Основы акустических расчетов. Расчёт корпуса и фильтров акустической системы Нужен тепловой акустический статистические расчеты

• Выбор облицовочных материалов

• Распределение акустических систем

• Вывод результатов расчета

Правильное размещение аппа ратуры при любых акустических характеристиках зала позволяет получить хорошее качество восприятия различных звуков: речи, музыки, шумов. В пространстве расположения зрителей, участвующих в мероприятии, требуется обеспечить нужную громкость, разборчивость и звучание без искажений во всем диапазоне частот аудио сигнала. С этой целью предлагаем услугу проведения профессионального акустического расчета . Он позволяет выбрать облицовочный материал поверхностей, разборчивость речи и состав аудиосистемы.

Нашей компанией проводятся электро-акустические расчеты для различных объектов: стадионов , бассейнов , теннисных кортах , прочих спортивных объектов , концертных залов , ресторанов , открытых площадок , Храмов , залов для проведения концертов и конференций . Рассчитывая акустику, специалисты учитывают особенности архитектуры помещения и специфику проводимого в нем мероприятия. Требуемая оптимальная величина звукового давления различна в случаях трансляции объявлений диктора, фонового музыкального сопровождения, концерта звезды или классической музыки.

При расчете звуковой аппаратуры для конкретного зала, проводится анализ помещения. На его основании выбирают оптимальное распределение звукового поля и места размещения колонок. Используются план, разрезы помещения, описание отделочных материалов потолка, стен.

Чтобы заказать акустический расчет , следует предоставить исходные данные с указанием габаритных размеров площадки, высоту потолка, материалы, характер мероприятия. Предоставляют чертежи либо эскизы. При необходимости исполнителем проекта на месте проводятся замеры.

При расчете мощности акустической системы как один из параметров учитывается уровень шума. Он зависит от числа людей в зале и их действий. Большее звуковое давление требуется на танцплощадке. Имеет значение также удаленность слушателей от источников звукового сигнала. Их размещают таким образом, чтобы обеспечить равномерность звукового поля для всех зрительских мест. Если в помещении имеются балконы и бельэтаж, то для них добовляются линии задержки и расчеты проводятся для каждой зоны совокупно.

Воспользовавшись предложенной компанией услугой проведения расчета и подбора акустической системы, можно организовать качественную трансляцию звука в любом месте: в зале ресторана, клуба или на стадионе. По нашим расчетам, наши специалисты выполняют также установку аппаратуры и ее настройку.

Основой проектирование звуковой системы или системы озвучивания помещений является акустический расчет. С помощью акустического расчета можно понять какие акустические системы лучше всего выбрать для данного зала и как лучше всего их расположить для обеспечение равномерного распределения звука. С помощью расчета звука так же есть возможность согласовать с заказчиком в каких зонах нужно изменить уровень громкости звукового сигнала для обеспечения комфортности зрителей. Еще одна задача которую можно выполнить с помощью акустического расчета это расчет звукопоглощения, подбор облицовочных материалов зала или помещения, где будет установлена звуковая система, для обеспечении качественной разборчивости речи и хорошего восприятие музыки.

Вопрос акустической обработки различных помещений является очень актуальным в настоящее время. С появлением новых моделей звукозаписывающей и звуковоспроизводящей аппаратуры она стала обязательной.

Современная промышленность предлагает огромный выбор отделочных материалов с различными частотными свойствами, что позволяет при правильном их выборе получить необходимые частотные характеристики помещений кинозалов, студий звукозаписи, речевых студий, концертных залов, вокзалов, аэропортов, конференц-залов, ночных клубов и множества других.

Выбор материалов производился по различным критериям, в том числе экономическому. Таким образом, можно выбрать недорогие материалы, но при этом все требования к частотным характеристикам помещения выполняются. Правильность выбора материалов будет подтверждена расчетом частотных характеристик.

Для создания модели под акустический расчет необходимы все размеры зала. В специализированной программе EASE создается 3D-модель зала точная копия, со всеми размерами, в которой подбираются материалы по коэффициенту звукопоглощения для достижения рекомендуемого времени реверберации под определенный тип зала и его назначения.

На рисунке показаны графики для различных залов:

• 1 - залы для ораторий и органной музыки;

• 2 - залы для симфонической музыки;

• 3 - залы для камерной музыки, залы оперных театров;

• 4 - залы многоцелевого назначения, залы музыкально-драматических театров, спортивные залы;

• 5 - лекционные залы, залы заседаний, залы драматических театров, кинозалы, пассажирские залы.

Как только рекомендуемое расчетное время реверберации достигло нужного результата, в модели зала устанавливаются симуляторы акустических систем (громкоговорителей). Файлы-симуляторы громкоговорителей находятся в базе программы акустического расчета EASE и периодически пополняется. В 3D-модели зала (помещения) можно распределить симуляторы акустических систем как угодно, для этого специалисты пользуются определенным правилам которые необходимо соблюдать для озвучивания залов и других помещений. Как и в реальности акустические системы можно устанавливать на основание (например: на пол или на сцену), на высоте (подвесные громкоговорители) и встраивать в потолок или в стену.

При расчете программа будет выдавать несколько параметров, по которым можно сформировать благоприятную акустическую картинку.

Звуковое давление - расчет

Данный параметр описывает распределение звукового давления по площади зрительской зоны без учета отражений. Величина неравномерности: разница между максимальным и минимальным значением давления характеризует корректность применения акустических систем и мест их размещения.

Коэффициент потери согласных

Коэффициент потери согласных или ARTICULATION LOSS - графическое отображение потери артикуляции согласных в процентах. Это обратный критерий, 0% - идеальное значение параметра, описывающее отсутствие потери согласных; 100% - наихудшее значение параметра, описывающее полную потерю согласных.

