Защита от шума

 

Защита от шума в строительстве во всех ее проявлениях была и остается актуальной. Особенно она обострилась в последние годы в связи со значительно возросшей интенсивностью транспортного движения. Мероприятия по ослаблению шума необходимо предусматривать уже на стадии проектирования.

 

Защита от шума в строительстве

 

Увеличивающиеся шумовые воздействия снаружи, повышенные шумовые воздействия изнутри дома заставляют строителей все больше внимания уделять такому аспекту как защита от шума.

Причинами растущего значения защиты от шума являются:

• Большие транспортные потоки
• Увеличивающееся авиационное сообщение
• Небольшие участки под строительство
• Более плотная застройка
• Различное время работы членов семьи
• Работа в разные смены и, соответственно, разное время сна и отдыха
• Большая нагрузка на человека на рабочем месте от шума машин и механизмов и, как следствие, большая потребность в покое
• Более мощные стереоустановки
• Различные привычки относительно громкости телевизоров и прослушивания музыки
• Большая мощность домашних электроприборов

 

Все эти шумовые воздействия делают людей более чувствительными. Защита от шума в большинстве случаев не может проводиться после постройки дома без учета его конструкций. Часто она касается основных вопросов проектирования и строительства зданий.

Уже перед проектированием и возведением строительного объекта следует учитывать следующие положения:

 

Выбор участка для строительства

 

С выбором участка мы учитываем уже главный фактор шумовой нагрузки снаружи (уличный шум, шум самолетов, промышленный шум).

 

Ориентация дома на участке

 

Какие помещения располагать со стороны улицы, а какие — со стороны, противоположной улице.

 

Планировочное решение здания

 

Принцип: шумные комнаты рядом с шумными комнатами, помещения, где требуется покой — рядом с тихими помещениями. Например: нельзя располагать лестничные клетки рядом со спальнями, шахту лифта — рядом с больничной палатой или номером в отеле.

 

Выбор конструктивного решения

 

Массивные конструкции — железобетонный каркас; каркасно-щитовые деревянные конструкции — прочие легкие конструкции.

 

Вид стен и перекрытий

 

Наружные стены: с одним плотным слоем, с двумя плотными слоями. Перегородки: возведение, вид материала, толщина, плотность материала.

Перекрытия: массивные, ребристые из мелкоразмерных элементов, плитно-балочные перекрытия, ребристые плитные, по деревянным балкам, с одним плотным слоем, с двумя плотными слоями.

 

Устройство окон

 

Переплеты: с простым фальцем, с двойным фальцем, с и без резиновых уплотнительных прокладок. Шумозащитное остекление или только стеклопакеты.

 

Устройство дверей

 

Обычные двери или особенные двери. Двери из ДСП трубчатой структуры. Двери, заполненные песком или пустые, специальные шумозащитные двери с механизмом уплотнения в нижней части при запирании двери.

 

Устройство водоснабжения и водоотведения

 

Величина поперечного сечения водопроводных труб:
Чем больше сечение =» тем меньше шум потока воды.
Чем меньше сечение =» тем больше шум потока воды.
Упругие прокладки вокруг труб при проходе через конструкции.

 

Материал канализационных труб:
Пластмассовые трубы =» шум потока более слышен.
Чугунные трубы =» шум потока почти не слышен.

 

Выбор и расположение инженерного оборудования

 

Лифты, мусопроводы, стиральные машины, сушилки для белья, тепловые насосы.
Частично используются упругие основания под эти устройства.

 

Вид использования

 

Например, содержание животных; промышленное; частное.

 

Звук

 

Защита от шума — это прежде всего борьба со звуком проникающим в здание. Звуком называют механические колебания упругого тела в частотном диапазоне слышимости человека.

 

Рис. Частота в октавных интервалах

 

 

Расстояние одного тона до следующего такого же, но более высокого или следующего более низкого называют октавой.

 

Рис. Поле разговорной речи — поле музыкальное — поле слышимости

 

 

Взрослый человек с еще не поврежденным слухом воспринимает частоты от 16 до 16000 Герц (Гц). Более молодой человек с нормальным слухом может различать звуки частотой до 20000 Гц, маленькие дети — до 24000 Гц, тогда как пожилые люди имеют намного меньший диапазон слышимости.

 

Частота звука

 

Если ударить по струне гитары или провести смычком по струне скрипки и заставить их колебаться, то струна в зависимости от ее длины и толщины будет производить совершенно определенное число колебаний в единицу времени. В духовом музыкальном инструменте за счет колебаний губ и открывания и закрывания клапанов производятся колебания столбов воздуха разной длины. Количество этих колебаний в единицу времени называют частотой.

 

Частота f = Число колебаний / Секунда

 

Амплитуда звука

 

Тогда, как количество колебаний в секунду определяет высоту тона, размах, или амплитуда колебаний определяет громкость звука. Чем сильнее отклонить струну или ударить по ней, тем сильнее она колеблется и тем сильнее звук.

