Фрагмент документа "ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОЦЕНКЕ НЕОБХОДИМОГО СНИЖЕНИЯ ЗВУКА У НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЮ ТРЕБУЕМОЙ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКРАНОВ С УЧЕТОМ ЗВУКОПОГЛОЩЕНИЯ".
НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ АКУСТИКИ
Характеристики звукового поля. Колебания в жидкой, твердой и
газообразной среде в диапазоне частот 16 Гц - 20 кГц воспринимаются
человеком как звук. Колебания с частотами ниже 16 Гц называются
инфразвуком, выше 20 кГц - ультразвуком.
Изменение состояния воздушной среды при распространении звуковых
волн характеризуется звуковым давлением р - превышением давления над
давлением в невозмущенной среде, Па.
Звуковые волны в воздухе являются продольными. Они
распространяются с конечной скоростью (с ), которая зависит от
в
температуры. Скорость звука с при нормальных атмосферных условиях
в
6
(температура 18 град.С, атмосферное давление 10 Па) 340 м/с.
Важной акустической характеристикой воздушной среды, помимо
скорости звука, является волновое сопротивление, которое входит во
многие расчетные формулы. Для воздуха при нормальных атмосферных
условиях волновое сопротивление ро с = 420 Нс / куб. м,
в в
ро - плотность воздуха.
в
Перенос энергии в воздухе при распространении звуковой волны
характеризуется интенсивностью звука I, Вт/кв. м, определяемой средним
количеством энергии, переносимой через площадку единичной площади за
единицу времени.
Другой энергетической характеристикой звукового поля является
плотность звуковой энергии (омега, Дж/куб. м), равная средней по
времени сумме потенциальной и кинетической энергии волны в единичном
объеме среды.
Интенсивность звука и плотность звуковой энергии тесно связаны с
величинами, определяющими физиологическое воздействие шума на
человека.
Звуковое поле в помещениях состоит из поля прямого звука, идущего
непосредственно от источников, и поля отраженного звука. Во многих
практически важных случаях поле отраженного звука диффузное, т.е.
можно считать, что оно одинаково во всех точках помещения и в каждой
точке состоит из волн, которые с равной вероятностью приходят в эту
точку по разным направлениям. Нередко (например, при прохождении звука
в данное помещение из соседнего через разделяющее их ограждение)
звуковое поле во всем помещении можно считать диффузным.
В диффузном звуковом поле средний по времени квадрат звукового
2
давления (р ), интенсивность звука (I) - она одинакова во всех
направлениях - и плотность звуковой энергии (омега) связаны простыми
соотношениями:
2 2
омега = р / ро с ; I = с омега / 4.
в в в
Характеристики источников шума. Источники шума характеризуются
звуковой мощностью, направленностью и частотным спектром излучения.
Звуковой мощностью (Р, Вт), источника шума называют общую
звуковую энергию, излучаемую им в единицу времени. Звуковая мощность
определяется потоком интенсивности звука через замкнутую поверхность
площадью (S), окружающую источник звука:
Р = диам. I d S.
Большинство источников излучают звук неодинаково в разных
направлениях. Направленность излучения звука источником в разных
направлениях характеризуют фактором (коэффициентом) направленности
(Ф), равным отношению интенсивности звука, создаваемого источником в
свободном поле в данной точке сферы, в центре которой он находится, к
средней интенсивности звука на поверхности той же сферы:
2
Ф = I / I ; I = Р / 4 пи r ,
ср ср
где r - радиус указанной сферы. Величина Ф нормирована и
удовлетворяет соотношению:
диам. Ф d ОМЕГА = 4 пи,
где d ОМЕГА - элемент телесного угла 4 пи, в который излучается
звук. Величина Ф зависит от направления. Для ненаправленного источника
Ф = 1. Направленность излучения проявляется, в основном, в области
прямого звука, поле отраженного звука обычно мало зависит от
направленности излучения источника.
Уровни величин. В акустических расчетах используют
логарифмические уровни, дБ,
интенсивности звука
L = 10 lg(I / I ),
i 0
звукового давления
2 2
L = 10 lg(p / р ),
0
скорости частиц среды
2 2
L = 10 lg(пси / пси ),
пси 0
звуковой мощности
L = 10 lg(Р / Р )
р 0
и т.д. Здесь р и пси - среднеквадратические значения звукового
-12 -5
давления, Па, и скорости, м/с; I = 10 Вт/кв. м, Р = 2 х 10
0 0
-8 -12
Па, пси = 5 х 10 м/с, Р = 10 Вт - соответственно, исходные
0 0
интенсивность звука, среднеквадратические звуковое давление и скорость
частиц, звуковая мощность.
Исходная звуковая мощность равна звуковой мощности, переносимой
звуковой волной интенсивностью I через единицу площади.
0
Уровень суммы нескольких величин определяется по уровням
последних L , где i = 1, 2...n, соотношением:
i
0,1L
n i
L = 10 lg(SUM 10 ), (а)
сум. i=1
где:
n - число складываемых величин. Если, например, средняя
величина квадрата звукового давления в некоторой точке среды
2 2
(р ) равна сумме средних квадратов (р ) звуковых давлений
сум. i
отдельных волн, пришедших в эту точку от нескольких источников или по
нескольким путям распространения:
2 n 2
р = SUM p ,
сум. i=1 i
то уровни складываются энергетически, и суммарный уровень
звукового давления (L ) в данной точке определяется формулой
сум.
(а), в которой (L ) - уровень звукового давления для i-й волны в
i
данной точке. При "ручном" счете суммирование уровней выполняют по
номограммам или с помощью следующих данных.
