Содержание к диссертации
Введение
1. Снижение транспортного шума в городской застройке и современные методы оценки их эффективности. состояние вопроса. постановка задач исследования 11
1.1. Снижение шума в источнике 11
1.2. Градостроительные меры снижения транспортного шума . 12
1.3. Снижение транспортного шума на пути его распространения 14
1.4. Анализ конструктивных решений и акустическая эффективность экранов - стенок 16
1.5. Методика расчета акустической эффективности экранов 24
1.6. Анализ факторов, снижающих эффективность акустических экранов 33
Выводы по главе 1 37
Основные направления исследований работы 38
2. Совершенствование методики расчета акустической эффективности экранов 39
2.1. Методика учета влияния конечных размеров экранов на их эффективность 39
2.2. Методика учета влияния отраженного звукового поля на
акустическую эффективность экранов 41
2.2.1 Расчет отраженного звукового поля за экраном на основе диффузной модели распределения энергии 42
2.2.2. Расчет отраженного шумового поля за экраном на основе интегральных представлений 48
2.2.3. Расчет влияния звукоизолирующих свойств экрана на его эффективность 50
2.3. Инженерный метод расчета отраженного звукового поля между экраном и зданием 52
2.4. Выбор метода по расчету отраженного поля между экраном и зданием 55
2.5. Программы для исследования факторов, влияющих на эффективность экранирования 57
2.5.1. Программа по расчету эффективности снижения шума для бесконечного экрана 57
2.5.2. Программа по расчету эффективности снижения шума экраном конечных размеров 62
Выводы по главе 2 67
3. Экспериментальные исследования акустической эффективности экранов в заглушённой акустической камере
3.1. Постановка и условия проведения экспериментов 69
3.2. Исследования акустической эффективности экранов «бесконечной» длины 71
3.2.1. Описание модели 71
3.2.2. Эффективность экрана «бесконечной» длины 73
3.2.3. Исследование влияния отраженного звукового поля на уровни шума в пространстве между «бесконечным» экраном и «зданием» 76
3.3. Исследования акустической эффективности экранов конечной длины 79
3.3.1. Описание модели 79
3.3.2 Эффективность экрана конечной длины 80
3.3.3. Исследование влияния отраженного звукового поля на уровни шума в пространстве между экраном ко нечной длины и «зданием» 83
3.4. Изменения уровней отраженного шума за экраном при изменении расстояния между экраном и «зданием» 86
3.5. Исследование влияния экранов на изменение спектра транспортных шумов в пространстве за экраном 90
Выводы по главе 3 94
4. Теоретическое исследование влияние планировочных и конструктивных решений на акустическую эффективность экранирования 95
4.1. Влияние конечных размеров экрана на его эффективность 95
4.2. Влияние звукоизолирующих свойств экрана на его эффективность 97
4.2.1. Снижение эффективности экрана в зависимости от 97 его звукоизоляции
4.2.2. Сравнительный анализ вкладов шума в пространстве за экраном за счет отражений звука и звукоизоляции экрана 98
4.2.3. Снижение эффективности экранирования за счет совместного влияния отраженного звукового поля и звукопроницаемости экрана 101
4.3. Исследование влияния планировочных параметров на отраженную составляющую шума за экраном и эффективность 104 экранирования
4.4. Влияние обработки экрана звукопоглощающими материалами на отраженное звуковое поле в пространстве за экраном 111
по главе 4 112
5. Программный комплекс по расчету городских отраженных шумов и проектированию мероприятий шумозащиты
5.1. Адаптация методики расчета уровней шума в застройке для использования ее на ЭВМ 114
5.2. Структура программы, ее возможности 115
5.3. Интерфейс программы 124
5.4. Примеры использования программного комплекса для решения практических задач 127
Выводы по главе 5 139
Основные выводы работы 140
Список литературных источников
- Градостроительные меры снижения транспортного шума
- Расчет отраженного шумового поля за экраном на основе интегральных представлений
- Исследования акустической эффективности экранов «бесконечной» длины
- Влияние конечных размеров экрана на его эффективность
Введение к работе