 

 

Если снабдить камертон на одной из его вилок пишущим устройством и задать ему колебательное движение, одновременно протягивая с постоянной скоростью под пером полоску бумаги, то пишущее устройство нарисует равномерную кривую, соответствующую синусоиде. Уменьшающаяся амплитуда, связанная с уменьшающейся слышимостью тона, будет также заметна.

 

 

 

 

Терминология звука

 

Тон -звуковые колебания синусоидальной формы.
Звучание — наложение многих тонов.
Шум — нерегулярные колебания без закономерной зависимости.
Громкий резкий короткий звук — кратковременный, очень сильный быстро кончающийся звуковой сигнал.

Колебание — восприятие звука
Частота — определяет высоту тона
Амплитуда — определяет громкость
Форма колебаний -определяет окраску звучания.

 

Звучание

 

Физический чистый тон со своим синусоидным колебанием — безжизненный и бесцветный. От чистого тона со своим гармоническим синусоидным колебанием следует отличать звучание. Звучание характеризуется тем, что график колебаний не чисто синусоидный, а над чистым основным тоном с низшей частотой еще имеются наложенные на него обертоны, которые в основном являются в большей степени октавными, но также и в меньшей степени в обертонах присутствуют квинты и кварты. При этом говорят об окраске звучания. Этими обертонами в каждом музыкальном инструменте создается своя специфическая окраска звучания. Чистыми тонами мы не в состоянии идентифицировать источник, однако звучанием, а именно окраской звучания мы можем это сделать.

 

Рис. Тихий-громкий тон

 

 

Одинаковые тона — различная громкость звука.
Так как оба тона имеют одни и те же нулевые точки и таким образом одинаковое число колебаний в секунду, их высота одинакова. Из-за разной величины амплитуды они различны по громкости.

 

Рис. Низкий-высокий тон

 

 

Одинаковая громкость — различные тона

 

Одинаковая амплитуда обеих тонов говорит, что они имеют одинаковую громкость. Высокий тон имеет здесь в 1 секунду удвоенное количество колебаний, что означает, что он не только выше, но что он точно на 1 октаву выше, чем более низкий тон.

 

Основные понятия звука

 

Звуковое давление р

 

Явление звука придает воздуху колебания (скорее наоборот — прим. ред.). Это происходит потому, что импульс передается на молекулы воздуха, а от них — на следующие молекулы воздуха. Таким образом возникают попеременно зоны разрежения и уплотнения воздуха. При этом возникает звуковое давление, которое в нашем ухе вызывает ощущение звука.

Под звуковым давлением понимают изменение атмосферного давления внутри определенного периода времени. Началом отсчета является давление р₀= 2 • 10^-5 Н/м² или 20 μПа (1 Па = 1 Н/м²). Это самое меньшее давление звука, которое может воспринять еще человек с неповрежденным слухом (порог слышимости).

 

Рис. Молекулы воздуха

 

 

 

Звуковая мощность Р (англ. Power)

 

Звуковой мощностью называют всю звуковую энергию, излучаемую источником звука по всем направлениям в помещении.

 

Звуковая мощность = Звуковая энергия / Время
P = E / t

Табл. Источники звука

 

 

Звуковая энергия Е

 

Звуковая энергия зависит как от мощности звука, так и от времени его действия.

 

Е= Р t  (Ватт секунда (Вт • с))

 

Пример:

Труба             Р = 3 • 10^-1 Вт
Время игры t = 60 с
Определить: Величину звуковой энергии Е.
Решение: Е= 3 • 10^-1 Вт • 60 с = 180 10^-4 Вт • с = 18 Вт • с

 

Интенсивность звука I

 

Под интенсивностью звука понимают звуковую мощность (Вт) на единицу площади (м²).

 

Интенсивность звука = Звуковая мощность / Площадь

I = P / A    Ватт на м² (Вт/м²)

 

Пример: Громкоговоритель    Р = 60 Вт
Облучаемая звуком площадь А = 80 м²

Определить: Интенсивность звука I

Решение: I= 60 Вт /80 м² = 75 • 10^-2 Вт/м² = 0,75 Вт/м²

Порог слышимости имеет место при интенсивности звука I₀= 10^-12 Вт/м²

 

Уровень звукового давления L (англ. Level). Если две интенсивности звука соотнести в логарифмической зависимости, то такое отношение интенсивности двух звуков названо в честь американского физика А.Б. Белла «Бел». Он усовершенствовал изобретенный Дж. Ф. Рейсом телефон и распространил его в Америке.

 

Уровень звукового давления = 10• lg (I_l/I₀)

 

Пример: I_l = 10^-11 Вт/м²
I₀ = 10^-12 Вт/м²
Определить: Уровень звукового давления L

Решение: L = 10 • lg ( 10^-11 Вт/10^-12 Вт) = 10 • lg10 = 10 дБ = 1 Бел

 

Установление единицы Децибел, а также расчеты могут также производиться с помощью логарифмических отношений звуковой энергии, звуковой интенсивности или звукового давления.

Чтобы по возможности избежать величины с запятой, уровни звукового давления даются в Децибелах.

 

Складывать и вычитать следует в логарифмических соотношениях, так как наше ухо слышит «в логарифмическом масштабе».