• от 0% до 7% - наилучший результат;
• от 7% до 11% - хороший результат;
• от 11% до 15% - удовлетворительный результат;
• выше 15% - плохой результат.

В акустике термин "разборчивость" обозначает возможность слышать и правильно различать все фонемы, т.е. составные элементы языка. Разборчивость речи - самый важный параметр при оценке качества воспроизведения звука, и зависит, прежде всего, от правильного понимания согласных букв. Реверберация и высокий уровень фонового шума искажают разборчивость речи. Процент "потерянных" согласных букв дает оценку разборчивости сообщения и обозначается ALCons.

При акустическом сигнале, таком как речь, чрезвычайно изменчивом во времени и при всевозможном шуме окружающей среды, достаточно высокое соотношение сигнал/шум (хотя бы 10 дБ) способствует наилучшему восприятию сообщения. Разборчивость уменьшается при увеличении расстояния между источником и слушателем до предельного расстояния. Для больших расстояний разборчивость остается постоянной, каким бы ни было расстояние до слушателя, но зависит от времени реверберации.

Любое положение слушателя характеризуется определенным значением Alcons. Уменьшение этого значения довольно сложно, т. к. предполагает изменение геометрии помещения и/или имеющихся в нем материалов.

Разборчивость речи

Разборчивость речи оценивается с помощью коэффициента STI . Данный параметр является главным коэффициентом для оценки качества звучания музыкальной системы. Для различных видов помещений или задач существуют свои диапазоны, в предел которых необходимо, чтобы значение коэффициента STI уложилось.

Коэффициент STI зависит от всех параметров: размеры помещения, дальность излучателя звука, уровень шума, зрителей, облицовка помещения, время реверберации, уровень звукового давления.

• от 0,6 до 1 - наилучший результат;
• от 0,45 до 0,6 - хороший результат;
• от 0,3 до 0,45 - Удовлетворительный результат;
• от 0 до 0,3 - плохой результат.

Коэффициент музыкальной ясности.

Коэффициент музыкальной ясности С80.

• 0дБ -для органной, романтическая музыки;
• +2дБ -для классической муз., хора, церковного пения;
• +4дБ -для поп. Музыки;
• +6дБ -для рок-н-ролла.

Наша компания производит профессиональный акустический расчет любой сложности, специалисты прошедшие обучение специализированной программы EASE имеют сертификат, который выдается в центре обучения "AFMG" в г. Берлине, что подтверждает ниже предоставленный сертификат:

Акустический расчет помещения необходим для точной установки акустических систем в зале. Так же акустический расчет производится для оптимизации акустических свойств помещения.

Оптимизация расположения громкоговорителей в комнате прямоугольной формы

Для достижения высокого качества звуковоспроизведения, акустические характеристики комнаты для прослушивания необходимо приблизить к определенным оптимальн м значениям. Это достигается формированием "акустически правильной" геометрии помещения, а также с помощью специальной акустической отделки внутренних поверхностей стен и потолка.

Но очень часто приходится иметь дело с комнатой, форму которой изменить уже невозможно. При этом собственные резонансы помещения могут крайне негативно повлиять на качество звучания аппаратуры. Вважным инструментом для снижения влияния комнатных резонансов является оптимизация взаимного расположения акустических систем относительно друг друга, ограждающих конструкций и зоны прослушивания.

Предлагаемые калькуляторы предназначены для расчетов в прямоугольных симметричных помещениях с низким фондом звукопоглощения.

Применение на практике результатов данных расчетов позволит уменьшить влияние комнатных мод, улучшить тональный баланс и выровнять АЧХ системы "АС-комната" на низких частотах.
Необходимо отметить, что результаты расчетов не обязательно приводят к созданию "идеальной" звуковой сцены, они касаются только коррекции акустических дефектов, вызванных, прежде всего, влиянием нежелательных комнатных резонансов.
Но результаты расчетов могут стать хорошей отправной точкой для дальнейшего поиска оптимального месторасположения АС с точки зрения индивидуальных предпочтений слушателя.

Определение площадок первых отражений

Слушатель, находящийся в комнате для прослушивания музыки, воспринимает не только прямой звук, излучаемый акустическими системами, но и отражения от стен, пола и потолка. Интенсивные отражения от некоторых участков внутренних поверхностей комнаты (площадок первых отражений) взаимодействуют с прямым звуком АС, что приводит к изменению частотной характеристики звука, воспринимаемого слушателем. При этом на некоторых частотах происходит усиление звука, а некоторых его значительное ослабление. Этот акустический дефект, называемый "гребенчатой фильтрацией", приводит к нежелательному "окрашиванию" звука.

Управление интенсивностью ранних отражений позволяет улучшить качество звуковой сцены, сделать звучание АС более ясным и детальн м. Наиболее важны ранние отражения от площадок, расположенных на боковых стенах и потолке между зоной прослушивания и АС. Кроме того, большое влияние на качество звука могут оказать отражения от тыловой стены, если зона прослушивания расположена к ней слишком близко.

На участках расположения площадок ранних отражений рекомендуется размещать звукопоглощающие материалы или звукорассеивающие конструкции (акустические диффузоры). Акустическая отделка площадок ранних отражений должна быть адекватна частотному диапазону, в котором более всего наблюдаются акустические искажения (эффект гребенчатой фильтрации).

Линейные размеры применяемых акустических покрытий должны быть на 500-600 мм больше размеров площадок первых отражений. Параметры необходимой акустической отделки в каждом конкретном случае рекомендуется согласовать с инженером-акустиком.