В настоящее время в городской среде происходит интенсивное увеличение уровней транспортного шума. Транспортный шум становится одним из основных негативных факторов, влияющих на экологию селитебных территорий. По имеющимся исследованиям транспортный шум является причиной 80 - 90 % всех основных случаев шумового загрязнения селитебной территории. Значения уровней шума, вызванные транспортом в дневное время в жилой застройке, могут достигать 70 - 80 дБА и превышать допускаемые нормы на территориях и фасадах зданий на 15 - 25 дБА. Для снижения шума городских транспортных магистралей и уменьшения шумового загрязнения прилегающей к ним застройки российскими учеными Осиповым Г.Л., Ивановым Н.И., Климухиным А.А., Ковригиным С.Д., Поспеловым П.И., Прутковым Б.Г., Самойлюком Б.А., Шубиным И.Л., Юдиным Е.Я. и др. в настоящее время разработаны методы расчета и средства снижения шумов на селитебных территориях от транспортных источников. Снижение воздействия транспортного шума обеспечивается за счет градостроительных средств и средств снижения шума на путях его распространения в застройку. Последнее достигается, как правило, строительно - акустическими методами, среди которых широкое применение находят акустические экраны. Для этой цели в последнее время в России в большом объеме и ассортименте производятся и применяются на практике шумозащитные экраны различных конструкций, внешнего вида и назначения. Однако, как показывает практика, их применение не всегда обеспечивает требуемую шумо-защиту. В этой связи в настоящее время значительное внимание начинает уделяться совершенствованию методики проектирования шумозащитных экранов, и в частности, повышению достоверности результатов расчета их акустической эффективности.
Существующая в России методика оценки акустической эффективности экранов при ее разработке была ориентирована на традиционные методы ручного расчета. В этой связи для уменьшения трудоемкости расчетов в ней допущен целый ряд упрощений. В частности, экран рассматривается как конструкция бесконечной длины, не учитываются прохождение части звуковой энергии через конструкцию экрана и формирование отраженного шумового поля в пространстве между экраном и зданиями. Допускаемые упрощения являются одной из основных причин существенного расхождения между теоретической и экспериментальной эффективностью экранирования транспортного шума. Как правило, фактическая эффективность экранов, установленных в застройке, оказывается более низкой, чем ее величина, определенная на стадии проектирования.
Для повышения надежности проектных решений необходимо совершенствование методики расчетов акустических экранов путем более полного учета факторов, влияющих на их эффективность. Совершенствование методики требует более сложных расчетов, использование которых возможно при наличии компьютерных программ, позволяющих производить оценку эффективности экранов с учетом перечисленных выше факторов, и в частности, с учетом формирования отраженного звукового поля между экранами и застройкой. В этой связи работа, направленная на уточнение и автоматизацию методов расчета и проектирования средств защиты городской застройки от транспортного шума, является актуальной.
Целью диссертационной работы является: уточнение методики расчета акустических экранов путем дополнительного учета в ней факторов, влияющих в реальных условиях городской застройки на акустическую эффективность экранирования и автоматизация методов расчета и проектирования средств защиты городской застройки от транспортного шума, более объективно оценивающих процессы формирования шумового поля в пространстве между экраном и застройкой.
Для достижения цели в работе поставлены и решены следующие задачи:
- определить и исследовать основные факторы, влияющие на акустическую эффективность шумозащитных экранов;
- разработать метод расчета отраженного шума, формируемого в пространстве между экраном и зданием первого эшелона застройки;
- выполнить оценку влияния на эффективность экранирования параметров экранов и их звукоизолирующих свойств;
- уточнить методику расчета акустической эффективности экранов путем учета геометрических параметров и конструктивных решений экранов и величины отраженного шума, образующегося в пространстве между экраном и застройкой;
- разработать комплекс программ по расчету шумового режима и проектированию шумозащитных мероприятий в городской застройке от транспортного шума с учетом закономерностей прохождения звуковой энергии через экраны и формирования отраженных шумовых полей между экраном и зданиями первого эшелона застройки.
