Элементы строительной акустики

Прикладная акустика состоит из двух частей – строительной, которая рассматривает вопросы звукоизоляции и защиты от шума, и архитектурной, исследующей акустические свойства помещений.

Одной из важнейших гигиенических проблем в зданиях и помещениях является проблема звукоизоляции. При решении вопросов звукоизоляции ограждающих конструкций всякий звук, проникающий в помещения извне, называют шумом. Ухо человека воспринимает звук в диапазоне частот от 20 до 20 000 Гц. Чем больше частота, тем меньше длина волны и выше тон. Избыточное давление в воздушной среде, возникающее при возбуждении звуковых колебаний, называется звуковым давлением. Восприятие звука ограниченно в пределах между значением порога слышимости (ρ0 = 2·10–5 Па) и болевого порога (ρ = 20 Па). Шумовое воздействие на человека характеризуется уровнем силы звука:

 

чем больше уровень силы звука, тем громче звук, и, следовательно, шум. Так как сила звука пропорциональна квадрату амплитуды звукового давления, то, исходя из значения звукового давления, уровень силы звука

 

где ρ0 – соответствует пороговому давлению слышимости, равному 2⋅10–5 Па; ρ – звуковое давление (болевой порог), 20 Па.

По условиям возникновения и распространения шум различают воздушный и ударный. Воздушный шум возникает и передается по воздушной среде, ударный возникает и распространяется по конструктивным элементам здания.

Борьба с шумом – одна из необходимых задач при проектировании и строительстве зданий. Можно предположить следующие меры по ограничение внутренних шумов:

• применение мало- и бесшумного оборудования, усовершенствование существующих машин и механизмов;

• максимальная локализация шума непосредственно у источников;

• поглощение возникающего шума звукопоглощающей отделкой или перегородкой;

• группировка помещений по их шумности.

Внешний шум может быть ограничен:

• планировочными решениями, задерживающими его распространение по территории;

• учетом господствующих ветров в борьбе с формированием шумового поля на застраиваемых территориях;

• устройством шумоизоляционных экранов путем использования зеленых насаждений, рельефа местности, инженерных сооружений (насыпей, выемок);

• применением усовершенствованных покрытий дорог и вынесением магистралей в шумобезопасные зоны;

• борьбой за снижение интенсивности источников внешних шумов.

 

Архитектурная акустика

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 и 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. 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 Топт – такая длительность ее, при которой создаются наилучшие условия слышимости в данном помещении.

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

 

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.

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. Он является безразмерной величиной, которая используется для характеристики звукопоглощающих свойств материала. Его значения колеблются в соответствии с определением между нулем (полное отражение) и единицей (полное поглощение).