🗊Презентация Akustika

Строительная акустика Исаков Виталий Германович, д.т.н., профессор Кафедра "Водоснабжение и водоподготовка"

Литература 1. Гусев Н.М. Основы строительной физики. - М.: Стройиздат, 1975. - 440с. 2. Ковригин С.Д. Архитектурно-строительная акустика. - М.: Высшая школа, 1980. 3. Корепанов Е.В. Акустика ограждающих конструкций зданий: Курс лекций. - Ижевск: Изд.ИжГТУ, 2004. 4. СНиП 23-03-2003 "Защита от шума" (взамен СНиП II-12-77). - М. Госстрой России, 2004. 5. Свод правил СП 23-103-2003 "Проектирование звукоизоляции ограждающих конструкций жилых и общественных зданий". - М.: Стройиздат, 2005. 6. Справочник проектировщика: Защита от шума /Под ред. Е.Я.Юдина. - М.: Стройиздат, 1974.

Строительная акустика - научная дисциплина, изучающая вопросы защиты помещений, зданий и территорий населённых мест от шума архитектурно-планировочными и строительно-акустическими (конструктивными) методами. Строительная акустика - научная дисциплина, изучающая вопросы защиты помещений, зданий и территорий населённых мест от шума архитектурно-планировочными и строительно-акустическими (конструктивными) методами. Строительная акустика рассматривается и как отрасль прикладной акустики, т.к. она базируется на теоретических и экспериментальных положениях общей акустики, и как раздел строительной физики. Делится на две части: 1. Акустика помещений. 2. Архитектурная акустика.

Акустика помещений - рассматривает рациональные (с точки зрения защиты от шума) объёмно-планировочные решения зданий и помещений; способы звукоизоляции; применение конструкций и устройств, обеспечивающих эффективное снижение уровня шума от технологического, санитарно-технического и инженерного оборудования, средств транспорта, механизированного инструмента и бытовых приборов; исследования и разработка акустических материалов. Акустика помещений - рассматривает рациональные (с точки зрения защиты от шума) объёмно-планировочные решения зданий и помещений; способы звукоизоляции; применение конструкций и устройств, обеспечивающих эффективное снижение уровня шума от технологического, санитарно-технического и инженерного оборудования, средств транспорта, механизированного инструмента и бытовых приборов; исследования и разработка акустических материалов. Архитектурная акустика - оптимальная планировка микрорайонов, жилых районов и территорий промышленных предприятий. Мероприятия по борьбе с шумом обеспечивают улучшение санитарно-гигиенических условий жизни населения, способствуют повышению производительности труда, эксплуатационных качеств и комфорта зданий.

Звуковые колебания и волны Звук - волновое колебание упругой среды (воздух, вода, твердое тело), определяемое ощущением, возникающим в органе слуха при воздействии звуковой волны. Звуковая волна - любое нарушение стационарного состояния среды в какой-либо точке пространства.

Характеристики звуковой волны 1. Амплитуда волны - расстояние, на которое колеблющаяся точка отклоняется от положения равновесия. Обычно в акустике - Δрmax - отклонение давления среды от атмосферного, вызванное про-хождением звуковой волны, Па.

2. Период - время, за которое совершается полный цикл звукового колебания, сек. 2. Период - время, за которое совершается полный цикл звукового колебания, сек. 3. Частота колебания - величина, обратная периоду.

4. Длина волны - расстояние в пространстве между двумя соседними волнами, м. 4. Длина волны - расстояние в пространстве между двумя соседними волнами, м.

6. Колебательная скорость v - мгновенная скорость в колебательном движении частиц среды при распространении в ней звуковых волн. 6. Колебательная скорость v - мгновенная скорость в колебательном движении частиц среды при распространении в ней звуковых волн.

а) гармонические колебания (чистый тон) - распределены по закону синусоиды; а) гармонические колебания (чистый тон) - распределены по закону синусоиды; б) сложный звук - сложение колебаний от нескольких источников с различными частотами

Основные свойства волнового движения применительно к акустике 1. Суперпозиция – сложение звуковых давлений от звуков: -пришедших от разных источников; - имеющих различные частоты; - имеющих разные фазы колебания.

2. Интерференция – стойкий эффект усиления или ослабления звуковых колебаний в какой-то точке при воздействии звуковых волн от нескольких источников. 2. Интерференция – стойкий эффект усиления или ослабления звуковых колебаний в какой-то точке при воздействии звуковых волн от нескольких источников.

