5532

10

При рассмотрении звукового поля, создаваемого несколькими источниками, суммарная интенсивность звука будет складываться из интенсивностей всех источников в расчетной точке [1]:

I = I1 + I2 +…+ In.

Разделив левую и правую части уравнения на интенсивность I0, соответствующую порогу слышимости, и прологарифмировав, получим:

Для упрощения расчетов можно пользоваться табл. 1.1. Сложение уровней звукового давления производят последовательно, начиная с максимального. Сначала определяют разность двух складываемых уровней, а затем добавку к более высокому уровню по табл. 1.1 в зависимости от полученной разности.

Таблица 1.1

Сложение уровней звукового давления

11

Например, определить суммарный уровень звукового давления в расчетной точке от четырех источников шума, уровни звукового давления каждого из которых в расчетной точке равны:

L1 = 105 дБ; L2 = 99 дБ; L3 = 110 дБ; L4 = 103 дБ.

Расчет начинаем с наибольших уровней звукового давления.

1.Пользуясь табл. 1.1, суммируем два наибольших уровня L3 и L1. Их разность L = 5 дБ, добавка к большему уровню равна 1,2 дБ, а суммарный уровень звукового давления от этих двух источников Lсум1 = 111,2 дБ.

2.Суммируем Lсум1 и L4. Разность этих уровней 111,2 – 103 = 8,2 дБ, добавка к большему уровню равна 0,6 дБ, а суммарный уровень звукового давле-

ния от этих двух источников Lсум2 = 111,2 + 0,6 = 111,8 дБ.

Суммируем Lсум2 и L2. Разность этих уровней 111,8 – 99 = 12,8 дБ, добавка к большему уровню равна 0,3 дБ. Суммарный уровень звукового давления от всех четырех источников L = 111,8 + 0,3 = 112,1 дБ.

Излучаемая источником звуковая энергия распределяется по частотам, поэтому при решении акустических задач проектировщику необходимо знать частотную характеристику звука (спектр), показывающую распределение уровней звукового давления по частотам.

В отличие от чистого тона, у которого колебания звукового давления являются гармоническими (синусоидальными), шумом называют случайные колебания звуков различной интенсивности и частоты. Поэтому для сложных звуков (или шума), состоящих из многих звуков разных частот, измеряются уровни звукового давления на отдельных частотах или, чаще всего, суммарные уровни звукового давления в определенных полосах измерения. Для этого частотный диапазон делится на некоторое число полос (интервалов).

Каждая полоса характеризуется граничными частотами (f1 – нижней, f2 – верхней), а также шириной f = f2 – f1 и среднегеометрической частотой интервала f ср = f1 × f 2 , характеризующей полосу в целом.

Полоса, у которой отношение f2/f1 = 2, называется октавой; если отноше-

ние частот f2/f1 = 3 2 = 1,26, то этот частотный интервал называется третьок-

тавой.

По положению максимума спектра слышимые звуки и шумы делятся на три частотных диапазона:

-низкочастотные (f < 300 Гц);

-среднечастотные (300 < f < 800 Гц);

-высокочастотные (f > 800 Гц).

Кроме частотной характеристики различают временные характеристики звука или шума (рис. 1.5).

12

По временным характеристикам выделяют:

-постоянный шум, уровень звукового давления которого за рассматриваемый промежуток времени изменяется не более чем на 5 дБ;

-непостоянный шум, уровень звукового давления которого за рассматриваемый промежуток времени изменяется более чем на 5 дБ.

Непостоянный шум подразделяют на:

-колеблющийся во времени шум, уровень звукового давления которого непрерывно изменяется во времени (на 5 дБ и более);

-прерывистый шум, уровень звукового давления которого ступенчато изменяется (на 5 дБ и более), причем длительность интервалов, в течение которых уровень звукового давления остается постоянным, составляет не менее 1 с;

-импульсный шум, состоящий из одного или нескольких звуковых сигналов, каждый длительностью менее 1 с.

1.3. Физиологические характеристики звука

Ухо человека обладает способностью слышать звуки в весьма большом диапазоне значений звукового давления, а также различать их по частотам. Однако уровни звукового давления не учитывают чувствительности слуха к звукам различной частоты и не дают о правильного представления о громкости звука – физиологической (субъективной) характеристике звука. Ухо обладает

13

наибольшей чувствительностью на средних и высоких частотах, наименьшей – на низких частотах, что видно из кривых равной громкости (рис. 1.6).

