Повна версія

Головна arrow Товарознавство arrow Основи архітектури і будівельних конструкцій

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

Архітектурно-будівельна акустика. Захист від шуму

Будівельна і архітектурна акустика включає наступні розділи: звукоізоляція; архітектурна акустика, захист від шумів і вібрацій інженерного обладнання; захист від міських шумів.

Поширення звуку в повітрі являє собою хвильовий процес. Звук поширюється в різних середовищах (повітря, вода, тверді тіла). Частинки, починаючи коливальний рух, захоплюють за собою все нові і нові частинки. Енергія передається все більшій кількості частинок, і коливальні рухи поступово загасають. Найбільш наочним прикладом є хвилі від кинутого у воду каменя, що розходяться колами (поперечні хвилі). Причому амплітуда коливань поступово зменшується в міру віддалення від джерела (рис. 15.25, а).

Коливальні рухи в повітрі досягають приймача (вухо людини). Це поздовжні хвилі, що супроводжуються періодичним підвищенням і пониженням тиску (рис. 15.25, б). Змінний тиск (в Н / м2 або Па) на барабанну перетинку сприймається як звук. Звук характеризується частотою і амплітудою коливань. Швидкість поширення звукової хвилі (швидкість звуку) залежить від характеристик середовища.

Поширення хвиль у воді і в повітрі

Рис. 15.25. Поширення хвиль у воді і в повітрі

Частота визначає висоту звукового тону. Одиниця частоти - число коливань в одну секунду - герц (Гц). Частотні діапазони звуку схематично представлені на рис. 15.26. Амплітуда визначає гучність звуку.

Частотні діапазони звуку

Рис. 15.26. Частотні діапазони звуку

Існують і такі характеристики звуку, як тон - звукові коливання синусоїдальної форми, звучання - накладення багатьох тонів (характеризує красу звучання), шум - нерегулярні коливання без закономірної залежності. Існує поняття звукового сигналу - гучного, різкого, короткого звуку.

Під звуковим тиском р розуміють зміна атмосферного тиску всередині певного періоду часу. Початком відліку вважають звуковий тиск на порозі чутності р0 = 2 • 10-5 Н / м2. Це найменше тиск, який ще може сприймати людина з неушкодженим слухом.

Звукова потужність Р - це звукова енергія, що випромінюється джерелом в усіх напрямках (Вт).

Звукова енергія Е залежить як від потужності звуку, так і від часу його дії (вимірюється у ВАТ в секунду (Вт • с)):

Інтенсивність звуку I - це звукова потужність Е, що припадає на одиницю площі майданчика S, перпендикулярної поширенню звуку:

Поріг чутності має місце при інтенсивності звуку I 0 = 10-12 Вт / м2.

Рівень звукового тиску L. Вухо людини не в змозі оцінювати абсолютні зміни звукового тиску або інтенсивності звуку. Воно оцінює відносні зміни цих величин. При цьому рівень відчуття за законом Вебера - Фехнера змінюється пропорційно логарифму фізичного впливу. Тому для вимірювань рівня звукового тиску користуються відносними логарифмічними одиницями - децибелами (дБ):

Швидкість звуку залежить від матеріалу, в якому поширюється звук, від температури цього матеріалу і від частоти звуку. Для повітря справедлива формула

де 331,2 м / с - швидкість звуку в повітрі при 0 ° С; Δ Т - різниця температури з 0 ° С, Г.Є. фактично температура матеріалу.

Довжина хвилі звуку λ. Звук поширюється хвилеподібно. Довжина хвилі залежить від швидкості поширення звуку в повітрі і від його частоти f:

Якщо прийняти середню швидкість звуку в повітрі 343 м / с, то можна отримати шкалу частот і залежних від них довжин хвиль (рис. 15.27). Спектр частот, що сприймаються вухом людини, величезний: від 16 до 20 000 Гц. У будівельній акустиці параметри шуму оцінюються в октавних і третьоктавних діапазонах. Октавою називається смуга частот, в якій відношення верхньої f 1 і нижньої f 2 граничних частот дорівнює 2. Для третинно октавній смуги. В якості частоти, що характеризує смугу такого діапазону в цілому, береться середньогеометричними частота. Ці частоти і наведено на рис. 15.27. Вони є стандартними для акустичних вимірювань. З малюнка випливає: чим нижче частота, тим більше довжина хвилі.

Інтервали частот в одну октаву і відповідні довжини звукових хвиль

Рис. 15.27. Інтервали частот в одну октаву і відповідні довжини звукових хвиль

Рівень звукового тиску не може характеризувати звук повністю, оскільки звуки різної частоти при однаковому рівні звукового тиску можуть створювати різний відчуття гучності. Для характеристики гучності звуку в зв'язку з його частотою існує одиниця - фон. Вухо людини володіє найбільшою чутливістю на середніх і високих частотах і найменшою - на низьких. Це очевидно з графіків, званих кривими рівної гучності (рис. 15.28). При зниженні частоти гучність менше, при підвищенні (після 2000 Гц) - більше. При частоті 1000 Гц децибели відповідають фонам. Шкала гучності різних джерел звуку представлена в табл. 15.7.

Криві рівної гучності

Рис. 15.28. Криві рівної гучності

Для вимірювання звукового тиску застосовуються прилади - шумоміри. Покажчик приладу має три шкали - А, В і С. Шкала А застосовується для вимірювання рівня шуму на середніх частотах, тобто для вимірювання гучності звичайного шуму та звуку. Одиницю прийнято називати дБ (А). Шкала В застосовується для спеціальних видів шумів. Шкала С застосовується для вимірювання рівня звукового тиску. Повну характеристику шуму може дати вимірювання рівня звукового тиску за шкалою С та його частотна характеристика (розподіл компонентів шуму за частотою і рівню звукового тиску).

Існує три способи боротьби з шумом:

  • • в джерелі (найефективніший, але не завжди можливий);
  • • звукоізоляція (огороджувальними конструкціями);
  • • звукопоглинання (обробка приміщень).

Основне значення при проектуванні будинків мають звукоізоляція і звукопоглинання. Крім цих показників повинно враховуватися також відображення звуку від огороджувальних конструкцій.

Звукопоглинання. Коефіцієнт звукопоглинання матеріалу, тут Е п і Е 0 - падаюча на конструкції і відбита від неї звукова енергія.

Таблиця 15.7

Шкала гучності різних джерел звуку

Ступені шуму

Фони дБ (Л)

Процес

Відчуття

1

20

Цокання тихих годин, легкий шелест листя, спокійна кімната вночі

Дуже тихо

30

Шелест листя, шепіт, розмова сусідів, ледве зрозумілий шепіт

Тихо

40

Близький шепіт, середні шуми в житло

Майже тихо

50

Розмова

Помірно голосно

60

Шум в бюро, ресторані, магазині

Помірно голосно

2

70

Голосна розмова, гучне радіо, крик

Голосно

80

Вуличний шум при сильному русі

Голосно

90

Галасливий виробничий цех, Автосигналі

Від гучного до нестерпного

3

  • 100
  • 110

Відбійний молоток, маленький літак

Штампувально-котельне виробництво, гучна музика, сигнал машини швидкої допомоги

4

≥120

Реактивний двигун ракети

Коефіцієнт звукопровідності конструкції, де Еιιρ - звукова енергія, пройшла через конструкцію.

Звукове поле впливає на всі поверхні в приміщенні, в тому числі і на людей і предмети обстановки. Всі вони поглинають звукову енергію. Тому вводиться поняття загального звукопоглинання приміщення:

(15.15)

Твір називається еквівалентної площею звукопоглинання поверхні, тобто площею поверхні, повністю поглинає звук. У формулі (15.15) величина додаткова еквівалентна площа звукопоглинання (люди, меблі, обладнання, отвори, отвори, порожнини).

Поширення шуму в будівлі показано на рис. 15.29. Існують поняття "повітряний шум", "корпусних шум" і його різновид - "ударний шум йод перекриттям".

Поширення шуму в будівлі

Рис. 15.29. Поширення шуму в будівлі:

1 - повітряний шум; 2 - ударний шум (прямі шляхи передачі шуму); 3, 4 - непрямі (обхідні) колії; 4 '- структурний шум, випромінюваний конструкціями, пов'язаними з вібруючими механізмами і елементами інженерного устаткування

Схема проходження звукової енергії через захисну конструкцію показана на рис. 15.30. Звукоізолююча здатність обгороджує (звукоізоляція) визначається не по відношенню минулій звукової потужності до падаючої на огорожу, а відповідно до відносною величиною - рівнем звукового тиску L:

де р - порогове звуковий тиск 0 = 2 • 10-5 Па). Діапазон коливань, що сприймаються як звукові, знаходиться в межах від 0 до 120 дБ. Тут 120 дБ - больовий поріг, за яким можливий розрив барабанної перетинки у вусі.

Схема передачі звукової енергії через конструкцію

Рис. 15.30. Схема передачі звукової енергії через конструкцію:

1 - звукова енергія, падаюча на конструкцію; 2 - відображена звукова енергія; 3, 5 - енергія, що випромінюється коливної конструкцією в суміжні приміщення; 4 - енергія структурного шуму; 6 - енергія, яка трансформується в теплову; 7 - звукова енергія, пройшла через пори і нещільності; 8 - сумарна звукова енергія, пройшла через конструкцію

Чутливість слуху різна при сприйнятті мови, музики та інших звуків (рис. 15.31). Також і звукоізоляція огорож може бути різна для різних частот звуку. Тому норми проектування обмежують допустимі параметри постійного шуму величинами рівнів звукового тиску L, дБ, які встановлені диференційовано для октавних смуг з середньогеометричними значеннями частот 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц.

Поле розмовної мови - поле музичне - поле чутності

Рис. 15.31. Поле розмовної мови - поле музичне - поле чутності

Згідно СНі11 23-03-2003 "Захист від шуму" нормованими параметрами звукоізоляції внутрішніх огороджувальних конструкцій від повітряного шуму є індекси звукоізоляції повітряного шуму R w, дБ. Нормованим параметром звукоізоляції зовнішніх огороджувальних конструкцій (у тому числі вікон, вітражів) є звукоізоляція RА.ТРАН> дБ (А). Її необхідно враховувати для захисту приміщень від зовнішнього шуму, наприклад транспортного.

Кожна захисна конструкція має свою частотну характеристику ізоляції від повітряного шуму (рис. 15.32), яка показує величини звукоізоляції на різних частотах. Такі криві можуть бути отримані як шляхом вимірювань на вже готових конструкціях або на їх моделях в акустичних камерах, так і шляхом розрахунку на стадії проектування. Індекс звукоізоляції повітряного шуму визначається шляхом зіставлення цієї частотної характеристики з оцінною (стандартною) кривої. Параметри оціночних кривих звукоізоляції повітряного і ударного шуму наведені в таблицях СП 23-103-2003.

Змінена крива в третьоктавних інтервалах і її оцінка

Рис. 15.32. Змінена крива в третьоктавних інтервалах і її оцінка

Для визначення індексу звукоізоляції повітряного шуму R w необхідно визначити суму несприятливих відхилень даної частотної характеристики від оцінною кривою. Якщо сума несприятливих відхилень максимально наближається до 32 дБ, але не перевищує цю величину, величина індексу R w становить 52 дБ. Якщо сума несприятливих відхилень перевищує 32 дБ, оціночна крива зміщується вниз на ціле число децибел так, щоб сума несприятливих відхилень не перевищувала цю величину. Якщо сума несприятливих відхилень значно менше 32 дБ або несприятливі відхилення відсутні, оціночна крива зміщується вгору на ціле число децибел так, щоб сума несприятливих відхилень від зміщеною оцінною кривою максимально наближалася до 32 дБ, але не перевищувала цю величину.

За величину індексу R u, приймається ордината зміщеною вгору або вниз оцінною кривою в третинно октавній смузі зі среднегеометрической частотою 500 Гц.

Методика побудови розрахункових кривих частотних характеристик звукоізоляції для конструкцій різних типів докладно викладена в Зводі правил СП 23-103-2003 "Проектування звукоізоляції конструкцій житлових і громадських будівель", а також у підручнику "Фізика середовища".

Шум від ходьби по перекриттях є особливою формою корпусного шуму, при якому будівельні конструкції отримують прямий коливальний імпульс і починають випромінювати шум. Для отримання нормованого рівня ударного шуму під реальним перекриттям на нього встановлюють стандартну ударну "тональну" машину, що виробляє 10 ударів в секунду п'ятьма молотками вагою по 0,5 кг. За допомогою вала ці молотки піднімаються на висоту 4 см і вільно падають на перекриття по одному в певному ритмі. Рівні шуму, розподілені по частотах, називають наведеними (вони зазначені в СП).

За величину індексу звукоізоляції перекриття від ударного шуму приймаємо ординату зміщеною кривої при 500 Гц: L nw = 56 дБ.

Таким чином, індекси звукоізоляції від повітряного і ударного шуму являють собою звукоізоляцію, певним чином усереднену по частотній характеристиці.

При проектуванні одношарових масивних огороджувальних конструкцій оцінною характеристикою їх звукоізоляції може служити закон маси. При цьому для орієнтовної оцінки індексу ізоляції повітряного шуму одношаровими огороджувальними конструкціями з цегли, бетону і гіпсобетону можна користуватися формулами в залежності від поверхневої щільності стіни р:

при

при

Однак орієнтація на закон мас при підвищених вимогах звукоізоляції виявляється неекономічною через перевитрати конструкційних матеріалів. У цих випадках вдаються до застосування шаруватих конструкцій. Це можуть бути подвійні конструкції, розділені замкнутої повітряним прошарком (іноді заповнені звукопоглинальним матеріалом) при відсутності жорстких зв'язків між конструктивними шарами. Другий варіант підвищення звукоізоляції щодо масивної однорідної огороджувальної конструкції - одно- або двостороння установка перед нею легкої гнучкою плити на віднесенні. Жорсткі зв'язку між стіною і плитами на віднесенні повинні бути ізольовані від стіни звукоізоляційними прокладками.

Той же ефект - підвищення ізоляції міжповерхових перекриттів - забезпечує пристрій шаруватих підлог по суцільним або стрічковим звукоізоляційним пружним прокладкам, підвісних стель або суми цих заходів.

Проектування звукоізоляції не повинно обмежуватися акустичним розрахунком огороджувальних конструкцій. Воно обов'язково має супроводжуватися об'ємно-планувальними і конструктивними заходами, що забезпечують зниження впливів структурного шуму і шуму інженерного обладнання. У цих цілях не допускають суміжне розташування поруч з житловими та робочими приміщеннями або лікарняними палатами ліфтових шахт, стовбурів сміттєпроводів, а також бойлерних, водопровідних насосів, котелень і т.п. Не допускається розміщення у житлових будинках вбудованих трансформаторних підстанцій і цілого ряду приміщень і пристроїв, повний перелік яких дано в Московських міських будівельних нормах МГСН 3-01.01.

У самих огороджувальних конструкціях повинні бути герметизовані наскрізні щілини і отвори, оскільки через них проникає шум. При дифузному проходженні звукової хвилі через такі щілини відбувається них звукова енергія збільшується за рахунок дифракції звуку і резонансних коливань повітря в обсязі отвори.

Ліфтові шахти проектують самонесучими на окремому фундаменті. Місця пересічний стінок шахт з міжповерховими перекриттями заповнюють пружними звукоізоляційними прокладками. Також ізолюють місця перетину стін і перекриттів трубопроводами інженерних систем будівель (рис. 15.33).

Схема передачі звукової енергії з приміщення насосної в квартиру;  заходи щодо віброізоляції

Рис. 15.33. Схема передачі звукової енергії з приміщення насосної в квартиру; заходи щодо віброізоляції:

1 - фундамент на амортизаторах; 2 - гнучкі вставки; 3 - ізоляція трубопроводів; 4 - кронштейн з пружною прокладкою; 5 - стійка з пружною прокладкою

Завдання захисту будівель від міських шумів, а також проектування природної акустики залів великої місткості розглядаються в курсі "Фізика середовища" та в курсах магістратури.

 
<<   ЗМІСТ   >>