Интерференция – частный случай суперпозиции, возникающий в случае когда источники звука удовлетворяют определенным требованиям (являются когерентными). Интерференция – частный случай суперпозиции, возникающий в случае когда источники звука удовлетворяют определенным требованиям (являются когерентными). источники неподвижны и имеют строго определенную частоту; частоты колебаний источников относятся как целые числа: 1:1 , 1:2 , 3:4 и др.; сдвиг фаз звуковых колебаний постоянен.

3. Стоячая волна — звуковые колебания с характерным расположением чередующихся максимумов (пучностей) и минимумов (узлов) амплитуды. 3. Стоячая волна — звуковые колебания с характерным расположением чередующихся максимумов (пучностей) и минимумов (узлов) амплитуды. Практически такая волна возникает при отражениях от преград и неоднородностей, в результате наложения отражённой волны на падающую. Примеры - колебания струны, колебания воздуха в органной трубе.

4. Резонанс (фр. resonance, от лат. resono — откликаюсь) - явление возникновения и усиления колебаний какого-либо тела или его части под действием возбуждающей эти колебания внешней силы, частота воздействия которой совпадает с собственной резонансной частотой данного тела. 4. Резонанс (фр. resonance, от лат. resono — откликаюсь) - явление возникновения и усиления колебаний какого-либо тела или его части под действием возбуждающей эти колебания внешней силы, частота воздействия которой совпадает с собственной резонансной частотой данного тела. Собственная резонансная частота - это такая частота колебаний, с которой данное физическое тело начнет колебаться, будучи выведенным из состояния покоя какой-либо внешней возбуждающей силой, например толчком (качели, маятник часов и др.), ударом (ножки камертона, корпус колокола, струна рояля), потоком воздуха (труба органа, ротовая полость человека, бутылка, если подуть в ее горлышко и т.д.). Собственную резонансную частоту называют также частотой свободных колебаний .

Три закона резонанса: Три закона резонанса: Первый закон. Резонатор является усилителем колебаний воздействующей на него возбуждающей силы. В этом легко убедиться, приставив звучащий камертон к корпусу резонатора: еле слышный звук камертона возрастает до такой силы, что становится слышным в большой аудитории. Второй закон. Резонатор избирательно реагирует на частоту воздействующей на него возбуждающей силы: усиливает только те колебания, которые соответствуют его собственной резонансной частоте. Максимальный подъем (пик) резонансных кривых - только в точке совпадения частоты воздействующей силы и собственной резонансной частоты резонирующего тела. Третий закон. Резонатор усиливает колебания, соответствующие его собственной частоте, не требуя практически никакой дополнительной энергии.

5. Дифракция звука – огибание звуковой волной препятствия, размеры которого сравнимы или меньше длины волны звука (например, здание имеет звуковую тень , в отличие от человека). Благодаря этому явлению мы можем слышать звуки из-за угла, из-за стен и пр. 5. Дифракция звука – огибание звуковой волной препятствия, размеры которого сравнимы или меньше длины волны звука (например, здание имеет звуковую тень , в отличие от человека). Благодаря этому явлению мы можем слышать звуки из-за угла, из-за стен и пр. Если препятствие оказывается намного больше длины волны, то звуковая волна отражается от него. Чем ниже частота звука, тем больше длина волны. Для низких частот стены не являются серьезным препятствием - если препятствие меньше чем длина волны, то это равносильно отсутствию преграды (например, позади акустической системы вы услышите больше басов, чем средних и высоких частот, во дворе слышны только грузовики на улице, но не слышна речь и легковые машины).

6. Реверберация - сложный акустический процесс, возникающий при многократном отражении звуковой волны от различных объектов. 6. Реверберация - сложный акустический процесс, возникающий при многократном отражении звуковой волны от различных объектов. Двигаясь в замкнутом пространстве (комната, зал), звуковая волна претерпевает многократные отражения от поверхности стен, различных объектов и т.п. Отраженные звуковые колебания, складываясь, могут сильно влиять на конечное восприятие звука — изменять его окраску, насыщенность, глубину, создавая характерное послезвучание, обусловленное приходом в точку измерения запоздавших отраженных или рассеянных звуковых волн.

Единицы измерения звуковых величин 1. Звуковое давление р, Δр [Па] – отклонение давления от среднего значения , вызванное прохождением звуковой волны. (Δр = 2 10-5  200  2000 Па).

2. Интенсивность звука I, Вт/м2 – звуковая мощность, приходящаяся на единицу площади (I = 10-12  100 Вт/м2). 2. Интенсивность звука I, Вт/м2 – звуковая мощность, приходящаяся на единицу площади (I = 10-12  100 Вт/м2).

3. Звуковая мощность W, Вт – общее количество звуковой энергии, излучаемой в единицу времени. 3. Звуковая мощность W, Вт – общее количество звуковой энергии, излучаемой в единицу времени.

Частотный спектр звука Частотный спектр – это графическое изображение разложения уровня звукового давления по частотным составляющим. Спектральные характеристики помогают определить наиболее вредные звуки и разработать мероприятия по борьбе с производственным шумом.

Отражение и поглощение звука в помещениях Звуковое поле в помещении создают 2 вида звука: - прямой (непосредственно от источника, значим только на расстояниях порядка метра от источника - зона прямого звука); - отраженный от поверхностей помещения, предметов, мебели, людей и др., т.е. приходящий со всех сторон одновременно (обычно более 90% в остальной зоне помещения). Усреднение прямого и отраженного звука во всех точках помещения обеспечивает одинаковый уровень звукового давления (хорошую акустику помещения) - диффузное звуковое поле.

Характеристики отражения и поглощения звука 2 вида : 1. Для поверхности (материала)

Восприятие шума человеком Ухо не работает как микрофон - звуковой сигнал обрабатывается мозгом (усиливается или ослабляется в зависимости от важности).

Основные законы восприятия звука человеком учитываются в строительной акустике. Основные законы восприятия звука человеком учитываются в строительной акустике. 1. Громкость приближенно связана с силой звука законом Вебера - Фехнера: экспоненциальное повышение звукового давления воспринимается человеческим ухом как линейно повышающаяся громкость → логарифмическая связь "звуковое давление-громкость" или линейная "сила (уровень) звука - громкость" на одинаковой частоте. Два одинаково громких звука не воспринимаются как удвоение громкости - Lp увеличивается только на 3 дБА.

2. Наши уши имеют разную чувстви-тельность к звуко-вым волнам различных частот слышимого диапа-зона - имеется спад чувствительности на границах области слышимос-ти, особенно на низких частотах. 2. Наши уши имеют разную чувстви-тельность к звуко-вым волнам различных частот слышимого диапа-зона - имеется спад чувствительности на границах области слышимос-ти, особенно на низких частотах. Максимум чувствительности - при 1000...4000 Гц.

2. Количественная оценка громкости производится методом субъективного сравнения с эталонным звуком (синусоидальный, 1000 Гц) - добиваются равногромкости. 2. Количественная оценка громкости производится методом субъективного сравнения с эталонным звуком (синусоидальный, 1000 Гц) - добиваются равногромкости. Полученная величина называется уровнем громкости и измеряется в фонах. 1 фон ≈ 1 дБА при частоте 1000 Гц Перевод уровня звука в уровень громкости - по кривым равной громкости. Шкала уровней громкости не всегда удобна, т.к. изменение уровня громкости в фонах в 2 раза не означает, что субъективное ощущение громкости изменится в два раза (соответствует 10 фонам). Для оценки субъективного восприятия - шкала сонов.

4. Маскировка звукового сигнала - ухудшение слышимости при наличии постороннего шума, близких по частоте или составу гармоник: 4. Маскировка звукового сигнала - ухудшение слышимости при наличии постороннего шума, близких по частоте или составу гармоник: повышение порога слышимости / звон в ушах; снижение разборчивости речи (звукового сигнала). Маскировку звука оценивают количественно числом дБ, на которое повышается порог слышимости в присутствии помехи (порог маскировки). Наибольший эффект маскировки - на низких частотах.

Раздел 2. Акустика помещений

Шум и борьба с шумом Шум - звуки, нарушающие тишину и мешающие восприятию звука человеком. С определенного уровня шум является источником санитарной вредности: вызывает снижение работоспособности на 10...15%; повышает утомляемость; вызывает временные или постоянные нарушения здоровья (профессиональные заболевания):

Классификация шума 1. По длительности: длительный узкодиапазонный (например, электродвигатель); длительный широкодиапазонный (уличный шум, речь и др.); эпизодический (гудок и т.д.). Учитывают при оценке восприятия человеком (маскировка), при установке норм шума для помещений. 2. По спектральному составу: низкочастотный - до 300 Гц (борьба с шумом - повышение массы ограждения, резонирующие конструкции); среднечастотный - от 300 Гц до 800 Гц (повышение массы ограждения, резонирующие конструкции + звукопоглощение); высокочастотный - выше 800 Гц (звукопоглощение).