Научная новизна работы. Впервые на основе интегрального уравнения, описывающего распределение отраженной звуковой энергии, разработан метод расчета отраженного шума, образующегося между экраном и зданием первого эшелона застройки. Метод объективно учитывает влияние закономерностей формирования отраженного звукового поля в экранируемом пространстве на акустическую эффективность экранов. Новым является также инженерный метод расчета отраженного шума в пространстве между экраном и застройкой, основанный на представлениях о диффузном распространении отраженной энергии. На основе предложенных методов разработаны алгоритмы, позволяющие более эффективно использовать при проектировании в городской застройке средств защиты от транспортного шума электронную вычислительную технику.
Практическая значимость работы. Полученные методы расчета шума, образующегося в пространстве между экраном и зданиями застройки, позволили уточнить методику расчета акустической эффективности экранов путем учета в ней планировочных параметров и звукоизолирующих свойств экранов при наличии в экранируемом пространстве отраженного шумового поля.
Для практического применения уточненной методики расчета акустической эффективности экранов разработан специальный комплекс программ. Комплекс обеспечивает большую по сравнению с существующей методикой точность расчетов, и соответственно, повышает надежность проектирования шумозащитных экранов.
Разработанные программы кроме оценки эффективности экранов позволяют также выполнять общую оценку шумового режима на селитебных территориях, прилегающих к транспортным магистралям, и производить вариантное проектирование градостроительных и строительно - акустических средств защиты от транспортного шума.
Методы исследования и достоверность результатов работы. В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические исследования отраженных полей, образующихся между экраном и зданием, выполнены на основе интегрального и диффузного представлений о формировании отраженной звуковой энергии в частично ограниченных пространствах. Анализ влияния различных факторов на эффективность экранирования выполнен на ЭВМ по специально разработанным программам. Достоверность полученных теоретических результатов подтверждена на основе сравнительного анализа расчетных данных с экспериментальными результатами, полученными при исследовании экранов в заглушённой камере НИИСФа. Экспериментальные исследования выполнены с использованием аппаратуры фирмы «Брюль и Къер».
На защиту выносятся:
- метод расчета отраженного шума, формируемого в пространстве между экраном и зданием первого эшелона застройки;
- уточнения методики расчета акустической эффективности экранов, учитывающие планировочные и конструктивные параметры экранов и вели чины отраженного шума, образующегося в пространстве между экраном и застройкой;
- комплекс программ по расчету шумового режима и проектированию шумозащитных мероприятий в городской застройке от транспортного шума.
Внедрение результатов работы. Работа выполнена в рамках договора о научном сотрудничестве между Тамбовским государственным техническим университетом и Научно - исследовательским институтом строительной физики РААСН. Результаты работы и расчетная программа используется в НИ-ИСФе при оценке шумового режима и разработке методов и средств снижения шума в городской застройке г. Москвы, а так же в Научно - техническом центре по проблемам архитектуры и строительства ТГТУ при исследованиях шума на межмагистральных территориях г. Тамбова. Программы использованы автором работы при разработке разделов охраны окружающей среды в проектах реконструкции территории г. Тамбова, выполняемых по заказу ОАО «Тамбовгражданпроект». Программный комплекс используется в учебном процессе по дисциплинам «Строительная физика» и «Экология городской среды», читаемых для студентов строительных специальностей ТГТУ.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на VI, VIII, IX научных конференциях ТГТУ (Тамбов, 2001, 2003, 2004 г.г.); XI, XIII, XV сессиях Российского акустического общества (Москва, 2001, 2003гг., Нижний Новгород, 2004г.); на Ninth International Congress on Sound and Vibration (Florida, USA, July,2002); XV международной научной конференции «Математические методы в техники и технологиях» (Тамбов, 2002г.); Международной научно-технической конференции «Современные проблемы строительства и реконструкции зданий и сооружений» (Вологда, 2003 г.), V международной научно - практической конференции «Устойчивое развитие городов и новации жилищно - коммунального комплекса» (Москва, 2007г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научных работ, из них 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов и содержит 150 страниц текста, включая 9 таблиц, 132 рисунка и список литературы из 97 наименований.
