Звук / МУ звук рус

0МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

Донбасская национальная академия строительства и архитектуры

Кафедра «Архитектура промышленных и гражданских зданий»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к выполнению расчетов звукоизоляции

ограждающих конструкций при курсовом и дипломном проектировании № кода 2101

Утверждено на заседании кафедры АПГЗ

Протокол № __ от ______г.

Макеевка 2009

1

Создание благоприятного акустического режима в зданиях является одной из актуальных проблем их проектирования и строительства.

С постоянным совершенствованием конструктивных решений должны улучшаться и эксплуатационные качества зданий. Важнейшим из них является звукоизоляция помещений, приобретающая в условиях полносборного и монолитного строительства особую актуальность.

Снижение массивности конструкций, увеличение жесткости сопряжений в стыках, использование для несущих элементов материалов повышенной плотности служат объективными причинами усиления косвенной звукопередачи. Вибрации инженерного и бытового оборудования, удары, воздушные шумы и другие воздействия возбуждают в конструкциях зданий колебательные процессы звукового диапазона частот, которые в высокой акустической однородности несущего остова распространяются на большие расстояния с малым затуханием. Поверхности вибрирующих ограждающих конструкций зданий излучают шум, приводя к дискомфортным условиям в помещениях не только близких к источникам шума, но и в удаленных от них.

Кроме того, в ряде случаев применение облегченных конструкций перегородок, стен, перекрытий, низкое качество строительных работ приводят к шумовому режиму, недопустимому при эксплуатации помещений. Таким образом, рациональным должно быть только совместное решение задач строительной акустики и непосредственно задач проектирования.

Однако, как убедились авторы, особенные трудности возникают у студентов при выполнении акустических расчетов и разработке мероприятий, направленных на обеспечение оптимальных акустических условий в жилых зданиях. Имеющаяся техническая литература по данному вопросу не всегда полностью используется в учебном процессе, так как для ее изучения нужны профессиональные знания и значительное время.

Поэтому в данных Указаниях кратко изложены теоретические вопросы строительной акустики, приводятся примеры расчетов, используемые в курсовом проектировании жилых и общественных зданий.

Дополнительный материал и нормативные величины, необходимые для выполнения расчетов звукоизоляции ограждающих конструкций, приведены в приложении к данным методическим указаниям.

____________

Здесь и далее нумерация параграфов, рисунков, таблиц и формул соответствует СНиП-П-12-77.

3

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ АКУСТИКИ

Акустика определяет область знаний, относящихся к возникновению, распространению и слуховому восприятию звука.

Звук – это колебательное движение, которое проявляется в форме периодического изменения давления, распространяющегося в любой материальной среде, в частности в воздухе. При этом частицы среды не перемещаются вместе со звуковой волной, они только колеблются.

Различают следующие виды звуковых волн:

продольные (в воздухе, жидкостях и твердых телах);

поперечные (в твердых телах);

изгибные (в строительных конструкциях: балках, плитах).

Физическое состояние среды в звуковом поле характеризуется звуковым давлением и колебательной скоростью.

Звуковое давление Р – это разность между мгновенным значением полного давления и средним (атмосферным) давлением среды при отсутствии в ней звуковых волн.

Единица измерения звукового давления – Паскаль – Па = Н/м2 1 Н/м2 10 мг/см2

Ухо человека и приборы чувствительны к изменениям именно звукового давления.

Как всякий колебательный процесс, звук характеризуется частотой колебаний или частотой звука и скоростью распространения.

Частота f – число полных колебаний в течение 1 сек [Гц].

1

Обратная величина частоты – Т f – период колебаний, т.е. время одного

колебания в секундах.

От частоты зависит тональность звука. Ухо человека воспринимает звуки, имеющие частоту от 16 до 20000 Гц.

Звуки частотой ниже 20 Гц называются инфразвуками, а частотой более 20000 Гц ультразвуками.

Слух человека обладает способностью реагировать не на абсолютный прирост частоты звука, а на её относительное изменение.

Равное отношение частот дает ощущение равных изменений высоты тона. Так, увеличение любой частоты в 2 раза приводит к ощущению повышения

тона на определенную величину, которая называется октавой.

Октава – интервал частот, границы которого отличаются в два раза. Необходимо отметить, что человек очень редко встречается со звуками одной

частоты (так называемыми тональными звуками). Чаще всего он воспринимает набор звуков на различных частотах, т.е. спектр.