"

Расчет
резонатора Гельмгольца

Резонатор Гельмгольца является колебательной системой с одной степенью свободы, поэтому он обладает способностью отзываться на одну определенную частоту, соответствующую его собственной частоте.

Характерной особенностью резонатора Гельмгольца является его способность совершать низкочастотные собственные колебания, длина волны которых значительно больше размеров самого резонатора.

Это свойство резонатора Гельмгольца используется в архитектурной акустике при создании так называемых щелевых резонансных звукопоглотителей (Slot Resonator). В зависимости от конструкции резонаторы Гельмгольца хорошо поглощают звук на средних и низких частотах.

В общем случае конструкция поглотителя представляет собой деревянный каркас, смонтированный на поверхности стены или потолка. На каркасе закрепляется набор деревянных планок, между которыми оставляются зазоры. Внутреннее пространство каркаса заполняется звукопоглощающим материалом. Резонансная частота поглощения зависит от сечения деревянных планок, глубины каркаса и эффективности звукопоглощения изоляционного материала.

fo = (c/(2*PI))*sqrt(r/((d*1.2*D)*(r+w))) , где

w - ширина деревянной планки,

r - ширина зазора,

d - толщина деревянной планки,

D - глубина каркаса,

с - скорость звука в воздухе.

Если в одной конструкции применять планки различной ширины и закреплять их с неодинаков ми зазорами, а также выполнять каркас с переменной глубиной, можно построить поглотитель, эффективно работающий в широкой полосе частот.

Конструкция резонатора Гельмгольца достаточно проста и может быть собрана из недорогих и доступных материалов непосредственно в музыкальной комнате или в студийном помещении во время производства строительных работ.

"

Расчет панельного НЧ-поглотителя конверсионного типа (НЧКП)

Панельный поглотитель конверсионного типа является достаточно популярным средством акустической обработки музыкальных комнат благодаря простой конструкции и довольно высокой эффективности поглощения в области низких частот. Панельный поглотитель представляет собой жесткий каркас-резонатор с замкнутым объемом воздуха, герметично закрытый гибкой и массивной панелью (мембраной). В качестве материала мембраны, обычно применяют листы фанеры или MDF. Во внутреннее пространство каркаса помещается эффективный звукопоглощающий материал.

Звуковые колебания приводят в движение мембрану (панель) и присоединенный объем воздуха. При этом кинетическая энергия мембраны преобразуется в тепловую энергию за счет внутренних потерь в материале мембраны, а кинетическая энергия молекул воздуха преобразуется в тепловую энергию за счет вязкого трения в слое звукопоглотителя. Поэтому мы называем такой тип поглотителя конверсионным.

Поглотитель представляет собой систему масса-пружина, поэтому он обладает резонансной частотой, на которой его работа наиболее эффективна. Поглотитель может быть настроен на желаемый диапазон частот путем изменения его формы, объема и параметров мембраны. Точн й расчет резонансной частоты панельного поглотителя является сложной математической задачей, и результат зависит от большого количества исходных параметров: способа закрепления мембраны, её геометрических размеров, конструкции корпуса, характеристик звукопоглотителя и т.п.

Тем не менее, использование некоторых допущений и упрощений позволяет достичь приемлемого практического результата.

В таком случае, резонансную частоту fo можно описать следующей оценочной формулой:

fo=600/sqrt(m*d) , где

m - поверхностная плотность мембраны, кг/кв.м

d - глубина каркаса, см

Данная формула справедлива для случая, когда внутреннее пространство поглотителя заполнено воздухом. Если внутрь поместить пористый звукопоглощающий материал, то на частотах ниже 500 Гц процессы в системе перестают быть адиабатическими и формула трансформируется в другое соотношение, которое и применяется в он-лайн калькуляторе "Расчет панельного поглотителя":

fo=500/sqrt(m*d)

Заполнение внутреннего объема конструкции пористным звукопоглощающим материалом снижает добротность (Q) поглотителя, что приводит к расширению его рабочего диапазона и увеличению эффективности поглощения на НЧ. Слой звукопоглотителя не должен прикасаться к внутренней поверхности мембраны, также желательно оставить воздушный зазор между звукопоглотителем и задней стенкой устройства.
Теоретический рабочий диапазон частот панельного поглотителя расположен в пределах +/- одна октава относительно расчетной резонансной частоты.

Необходимо отметить, что в большинстве случаев описанного упрощенного подхода вполне достаточно. Но иногда решение ответственной акустической задачи требует более точного определения резонансных характеристик панельного поглотителя с учетом сложного механизма изгибных деформаций мембраны. Это требует проведения более точных и достаточно громоздких акустических расчетов.

"

Расчет размеров студийных помещений в соответствии с рекомендациями EBU/ITU, 1998

За основу взята методика, разработанная в 1993 году Робертом Волкером (Robert Walker) после серии исследований, проведенных в инженерном департаменте ВВС (Research Department Engineering Division of ВВС). В результате была предложена формула, регулирующая соотношение линейных размеров помещения в достаточно широких пределах.

В 1998 году данная формула была принята в качестве стандарта Европейским Радиовещательн м Союзом (European Broadcasting Union, Technical Recommendation R22-1998) и Международным Телекоммуникационным Союзом (International Telecommunication Union Recommendation ITU-R BS.1116-1, 1998) и рекомендована к применению при строительстве студийных помещений и музыкальных комнат прослушивания.
Соотношение выглядит следующим образом:

1.1w/h <= l/h <= 4.5w/h - 4,

l/h < 3, w/h < 3

где l - длина, w - ширина, и h - высота помещения.

