5532

30

3.2.1. Закон массы. Явление волнового совпадения

Основное влияние на прохождение звука оказывают изгибные волны. Они образуются, если толщина конструкции меньше 1/6 длины звуковой волны на рассматриваемой частоте. Строительные ограждающие конструкции, наиболее часто применяемые в строительстве, удовлетворяют этому условию практически во всем нормируемом диапазоне частот.

Звуковые волны, падающие на конструкцию, приводят ее в колебательное движение. На низких частотах вблизи частот собственных колебаний ограждения возникают резонансные явления, и звукоизоляция в основном зависит от внутреннего трения в материале конструкции. Для строительных ограждающих конструкций этот диапазон лежит, как правило, на частотах ниже 100 Гц.

На более высоких частотах колебательное движение конструкции определяется в основном ее массой. Первое теоретическое рассмотрение прохождения звука через однослойную преграду было выполнено Рэлеем. Им был создан метод расчета звукоизоляции, названный законом массы. Закон массы гласит:

при удвоении массы конструкции (на одной постоянной частоте) или частоты звука (при постоянной массе) звукоизоляция возрастает на 6 дБ (рис. 3.2).

Звукоизоляция конструкции в соответствии с законом массы (при нормальном падении звука) равна:

33

Закон массы даже с учетом явления волнового совпадения недостаточно точен для практических расчетов. Поэтому при реальном проектировании для определения звукоизоляции строительных конструкций применяется другие методы. Частотную характеристику звукоизоляции ограждений можно либо рассчитать теоретически, либо получить экспериментально с помощью измерений.

3.2.2. Экспериментальный метод определения звукоизоляции ограждающих конструкций

Экспериментальные измерения звукоизоляции ограждающих конструкций могут проводиться в натурных условиях, т.е. на реальных ограждениях, смонтированных в конкретном здании, или в лабораторных условиях.

При натурных измерениях определяют фактическую изоляцию шума, например, внутренней перегородкой с учетом множества обходных, косвенных путей передачи звука через соседние окна, двери, различные коммуникации.

При измерениях в лабораторных условиях создаются специальные условия, практически полностью исключающие возможность косвенной передачи, и звук проходит только через исследуемое ограждение. При этом определяется собственная звукоизоляция ограждающей конструкции.

В соответствии с требованиями ГОСТ 27296-87 «Звукоизоляция ограждающих конструкций. Методы измерения» измерения изоляции воздушного шума ограждениями должны проводится в двух смежных реверберационных камерах (т.е. в помещениях с хорошо отражающими звук поверхностями), между которыми и устанавливается исследуемый образец.

Камеры должны быть хорошо изолированы от внешних источников шума и вибрации, чтобы снизить влияние помех на измерения. В лаборатории акустики ННГАСУ большие реверберационные камеры, в которых проводятся эксперименты, имеют объемы 150 и 74 м3. Они представляют собой два помещения полностью изолированных друг от друга и выполненных на самостоятельных фундаментах, что практически исключает косвенную передачу звука между ними (рис. 3.5). Для того чтобы звуковое поле в измерительных камерах было диффузное (т.е. равномерное по всему объему и по времени), стены выполнены под различными углами. В одной из стен между камерами выполнен проем для установки образцов конструкций.

Вкамере объемом 150 м3 установлена система из шести звуковых колонок «Tesla» мощностью 100 Вт каждая, что позволяет создавать уровни звукового давления до 120 дБ на некоторых частотах. Звуковые колонки подключены

кгенератору шума через частотные фильтры. Эта камера называется камерой высокого уровня (сокращенно – КВУ).

Всоседней камере производятся измерения уровней звука, прошедшего через образец. Эта камера называется камерой низкого уровня (сокращенно – КНУ). Уровни звукового давления измеряются с помощью шумомера, к которому подключены микрофоны.