4

Так как количество частот звуков велико (~ 20000), то не представляется возможным давать оценку восприятию звуков человеком на каждой из частот. Поэтому для удобства частотный диапазон разбит на интервалы – октавы.

Октава – это интервал частот, заключенный между двумя граничными частотами, из которых верхняя вдвое больше нижней.

63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000, 16000 Гц.

Кроме того, при необходимости более детального анализа звукового спектра можно пользоваться третьоктавными полосами частот, имеющими соотношение

границ f2 1,26 f1

Средние частоты 1/3 октавного диапазона имеют значения 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000, 2500, 3200 и т.д.

Музыкальный диапазон состоит из семи октав. Исходная частота тона ноты "до" 64, 128, 256, 512, 1024, 2048, 4096. Нота "ля" первой музыкальной октавы имеет частоту 440 Гц.

Скорость распространения звуковой волны в среде – это скорость звука в среде.

Расстояние, на которое распространяется звуковая волна за время одного колебания, называется – длиной волны λ.

с Т с f

где λ – длина волны, м; с – скорость звука, м/с; f – частота, Гц = 1/с; Т – период, сек.

Важной акустической характеристикой среды является удельное акустическое сопротивление, или акустический импеданс

W c,

где ρ – плотность среды; с – скорость звука.

Сила звука или интенсивность – I, Вт/м2 – одна из основных физических характеристик звука.

5

Сила звука или интенсивность – количество энергии проходящей в 1 сек. через площадку в 1м2, перпендикулярную направлению распространения звуковых волн.

Сила звука пропорциональна квадрату звукового давления Р

I P2 ,

c

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

Пока не создано приборов для измерения силы звука, зато при помощи микрофона можно легко измерять давление.

Ухо человека может ощущать звуки определенной силы, когда сила не меньше

величины, называемой порогом слышимости и обозначаемой I0

I0 = 10-12 Вт/м2 (10-16 Вт/см2)

Верхний предел силы звука, воспринимаемый как болевое ощущение, называется болевым порогом.

Iбол.п. = 102 Вт/м2 (10-2 Вт/см2)

Сила звука болевого порога и порога слышимости отличаются в 1014 раз. Человеческое ухо способно воспринимать силу звука таких величин в связи с

тем, что ощущение возрастает пропорционально логарифму силы звука. Например, изменение силы звука от 10 единиц до 1000 воспринимается нами как увеличение не в 100 раз, а только в 3 (lg1000 = 3).

На практике для получения представления о степени силы звука введено понятие – уровня силы звука L.

Уровень силы звука, L, дБ – одна десятая логарифма отношения силы звука к

где I – сила звука;

I0 = 10-12 Вт/м2 – сила звука на пороге слышимости.

Так как человек способен ощущать изменение уровня силы, равное 0,1 Бела, то за единицу измерения уровня принят децибел – одна десятая Бела

где Р – звуковое давление Р0 = 2∙10-5 Н/м2 – звуковое давление на пороге слышимости.

Уровень силы звука и уровень звукового давления – это величины, характеризующие интенсивность звукового поля.

6

Между звуковым давлением и уровнем звукового давления существует следующая связь:

В связи с тем, что звуки, имеющие одну и ту же силу, но разную частоту, вызывают у человека ощущение разной громкости, введено понятие уровня громкости звука.

Единица уровня громкости – [фон].

Фон – это уровень громкости стандартного тона частотой 1000 Гц и уровнем силы звука 1 дБ, т.е. уровень громкости в фонах для частоты 1000 Гц равен уровню силы звука в дБ.

Зависимость между значением уровня громкости и уровня силы изображается в графиках кривых равной громкости, составленных Робинсом и Дадсоном.

На низких частотах уровни громкости отличаются от уровня силы звука на

40-20 единиц.

1.1. Сложение уровней силы звука

При совместном действии двух источников шума результирующий уровень силы звука не может быть выражен их простым сложением: необходимо складывать их интенсивности или квадраты соответствующих звуковых давлений, пользуясь формулой:

При n одинаковых источниках шума суммарный уровень равен

L L1 10 lg n

Для упрощения расчетов можно пользоваться и табл. 5 СНиП II-12-77, где в зависимости от разности двух складываемых уровней, Δ, приведена добавка к более высокому уровню для получения суммарного уровня в дБ, L L1

Таблица 5 СНиП II-12-77

Сложение уровней производят последовательно, начиная с максимального. Сначала определяют разность двух складываемых уровней, затем добавку к более высокому уровню.