L, дБ

31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 16000 f, Гц

Рис. 1.6. Кривые равной громкости

Уровень громкости звука выражается в фонах. На частоте 1000 Гц уровень громкости в фонах численно равен уровню звукового давления в децибелах. Каждая из кривых равной громкости представляет собой геометрическое место точек равногромких тонов различных частот.

Шкала уровней громкости (в фонах) не является натуральной, т.е., например, изменение уровня громкости в два раза не означает, что субъективное ощущение громкости звука изменится во столько же раз. Для оценки субъективного восприятия громкости введена шкала сонов.

Громкость (s) в сонах определяют по формуле

где LГ – уровень громкости, фон.

Графически зависимость между уровнями громкости (в фонах) и громкостью (в сонах) представлена на рис. 1.7.

Рис. 1.7. Зависимость между уровнями громкости (в фонах) и громкостью (в сонах)

14

Изменение уровня громкости на 10 фон соответствует изменению громкости звука в два раза. Например, требуется сравнить по громкости два звука с уровнями громкости 60 и 80 фон. Из рис. 1.7 находим, что уровню громкости 60 фон соответствует громкость, равная 4 сонам, а уровню громкости 80 фон – 16 сонам. Следовательно, второй звук ощущается слухом как более громкий (в четыре раза -16/4).

1.4. Измерение и нормирование шума

Для измерения уровней звукового давления используют приборы, которые называются шумомерами. Измеряемый звук посредством микрофона преобразуется в электрические колебания и затем усиливается. Стрелочный или цифровой прибор позволяет определить уровни звукового давления при включении ряда характеристик: «линейной», «А», «В», «С» и «D».

При измерении шума с помощью характеристики «А» шумомера в спектре шума уменьшаются составляющие на низких и средних частотах (до 1000 Гц), что примерно соответствует характеру восприятия шума человеком на различных частотах (см. кривые равной громкости на рис. 1.6). Таким образом, характеристика коррекции «А» является частотной характеристикой чувствительности шумомера, которая представляет собой как бы сглаженные и перевернутые кривые равной громкости (рис. 1.8). Определяемый уровень при этом называется уровнем звука и характеризуется одним числом в дБА.

Измерение уровня звука в дБА примерно соответствует измерению громкости звука, воспринимаемого человеческим слухом, поэтому эта характеристика очень широко применяется в практике борьбы с шумом.

Уровни звукового давления определяют с помощью линейной («лин») характеристики шумомера, которая не вносит коррективы в измеряемые величины, т.к. показания прибора в этом случае зависят лишь от величины воспринимаемого звукового давления (рис. 1.8). Для получения спектров шума (уровней звукового давления в каждой октавной или третьоктавной полосе частот) ис-

15

пользуют анализаторы шума, представляющие собой электрические фильтры, работающие совместно с шумомером.

Среднегеометрические частоты октавных и третьоктавных полос строго стандартизированы:

-для октавных полос – 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000 и 8000 Гц

(при нормировании шума);

-для третьоктавных полос – 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000; 2500 и 3150 Гц (при расчете и измерении звукоизо-

ляции строительных конструкций).

Нормирование шума производится в соответствии с требованиями [2]. Шум считается допустимым, если измеренные уровни звукового давления во всех октавных полосах нормируемого диапазона частот (31,5 ÷ 8000 Гц) не превышают нормативных значений.

Применяют и другой метод, основанный на интегральной оценке всего частотного диапазона. В этом случае нормируется уровень звука в дБА, т.е. по шкале «А» шумомера.

Таблица 1.2

Допустимые уровни звукового давления и уровни звука для некоторых видов помещений по [2]

Нормируемыми параметрами постоянного шума, уровни которого изменяются во времени не более чем на 5дБ, являются уровни звукового давления ( Lр, дБ ) в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами

31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000 и 8000 Гц. Для ориентировочных рас-

четов допускается использование уровней звука ( LА , дБА).

16

Для оценки непостоянного (т.е. изменяющегося во времени более чем на 5 дБ или дБА) шума используют эквивалентные уровни звукового давления ( Lрэкв, дБ) в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами

31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000 и 8000 Гц, эквивалентные уровни звука

(LАэкв в дБА), а также максимальные уровни звука (LАмакс в дБА). Для их измерения применяются специальные интегрирующие шумомеры.

Вкачестве примера в табл. 1.2 представлены предельно допустимые уровни звукового давления и уровни звука для некоторых видов помещений.

