Расчет уровня звукового давления в помещении с источниками звука  

Цель занятия: Изучить методику расчета уровня звукового давления в помещении с источниками звука 

  Содержание работы: 

1. Изучить методику расчета уровня звукового давления в помещении с источниками звука.

2. Рассчитать уровня звукового давления в помещении с источниками звука 

Рассмотрим формулы расчета уровней звукового давления для следующих случаев (рис.6):

а) источник (источники) звука, шума (ИШ) и расчетные точки (РТ) находятся в одном помещении (на РТ воздействует прямой и отраженный звук);

б) источник (источники) звука и расчетные точки находятся на территории, и между ними нет преград (на РТ воздействует только прямой звук);

в) источник звука расположен в смежном помещении или на территории за звукоизолирующим ограждением помещения с расчетной точкой.

 

 

Рис.6. Расчетные схемы определения уровней звукового давления в расчетных точках

 

Расчетные точки в производственных и вспомогательных помещениях промышленных предприятий выбирают на рабочих местах и (или) в зонах постоянного пребывания людей на высоте 1,5 м от пола.

В помещении с одним источником шума или с несколькими однотипными источниками одна расчетная точка берется на рабочем месте в зоне прямого звука источника, другая − в зоне отраженного звука на месте постоянного пребывания людей, не связанных непосредственно с работой данного источника.

В помещении с несколькими источниками шума, уровни звуковой мощности которых различаются на 10 дБ и более, расчетные точки выбирают на рабочих местах у источников с максимальными и минимальными уровнями. В помещении с групповым размещением однотипного оборудования расчетные точки выбирают на рабочем месте в центре групп с максимальными и минимальными уровнями.

Шумовые характеристики технологического и инженерного оборудования в виде октавных уровней звуковой мощности L_w, корректированных уровней звуковой мощности L_wA, а также эквивалентных L_wAэкв и максимальных L_wAмакс корректированных уровней звуковой мощности для источников непостоянного шума должны указываться заводом-изготовителем в технической документации. Допускается представлять шумовые характеристики в виде октавных уровней звукового давления L или уровней звука на рабочем месте L_A (на фиксированном расстоянии) при одиночно работающем оборудовании. Рассмотрим методики расчета для трех схем (рис. 7).

 

 

 

Рис. 7. Расчетные зоны для выбора формул, по которым определяются уровни звукового давления в расчетных точках

а ) При работе одного источника шума (см. рис. 6, а) октавный (эквивалентный) уровень звукового давления L, дБ или дБА, в расчетных точках соразмерных помещений (с отношением наибольшего геометрического размера к наименьшему не более 5) определяется по формулам, зависящим от величины соотношения граничного радиуса r_гр (рис. 7) и расстояния r от акустического центра источника шума до расчетной точки, м (если точное положение акустического центра неизвестно, он принимается совпадающим с геометрическим центром).

В помещении с одним источником шума r_гр – это расстояние от акустического центра источника, на котором плотность энергии прямого звука равна плотности энергии отраженного звука.

Принято считать, что расчетные точки на расстоянии r < 0,5 r_гр находятся в зоне действия прямого звука (в ближней зоне), а расчетные точки на расстоянии r > 2 r_гр – в зоне действия отраженного звука (в дальней зоне). В зоне 0,5 r_гр ≤ r ≤ 2r_гр (в средней зоне) следует учитывать прямой и отраженный звуки.

Величина r_гр определяется по формуле

. (49)

В частном случае для источника, расположенного на полу помещения

(Ω = 2 π), граничный радиус определяют по формуле

, (50)

где В − акустическая постоянная помещения, м²:

В = А/(1 – α_ср), (51)

А − эквивалентная площадь звукопоглощения, на которой имеются звукопоглотители, м²,

_, (52)

α_i – коэффициент звукопоглощения i-й поверхности (табл. 10); S_i – площадь i-й поверхности, м²; А_j – эквивалентная площадь звукопоглощения j-го штучного поглотителя, м²; J – количество типов штучных поглотителей, шт.; n_j – количество j-х штучных поглотителей, шт.; α_cp – средний коэффициент звукопоглощения, определяемый по формуле

^, (53)

S_огр –суммарная площадь ограждающих поверхностей помещения, м².

Таблица 21. - Коэффициенты звукопоглощения некоторых ограждений

(f =1000 Гц)

Ограждение	αi
Стена, оштукатуренная и окрашенная краской клеевой	0,03
То же, масляной	0,02
Стена, оштукатуренная известкой с металлической сеткой	0,08
То же, с деревянной обрешеткой	0,09
Деревянные плиты	0,03
Стена песочно-известковая	0,09
Обычная гипсовая штукатурка	0,06
Бетонная поверхность железненная	0,02
Стальные перфорированные листы с прослойкой из минеральной ваты толщиной 25 мм	0,48
Шерстяной войлок толщиной 25 мм	0,55
Штукатурка акустическая толщиной 35 мм	0,31

 

Октавные или эквивалентные уровни звукового давления L (дБ или дБА) в расчетной точке, удаленной от источника шума на расстояние r (рис. 7), определяются по формулам

L=L_w+10·lg(Ф·χ / (Ω r²)), r<0,5 r _гр; (54)

L=L_w+10·lg{Ф·χ / (Ω r²) + 4 / (k·B)}, 0,5 r_гр ≤ r ≤ 2 r_гр; (55)

L=L_w+6 – 10·lg(k·B), r > 2 r_гр, (56)

где L_w – октавный (эквивалентный) уровень звуковой мощности (дБ или дБА);

Ф – фактор направленности источника шума (для источников с равномерным излучением Ф = 1);

χ – коэффициент, учитывающий влияние ближнего поля (величину χ определяют по аппроксимирующей формуле

χ=1,0878 (r/l_макс)² −4,2659·(r/l_макс) + 5,1828                                              (57)

или по табл. 19, когда расстояние r меньше удвоенного максимального габарита источника, в других случаях (при r ≥ 2l_макс) χ =1);

Ω – пространственный угол излучения источника, рад; принимается в зависимости от расположения источника излучения: а) в пространство (источник на колонне в помещении, на мачте, трубе) Ω = 4 π; б) в полупространство (источник на полу, на земле, на стене) Ω = 2 π; в) в 1/4 пространства (источник в двухгранном углу, на полу близко от одной стены) Ω = π;

k – коэффициент, учитывающий нарушение диффузности звукового поля в помещении, принимают по табл. 2 в зависимости от среднего коэффициента звукопоглощения α_ср или по аппроксимирующей формуле

k =4,0965 α_cp² − 0,0546 α_cp + 1,0249                                                            (58)

Таблица 22. - Коэффициенты χ и k для расчета уровня звукового давления по формулам (54-56)

Коэффициент χ, учитывающий влияние ближнего поля звука
r/lмакс	0,6	0,8	1,0	1,2	1,5	2
χ	3	2,5	2	1,6	1,25	1
Коэффициент k, учитывающий нарушение диффузности звукового поля
αcp	0	0,1	0,2	0,4	0,5	0,6
k	1,0	1,11	1,25	1,6	2,0	2,5

В расчетных точках соразмерного помещения (с отношением наибольшего геометрического размера к наименьшему не более 5) с несколькими источниками шума уровни звукового давления L, дБ или дБА, следует определять по формуле

, (59)

где L_wi – октавный уровень звуковой мощности i-го источника, дБ или дБА; χ_i, Ф_i, r_i – то же, что и в формулах (54) и (55), но для i-го источника; M – число источников шума, ближайших к расчетной точке (находящихся на расстоянии r_i ≤ 5 r_мин, где r_мин – расстояние от расчетной точки до акустического центра ближайшего источника шума); n – общее число источников шума в помещении; k и В – то же, что и в формулах (49) и (55).

б ) Для источника шума и расчетной точки, расположенных на территории (рис. 6б), если расстояние между ними больше удвоенного максимального размера источника шума (r ≥ 2l_макс) и между ними нет препятствий, экранирующих шум или отражающих шум в направлении расчетной точки, уровни звукового давления L в расчетных точках следует определять по следующим формулам.

При точечном источнике шума (отдельная установка на территории, трансформатор, дымосос и т.п.) – по формуле

L=L_w–20 lg r+10 lg Φ–10 lg Ω – β_a·r/1000. (60)

При протяженном источнике ограниченного размера (стена производственного здания, цепочка шахт вентиляционных систем на крыше производственного здания, трансформаторная подстанция с большим количеством открыто расположенных трансформаторов) – по формуле

L = L_w–15 lg r+10 lg Φ–10 lg Ω – β_a·r/1000, (61)

где L_w, r, Ф, Ω – то же, что и в формулах (50) и (55); β_а – затухание звука в атмосфере, дБ/км, (для среднегеометрической частоты октавной полосы 1000 Гц β_а= 6 дБА/км).

При расстоянии r ≤ 50 м затухание звука в атмосфере не учитывают, β_а= 0.

в ) Октавные (эквивалентные) уровни звукового давления L, дБ или дБА, в расчетных точках изолированного помещения, если источник шума находится в соседнем помещении или на территории (рис. 6 в), следует определять по формуле

L=L_ш –R+ 10·lg (S_u / (B_u ·k_u)), (62)

где L_ш – октавный уровень звукового давления на расстоянии 2 м снаружи от ограждения изолируемого помещения, дБ или дБА;

R – изоляция воздушного шума ограждающей конструкцией, через которую проникает шум, дБ или дБА;

S_u – площадь ограждающей конструкции, через которую проникает шум, м²;

В_u – акустическая постоянная изолируемого помещения, м²;

k_u – коэффициент, учитывающий нарушение диффузности звукового поля в изолируемом помещении (принимается по табл. 20 в зависимости от среднего коэффициента звукопоглощения α_ср).

В формуле (62) величина уровня звукового давления L_ш определяется по формулам (54), (55), (56) или (59), если источники шума находятся в смежном помещении, и по формулам (60) или (61) при шуме, проникающем в изолируемое помещение с территории.

В таблице 23 приведены характеристики некоторых звукоизолирующих материалов, которые достаточно широко применяются.

Таблица 23 - Средние звукоизолирующие способности ограждений R

Звукоизолирующий материал ограждений	Толщина, мм	R, дБА
Бетон и железобетон	50	44
Бетон и железобетон	100	47
Кирпичная кладка в1 кирпич	250	43
То же в1,5 кирпича	380	49
Гипсовые перегородки из двух плит	80	44
Гипсовые перегородки с воздушным промежутком между ними 60 мм	80	49
Перегородка из железобетонных блоков	9	42
Бетон и железобетон	0,7	25
То же	2	33
Деревянная оштукатуренная стенка	40	32
Стекло	4	28
Стальной лист	0,7	25
Оконный проем (одинарный переплет с уплотняющими прокладками притворов, толщина стекла δс = 4…5 мм)		23
Оконный проем (спаренный переплет с уплотняющими прокладками притворов с толщинами стекла δс = 4…5 мм и воздушного промежутка между стеклами δип=3…5 мм)		25
Оконный проем (двойной переплет с уплотняющими прокладками притворов с толщинами стекла δс = 4…5 мм и воздушного промежутка между стеклами δип = 20…25 мм)		44

 

Например, "стены и перегородки, отделяющие рабочие комнаты от помещений общего пользования (вестибюли, холлы, буфеты) и от помещений с источниками шума (машбюро, телетайпные и т.п.)", должны иметь индексы изоляции воздушного шума ограждающими конструкциями не менее 48 дБА.

Для ограждающих конструкций, состоящих из нескольких частей с различной звукоизоляцией (например, стены с окнами и дверными проемами), R определяют по формуле

, (63)

где S_{u i} – площадь i-й части ограждающей конструкции, м²;

R_i – изоляция воздушного шума i-й частью, дБ.

Формулу (63) можно не применять, если ограждающая конструкция состоит из двух частей с различной звукоизоляцией и R₁ >> R₂. Расчет звукоизоляции ограждающих конструкций должен проводиться на основании строительных правил СП 23-103.

Звукоизоляция сплошных ограждений зависит от массы 1 м² материала m, кг, или от плотности ρ и толщины конструкции δ, мм (m =ρ δ/1000, где ρ − плотность материала, кг/ м³).

При ориентировочных расчетах уровень звукоизоляции конструкций ограждений, дБА, можно определять по формулам:

R = 13,5·lg(m) − 13 (m < 200 кг);                                                                         (64)                                                 

R = 23·lg(m) − 9 (m > 200 кг);                                                                               (65)

R_ст = 26·lg(m₁ + m₂) + 8,5  (двойное ограждение из перегородок масс сами m₁ и m₂ и воздушной прослойкой δ = 80…100 мм)                             (66)

R = 22·lg(m) −12 (бетон и кирпич);                                                               (67)

R = 9·lg(δ) + 22 (сталь толщиной 1…10 мм);                                            (68)

R_{с т}= 8,5·lg (δ) + 18 (стекло толщиной 2…10 мм);                                  (69)

R = 12·lg(δ) + 12 (органическое стекло толщиной                                     (70)

Задача1. Рассчитать уровни звукового давления в помещении офиса, создаваемого вентилятором, установленном в углу помещения, на определенном расстоянии до рабочего места. Оценить уровень звукового давления в рабочем помещении.

 Таблица 24 - Акустическая характеристика вентилятора

Частота,Гц	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
Lw, дБ	39	38	43	45	39	35	30	24

 Таблица 25. – Вариант для самостоятельной работы

Вариант	Высота помещения, м	Площадь помещения, м^2	Стена и потолок помещения	Расстояние от вентилятора, м
1	2,8	6х8	Штукатурка акустическая	4
2	2,8	6х9	Штукатурка акустическая	4
3	2,8	7х9	Оштукатуренная и окрашенная масляной краской	2
4	3	5х9	Оштукатуренная и окрашенная масляной краской	2
5	3	5х10	Песочно-известковая	3
6	3	5х12	Песочно-известковая	3
7	3	6х8	Песочно-известковая	4
8	3,3	7х8	Обычная гипсовая штукатурка	4
9	3,3	7х9	Обычная гипсовая штукатурка	2
10	3,3	8х9	Обычная гипсовая штукатурка	2

 

Пример решения задачи (вариант 1)

1. Эквивалентная площадь звукопоглощения помещения офиса:

 площадь потолка S₁ = 6 х 8 = 48 м² ,

площадь    стен  S₂ = 2,8 (6+8) 2 = 78,4 м²  (α = 0,31)

А = 48 х 0,31 +78,4 х 0,31 = 39,18 м²

2. Акустическая постоянная помещения

 В = 39, 18/ (1- 0,31) = 56,7

3. Граничный радиус

r_гр = √56,7/8х 3,14 =1.5 м

4. Уровни звукового давления в расчетной точке, удаленной от источника шума на расстояние 4 м рассчитываем по формуле (56):

 L=L_w+6 – 10·lg(k·B)= L_w+6 – 10·lg(1·56.7) = L_w+6 -17.5 = L_w- 11,5.

 На расстоянии 4 м от вентилятора происходит снижение уровня звукового давления на 11,5 дБ и уровни звукового давления в помещении на расстоянии 4 м не превышают допустимых значений.

Таблица  26 - Расчетные уровни звукового давления на расстоянии 4 м от вентилятора

Частота,Гц	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
Lw, дБ	27.5	26.5	31,5	33.5	27.5	24,5	18,5	12.5

 

Таблица 27. - Нормируемые уровни звукового давления в помещениях офисов по СНиП 23-03-2003

 

Частота,Гц	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
Lw, дБ	67	57	49	44	40	37	35	33

 

Задача. Рассчитать уровни звукового давления в производственном помещении, создаваемого вентилятором, установленном в вентиляционной камере. Вентиляционная камера находится рядом с производственным помещением, стены и потолок камеры покрыты акустической штукатуркой, габариты венткамеры: высота 3 м, длина и ширина: 4х4 м². Размеры вентилятора: ширина- 392 мм, длина – 577 мм, высота -437 мм, Площадь стены, выходящий в цех - 12 м². Стены и потолок цеха оштукатурены и окрашены масляной краской. Оценить уровень  звукового давления в рабочем помещении.

Таблица 28. - Акустическая характеристика вентилятора радиального

 В-Ц-14-46-2

Частота,Гц	125	250	500	1000	2000	4000	8000
Lw, дБ	76	80	83	81	73	70	62

 

 Таблица 29. - Варианты решения задач

Вариант	Высота цеха, м	Площадь цеха, м^2	Звукоизолирующий материал венткамеры
1	5	40х80	Кирпичная кладка в 1 кирпич
2	5	50х80	Кирпичная кладка в 1 кирпич
3	5	40х90	Кирпичная кладка в 1,5 кирпича
4	6	50х90	Кирпичная кладка в 1,5 кирпича
5	6	50х100	Гипсовая перегородка из двух плит
6	6	50х120	Гипсовая перегородка из двух плит
7	10	60х80	Гипсовая перегородка из двух плит
8	10	70х80	Перегородка из железобетонных блоков
9	10	70х90	Перегородка из железобетонных блоков
10	10	80х90	Перегородка из железобетонных блоков

 

Пример решения задачи (вариант 1)

1.Эквивалентная площадь звукопоглощения венткамеры

 Площадь п отолка S₁ = 4 х 4 = 16 м²

площадь стен  S₂ = 3 (4 + 4) 2 = 48 м^{2, (}α = 0,31)

А = 48 х 0,31 +16 х 0,31 = 19,84 м²

2. Акустическая постоянная венткамеры

 В = 19,84/ (1-0,31) = 28,75

3. Граничный радиус

r_гр = √28,75/8х 3,14 = 1,06 м

4. Уровни звукового давления на расстоянии 2 м от стены венткамеры рассчитываем по формуле (8):

 L = L_w + 6 – 10·lg(k·B) = L_w + 6 – 10·lg(1·28,75) = L_w+6 -14.6 = L_w- 8,8.

 На расстоянии 2 м от стены происходит снижение уровня звукового давления на 8.8 дБ (табл. 27)

Таблица 30. - Расчетные уровни звукового давления на расстоянии 2м от стены венткамеры

Частота, Гц	125	250	500	1000	2000	4000	8000
Lw, дБ	67,2	71,2	74,2	72,2	64,2	61,2	53,2

 

5.Эквивалентная площадь звукопоглощения цеха

 Площадь потолка S₁ = 30 х 40 = 1200 м²

площадь  стены S₂ = 5 (30+40) 2 = 700 м² (α = 0,02)

А = 1900 х 0,02 = 38 м²

6. Акустическая постоянная цеха

 В = 38/ (1-0,02) = 38.77

7. Уровни звукового давления в цехе за стеной венткамеры

L=L_ш – R + 10·lg (S_u / (B_u ·k_u)) = L_ш - 43 + lg (12 / 38,77·1) = L_ш - 43 - 0.5 =  L_ш -43,5

В цехе происходит снижение уровня звукового давления на 43.5 дБ (табл.28) и уровни звукового давления не превышают нормируемые уровни звукового давления.

Таблица 31. - Расчетные уровни звукового давления в цехе за стеной венткамеры