В первой главе рассмотрены методы борьбы с транспортными шумами, основным из которых является акустический экран, выявлены факторы, снижающие эффективность экранирования.
Во второй главе выполнен анализ основных методов расчета отраженной составляющей шума, разработана на основе использования интегральных уравнений методика расчета отраженного поля за экраном конечной длины для точечного и протяженного источников шума, выполнена экспериментальная проверка предложенного метода.
Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям влияния различных факторов на акустическую эффективность экранирования, установлено влияние экранов на частотные спектры, образующихся за экранами транспортных шумов.
В четвертой главе выполнены теоретические исследования влияния на акустическую эффективность экранов их планировочных и конструктивных параметров с учетом размеров пространства между экраном и первого эшелона застройки.
В пятой главе описаны алгоритм и программный комплекс по расчету транспортному шуму на селитебной территории микрорайонов, приведены примеры его использования для проектирования и разработке шумозащит-ных мероприятий, направленных на снижение транспортных шумов.
Работа выполнена на кафедре «Архитектура и строительство зданий» Тамбовского государственного технического университета и в Научно - исследовательском институте строительной физики РААСН под руководством кандидата технических наук И.Л. Шубина.
Автор выражает благодарность доктору технических наук В.И. Ледене-ву, кандидатам технических наук А.И. Антонову, СИ. Крышову, О.Б. Демину за научную и методическую помощь в работе над диссертацией.
Градостроительные меры снижения транспортного шума
Транспортный шум распространяется от магистралей в межмагистральные участки и проникает в городскую застройку. Увеличение автотранспорта приводит к загрязнению окружающей среды и ухудшению экологической обстановки в крупных мегаполисах. Основными методами борьбы с шумом в этом случае являются: снижение шума в источнике, градостроительные меры, снижение шума на пути его распространения [2,12,14,16] (см. рис.1.1). Основные методы снижения транспортного шума в застройке Возможности применения указанных методов борьбы с транспортным шумом рассмотрены ниже.
Снижение шума в источнике в настоящее время является одним из перспективных направлений по борьбе с транспортными шумами. В этой области существует много различных научных разработок российских и зарубежных ученых, направленных на усовершенствование конструкций всех видов экипажей и прежде всего автомобилей. В настоящее время добились значи тельного снижения уровня шума от автомобилей, однако существует предел ограничения, после которого обеспечить дальнейшее снижение шума достаточно сложно, в частности, шума ходовой части, двигателя, кузова и т.п.
Невзирая на то, что происходит постоянное снижение акустической мощности источников (автомобилей), общий шумовой режим на селитебной территории от автотранспорта постоянно возрастает [14]. Связано это в первую очередь с ростом числа автомобилей, а так же с изменением структуры транспортного потока (изменения скорости и плотности потоков, соотношения грузовых и легковых автомобилей и др).
Градостроительные меры, к которым относятся вынос источника за предел селитебной территории, ее функциональное зонирование, организация транспортного движения, обеспечение достаточного расстояния от транспортных магистралей до селитебной территории, являются эффективными способами снижения шума от транспортных магистралей в застройке, применяемыми на стадии разработки проектов. Как показывает практика применения градостроительных мер по снижению транспортного шума [14,28,29,39], максимальная эффективность достигается при их комплексном использовании. Чаще всего совместно используются архитектурно - планировочные средства защиты в различных формах и сочетаниях с функциональным зонированием и с использованием фактора затухания звука на расстоянии.