34

ПЛАН НА ОТМ. 0,000

РАЗРЕЗ 1 - 1

Рис. 3.5. Большие реверберационные камеры лаборатории акустики ННГАСУ:

1 – камера высокого уровня (V = 150 м3); 2 – камера низкого уровня (V = 74 м3); 3 – камера низкого уровня, (V = 81 м3); 4 – заглушенная камера; 5 – аппаратная; 6 – упругие прокладки; Д-7 – пятислойные двери с листами свинца

35

Эксперимент по измерению звукоизоляции исследуемой ограждающей конструкции включает в себя несколько этапов.

1.Установка образца в проеме между камерами. Обычно для этого используется гипсовый раствор или пластилин, с помощью которых необходимо герметично заделать все швы по периметру образца.

2.Измерение собственных шумов (уровней звукового давления помех) в

КНУ.

3.Создание в КВУ диффузного звукового поля с помощью динамиков и непосредственное измерение уровней звукового давления в КНУ. Как правило,

вКВУ создается уровень 90 ÷ 110 дБ, который устанавливается по контрольному микрофону в одной из точек.

Уровни звукового давления в КНУ измеряются в шести точках. Измерения ведутся в третьоктавных полосах частот со 100 Гц до 3150 Гц: 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000; 2500; 3150 Гц.

После проведения измерений полученные данные для каждой из частот усредняются по формуле:

где L2 – средние уровни звукового давления в КНУ, дБ; Li – уровень звукового давления в точке i, дБ; n – количество точек измерений (6 точек).

Таким образом, для каждой частоты мы будем иметь уровни звукового давления в КНУ, усредненные по объему.

4.Для определения звукоизоляции ограждающей конструкции также необходимо знать время реверберации в звукоприемном помещении. При измерении времени реверберации звуковое поле создается в КНУ (уровни порядка 100 дБ). Затем, при отключении динамиков уровень звукового давления начинает спадать, и этот спад записывается на ленту самописца. Измерения ведутся по всем частотам в трех точках КНУ с последующим усреднением.

5.После обработки измеренных данных для каждой частоты вычисляется собственная звукоизоляция исследуемой ограждающей конструкции (дБ) по формуле:

где L1 – средний уровень звукового давления в КВУ, дБ; L2 – то же в КНУ, дБ; S – площадь конструкции, м2; А – эквивалентная площадь звукопоглощения (м2) в КНУ, определяемая по формуле:

где V – объем КНУ, м3; Т – время реверберации в КНУ с установленным образцом, с.

36

Таким образом, формула принимает вид:

По вычисленным значениям R строится частотная характеристика звукоизоляции измеренного ограждения в нормируемом диапазоне частот от 100 до

3150 Гц.

3.2.3. Теоретические методы расчета звукоизоляции ограждающих конструкций

Существует несколько теоретических методов расчета звукоизоляции от воздушного шума. Наиболее точными являются различные инженерные методы расчета. Один из самых современных разработан на кафедре архитектуры ННГАСУ[10-13]. Он основан на теории самосогласования волновых полей, разработанной профессором М.С. Седовым. Данный метод позволяет получить точную теоретическую частотную характеристику звукоизоляции с учетом реальных размеров конструкции. При этом частотный диапазон делится на три частотные области с различной интенсивностью прохождения звука. Поскольку расчет звукоизоляции этим методом весьма трудоемок, на кафедре архитектуры ННГАСУ создана компьютерная программа для расчета звукоизоляции однослойных ограждений в нормируемом диапазоне частот.

Для практических целей наиболее часто используют расчетнографический метод, представленный в [5]. Этот метод позволяет построить ориентировочную частотную характеристику звукоизоляции однослойного плоского ограждения сплошного сечения с поверхностной плотностью от 100 до 800 кг/м2 (конструкции из бетона, железобетона, кирпича и т.п.).

Частотная характеристика изоляции воздушного шума в нормируемом диапазоне частот (100 ÷ 3150 Гц) изображается в виде ломаной линии, аналогичной линии ABCD (рис. 3.6). Построение частотной характеристики производится в следующей последовательности.