Кроме того, должны быть исключены целочисленные соотношения длинны и ширины помещения к его высоте в пределах +/- 5%.

Все размеры должны соответствовать расстояниям между основными ограждающими конструкциями помещения.

"

Расчет диффузора Шредера

Проведение расчетов в предлагаемом калькуляторе подразумевает ввод данных в диалоговом режиме и дальнейшее выведение результатов на экран в виде диаграммы. Расчет времени реверберации производится по методике, изложенной в СНиП 23-03-2003 "Защита от шума" в октавных полосах частот по формуле Эйринга (Carl F. Eyring):

Т (сек) = 0,163*V / (−ln(1−α)*S + 4*µ*V)

V - объем зала, м3
S - суммарная площадь всех ограждающих поверхностей зала, м2
α - средний коэффициент звукопоглощения в помещении
µ - коэффициент, учитывающий поглощение звука в воздухе

Полученное расчетное время реверберации графически сравнивается с рекомендуемым (оптимальным) значением. Оптимальным называют такое время реверберации, при котором звучание музыкального материала в данном помещении будет наилучшим или при котором разборчивость речи будет наивысшей.

Оптимальные значения времени реверберации нормируются соответствующими международными стандартами:

DIN 18041 Acoustical quality in small to medium-sized rooms, 2004
EBU Tech. 3276 - Listening conditions for sound programme, 2004
IEC 60268-13 (2nd edition) Sound system equipment - Part 13, 1998

Защита помещений от шума в настоящее время особенно актуальна, поскольку традиционные ограждения уступили место более легким конструкциям индустриального типа, к тому же уровень шума по мере развития промышленности и транспорта постоянно возрастает.

Звук представляет собой колебательное движение упругой среды (газообразной, жидкой и твердой). В упругих средах звук распространяется с определенной скоростью с , зависящей главным образом от свойств среды. Скорость звука в воздухе около 340м/с , в воде 1450м/с , в стали 5100м/с . Ухо человека воспринимает звуки в диапазоне частот от 20 до 20 000 Гц .

Интервал частот, ограниченный двумя частотами, из которых верхняя вдвое больше предыдущей нижней, называют октавой.

При известной скорости звука с частота f определяет длину волны λ и период колебаний Т:

λ=с/f; Т=λ /с. (21)

Одной из основных физических характеристик звука является сила, или интенсивность, звука I , которая определяется как количество звуковой энергии, переносимой звуковой волной в 1с через площадку в 1см 2 (или м 2 ), перпендикулярную направлению движения звуковой волны. Измеряют интенсивность звука в ваттах на см 2 (или на м 2 ).

Область звуковых колебаний, воспринимаемых человеком, показана на рис. 21, из которого следует, что пороги слышимости, болевых ощущений зависят не только от силы звука, но и от частоты. Звуки одинаковой силы, но разной частоты воспринимаются как различные по громкости. В связи с чем для количественной оценки восприятия звука введено понятие эталона звука по частоте. В качестве эталона сравнения звуков различны частот принят звук частотой 1000 Гц, в полосе которого органы слуха человека обладают наибольшей чувствительностью.

В акустике принята логарифмическая система единиц. Кроме чисто математических удобств это обусловлено тем, что по гипотезе Вебера- Фехнера восприятие звука человеком пропорционально не абсолютному изменению силы звука, а логарифму этого изменения.

В логарифмической системе единиц десятичный логарифм отношения какой-либо величины А к величине А 0 , принятой за эталон сравнения, называют уровнем величины А, измеряемой в беллах (Б ), и обозначают через L A:

L A =lg(A/A 0), (22)

Белл довольно крупная единица. В акустике принята единица, в десять раз меньшая, называемая децибелом (дБ ). Уровень величины А в децибелах выражают так:

L A = 10lg(A/A o), (23)

При определении уровней силы звука за эталон сравнения принята сила звука J 0 на пороге слышимости при частоте звука 1000Гц , равная 10 16 Вт/см 2 . Таким образом, уровень силы звука, дБ , выражают формулой:

L J = 10lg(J/J o). (24)

Важной физической характеристикой звука является звуковое давление Р, определяемое как разность между мгновенным значением полного давления в звуковой волне и средним в данной точке при отсутствии звука. При расчетах пользуются среднеквадратичным звуковым давлением, которое для чистого тона определяют по формуле:

Р ср = Р max / , (25)

Сила звука пропорциональна квадрату звукового давления:

J = P 2 ср / ρc, (26)

где ρc - произведение плотности среды на скорость распространения звука в ней, называемое удельным акустическим сопротивлением среды.

Уровень силы звука через уровень звукового давления выражают по формуле:

L J = 20lg(Р/Р o), (27)

где Р - звуковое давление звука данной частоты, Па (дин);

Р 0 - то же звука, частотой 1000Гц на пороге слышимости, равное

2·10 -5 Па (2·10 -4 дин/см 2 ).

Различают два вида звуков: воздушные (возникающие и распространяющиеся в воздухе) и ударные (распространяющиеся в твердых телах при механическом воздействии на них). Воздушный шум передается через ограждения (главным образом, щели, трещины, отверстия или сквозные поры); он возникает также вследствие колебаний тонкостенных конструкций. Ударный звук передается по конструкциям в зависимости от степени однородности материала и его модуля упругости.

Изоляцию ограждением воздушного шума R в оценивают по снижению уровня шума при прохождении через ограждение (с учетом звукового поглощения защищаемого помещения):

R в = L 1 - L 2 + lg (S/A), (25)

где L 1 и L 2 - средние уровни звукового давления до и после прохождения звука через ограждение;

S - площадь ограждающей конструкции;

А - общее звуковое поглощение защищаемого помещения.