Организация уличпо-дорожной сети города в значительной степени определяет шумовой режим селитебной территории. В этой связи организация транспортного движения является мощным градостроительным способом, который можно использовать как на стадии проектирования, так и в существующей застройке при ее реконструкции или модернизации. Суть метода заключается в переносе транспортных потоков, изменении положения и направления потоков, ограничении скорости движения и других методов. Перечисленные методы являются во многих случаях достаточно эффективными. Например, дифференциация улиц и дорог по назначению, скорости движения и видам транспорта позволяет оперативно изменять шумовую обета новку на основных магистралях и тем самым более эффективно использовать другие методы защиты от транспортного шума. Создание специализированных магистралей способствует снижению транспортной нагрузки на остальной улично-дорожной сети городов. Например, сокращение интенсивности движения на жилых улицах в два раза, а на общегородских и районных в четыре раза согласно данным [14,47,58] приводит к уменьшению уровня на них соответственно на 3 и 6 дБА. Уменьшение доли грузового транспорта в потоке также приводит, как показано в [40,44,51], к снижению шума.
При строительстве транспортных развязок пересечение магистральных улиц в разных уровнях способствует уменьшению уровня шума на 1-1.5 дБА [39]. Введение автоматизированной системы управления движением на основных магистральных улицах позволяет снижать уровни шума на 1-1.5 дБА [41,42]. Радикальным методом борьбы с шумом в микрорайонах является прокладка магистральных улиц и скоростных дорог под землей [25].
При проектировании генплана и улично-дорожной сети, можно добиться снижения транспортных потоков за счет рационального размещения зон функционального назначения: мест работы, жилых районов и др.
Функциональное зонирование застройки является одним из основных способов борьбы с транспортным шумом на стадии проектирования и в меньшей степени используется при реконструкции городской застройки.
При строгом соблюдении норм и правил планировки городов можно добиться значительного снижения шума в застройке. В этом случае необходимо предусматривать функциональное зонирование территории с обязательным отделением селитебных, лечебных зон от промышленных, коммунальных зон и от основных магистралей. При разработке проектов планировки важным моментом является выбор положения зданий относительно транспортных магистралей. Ближе к магистральным городским улицам необходимо располагать объекты, которые удовлетворяют условиям щумозащиты в следствии более низких к ним требований. Улучшение акустического комфорта можно достигать рациональным зонированием застройки по этажности. При этом первый эшелон застройки служит экраном, а дома, требующие защиты от шума, располагаются в зоне его акустической тени.
Обеспечение необходимых санитарно - защитных разрывов достигается путем увеличения расстояний между дорогой и границами участков жилой застройки. Способ можно использовать на стадии проектирования, в существующей плотной застройке удаление источника шума от жилых районов не всегда возможно. Применение метода требует наличия экономически обоснованного проекта. Как правило, по экономическим соображениям обеспечивать разрывы между зданиями и магистралями более чем 100-200м не выгодно, а в условиях плотной застройки и практически неосуществимо. Тем не менее, он используется на начальных стадиях строительства [4,20,25].
Градостроительные меры снижения шума имеют максимальную эффективность в условиях нового строительства. В настоящее время в основном осуществляется реконструкция городов, и в связи с этим возможность использования градостроительных методов значительно ниже.