1. Вычисляем значение поверхностной плотности конструкции по форму-

2. Находим координату точки В (рис. 3.6).

Абсциссу точки В (частоту fB) определяем по табл. 3.1 в зависимости от толщины и плотности материала конструкции.

37

Вычисленное значение fB округляем до ближайшей среднегеометрической частоты, в пределах которой находится вычисленное значение fB. Границы третьоктавных полос представлены в табл. 3.2.

Ординату точки В (значение RB) определяют в зависимости от эквивалентной поверхностной плотности конструкции mэ по формуле:

ограждения (для ребристых конструкций принимается без учета ребер). Тогда Э ! ∙ ρ ∙ & ,

38

где ! – коэффициент, учитывающий относительное увеличение цилиндрической жесткости ограждения из легких бетонов на легких заполнителях, поризованных бетонов и т.п. материалов по отношению к конструкциям из тяжелого бетона с той же поверхностной плотностью.

Для сплошных ограждающих конструкций плотностью ρ ) 1800 кг-м . ! 1,0. Для материалов с другой плотностью коэффициент

! см. табл. 3[13].

Вычисленное значение RB округляется до 0,5 дБ.

3.Из точки В влево проводится горизонтальный отрезок ВА (т.е. до пересечения с началом координат, соответствующему частоте f = 100 Гц). Если вычисленное и округленное значение частоты fB < 100 Гц, то отрезок ВА не проводится, а на график точка В наносится на вычисленной частоте для построения отрезка ВС.

4.Из точки В вправо проводится отрезок ВС с наклоном 6 дБ на октаву (или 2 дБ на третьоктаву) до точки C с ординатой RС = 65 дБ. Из точки С вправо проводится горизонтальный отрезок CD. Если точка С лежит за пределами нормируемого диапазона частот (fС > 3150 Гц), то отрезок CD отсутствует.

39

Определяем координаты точки В.

По табл. 3.1 для ρ ≥ 1800 кг/м3 находим: fВ = 29 / h = 29 / 0,18 м = 161,1 Гц.

Округляем полученное значение до ближайшей среднегеометрической частоты третьоктавного интервала. Для этого воспользуемся табл. 3.2. Частота 161,1 Гц лежит в интервале 141 ÷ 176 Гц, что соответствует среднегеометрической частоте 160 Гц. Таким образом, fВ = 160 Гц.

Вычисляем значение RB по формуле (3.11):

RB = 20 lg mэ – 12 = 20 × lg 450 – 12 = 20 × 2,653 – 12 = 41,06 дБ.

Округляем полученное значение до 0,5 дБ. Получаем RB = 41 дБ.

Далее проводим отрезки ВА (горизонтальный), ВС (с наклоном 6 дБ на октаву) и СD (горизонтальный). Частотная характеристика звукоизоляции конструкции представлена на рис. 3.6.

3.2.4.Нормирование звукоизоляции ограждающих конструкций зданий

Всоответствии с [2] нормируемыми параметрами звукоизоляции внутренних ограждающих конструкций жилых и общественных зданий являются индекс изоляции воздушного шума Rw (в дБ) и индекс приведенного уровня уданого шума Lnw для перекрытий (в дБ).

Нормируемым параметром звукоизоляции наружных ограждающих конструкций (в т.ч. окон, витрин, витражей и других видов остеклений) является звукоизоляция RАтран (в дБА), представляющая собой изоляцию внешнего шума, производимого потоком городского транспорта [2].

3.2.5.Методика определения индекса изоляции воздушного шума внутренними ограждающими конструкциями зданий

Рассмотрим методику определения индекса изоляци воздушного шума Rw внутренними ограждающими конструкциями зданий [2]. Индекс изоляции воздушного шума Rw (дБ) ограждающей конструкцией с известной (теоретически рассчитанной или экспериментально измеренной) частотной характеристикой изоляции воздушного шума определяется путем сопоставления этой частотной характеристики с нормативным спектром, приведенным в табл. 3.5.

Таблица 3.5