3. По интенсивности: 3. По интенсивности: до 40 дБА - малой интенсивности - практически не мешает и защиты обычно не требует; 40 ... 80-90 дБА - средней интенсивности - вызывает утомление, травматизм, снижение производительности, легкие нарушения здоровья. Борются строительно-акустическими мерами;

Нормирование шума в строительстве производится по двум методикам: 1. По санитарным нормам (СН) - нормируются уровни L (дБА) звукового давления в помещении в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц.

2. По строительным нормам (СНиП) нормируются: 2. По строительным нормам (СНиП) нормируются: а) при защите от воздушного шума - величина звукоизоляции ограждающей конструкции R (дБ); б) при защите от ударного шума - предельный уровень шума под перекрытием (дБ) при испытании на стандартной ударной машине ("топальной машине") – имеет 5 молотков по 0,5 кг на расстоянии 10 см друг от друга, падающих с высоты 4 см с частотой 10 ударов в секунду.

Распространение шума в зданиях Источники шума: внешние (транспорт, промышленность); внутренние (инженерное и сантехническое оборудование, музыка, телевизор и др.).

Принципы борьбы с шумом 1. Уменьшение шума, распространяемого в воздухе –планировка, шумоизоляция, экранирование, звукопоглощение. 2. Уменьшение колебаний в конструкциях на пути распространения шума – виброизоляция, изоляция ударного шума, вибропоглощение, виброгашение. 3. Отражение энергии колебаний – изоляция воздушного шума, экранирование, виброизоляция, виброизоляция ударного шума. 4. Поглощение энергии звуковых колебаний и превращение в тепло – звукопоглощение, вибропоглощение, виброгашение. 5. Комбинация методов.

Планировочные мероприятия 1. Максимальное удаление источника шума от слушателя –санитарно-техническое оборудование, лифт, кухня, лестничная площадка - вдали от спальных помещений. 2. Группировка источников по уровню шума - в квартире кухня и туалет рядом; мусоропровод, лифт, ливневый водосток в одной шахте; слабый источник устанавливается рядом с более громким и др.; 3. Отделение шумной и тихой зон буферными нежилыми помещениями - коридоры, кухни, кладовые, встроенные шкафы, в архитектуре - завод – сквер – жилой квартал; 4. Рациональная ориентация помещения или здания относительно источника шума - узкой стороной к источнику шума, нежелательно под углом 75°. Суммарный эффект до 15-20 дБА

Применение звукопоглощающих материалов и конструкций 1. Мягкие звукопоглощающие материалы (мягкие пористые плиты - поролон, войлок, минеральная вата, стекловата) - в основном применяются для борьбы с высокочастотным шумом (более 500...600 Гц). Акустическая характеристика:

2. Пористые жесткие плиты (пемзолит, акмигран, ДВП, плиты минволокна и стекловолокна, шуманет, пемза, вермикулит, каолин, шлаки и т.п. с цементом или другим вяжущим) - могут применяться для борьбы со средне- и высокочастотным шумом (более 300...500 Гц). 2. Пористые жесткие плиты (пемзолит, акмигран, ДВП, плиты минволокна и стекловолокна, шуманет, пемза, вермикулит, каолин, шлаки и т.п. с цементом или другим вяжущим) - могут применяться для борьбы со средне- и высокочастотным шумом (более 300...500 Гц).

3. Резонирующие конструкции - для борьбы с низко- и среднечастотным шумом (300...800 Гц). 3. Резонирующие конструкции - для борьбы с низко- и среднечастотным шумом (300...800 Гц). Штучные звукопоглотители и резонаторы

Экранирование шума Экранирование – установка препятствия между источником звука и слушателем с целью создания звуковой тени. Экран устанавливается рядом с источником звука, либо рядом со слушателем. Вблизи не должно быть препятствия, от которого звук может отразиться.

Применение экранов – здание, насыпь, глухой забор, щиты и перегородки не до потолка; кулисы в театре. Применение экранов – здание, насыпь, глухой забор, щиты и перегородки не до потолка; кулисы в театре.

Виброизоляция

Вибропоглощение и виброгашение

Звукоизоляция ударного шума междуэтажными перекрытиями

Методы и способы звукоизоляции ударного шума