Пример. Определить суммарный уровень звукового давления для 3-х

источников шума: L1 = 90 дБ; L2 = 95 дБ; L3 = 98 дБ.

Пользуясь табл. 5 последовательно складываем максимальные уровни звукового давления L2 и L3. Сначала определяем разность двух складываемых уровней равной 3 дБ. Затем определяем по табл. 5 соответствующую этой разности добавку, равной 1,8 дБ. После этого добавку 1,8 дБ прибавляем к большему из складываемых уровней. Суммарный L3,2 = 98 + 1,8 = 99,8 дБ.

Суммируем L3,2 и L1. Разность 9,8 дБ. Добавка к большему значению 0,4 дБ.

Суммарный L3,2,1 = 99,8 + 0,4 = 100,2 дБ.

2. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ШУМА В ЗДАНИИ

Шум – это всякого рода звуки, мешающие восприятию полезных звуков, нарушающие тишину, а также звуки, оказывающие вредное или раздражающее действие на организм человека.

Частотная характеристика шума определяется зависимостью уровня звукового давления от частоты. В основном уровни звукового давления рассчитывают или измеряют не на каждой отдельной частоте, а в полосах частот, как правило, октавных или третьоктавных.

2.1. Характеристики шума и пути его распространения в зданиях

Шумы, проникающие в помещения, делятся на внешние и внутренние. К внешним источникам шума относятся: транспорт, промышленные предприятия, игровые площадки и др. К внутренним – инженерное и санитарно-техническое оборудование, бытовые источники и т.п.

Рассмотрим пути передачи шума в зданиях из помещения с источниками шума в смежные (см. рис. 2.1).

Пусть в помещении I на полу расположен источник воздушного и ударного шума. При этом под воздушным шумом понимают звуковые колебания, распространяющиеся в воздушной среде, а под ударным шумом – звуковые колебания, возникающие в твердых телах вследствие механического воздействия на них. Шум, излучаемый в воздух, проникает в смежное помещение II: через отверстия и щели в ограждении (путь 1); за счет звуковых волн, падающих на конструкцию и приводящих ее в колебательное движение (путь 2); звуковые волны возбуждают колебания всех ограждающих помещение I конструкций, которые затем передаются ограждениям помещения II, превращая их в дополнительные источники (пути 3-5). Распространение шума по путям 3-5 называют косвенными путями передачи воздушного шума.

8

S Rв L1 L2 10 lg A ,

где L1 – уровень звукового давления в шумном помещении;

L2 – уровень звукового давления в изолируемом помещении;

S – площадь ограждения;

А – звукопоглощение в изолируемом помещении (см. Приложение 1). Требования звукоизоляции от воздушного шума предъявляется ко всем

ограждениям в частотном диапазоне от 100 до 5000 Гц. Частотная характеристика в октавных или третьоктавных полосах частот сравнивается с нормативной и на основе сравнения определяется индекс Iв изоляции воздушного шума.

Iв 50 в (дБ),

где ∆в– поправка, которая определяется взаимным положением фактической и нормативной частотных характеристик по методике, изложенной в СНиП II-12-77.

Физический смысл Iв – это примерно величина, на которую снижается уровень шума конструкций ограждения

Значение Iв индекса изоляции воздушного шума должно быть равным или

больше нормативного Iвн.

Iв ≥ Iвн

Значения индекса Iвн зависят от назначения здания, помещения, от вида ограждения и его местоположения и приведены в табл. 2 СНиП II-12-77.

Например. Нормативные значения Iвн для:

–межкомнатной перегородки – 41 дБ;

–межквартирной перегородки – 50 дБ.

4.ОЦЕНКА ИЗОЛЯЦИИ УДАРНОГО ШУМА И ЕГО НОРМИРОВАНИЕ

Требование звукоизоляции от ударного шума предъявляется к междуэтажным перекрытиям.

Звукоизоляция ударного шума определяется приведенным уровнем звукового давления Lп, возникающим в помещении под перекрытием при работе стандартной ударной машины. (Последняя производит 10 ударов в сек. пятью молотками массой 0,5 кг, падающих с высоты 4 см).

где Lу – измеренный уровень звукового давления; Ао = 10 м2 – стандартное звукопоглощение;

А – фактическое звукопоглощение в помещении под перекрытием. Частотная характеристика Lп определяется в диапазоне 100-3200 Гц,

сравнивается с нормативной и путем сравнения вычисляется индекс Iу приведенного уровня.

Iy 70 y (дБ)

10