Расчет отраженного шумового поля за экраном на основе интегральных представлений
Отраженная энергия, образующаяся за экраном, не распределяется равномерно по пространству, а спадает по мере удаления от экрана. Так как при таких условиях не соблюдается требование диффузного поля об однородности, но обеспечивается признак его диффузности по изотропности направлений звуковых потоков при рассеянном отражении звука от поверхностей, отраженное звуковое поле в пространстве за экраном квазидиффузное [13,35]. Для расчета его энергетических параметров возможно использовать интегральное уравнение Куттруфа. В случае отражения звука от поверхностей по закону Ламберта интегральное уравнение для трехмерного случая имеет вид /№ ) = 1 /о - aWS) C0 )cfQ dS+i , (2.11) и где 7(а$,)-интенсивность звуковой энергии, падающей на некоторый участок ограждения dS, получаемая как сумма интенсивностей, отраженных от всех элементов ограждения; /0rad - интенсивность падающего на участок dS прямого звука; I(dS)(l-a) - интенсивность падающей на участок dS энергия, определяемая вкладами отражений от всех других участков ограждений dS; г - радиус - вектор, соединяющий элементы dS и dS ; й и Qi . углы между вектором г и нормалью к соответствующим элементам dS и dS (рис.2.7).
В двумерном случае при рассмотрении цилиндрических волн от протяженного источника шума за бесконечным экраном (рис.2.6) образуется поле, описываемое интегральным уравнением /( )=l(i-a)/№)cos(gl)cos(g2) +/0 , (2.12) 71 s 0.5-г
В уравнении (2.12) приняты те же обозначения, что и в уравнении (2.11), только для двумерного случая: dS - элемент длины ограждения; S - общая протяженность ограждающих конструкций; интенсивность звуковой энергии / имеет размерность - Дж/(м-с).
Схема к расчету отраженного поля уравнение Куттруфа
Точное решение интегрального уравнения является достаточно сложной задачей. Для его решения используют, как правило, численные методы. В нашем случае уравнение решается последовательным суммированием отражений звука от ограждений. Точность решения интегрального уравнения главным образом зависит от количества учитываемых актов отражений звука от ограждающих поверхностей. С этой целью были проведены исследование шумовых полей для двух вариантов длин экрана: бесконечной и конечной длины. При расчетах геометрические размеры экрана и здания принимались аналогичными экспериментальным, рассмотренным в главе 3: высота экрана 1 и 1.5м, высота «здания» -1,5м, расстояние между экраном и «зданием» - 6.3м для бесконечного экрана и 6м для конечного. Расчетная точка располагалась в зоне с наибольшим вкладом отраженной энергии - 2м от поверхности здания и на высоте 1м от поверхности пола. Коэффициенты звукопоглощения принимались: азД=аэкр= 0.01,(Хземли=0.04.
Результаты расчетов повышения уровней при разном количестве актов отражений представлены на рис.2.8. По результатам расчета можно сделать вывод, что достаточную точность расчетов обеспечивает учет как минимум актов отражений звука от ограждающих поверхностей. При увеличении количества отражений с 8 до 16 происходит увеличение уровня в среднем всего на 0,01 дБ. Достаточность учета небольшого количества актов отражений объясняется наличием значительного оттока энергии через открытые пространства «потолка».
При проектировании акустических экранов не всегда учитывается их звукоизолирующая способность. В последнее время по архитектурным или иным соображениям акустические экраны часто изготавливаются из тонких листовых материалов (металла, стекла) с низкими звукоизолирующими свойствами. Практика использования таких экранов показывает, что уровень звука, прошедшего через экран с низкой звукоизоляцией, оказывается сравнимым с уровнем за счет дифракции и фактическая эффективность экрана оказывается ниже ожидаемых расчетных значений, полученных без учета низкой звукоизоляции конструкции экрана.
Таким образом, при проектировании экранов необходимо учитывать звукоизолирующие свойства его конструкции. При проектировании необходимо выбирать конструкционные материалы, обеспечивающие поверхност ную плотностью экранов не ниже указанной в табл.2.1 [47]. При низких звукоизолирующих свойствах конструкции экрана происходит снижение эффективности экранирования за счет проникновения звука через тело экрана и увеличения, соответственно, уровня отраженного звукового поля за экраном.
Из табл. 2.1 видно, что при проектировании экранов для обеспечения минимального влияния шума, прошедшего через экран с низкими звукоизолирующими качествами, необходимо обеспечивать поверхностную плотность экрана не менее 30 кг/кв.м.