Ударный звук особенно передается через перекрытия. Он возникает в самой конструкции. Поэтому изоляцию перекрытиями ударного шума оценивают по уровню шума над перекрытием при стандартном ударном воздействии на перекрытие. В качестве последнего принимают удары свободно падающего с высоты 4см тела массой 0,5кг с частотой 10 ударов в 1с .

Для этого случая определяют приведенный уровень ударного шума над перекрытием:

L п = L y -10lg(A 0 /A), (26)

где L y - уровень ударного шума относительно порогового;

A 0 - стандартное звуковое поглощение, равное 10м 2 ;

А - общее звуко­вое поглощение помещения.

Звукоизоляция ограждения зависит не только от массы конструкции, но и от частоты изолируемого звука. Поэтому для оценки звукоизолирующей способности ограждения необходимо знать частотную характеристику - кривую, показывающую зависимость звукоизоляции конструкции в децибелах от частоты изолируемого шума в пределах октавных полос со среднегеометрическими частотами в 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000Гц .

За расчетные и нормируемые параметры звукоизоляции ограждающих конструкций принимают так называемый индекс изоляции воздушного шума ограждающей конструкцией И в в дБ и индекс приведенного уровня ударного шума под перекрытием И у.

Для определения индексов изоляции сравнивают измеренные или рассчитанные характеристики с нормативными, приведенными на рис 25.

Индекс изоляции воздушного шума ограждающей конструкции обозначают формулой:

И в = 50 + Δ в, (27)

А индекс приведенного уровня ударного шума под перекрытием:

И у =7О - Δ у. (28)

В этих формулах значения 50 и 70дБ соответствуют индексам изоляции воздушного шума (50дБ ) и индексу приведенного уровня ударного шума под перекрытием (70дБ ) нормативных частотных характеристик. Поправки Δ в и Δ у определяют как средние отклонения частотных характеристик изоляции данного ограждения от нормативных.

а) изоляции воздушного шума ограждающей конструкции;

б) приведенного уровня ударного шума под перекрытием

Рис. 25. Нормативные частотные характеристики

В ориентировочных расчетах индекс изоляции воздушного шума однослойными ограждениями объемной массой от 100 до 1000кг/м 2 можно определить в дБ по формулам:

И в = 23 lgKm- 10 дБ при m> 200 кг/м 2 ; (29)

И в = 13 lg Km + 13 дБ при m < 200 кг/м 2 , (30)

где m - масса 1м 2 ограждения;

K -коэффициент, принимаемый в зависимости от материала и типа конструкции (для сплошных ограждающих конструкций из материалов плотностью более 1800 кг/м 3 K = 1; для ограждающих конструкций из материалов плотностью 1200-1300 кг/"м 3 из бетонов на гипсовом вяжущем K = 1,25).

Для ограждающих конструкций с круглыми пустотами из железобетона и бетона плотностью более 1800кг/м 3 коэффициент K определяют по формуле:

K = 1,86 / b h 3 пр , (31)

где J - момент инерции сечения, м 4 ;

b - ширина его, м;

h пр - приведенная толщина сечения, м.

Для ограждений из бетонов на пористых заполнителях и цементном вяжущем коэффициент К следует определять по формуле:

К = 2,26 /ρ, (32)

где Е - модуль упругости материала, кгс/м 2 ;

ρ - плотность материала, кг/м 3 .

Нормативные индексы изоляции воздушного шума ограждающими конструкциями И н в и приведенного уровня ударного шума под перекрытием И н у жилых зданий приведены в табл. 37.

Для повышения звукоизолирующей способности стен, перегородок и перекрытий без увеличения их массы целесообразно применять раздельные конструкции со сплошной воздушной прослойкой без жесткой связи между элементами ограждения.

Звукоизоляционные свойства ограждения при наличии сплошной воздушной прослойки повышаются в связи с тем, что воздух упруго воспринимает колебания одной стенки и передает их второй стенке ослабленными.

С увеличением толщины воздушной прослойки звукоизоляция также увеличивается, однако из-за необходимости ограничивать общую толщину ограждения воздушный промежуток обычно делают не более 60 мм.

Для звуковой изоляции междуэтажных перекрытий применяют упругие прокладки, которые гасят звуковые колебания, возникающие при ударах.

Таблица 37

Нормативные величины звукоизолирующей способности ограждающих конструкций жилых зданий

Акустика в дизайнерских решениях . Звук, возникший в помещении, частью поглощается, а частью отражается ограждающими конструкциями, оборудованием, зрителями. Уровнями процессов отражения и поглощения звука определяются акустические свойства помещения. Для хорошей акустики необходимо обеспечить по возможности равномерное распределение звука в объеме помещения, особенно в зоне зрителей. Процесс затухания отраженных звуков должен идти так, чтобы не искажался прямой звук от источника, а усиливался при восприятии слушающими.

Одним из важнейших показателей акустических свойств помещений является реверберация.

Реверберацией называют наличие остаточного звучания в помещении после прекращения основного звука вследствие многократных отражений звуковых волн от поверхностей стен, потолка и др.

Продолжительность реверберации, или время затухания отраженного звука до порога слышимости, зависит как от акустических свойств помещения, так и от мощности источника звука. Для акустического расчета и проектирования требуется характеристика, которая зависит только от акустических свойств помещения. Такой характеристикой является скорость затухания отраженного звука, или стандартная реверберация.

Под стандартной реверберацией Т ст понимают то время, за которое плотность звуковой энергии отраженного звука уменьшается в 1 млн раз или уровень звукового давления снижается на 60дБ.

