октавных уровней звукового давления) помех (шумов, которые не подлежат измерению) должно производиться в тех же точках и в то же время, что и уровней звука (октавных уровней звукового давления) измеряемого шума.

При проведении измерения шума аппаратура не должна подвергаться воздействию вибрации, магнитных и электрических полей, радиоактивного излучения и других неблагоприятных факторов, влияющих на результаты измерения.

Измерение шума на селитебной территории не должно проводиться во время выпадения атмосферных осадков и при скорости ветра более 5 м/с. При скорости ветра свыше 1 до 5 м/с следует применять экран для защиты измерительного микрофона от ветра.

•Аппаратура Измерение уровней звука следует проводить шумомерами, комбинированными

измерительными системами или автоматическими устройствами, соответствующими классам точности 0; 1 или 2 по ГОСТ 17187-71.

Измерение октавных уровней звукового давления следует проводить шумомерами 0; 1 или 2 классов точности по ГОСТ 17187-71 с октавными полосовыми фильтрами по ГОСТ 17168-71 или комбинированными измерительными системами соответствующего класса точности.

Аппаратура, предназначенная для измерения шума, должна иметь действующее свидетельство о государственной или ведомственной поверке.

Калибровку аппаратуры следует проводить до и после проведения измерения шума в соответствии с заводскими инструкциями по эксплуатации приборов. Предпочтительными являются такие способы калибровки, которые включают поверку всей измерительной системы с измерительным микрофоном.

•Проведение измерения Измерительный микрофон должен быть направлен в сторону основного источника

шума и удален не менее чем на 0,5 м от оператора, проводящего измерение. В случае, если в помещении невозможно определить основной источник шума, ось микрофона должна быть направлена перпендикулярно поверхности пола.

Переключатель частотной характеристики измерительной аппаратуры при проведении измерения уровней звука следует устанавливать в положение "А", а при проведении измерения октавных уровней звукового давления - в соответствии с инструкциями к этим приборам.

Переключатель временной характеристики измерительной аппаратуры должен быть установлен в положение "медленно" при измерении постоянного и прерывистого шума, в

7

положение "быстро" при измерении колеблющегося во времени шума и в положение "импульс" при измерении импульсного шума.

Значения уровней звука (октавных уровней звукового давления) постоянного и прерывистого шума следует принимать по средним показаниям при колебании стрелки прибора.

Значения уровней звука, колеблющегося во времени, и импульсного шума следует принимать по показаниям стрелки прибора в момент отсчета.

Значения уровней звука (октавных уровней звукового давления) следует считывать со шкалы прибора с точностью до 1 дБА (дБ).

Тема 3. Определение звукоизоляции ограждающих конструкций

1. Цель работы Научить студентов последовательности определения звукоизоляции ограждающих

конструкций в лабораторных условиях.

2. Теоретические предпосылки Под звукоизоляцией понимают свойство ограждающей конструкции задерживать

часть энергии падающих на нее звуковых волн, определяемое как соотношение мощностей волн, падающих на ограждение, Wпад и волн, прошедших через него, Wпрош

R 10 lg Wпад .

Wпрош

Характеристикой звукоизоляции является коэффициент прохождения (проницаемости) звука , связанный с величиной звукоизоляции соотношением

R 10 lg 1 .

Воздушный шум – шум, распространяющийся в воздушной среде от источника возникновения до места наблюдения.

Структурный шум – шум, излучаемый поверхностями колеблющихся конструкций стен, перекрытий, перегородок зданий в звуковом диапазоне частот.

3. Описание экспериментальной установки Реверберационная камера, комплект измерительной акустической аппаратуры.

4. Методика выполнения работы Исследования проводятся с помощью электроакустической аппаратуры. Передающий

тракт состоит из генератора белого шума, третьоктавного фильтра, усилителя мощности и электроакустических излучателей. Система излучателей в камере объемом 150м3 состоит из смеси широкополосных акустических колонок. Для получения более равномерного звукового поля в камере излучатели располагаются на различной высоте и по-разному ориентированы в пространстве.

Приемный измерительный тракт состоит из конденсаторного микрофона, шумомера, третьоктавного фильтра, быстродействующего регистратора уровней.

Вычисление величины изоляции от воздушного шума производится по стандартной методике для каждой третьоктавной полосы частот:

R L1 L2 10lg(S / A) ,

где L1 и L2 – среднеарифметические уровни звукового давления в камерах высокого и низкого уровней, дБ

S – площадь испытуемого ограждения, м2

8

А – эквивалентная площадь звукопоглощения в КНУ, м2, определяемая по

A 0,16V ,

T

V – объем КНУ, м3

Т – время реверберации в КНУ, с.