Уровень шума, проникающего через экран вследствие низкой звукоизоляции, можно приближенно рассчитать по формуле (2.13) жр Lnp " где Lnp - уровень шума без учета экрана, R - изоляция воздушного шума конструкцией экрана. Шум, прошедший через экран вследствие низкой звукоизоляции, вносит дополнительный вклад в формирование отраженного звукового поля
Исследования акустической эффективности экранов «бесконечной» длины
Модель экрана «бесконечной» длины была реализована следующим образом. Экран устанавливался в углу шумозаглушенной камеры вплотную к ее звукопоглощающим стенкам. При таком положении экрана исключалась возможность огибания звуковыми волнами его боковых граней и поэтому основной вклад в формирование отраженной составляющей вносит дифракция звука через верхнюю кромку экрана.
Эксперимент для бесконечного экрана (рис.3.1) выполнен при двух вариантах высот экрана - 1 и 1.5м и четырех вариантах удаленности «здания» от экрана на расстояние 6.3м, 4.9м, 3.5м и 2.1м.
Точки, в которых производились измерения, располагались на высоте 0.5м от пола заглушённой камеры в узлах сетки 1.0x0.7м. Последовательность измерений соответствует порядковым номерам точек на рис. 3.1.
При оценке эффективности экрана произведены эксперименты №1,2,3 (см. табл.3.1). Значения акустической эффективности экрана, полученные по результатам измерений, приведены на рис.3.2 и 3.3. Для сравнения расчетной эффективности экрана с эффективностью, полученной экспериментально, на рис.3.4 и 3.5 приводятся соответствующие расчетные графики.
Графики построены для оценки эффективности экрана по октавным полосам частот в зависимости от удаления точки измерения от экрана (рис.3.2 и 3.4) и для оценки эффективности экранирования в зависимости от частотного диапазона в октавных полосах частот 500-8000 Гц (рис.3.3 и 3.5).
Выполненные экспериментальные и теоретические исследования показали сложный характер формирования звукового поля в пространстве за акустическим экраном. Графики эффективности, полученные по результатам измерений уровней шума, имеют неустойчивую форму со значительными впадинами и вершинами. Связано это с наличием интерференции звуковых волн. На высоких частотах измеренная эффективность экранов оказывается на 3-5 дБ ниже теоретической. Данное расхождение можно объяснить повышением измеренного уровня звука за счет отражений от поверхности пола. На средних частотах совпадение рассчитанных и измеренных уровней
На средних частотах совпадение рассчитанных и измеренных уровней шума более удовлетворительное (рис.3.6).
Результаты сравнения теоретической и экспериментальной эффективности экрана в децибелах А показали более удовлетворительное совпадение экспериментальных и расчетных данных. Расхождения в большинстве случаев не превышают 1.5 дБА (рис.3.7). Отсутствие резких перепадов в экспериментальных графиках и лучшее совпадение формы экспериментальных и теоретических графиков подтверждает интерферационный характер причин расхождения данных при их частотном анализе.
Выполнено экспериментальное и теоретическое исследование отраженного поля между экраном бесконечной длины и отражающей поверхностью «здания». Параметры моделей соответствуют экспериментам № 5 и 9 табл. 3.1.
Значения увеличения уровней шума за счет отражений, полученные по результатам экспериментов, приведены на рис.3.8 и 3.9.
Расчетные значения увеличения уровней шума за счет отражений звука между экраном и «зданием» приведены на рис.3.10 и 3.11. Расчет отраженного поля между экраном и зданием производился по интегральному методу, описанному в главе 2.
Полученные экспериментальные и расчетные данные позволяют сделать следующие выводы. Рисунок 3.8. Увеличение уровней за счет отражений звука между экраном высотой 1м и «зданием», полученное экспериментально для разных расстояний от экрана
Наличие отраженной поверхности «здания» приводит к образованию в пространстве «экран-здание» отраженного поля. Увеличения уровней за счет отражений составляют 1.0-6.0 дБ. Как видно из графиков, полученных экспериментально (рис.3.8 и 3.9), на высоких частотах 4000-8000 Гц наблюдается несколько меньше увеличение уровней по сравнению с увеличением их на низких частотах.