При продолжительной реверберации помещение становится гулким, при весьма короткой - глухим. Время реверберации зависит от объема и общего звукопоглощения помещения и объектов, находящихся в нем, а также от частоты звука. Опытным путем установлен оптимум стандартной реверберации T опт - такая длительность ее, при которой создаются наилучшие условия слышимости в данном помещении. Оптимум реверберации в зависимости от объема зала указан в табл. 38.

Оптимальное время реверберации T опт для частоты 500Гц можно приближенно определить по формуле:

T опт =K lgV, (33)

где V - объем помещения;

К - коэффициент, принимаемый:

0,41 - для оперных театров и концертных залов;

0,36 - для драматиче­ских театров;

0,29 - для кинотеатров и аудиторий.

В диапазоне низких частот оптимальную реверберацию можно увеличить на 20-30 %. А в диапазоне высоких частот – уменьшить на 10-15 %.

Таблица 38

Оптимальное время стандартной реверберации Т опт

Объем помещения, м3	Т опт, с, при	Объем помещения, м3	Т опт, с, при
Частоте 125 Гц	Частоте 500 Гц	Частоте 125 Гц	Частоте 500 Гц
	1,2	1,0	1 000	1,45	1,2
	1,3	1,1	1 500	1,55	1,25
	1,35	1,15	2 000	1,6	1,28
3 000	1,75	1,35	8 000	2,15	1,5
4 000	1,8	1,38	9 000	2,25	1,53
5 000	1,9	1,4	10 000	2,3	1,55
6 000	2,0	1,45	15 000	2,4	1,6
7 000	2,05	1,48	20 000	2,45	1,63

Примечание. Промежуточные значения времени Т опт определяют по интерполяции.

Для обеспечения требуемой акустики в помещении используют материалы, хорошо поглощающие звук. Поглощение звука характеризуется коэффициентом звукопоглощения α, выражающим отношение звуковой энергии, поглощенной поверхностью ограждения, к звуковой энергии, падающей на него. За единицу поглощения звука принят Сэбин, характеризующий полное поглощение звука поверхностью, отнесенное к единице площади (поглощение 1м 2 открытого окна).

Коэффициент звукопоглощения материала изменяется в зависимости от частоты звуков и направления звуковой волны относительно поверхности. В большинстве случаев звуки низкой частоты поглощаются материалом хуже, чем высоких частот.

Реверберация увеличивается с увеличением объема помещения и уменьшением величины общего поглощения помещения. Время реверберации Т сг должно быть равно оптимальному Т опт . Так как коэффициенты звукопоглощения обычных строительных материалов (штукатурка, кирпич, бетон, дерево) сравнительно невелики, то время стандартной реверберации зрительных залов, как правило, превышает время оптимальной реверберации. В связи с этим для уменьшения гулкости часть ограждений зала облицовывают звукопоглощающими материалами и устанавливают резонаторы.

При акустическом проектировании зрительных залов реверберацию определяют для частот в 125, 500 и 2000Гц . Расчет акустики зала рекомендуется вести с учетом заполнения его зрителями на 70%.

Для хорошего восприятия звука в помещении требуется равномерное распределение звуковой энергии путем регулирования отражения звука.

Акустические качества помещений характеризуются степенью разборчивости речи во всех его точках. Критерием служит слоговая артикуляция , показывающая процент правильно воспринятых слушателем слогов. Разборчивость считается отличной при 96% правильно воспринимаемых слогов, хорошей 96-85%, удовлетворительной 85-75%, трудноразборчивой 76-65%, недопустимой 65% и ниже.

Артикуляция речи определяется по формуле:

А = 0,96 К 1 К 2 К 3 К 4 , (34)

где К 1 - коэффициент, учитывающий уровень громкости звука;

К 2 - коэффициент, учитывающий время реверберации;

К 3 - коэффициент, учитывающий шумовой фон в помещении;

К 4 - коэффициент, учитывающий форму помещения (в прямоугольных и секториальных помещениях 1,0; в малых помещениях с большим звукоотражением 1,06).

Для расчетов можно пользоваться табл. 39.

Таблица 39

Значения коэффициентов К 1 , К 2 и К 3 и процентная слоговая артикуляция

При расчетах времени реверберации следует учитывать, что фактическое звукопоглощение всегда превышает расчетное за счет неучитываемых расчетом локальных (обычно сосредоточенных) звукопоглощений.

Учитывать добавочное звукопоглощение можно путем введения среднего коэффициента добавочного звукопоглощения, который рекомендуется принимать для частот 500-2000 Гц равным α = 0,04.

Пример 7

Для конференц-зала с размерами 12х24 и высотой 6 м рассчитать и оценить артикуляцию.

1. Определяем время реверберации.

Оптимальное время реверберации зависит от длины пробегов отраженных звуков, следовательно, от объема помещения и назначения. Его приближенно можно определить по формуле:

Т опт = К · lgV,

где Т опт – оптимальное время реверберации для звуков силой 500Гц ;

V – объем помещения, м 3 ;

К – коэффициент, зависящий от назначения помещений, принимаемый равным для оперных и концертных залов 0,41; драматических залов 0,36; кинозалов и аудиторий 0,29.

V = 12 х 24 х 6 = 1728 м 3

Следовательно,

Т опт = К· lg V = 0,41· lg1728 = 0,41 ·3,237 = 1,33с

2. Определяем артикуляцию:

При Т = 1,33 сек коэффициенты К 1 = 0,95; К 2 = 0,95; К 3 = 0,83; К 4 = 1,0

А = 0,96 х 0,95 х 0,95 х 0,83 х 1,0 х 100% = 75,6 %.

ЗАДАНИЕ 6

Для помещения, характеристики которого заданы в табл. 40, рассчитать и оценить артикуляцию.

Таблица 40

Индивидуальные варианты задания

№ варианта	Размеры, м	Назначение помещения	Значение К 4
Длина	Ширина	Высота
				Аудитория	1,06
				Читальный зал	1,06
				Аудитория
				Лекционный зал
				Конференц-зал
				Концертный зал
				Оперный зал
				Кинозал
				Лекционный зал
				Драматический зал
				Кинозал
				Концертный зал
				Драматический зал	1,06
				Кинозал
				Оперный зал
				Аудитория	1,06
				Читальный зал	1,06
				Аудитория
				Лекционный зал	1,06
				Конференц-зал	1,06
				Концертный зал
				Оперный зал
				Кинозал
				Лекционный зал
				Драматический зал
				Кинозал
				Концертный зал
				Драматический зал
				Кинозал
				Оперный зал

ЛИТЕРАТУРА

1 Архитектурная физика: Учебник для вузов / Под ред. Н.В. Оболенского. – М. : Архитектура – С, 2005.

2 Дятков С.В., Михеев А.П. Архитектура промышленных зданий. – М.: АВС, 1998.

3 Защита от шума в градостроительстве / Осипов Г.Л., Коробков В.Е. и др. – М.: Стройиздат, 1993. (Справочник проектировщика).

4 Ковригин С.Д., Крышов С.П. Архитектурно – строительная акустика. – М.: Высшая школа, 1986.

5 Краткий справочник архитектора (Гражданские здания и сооружения) Коваленко Ю.Н., Шевченко В.П. - Киев: Будiвельник, 1975.

6 Лицкевич В.К. Жилище и климат. – М.: Стройиздат, 1984.

8 СНиП 2.01.01-82. Строительная климотология и геофизика.

9 Строительная климотология: Справочное пособие к СНиПу. – М.: Стройиздат, 1990.

10 СНиП II – 3 – 79*. Строительная теплотехника. – М.: Стройиздат, 1979.

11 СНиП II – 4 – 79. Естественное и искусственное освещение.

12 СНиП II – 12 – 77. Глава «Защита от шума». – М. Стройиздат, 1978.

Ресурсы Интернет.

Акустичекие расчеты

Среди проблем оздоровления окружающей среды борьба с шумами является одной из актуальнейших. В крупных городах шум является одним из основных физических факторов, формирующих условия среды обитания.

Рост промышленного и жилищного строительства, бурное развитие различных видов транспорта, все большее применение в жилых и общественных зданиях сантехнического и инженерного оборудования, бытовой техники привели к тому, что уровни шума в селитебных зонах города стали сравнимы с уровнями шумов на производстве.

Шумовой режим крупных городов формируется главным образом автомобильным и рельсовым транспортом, составляющим 60-70% всех шумов.

Заметное влияние на уровень шума оказывает увеличение интенсивности воздушных перевозок, появление новых мощных самолетов и вертолетов, а также железнодорожный транспорт, открытые линии метро и метро мелкого заложения.

Вместе с тем, в некоторых крупных городах, где предпринимаются меры по улучшению шумовой обстановки наблюдается снижение уровней шума.

Шумы бывают акустические и неакустичекие, какова их разница?

Акустический шум определяется как совокупность различных по силе и частоте звуков, возникающих в результате колебательного движения частиц в упругих средах (твердых, жидких, газообразных).

Неакустические шумы - Радиоэлектронные шумы - случайные колебания токов и напряжений в радиоэлектронных устройствах, возникают в результате неравномерной эмиссии электронов в электровакуумных приборах (дробовой шум, фликкер-шум), неравномерности процессов генерации и рекомбинации носителей заряда (электронов проводимости и дырок) в полупроводниковых приборах, теплового движения носителей тока в проводниках (тепловой шум), теплового излучения Земли и земной атмосферы, а также планет, Солнца, звёзд, межзвёздной среды и т. д. (шумы космоса).

Акустический расчёт, расчет уровня шума.

В процессе строительства и эксплуатации различных объектов проблемы борьбы с шумом являются неотъемлемой частью охраны труда и защиты здоровья населения. Выступать источниками могут машины, транспортные средства, механизмы и другое оборудование. Шум, его величина воздействия и вибраций на человека зависит от уровня звукового давления, частотных характеристик.

Под нормированием шумовых характеристик понимают установление ограничений на значения этих характеристик, при которых шум, воздействующий на людей, не должен превышать допустимых уровней, регламентированных действующими санитарными нормами и правилами.

Целями акустического расчета являются:

Выявление источников шума;

Определение их шумовых характеристик;

Определение степени влияния источников шума на нормируемые объекты;

Расчет и построение индивидуальных зон акустического дискомфорта источников шума;

Разработка специальных шумозащитных мероприятий, обеспечивающих требуемый акустический комфорт.

Установка систем вентиляции и кондиционирования уже считается естественной потребностью в любом здании (будь оно жилое или административное), акустический расчет должен выполняться и для помещений подобного типа. Так, в случае не проведения расчета уровня шума, может оказаться, что в помещении очень низкий уровень звукопоглощения, а это очень усложняет процесс общения людей в нем.

Поэтому прежде чем устанавливать в помещении системы вентиляции, провести акустический расчет нужно обязательно. Если окажется, что для помещения характерны плохие акустические свойства, необходимо предложить провести ряд мероприятий, по улучшению акустической обстановки в помещении. Поэтому акустические расчеты выполняются и на установку бытовых кондиционеров.

Акустический расчет чаще всего проводится для объектов, которые имеют сложную акустику или отличаются повышенным требованиям к качеству звука.