По результатам измерения и расчетов строится частотная характеристика звукоизоляции.

Тема 4. Определение звукопоглощающих свойств строительных материалов

1. Цель работы Освоить метод определения звукопоглощающих характеристик строительных

материалов в лабораторных условиях.

2. Теоретические предпосылки Основным показателем, характеризующим звукопоглощающий материал, является

коэффициент звукопоглощения. При звукопоглощающей обработке помещений важен диффузный (реверберационный) коэффициент звукопоглощения.

Реверберационный метод определения коэффициента заключается во внесении образца материала в реверберационную камеру и внесении добавочного поглощения по результатам измерения времени реверберации до и после внесения в камеру.

3. Описание экспериментальной установки Реверберационный коэффициент звукопоглощения определяется в реверберационной

камере с комплектом электроакустической аппаратуры.

4. Методика выполнения работы Сущность метода заключается в последовательном измерении времени реверберации

пустой камеры (Т1) и камеры с образцом (Т2) и последующем определении коэффициента звукопоглощения (αS) и изменения эквивалентной площади звукопоглощения (DА).

Общие положения Время реверберации пустой камеры Т1 должно быть больше, чем вычисленное по

формуле

( 2 )

где Tmin = 5 с для третьоктавных полос со среднегеометрическими частотами в диапазоне от 100 до 800 Гц включительно.

Плоский образец (испытываемый материал или конструкция с плоской поверхностью) должен занимать площадь от 10 до 12 м2 . Образец должен иметь прямоугольную форму с соотношением сторон от 0,7 до 1 и располагаться таким образом, чтобы любая часть образца находилась на расстоянии не менее 1 м от ограждений.

Исследования материалов с малыми коэффициентами поглощения (α<0,1) следует проводить при других специальных условиях, обеспечивающих при измерениях заметное различие между значениями времен реверберации Т2 и Т1, например, путем увеличения площади образца, уменьшения числа рассеивающих элементов, измерением методами моделирования и т. д.

Размещение образца на полу, на одной из стен камеры или на потолке, должно быть таким же, как и в условиях его эксплуатации.

Боковые поверхности образца должны быть закрыты отражающими рейками шириной не менее 2 см и высотой, равной толщине образца, включая глубину воздушного промежутка между тыльной стороной образца и ограждающей поверхностью, на которой размещен образец.

9

Эквивалентную площадь звукопоглощения А1, м2, реверберационной камеры без образца определяют по формуле

где V - объем реверберационной камеры, м3;

c1 - скорость распространения звука в воздухе при температуре t1 в камере без образца, м/с;

Т1 - время реверберации в камере без образца, с;

m1 - постоянная затухания звуковой энергии во время измерения в камере без образца,

м-1 .

Значение m может быть вычислено, используя коэффициент затухания α, приведенный в ГОСТ 31295.1, по формуле

Примечание:

- для диапазона температур от 15°С до 30°С значение с, м/с, вычисляют по формуле:

с= (331 + 0,6t), (4.2)

где t - температура воздуха.

Эквивалентная площадь звукопоглощения A2

Эквивалентную площадь звукопоглощения A2, м2 , реверберационной камеры с образцом вычисляют по формуле:

где V - объем реверберационной камеры, м3;

с2 - скорость распространения звука в воздухе при температуре t2 в камере с образцом,

м/с;

Т2 - время реверберации в реверберационной камере после установки образца, с;

m2 - постоянная затухания звуковой энергии во время измерения в камере с образцом,

м-1.

Значение m может быть вычислено, используя коэффициент затухания α, приведенный в ГОСТ 31295.1, по формуле

Эквивалентная площадь звукопоглощения образца АТ Эквивалентную площадь звукопоглощения образца АТ, м2 , вычисляют по формуле

где c1 – скорость распространения звука в воздухе при температуре t1; с2 – скорость распространения звука в воздухе при температуре t2;

А1, V, T1, c1 и m1 - см. ранее; А2, Т2, с2 и m2 - см. ранее;

m2 - m1 - разность постоянных затухания звуковой энергии в камере с образцом и без образца.

Расчет значения коэффициента звукопоглощения αs

Коэффициент звукопоглощения αs плоского звукопоглотителя или ряда объектов вычисляют по формуле

где АТ - эквивалентная площадь звукопоглощения образца, м2; S - площадь камеры, закрываемая образцом, м2.

10