 

Источник звука, который находится на пороге слышимости, т.е. еще не может быть услышан, имеет уровень звукового давления 0 дБ. Это называют порогом слышимости.

 

Логарифм

 

Наряду с основными счетными действиями:

• Сложение — вычитание
• Умножение — деление

 

еще имеются:

• Извлечение корня, потенцирование, логарифмирование

 

Как в потенцировании, так и в логарифмировании в строительной практике имеет место потенцирование на базе 10 (десятичные логарифмы), а также логарифмы с любой другой базой.
Примечание: написание: log — при любой базе
lg — при базе 10

 

Потенцирование

База <—>10 : 10³ = 1000

База <—>12 : 12⁴ = 20736

Задача: Из данного основного числа (база) 10 и показателя степени (экспонента) 3 получить величину потенциала 1000.

 

Извлечение корня

 

База <— 10 : ³√ 1000 = 10
База <— 12 : ⁴√ 20736 = 12

 

Задача: Из величины потенциала (радикал) 1000 и показателя (экспонента корня) 3 получить основное число (базу) 10.
Экспонента при потенцировании будет при извлечении корня экспонентой корня.

 

Логарифмирование

 

База 10:
дано: 10^x= 1000; требуется определить: х

Решение: х • lg10 = lg1000

x = lg1000 / lg10 ;  x = 3

База 12:
дано: 12^x= 20736; требуется определить: х

Решение: х • log 12 = log20736

х = log20736 / log 12;  х = 4

 

Задача: по величине потенциала 1000 и по величине основного числа (базы) 10 определить показатель степени (экспоненту) х.
Постановка вопроса: Каким числом х надо потенцировать число 10, чтобы получить число 1000.

 

Логарифмирование сводит процессы:

умножения к сложению:              lg(25 • 3) = lg25 + lg3
деления к вычитанию:                  lg(25 : 3) = lg25 — lg3
потенцирования к умножению: lg25³ = 3 • lg25

 

Скорость звука С

 

Скорость звука зависит:

• от материала, в котором распространяется звук
• от температуры этого материала
• от частоты

 

Чем выше температура материала тем лучше звукопроницаемость, так как теплые молекулы более подвижны, чем холодные.

 

Для воздуха справедлива формула:

 

C_L =331,2 + 0,6 •ΔТ

где:

C_L — скорость звука в воздухе в зависимости от температуры
331,2 — скорость звука в воздухе при 0°С
ΔТ— разница температур с 0°С

Примеры:

Скорость звука при -20°С:
C_L= 331,2 + 0,6 -(-20)
C_L = 319,2 м/с
В общем случае:

С = 10³ √ (E_динам / p) ,

здесь:

E_динам — динамический модуль упругости в МН/м²

р — плотность материала в кг/м³

Табл. Скорость звука в различных материалах

 

 

Длина волны λ

 

Звук распространяется волнообразно. Длина волны зависит:

• От величины расстояния распространения звука в воздухе
• От частоты

 

Длина волны может быть измерена:

• От максимума до максимума
• От нулевой точки до нулевой точки

 

 

 

здесь:

А — амплитуда

t — время (лат. tempora)

 

Длина волны λ = Скорость звука в воздухе C_L / Частота f  

 

Если принять среднюю скорость звука в воздухе 343 м/с, то можно получить зависимую от частоты длину волны.

 

Интервал в одну октаву

 

 

Отсюда следует: Чем ниже частота, тем больше длина волны.

 

Длина волны λ_B

Звуковые волны могут падать на строительную конструкцию перпендикулярно или под углом. Падающие под углом звуковые волны вызывают в строительной конструкции большие волны изгибных колебаний, чем те, что соответствовали бы длине звуковых волн.

λ_B = λ / sinβ

λ_B — длина проекции волны на конструкции, м.

Если скорость распространения изгибных волн в перегородке и проекция длины волны одинаковы, то изгибные волны в стене будут иметь свою максимальную амплитуду. Если это имеет место, то звукоизоляция ухудшится. Коэффициент звукопередачи (звукопроводность) при косом падении звуковых волн всегда больше. Этот эффект называют эффектом волновых совпадений.

 

Граничная частота f_Gr в Гц

 

Частота, при которой возникает волновое совпадение, называется граничной частотой. Она рассчитывается по формуле:

 

f_Gr = (60/d) √ (p / E_динам)

 

d — толщина перегородки, м.
р — плотность строительного материала в кг/м³.
E_динам — динамический модуль упругости в МН/м².

 

 

 

Если звук падает на конструкцию под углом β, то происходит волновое совпадение. Граничная частота в этом случае определяется по формуле:

f_Gr = (60/d sinβ) √ (p / E_динам)

 

Граничная частота или частота волнового совпадения — это частота, при которой длина волны воздушного шума соответствует длине волны свободных колебаний перегородки, т.е. когда имеет место равенство:

 

λ_B = λ

 

Чем меньше подкоренное выражение в формулах, тем материал конструкции ценнее с точки зрения звукоизоляции.

 

Защита от шума имеет большое значение, чем ниже граничная частота строительного материала, тем он более ценен с точки зрения защиты от шума. В следующей статье я расскажу о порог слышимости.

 

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ: