Работа № 7 Измерение звукоизоляции помещения Цель работы

Работа № 7
Измерение звукоизоляции помещения
1. Цель работы: ознакомление с методикой измерения звукоизоляции
помещений и преград, а также с расчётом уровня шумов, проникающих в
помещения.
2. Общие сведения
Звукоизоляция является основным средством уменьшения воздушных
аддитивных шумов, воздействующих на помещения. В качестве источников
шума обычно расматриваются шум промышленный, транспортный и
бытовой. Проникновение шума в помещение обусловлено излучением звука
через возможные щели и вентиляционные отверстия, а также – посредством
ограждающих конструкций (перегородок), колеблющихся под действием
падающих звуковых волн.
Теоретически звукоизолирующие свойства перегородки от воздушного
шума определяются коэффициентом звукопроводности ( звукопроводимости
и т.п.) [1]:
2
2
  pпр
/ pпад
,
(7.1)
где рпр и рпад – соответственно звуковые давления в прошедшей через
перегородку и падающей на неё звуковой волне.
Более часто звукоизолирующие свойства перегородок оценивают
величиной, обратной τ и выражаемой в децибелах
ЗИпр = 10 lg (1/τ) ,
(7.2)
которая называется собственной звукоизоляцией перегородок (преград) от
воздушного шума.
Однако шум может проникать в помещение не только непосредственно
через его перегородки, но и косвенно, по вентиляционным каналам, шахтам,
трубопроводам и т.п., а также посредством корпусных вибраций. В этом
случае величина звукоизоляции при непосредственной или косвенной
передаче шума называется фактической звукоизоляцией помещения. Только
фактическая звукоизоляция помещения может быть измерена путём
определения разницы в уровнях звукового давления в помещениях (или
открытом
пространстве)
с
источником
шума
N1
и
защищаемым
(изолируемом) помещении N1 [2]:
ЗИ пом  N1  N 2  ЗИ пр
2
pпад
 10 lg
 10 lg 2 ,
A
pпр
S пр
(7.3)
которая, как видно, зависит не только от звукоизоляции ЗИпр и площади Sпр,
разделяющей помещения перегородки, но и от акустической обработки
(эквивалентного звукопоглощения) защищаемого помещения A = ά S, где S
– площадь, а ά – средний коэффициент звукопоглощения всех поверхностей
(перегородок) помещения.
Следовательно,
в
зависимости
от
акустической
обработки
защищаемого помещения и размеров рассматриваемой перегородки разность
уровней звука N1 – N2 или звукоизоляция защищаемого помещения ЗИп,1
может быть больше или меньше величины звукоизоляции перегородки.
Величина последней, как отмечалось, зависит от коэффициента τ ,
определяемого из
уравнения баланса энергетических
коэффициентов
передачи перегородки, т.е.
2
 z пр  z o 

  1      1    1  
 ,
 z пр  z o 
(7.4)
где β и α – соответственно коэффициент отражения и поглощения звуковой
энергии;
Zпр и
Zo – соответственно акустическое сопротивление
перегородки и воздуха за ней.
Второе приближённое равенство в (7.4) означает, что для обычных
строительных перегородок α сравнительно мал, а имеет преобладающее
значение коэффициент отражения β. Последний может быть близок к
единице, если акустическое сопротивление перегородки значительно больше
сопротивления воздуха.
Тогда, используя простейшие преобразования и модуль третьего
равенства
в
(7.4),
можно
получить
окончательное
выражение
для
звукоизоляции перегородки:
ЗИ пр
  z пр  2 
  ,
 10 lg  10 lg 1  

2

с
 
 
1
(7.5)
где Zo = ρс – произведение плотности воздуха на скорость звука в воздухе.
Как видно, звукоизоляция перегородки также, как и её акустическое
сопротивление, состоящее из активного, упругого и инерционного членов,
имеет, как обычно, резонансную частотную зависимость. В ней можно
выделить три характерные области. В первой из них ЗИпр уменьшается с
частотой и достигает минимума во второй области – вблизи частоты резонанса перегородки fo . Эти две области для массивных строительных конструкций не представляют особого интереса, поскольку fo здесь располагается в
области низких и инфразвуковых частот. А вот третья область, где в Zпр
преобладает инерционная составляющая, имеет первостепенное значение для
строительной практики. Действительно, если f » fo, Zпр ≈ ωm и величина
звукоизоляции будет определяться соотношением
   m 2 
    h 2 
п
o
   10 lg 1  
  ,
ЗИ  10 lg 1  
2

с
2

с
 
 
 
 
(7.6)
где mп = ρм h – поверхностная (приведённая к единице площади) масса перегородки как произведение плотности материала перегородки ρм на её
толщину h.
Соотношение (7.6) носит название закона жёстких масс, который
означает логарифмическую зависимость звукоизоляции перегородки от её
массы и частоты. При этом повышение частоты на октаву приводит к
увеличению звукоизоляции на 10 lg 22 = 6 дБ.
Однако на практике звукоизоляция не полностью подчиняется
действию закона масс. Основными причинами здесь являются: 1) косое
падение звуковых волн на перегородки, 2) жёсткое крепление перегородок к
периметру, исключающие “поршневые колебания”, 3) явление волнового
совпадения длины волны звука в воздухе с длиной волны изгибных
колебаний в перегородке, 4) наличие в монолитных перегородках более
слабых элементов (окно, дверь) и возможных щелей и отверстий. Данные
причины приводят к уменьшению абсолютной величины звукоизоляции и
изменению её частотной зависимости.
Некоторое
ослабление
действия
перечисленных
факторов
обеспечивают: многослойные перегородки, диффузное рассеяние падающего
звука, рёбра жёсткости и т.п. [1].
Таким образом, вычислив приближённо ЗИпр и зная или используя
справочные данные по уровню N1 в помещении (или открытом пространстве)
с источником шума, можно из (7.3) рассчитать уровень шума N2,
проникающего в защищаемое помещение с известным A через данную
перегородку
N 2  N  ЗИ пр  10 lg
S пр
A
.
(7.7)
Фактически в защищаемое помещение шумы могут проникать через
все перегородки (пол, потолок, стены ...), за которыми уровень шума имеет
различное значение. Тогда общий уровень шума, проникающего в
защищаемое помещение, будет равен


N общ  10 lg 100,1( Ni  ЗИ i )   10 lg A ,
 i

(7.8)
где Ni – уровень шума за i преградой площадью Si и собственной
звукоизоляцией ЗИi .
В общем случае при известных частотных характеристиках (ЧХ)
источников шума за различными преградами по (7.8) можно найти ЧХ
допустимого уровня шума для данного помещения [3].
При измерениях же звукоизоляции и шумов возникают трудности,
обусловленные интерференцией звуковых волн, многократно отражённых
поверхностями помещения и распространяющихся в нём в различных
направлениях. При этом измерение в какой-либо точке звукового давления,
на которое реагируют обычные микрофоны, не будет точно характеризовать
общую плотность звуковой энергии в помещении, так как в этой точке может
находиться, например, узел, или пучность волн звукового давления. Поэтому
приходиться
производить
его
измерения в нескольких
произвольно
выбранных точках помещения, количество которых определяется шириной
полосы пропускания используемых при частотном анализе фильтров.
Так, для октавного анализа число точек должно быть не меньше пяти, а
для третьоктавного – не менее девяти. Тогда средний уровень звукового
давления,
характеризующий
плотность
энергии,
определится
по
среднеквадратичному значению давлений p1, p2, ... , pn в выбранных точках,
т.е.
p12  p12  ...  pn2
N ср  10 lg
2
n pпс
,
(7.9)
где n – чиcло точек; pпс – пороговое значение звукового давления.
В большинстве случаев, когда разброс значений измеренных уровней
не превышает 4 ... 6 дБ, доступно определение среднего уровня, как среднеарифметического всех n уровней
N ср 
N1  N 2  ...  N n
.
n
(7.10)
Погрешность расчёта среднего уровня по (7.10) не превышает 1 дБ.
3. Описание установки
Структурная схема измерительной установки показана на рис.7.1.
Основными её частями являются камеры высокого (КВУ) и низкого (КНУ)
уровней. Между камерами находится проём (дверь), в который вставляется
испытуемая звукоизолирующая конструкция (ИЗК). В КВУ находится
источник испытательного сигнала (громкоговоритель) и измерительный
микрофон М1. В КНУ находится второй микрофон М1 с характеристиками,
аналогичными характеристикам М1. В ряде случаев может использоваться
только один микрофон, размещаемый в КВУ, а затем в КНУ. Сигналы с
микрофонов усиливаются соответственными микрофонными усилителями и
подаются на набор полосовых фильтров ПФ с регистрирующим
вольтметром В, либо анализатор спектра АС. Для согласования с
громкоговорителем и увеличения мощности напряжения, снимаемого с
генератора шума ГШ, используется усилитель мощности УМ. К работе
прилагается карта справочных данных, в которых указаны размеры и
обработка
КНУ,
размеры
и
материал
испытуемых
конструкций,
характеристики микрофонов и значения уровней шумов за различными
перегородками КНУ.
Рис. 7.1. Схема измерительной установки:
КВУ и КНУ - камеры высокого и низкого уровней; М1, М2 – микрофоны с
микрофонными усилителями МУ1, МУ2; ИЗК – испытуемая
звукоизолирующая конструкция; П- переключатель микрофонов; Гр –
громкоговоритель; УМ – усилитель мощности; ГШ – генератор шумовых
колебаний; ПФ – набор полосовых фильтров; В – вольтметр; АС – анализатор
спектра.
4. Методика проведения работы и обработка результатов
Ознакомиться со схемой установки, особенностями камер и других
элементов для проведения измерений. Включить приборы в сеть и дать
прогреться 3 ... 5 минут.
Разместить
в
проём
между
камерами
один
из
ряда
образцов
звукоизолирующих конструкций, перечень которых установлен пеподавателем. Установить на выходе УМ такое напряжение шумового сигнала для
одной из низкочастотных полос (100 или 125 Гц), чтобы выключение
громкоговорителя вызывало уменьшение в несколько раз напряжения на
выходе микрофона в КНУ. Это будет свидетельствовать о том, что мощность
измерительного сигнала (шума), проникающего в КНУ, достаточно большее
фоновых шумов. Установленную таким образом величину напряжения на
громкоговорителе в дальнейшем не изменять.
Измерить частотную характеристику напряжения (или его уровня),
пропорционального звуковому давлению, на выходе микрофона М1,
установленного
в
одной
из
точек
КВУ,
путем
последовательного
переключения центральных частот 1/1 или 1/3 октавных фильтров ПФ или
АС в диапазоне частот т 100 до 8000 Гц. Повторить измерения при установке
микрофона в 2, 3 и т.д. точках КВУ. Результаты записать в таблицу 7.1. здесь
же вычислить и записать среднеквадратичное значение напряжения (или его
уровень) для каждой полосы частот.
Таблица 7.1.
Напряжение на выходе М1 КВУ (или уровень, дБ) в
полосах с центральными частотами, Гц
Точки в
КВУ
100
125
…
…
…
…
…
8000
Точка 1
Точка 2
…
Uср (N1,ср)
Точки в
КНУ
Напряжение на выходе М2 КНУ (или уровень, дБ) в
полосах с центральными частотами, Гц
Точка 1
Точка 2
…
Uср (N2,ср)
ЗИпом, дБ
ЗИпр, дБ
Измерить частотные характеристики напряжения на выходе М2,
установленного в различных точках КНУ. Результаты измерений и
усреднений записать в таблицу 7.1.
По усредненным значениям напряжения или его уровням на выходе
микрофонов в КВУ и КНУ в каждой полосе частот вычислить по (7.3.)
частотные характеристики звукоизоляции защищаемого (КНУ) помещения и
звукоизоляции установленной перегородки. Результаты вычислений записать
в таблицу 7.1. и построить зависимость ЗИпр = φ(f) на частотном бланке.
Повторить измерения и расчеты для других звукоизолирующих
конструкций. Частотные характеристики (по данным таблиц, аналогичных
таблице 7.1.) звукоизоляции образцов зарисовать на одном и том же
частотном бланке.
Определить особенности частотных характеристик звукоизоляции
образцов и сделать по ним обоснованные выводы.
Рассчитать для трех частотных полос (125, 1000, 8000 Гц) по (7.8.)
величины общего уровня шумов, проникающих в КНУ через все
перегородки, используя дополнительные сведения из карты справочных
данных.
5. Содержание отчёта
В отчёт необходимо включить: 1) изложение цели работы; 2) схему
установки; 3) таблицы измеренных и вычисленных величин; 4) частотные
характеристики звукоизоляции образцов.
6. Контрольные вопросы
1. Чем отличаются понятия “звукоизоляция помещения” и “звукоизоляция
преграды”?
2. От каких особенностей преграды (перегородки) зависит её звукоизолирующее действие?
3. Равна ли звукоизоляция КНУ от КВУ звукоизоляции КВУ от КНУ?
4. Уровень шума, проникающего в помещение через одну преграду, равен 20
дБ, а через другую, в одной и той же частотной полосе, - 40 дБ. Чему равна
величина общего уровня шума?
5. Как и почему влияет на различных частотах на величину собственной
звукоизоляции перегородки наличие в ней щелей и отверстий?
6. Почему частотная зависимость звукоизоляции преград неподчиняется
действию “закона массы”?
7. Литература
1. Снижение шума в зданиях и жилых районах. Под редакцией Осипова Г.Л.
и Юдина Е.Я. – М.: Стройиздат. – 1987. – 417 с.
2. Осипов Г.Л., Лопашев Д.З., Федосеева Е.Н. Акустические измерения в
строительстве. – М.: Стройиздат. – 1978. – 212 с.
3. СН и П I I – 12 – 77. Защита от шума. Нормы проектирования. – М.: Стройиздат. – 1978. – 49 с.