Звуковые ощущения возникают в органах слуха при воздействии на них звуковых волн в диапазоне от 16 Гц до 22 тыс. Гц. Звук распространяется в воздухе со скоростью 344 м/с, за 3 сек. 1 км.

Величина порога слышимости зависит от частоты ощущаемых звуков и равна 10-12 Вт/м 2 на частотах близких 1000 Гц. Верхней границей является порог болевого ощущения, который в меньшей степени зависит от частоты и лежит в пределах 130 - 140 дБ (на частоте 1000 Гц по интенсивности 10 Вт/м 2, по звуковому давления).

Соотношение уровня интенсивности и частоты определяет ощущение громкости звука, т.е. звуки, имеющие различную частоту и интенсивность, могут оцениваться человеком как равногромкие.

При восприятии звуковых сигналов на определенном акустическом фоне может наблюдаться эффект маскировки сигнала.

Эффект маскировки может отрицательно сказываться в акустических индикаторах и может быть использован для улучшения акустической обстановки, т.е. в случае маскировки высокочастотного тона низкочастотным, который менее вреден для человека.

Порядок выполнения акустического расчета.

Для выполнения акустического расчета потребуются следующие данные:

Размеры помещения, для которого будет проводиться расчет уровня шума;

Основные характеристики помещения и его свойства;

Спектр шума от источника;

Характеристика преграды;

Данные о расстоянии от центра источника шума до точки акустического расчета.

При расчете, для начала определяются источники шума и их характерные свойства. Далее на исследуемом объекте выбираются точки, в которых будут проводиться расчеты. В выбранных точках объекта проводится расчет предварительного уровня звукового давления. Основываясь на полученных результатах, выполняется расчет по снижению шума до требуемых норм. Получив все необходимые данные, выполняется проект по разработке мероприятий, благодаря которым будет снижен уровень шума.

Правильно выполненный акустический расчет является залогом отличной акустики и комфорта в помещении любого размера и конструкции.

На основе выполненного акустического расчета можно предлагать следующие мероприятия для снижения уровня шума:

* установка звукоизолирующих конструкций;

* использование уплотнений в окнах, дверях, воротах;

* использование конструкций и экранов, которые поглощают звук;

*осуществление планировки и застройки селитебной территории в соответствии со СНиП;

* применение глушителей шума в вентиляционных системах и системах кондиционирования.

Проведение акустического расчета.

Работы по расчету уровней шума, оценки акустического (шумового) воздействия, а также проектирование специализированных шумозащитных мероприятий, должны осуществляться специализированной организацией, имеющей соответствующую область.

шум акустический расчет измерение

В самом простом определении основная задача акустического расчета - это оценка уровня шума, создаваемого источником шума в заданной расчетной точке с установленным качеством акустического воздействия.

Процесс проведения акустического расчета состоит из следующих основных этапов:

1. Сбор необходимых исходных данных:

Характер источников шума, режим их работы;

Акустические характеристики источников шума (в диапазоне среднегеометрических частот 63-8000 Гц);

Геометрические параметры помещения, в котором расположены источники шума;

Анализ ослабленных элементов огорождающих конструкции, через которые шум будет проникать в окружающую среду;

Геометрические и звукоизоляционные параметры ослабленных элементов огорождающих конструкций;

Анализ близлежащих объектов с установленным качеством акустического воздействия, определений допустимых уровней звука для каждого объекта;

Анализ расстояний от внешних источников шума до нормируемых объектов;

Анализ возможных экранирующих элементов на пути распространения звуковой волны (застройка, зеленые насаждения и т.д.);

Анализ ослабленных элементов огорождающих конструкций (оконные проемы, двери и т.д.), через которые шум будет проникать в нормируемые помещения, выявление их звукоизоляционной способности.

2. Акустический расчет производится на основании действующих методических указаний и рекомендаций. В основном это «Методики расчета, нормативы».

В каждой расчетной точке необходимо производить суммирование всех имеющихся источников шума.

Результатом акустического расчета являются некие значения (дБ) в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 63-8000 Гц и эквивалентное значение уровня звука (дБА) в расчетной точке.

3. Анализ результатов расчета.

Анализ полученных результатов осуществляется сравнением значений, полученных в расчетной точке с установленными Санитарными нормами.

При необходимости, следующим этапом проведения акустического расчета может быть проектирование необходимых шумозащитных мероприятий, которые позволят снизить акустическое воздействие в расчетных точках до допустимого уровня.

Проведение инструментальных измерений.

Помимо акустических расчетов, можно провести расчет инструментальных измерений уровней шума любой сложности, в том числе:

Измерение шумового воздействия существующих систем вентиляции и кондиционирования для офисных зданий, частных квартир и т.д.;

Осуществление измерений уровней шума для аттестации рабочих мест;

Проведение работ по инструментальному измерению уровней шума в рамках проекта;

Проведение работ по инструментальному измерению уровней шума в рамках технических отчетов при утверждении границ СЗЗ;

Осуществление любых инструментальных измерений шумового воздействия.

Проведение инструментальных замеров уровней шума производится специализированной мобильной лабораторией с применением современного оборудования.

Сроки выполнения акустического расчета. Сроки выполнения работы зависят от объема расчетов и измерений. Если необходимо произвести акустический расчет для проектов жилых застроек или административных объектов, то они выполняются в среднем 1 - 3 недели. Акустический расчет для крупных или уникальных объектов (театры, органные залы) занимает больше времени, основываясь на предоставленных исходных материалах. Кроме того, на срок работы во многом влияют количество исследуемых источников шума, а также внешние факторы.