Материал: Архитектурно-строительная акустика. практикум для студентов направлений 270300 и 270100. Мельников Е.Д., Агеенко М.В

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.

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

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

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.

1. 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:

Суммарный уровень звукового давления определяется по формуле

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

где L j – уровень, создаваемый каждым источником, дБ;

n – количество источников звука.

Таблица 1.1

Возведение числа 10 в дробную степень