------------------------------------------------------------------
|Разность двух |0 |1 |2 |3 |4 |5 |6 |7 |8 |9 |10 |15 |
|складываемых | | | | | | | | | | | | |
|уровней, дБ... | | | | | | | | | | | | |
|-----------------|--|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|Добавка к более |3 |2,5|2 |1,8|1,5|1,2|1 |0,8|0,6|0,5|0,4|0,2|
|высокому уровню, | | | | | | | | | | | | |
|необходимая для | | | | | | | | | | | | |
|получения | | | | | | | | | | | | |
|суммарного | | | | | | | | | | | | |
|уровня, дБ. | | | | | | | | | | | | |
------------------------------------------------------------------
Если складываемые уровни одинаковы (L = L, i = 1, 2,...n), то
i
L = L + 10 lg n.
сум.
Чувствительность слуха падает с понижением частоты звука. Чтобы
приблизить результаты объективных измерений и расчетов к субъективному
восприятию, вводят корректированные уровни звукового давления,
звуковой мощности и т.п. Коррекция заключается в том, что вносят
поправки к уровню соответствующей величины, зависящие от частоты
звука. Эти поправки стандартизованы в международном масштабе. Наиболее
важной и распространенной является коррекция А. Корректированный
уровень некоторой величины в i-ой полосе частот:
L = L - ДЕЛЬТА L ,
Ai i Аi
где L - уровень указанной величины в этой полосе частот.
Ai
СТАНДАРТНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ КОРРЕКЦИИ А В ОКТАВНЫХ ПОЛОСАХ
----------------------------------------------------------------------
|Среднегеометрическая |16|31,5|63 |125 |250|500 |1000|2000|4000|8000|
|частота | | | | | | | | | | |
|полосы, Гц | | | | | | | | | | |
|---------------------|--|----|----|----|---|----|----|----|----|----|
|Коррекция А/Д, дБ |80|42 |26,3|16,1|8,6|3,2 |0 |-1,2|-1 |1,1 |
----------------------------------------------------------------------
Суммарный корректированный уровень некоторой величины со
сложным спектральным составом определяется по уровням составляющих
в полосах частот по формуле (а), куда вместо L подставляют L .
i Ai
Корректированный таким способом уровень звукового давления называется
уровнем звука в дБА, а уровень звуковой мощности источника -
корректированным уровнем звуковой мощности в дБА.
Частотные спектры. Поскольку чувствительность человека к
звукам и вибрации разных частот различна, нормирование шума и
вибрации и акустические расчеты выполняют в полосах частот или
с помощью корректированных уровней. Наиболее широко используются
октавные полосы - такие, у которых отношение f верхней и нижней
2
f граничных частот равно 2, и 1/3 октавные полосы -
1
f / f = 1,26. Каждая октавная полоса частот состоит из трех
2 1
1/3 октавных. Эти полосы частот стандартизованы в международном
масштабе. Общеприняты октавные полосы со среднегеометрическими
-----
частотами f = \/f f , равными 1; 2; 4; 8; 16; 31,5; 63; 125;
ср 1 2
250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц и т.д. Весь спектр частот, в
которых нормируется данная величина, разбивают на такие полосы, в
каждой из которых производят расчет.
Волны в стержнях и пластинах. В стержнях могут распространяться
продольные, крутильные и изгибные волны со скоростями, м/с,
соответственно:
----
------ ------ /2
с = \/Е / ро; с = \/G / ро; с = \/В / m, (b)
n0 n0 n0
где:
Е, G - модули Юнга и сдвига материала стержня, Па;
ро - его плотность, кг/куб. м;
В - изгибная жесткость стержня, Н кв. м;
m - его погонная плотность, кг/м;
омега = 2 пи f - угловая частота, 1/с.
Формула (b) справедлива для стержней с круглым и кольцевым
поперечными сечениями.
В пластинах (плитах) могут распространяться продольные волны со
скоростью, м/с:
--------------
/ 2
с = \/Е / ро (1 - v )
n
и изгибные - со скоростью, м/с:
------------
4 / 2
с = \/D омега / m ,
m n
D - цилиндрическая жесткость пластины, Нм;
m - масса пластины на единицу площади (поверхностная плотность),
n
кг/кв. м;
v - коэффициент Пуассона.
Скорость продольных волн в пластинах из строительных материалов
практически не зависит от частоты, ее значения для наиболее
распространенных материалов приведены в табл. 4.2.
Пластины и стержни являются часто встречающимися излучателями
шума и элементами строительных конструкций, по которым шум
распространяется.
Волны в упругом теле. В отличие от воздуха в упругих средах могут
распространяться продольные волны со скоростью, м/с:
------------------
с = \/(лямбда + 2G) / ро
1
-
и поперечные V - со скоростью, м/с:
------
с = \/G / ро,
2
лямбда - постоянная Ламе, Па.
Если упругое тело имеет свободную поверхность, то вдоль нее могут
распространяться Релеевские волны, скорость которых несколько ниже с .
2
На больших расстояниях от источников колебаний (например, рельсового
транспорта) Релеевские волны являются главным переносчиком энергии,
так как их затухание, связанное с геометрическим расширением фронта,
значительно меньше, чем у продольных и поперечных волн.
Приложение 2
|
Фрагмент документа "ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОЦЕНКЕ НЕОБХОДИМОГО СНИЖЕНИЯ ЗВУКА У НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЮ ТРЕБУЕМОЙ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКРАНОВ С УЧЕТОМ ЗВУКОПОГЛОЩЕНИЯ".