2.АРХИТЕКТУРНАЯ АКУСТИКА

2.1.Распространение звука в замкнутом помещении

2.1.1.Отражение и поглощение звука

Впомещениях различают прямой звук, идущий непосредственно от источника, и отраженный от поверхностей. Вследствие многократных отражений звуковых волн и суммирования энергии прямых и отраженных волн в помещении устанавливается звуковое поле с определенными уровнями звукового давления. Кроме того, звуковая энергия поглощается строительными конструкциями, а также проходит через них (рис. 2.1).

2

1

Рис. 2.1. Схема отражения, прохождения и поглощения звука:

1 – падающий звук; 2 – отраженный звук; 3 – звук, прошедший через конструкцию; 4 – поглощенный звук

Законы отражения и преломления звука аналогичны законам геометрической оптики. Количественно поглощенная, отраженная и прошедшая через преграду части звуковой энергии определяются соответствующими коэффициентами.

Отношение поглощенной звуковой энергии к падающей называется ко-

эффициентом звукопоглощения α:

17

где Епад и Еотр – энергия падающих и отраженных звуковых волн.

Коэффициент α можно записать и так:

где Епогл и Епрош – энергия, поглощенная материалом ограждения, и энергия, прошедшая через ограждение.

Отношение энергии отраженного звука Еотр к энергии Епад представляет собой коэффициент отражения β:

Отношение энергии прошедшего через преграду звука Епрош к энергии

Епад представляет собой коэффициент прохождения звука τ:

Из выражений (2.1) и (2.3) следует, что α + β = 1.

Коэффициент звукопоглощения зависит от материала конструкции, частоты звуковых волн (а значит и длины волны) и угла их падения на ограждение. Все строительные материалы и конструкции в той или иной степени поглощают звук. При падении звуковых волн на поверхность материала воздух в его порах начинает колебаться. Из-за большого трения, обусловленного вязкостью воздуха и малым сечением пор, происходит потеря звуковой энергии, превращающейся в тепловую. Следовательно, звукопоглощение обусловлено трансформацией механической энергии (т.е. звуковой энергии колебаний частиц среды) в тепловую.

Обычные строительные материалы имеют невысокие значения коэффициента звукопоглощения α. Например, для бетона на частоте 500 Гц значение α составляет 0,01 (т.е. только 1% звуковой энергии поглощается, а остальные 99% отражаются в помещение. При этом прохождение звука через конструкцию не учитывают, т.к. коэффициент прохождения звука τ для стандартной железобетонной стены жилого здания составляет порядка 0,00001). Специальные звукопоглощающие материалы (звукопоглотители) имеют коэффициенты звукопоглощения в десятки раз больше (от 10 до 100 раз).

2.1.2. Основные методы расчета параметров звукового поля

Существующие методы расчета параметров звукового поля основаны на

волновой, геометрической и статистической акустике.

1. Теория волновой акустики рассматривает два режима колебаний воздушного объема помещения: один – как собственные затухающие, второй – как

19

R

Рис. 2.2. Отражение звуковых лучей от поверхностей:

а – плоской; б – криволинейной; И – источник звука; R – радиус кривизны; 1 – прямой звуковой луч; 2 – отраженный звуковой луч

3. При незначительном звукопоглощении через каждую точку в объеме помещения, помимо прямых волн, одновременно проходит большое количество отраженных звуковых волн, распространяющихся по всевозможным направлениям. Статистическая теория акустики основана на предположении, что в помещении под действием источника звука возникает диффузное звуковое поле, характеризуемое тем, что во всех точках звукового поля усредненные во времени уровень звукового давления и поток звуковой энергии, проходящей по любому направлению, постоянны.

Для учета звукопоглощения принимается величина среднего коэффици-

ента звукопоглощения

Величина А = α×S называется эквивалентной площадью звукопоглощения

(ЭПЗ) данной поверхности, предмета, м , где S – площадь поверхности, м . Общая эквивалентная площадь звукопоглощения в помещении (зритель-

ном зале) определяется как сумма ЭПЗ поверхностями помещения, ЭПЗ отдельными объектами ( людьми, предметами обстановки и т.п.) и добавочного (неучтенного) звукопоглощения. Вычисляется Аобщ по формуле:

где Σ - сумма произведений коэффициентов звукопоглощения отдельных поверхностей на их площади на данной частоте, м ;

ΣА - сумма эквивалентных площадей звукопоглощения зрителями и креслами ( для зрительных залов театров, клубов, концертных залов и т.п.) расчет производится, как правило, при 70% заполнении зала слушателями, м ;