Влияние конечных размеров экрана на его эффективность
Для оценки влияния звукоизоляции экрана на его акустическую эффективность, в работе проведены теоретические исследования, полученные при различных параметрах экранов и планировочных ситуаций. Ниже в качестве примера приведены данные исследования при следующих геометрических параметрах расчетной ситуации: высота экрана Нэкр=3, 6м; уровень шума, измеренный на расстоянии 7.5 м от оси дороги LA=S5 дБА; расстояние от ближайшей полосы дороги до экрана /ДОр-экр=5 м; расстояния от экрана до расчетной точки /Экр-рт=2 и 6 м; высота расчетной точки Нрт=1,5м; длина дороги /дор=50м; длина экрана /экр=25м; звукоизоляция экрана R=0.5 - 10 дБ. Результаты расчета снижения эффективности экранирования за счет изменения звукоизоляции экрана для указанных условий даны на рис. 4.4.
Выполненные расчеты для приведенного примера и других рассмотренных планировочных ситуаций позволяют сделать следующие выводы.
Низкая звукоизоляция экрана из стекла и листовых материалов (менее бдБА) может оказывать существенное влияние на эффективность экранирования. Снижение эффективности в этих случаях может достигать 4 дБА и более. Снижение эффективности различно для разных положений расчетных точек относительно экрана. При удалении расчетной точки от экрана наблюдается уменьшение влияния его звукоизолирующих свойств. Как видно на рис. 4.4 при удалении расчетной точки от экрана с 2м до 6м влияние звукоизоляции уменьшается примерно на 1дБА.
Таким образом, акустическая эффективность легких экранов существенно зависит от их звукоизоизолирующих свойств. Из графиков рис.4.4 видно, что при увеличении звукоизоляции от 5 до 8 дБА, эффективность экрана может повышаться на 3 дБА.
Выполненные расчеты и их анализ позволили определить граничные значения звукоизоляции, при которых прошедший через тело экрана шум не окажет влияния на его эффективность. Установлено, что при звукоизоляции экрана равной 8 дБА, влияние на акустическую эффективность экрана прошедшего через него шума мало и его уже можно не учитывать при практических расчета. При разработке современных легких экранов следует стремится обеспечивать их звукоизоляцию не ниже 10 дБА, т.е. проектировать экраны с поверхностной плотностью не менее 20 кг/м2.
Акустическая эффективность экранов существенно зависит от условий формирования отраженного шума за экраном. Как показано ранее, величина уровня отраженного шума зависит от различных факторов. К основным из них относятся отражения звука от поверхностей и звукопроницаемость конструкций. Ниже приведены результаты сравнительного анализа снижения эффективности экранирования за счет звукопроницания через конструкцию экрана, и за счет отражений звука от поверхностей. В качестве примера даны расчеты, выполненные при следующих параметрах: высота экрана НЭКр= 3 м; высота здания Нзд=12 м, уровень шума, измеренный на расстоянии 7.5 м от дороги 1А=85 дБА; расстояние от дороги до экрана /д.Экр=3 и 7 м; расстояние от экрана до расчетной точки 4-рт=2; 4; 6; 8; 10 м; высота расчетной точки Нрт=1,5м; длина дороги принята /дор= 50м; длина экрана /зкр=25 и 50 м; расстояние между экраном и зданием /Экр-зд=14 м; звукоизоляция экрана R=2, 5, 8, 10 дБА. На рис.4.5, 4.6, 4.7, 4.8 приведены графики повышения уровня шума за экраном за счет отражений звука и за счет вклада звуковой энергии, прошедшей через тело экрана при его разной звукоизоляции.
