Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Закономерности формирования шумовых полей в производ ственных помещениях с технологическим оборудованием и их учет в современных методах расчета. Постановка задач исследования 10
1.1 Факторы и,условия, определяющие распространение шума в производственных зданиях с технологическим оборудованием 10
1.2 Анализ современных методов расчета уровней шума в производственных помещениях с позиций возможности учета в них влияния оборудования на распределение звуковой энергии 18
1.3 Существующие методики оценки рассеяния звуковой энергии в помещениях с рассеивателями 29
1.4 Экспериментальные исследования звуковых полей в производственных помещениях с рассеивателями 32
Выводы по главе 1 и определение направлений исследований 34
Глава 2. Экспериментальные исследования шумовых полей в помещениях с рассеивателями 36
2.1 Конструктивное решение экспериментальной установки и методика исследований 36
2.2 Результаты экспериментальных исследований и анализ влияния рассеивателей на распределение звуковой энергии в модельных помещениях 43
Выводы по главе 2 50
Глава.3 Исследования длины среднего свободного пробега звуковых лучей и времени реверберации в производственных помещениях с оборудованием 51
3.1 Методика использования метода прослеживания звуковых лучей (ray tracing) при расчетах звуковых полей в помещениях с рассеивателями 51
3.2 Исследования влияния на среднюю длину свободного пробега звуковых лучей объемно-планировочных и акустических параметров помещений и рассеивателей 56
3.3 Выбор и оценка факторов, влияющих на время реверберации в производственных помещениях 66
3.4 Исследования времени реверберации в производственных по мещениях с оборудованием 75
Выводы по главе' 3 82
Глава 4. Исследования влияния оборудования на звукопоглощающие характеристики производственных помещений 84
4.1 Выбор методики оценки изменения звукопоглощающих характеристик помещений при наличии в них оборудования 84
4.2 Оценка влияния оборудования на средние коэффициенты звукопоглощения производственных помещений 88
Выводы по главе 4 96
Глава 5. Метод расчета энергетических параметров шумовых полей в производственных помещениях с технологическим оборудованием 97
5.1 Основные требования к методу расчета шумовых полей в производственных помещениях с технологическим оборудовани ем и соответствие им современных методов расчета 97
5.2 Комбинированная расчетная модель энергетических параметров шумовых полей в помещениях с рассеивателями 100
5.3 Компьютерная программа, реализующая комбинированную расчетную модель шумовых полей в помещениях с рассеивателями 107
5.4 Экспериментальная проверка комбинированной расчетной модели 111
Выводы по главе 5 127
Основные выводы работы 128
Список использованных источников 131
- Анализ современных методов расчета уровней шума в производственных помещениях с позиций возможности учета в них влияния оборудования на распределение звуковой энергии
- Результаты экспериментальных исследований и анализ влияния рассеивателей на распределение звуковой энергии в модельных помещениях
- Исследования влияния на среднюю длину свободного пробега звуковых лучей объемно-планировочных и акустических параметров помещений и рассеивателей
- Оценка влияния оборудования на средние коэффициенты звукопоглощения производственных помещений
Введение к работе
Характерной особенностью большинства промышленных предприятий является наличие высоких уровней шума в производственных помещениях. Шум снижает производительность труда и негативно влияет на здоровье работающих. В этой связи обеспечение в производственных помещениях нормального шумового режима является важной задачей, решение которой должно выполняться на всех стадиях проектирования промышленных зданий, а также при реконструкции действующего производства.
В настоящее время на основе работ российских ученых Борисова Л.А., Гусева В.П., Заборова В.И., Иванова Н.И., Ковригина С.Д., Осипова Г.Л., Седова М.С., Шубина И.Л., Юдина Е.Я. и др. разработаны и внедряются в практику эффективные методы и средства снижения производственного шума. Снижение достигается за счет уменьшения излучения звуковой энергии источником шума, борьбы с шумом в пределах ближнего поля источника, а также на путях распространения шума в помещении. К последним относятся технолого-организационные, архитектурно-планировочные и строительно-акустические меры. Архитектурно-планировочные и строительно-акустические мероприятия во всех случаях являются непременной составляющей комплекса перечисленных выше мер снижения шума. Они используются как на стадии разработки объемно-планировочных и конструктивных решений, так и при реконструкции и эксплуатации зданий.
Основным компонентом, гарантирующим качество проектирования объемно-планировочных и конструктивных решений зданий с учетом условий защиты от шума, является расчет энергетических параметров шумовых полей помещений. Оценить эффективность принятых решений возможно при наличии надежного метода расчета. Разработка такого метода должна основываться на достоверных представлениях о процессах формирования прямой и отраженной составляющих звукового поля помещения. Определение прямой звуковой энергии не имеет принципиальных трудностей и ее расчет может производиться в соответствии с рекомендациями, изложенными в норматив-
5 ной и справочной литературе. Отраженная звуковая энергия формируется под воздействием большого количества различных факторов и ее оценка является более сложной задачей. Степень объективности метода оценки отраженной звуковой энергии связана с уровнем и объемом исследований закономерностей ее распространения в помещениях. Этим исследованиям большое внимание уделяется как в России, так и за рубежом. На основе работ российских ученых Осипова Г.Л., Ковригина С.Д., Сергеева М.В., Шубина И.Л., Леденева В.И., Антонова А.И., Крышова СИ. и др., а также зарубежных ученых Куттруфа X., Краака В., Шредера М., Еске В., Гобера X. и др. разработаны геометрические и статистические методы расчета уровней шума в производственных помещениях, основанные на представлениях, заложенных в работах Сэбина У., Морза Ф., Кремера Л., Скучика Е., Бреховских Л.М., Розенберга Л.Д. и др. Анализ методов показывают, что большинство из них оценивают распределение звуковой энергии в помещениях как в пустых геометрически правильных по форме объемах. В реальности большинство производственных помещений имеет сложную форму и заполнено (в большей или меньшей мере) оборудованием. Так как оборудование рассеивает звуковую энергию, это приводит к ее более сложному по сравнению с пустыми помещениями распределению. Объективно оценить такое распределение не представляется возможным в большинстве методов.
Важными характеристиками, входящими в расчетные формулы многих методов, являются средняя длина свободного пробега звуковых волн и средние коэффициенты звукопоглощения помещения. Последние могут быть определены на основе сведений о времени реверберации и средней длине пробега. Указанные характеристики существенно зависят от наличия в помещениях технологического оборудования и других рассеивающих звук предметов. Удовлетворительная методика оценки влияния рассеивателей на эти характеристики в настоящее время отсутствует.
Таким образом, исследования закономерностей распространения звуковой энергии в производственных помещениях с оборудованием и разработка
метода расчета звуковых полей помещений сложной формы при наличии в них рассеивающих звук предметов являются актуальной научной задачей.
Цель диссертационной работы: исследования закономерностей распространения звуковой энергии в производственных помещениях с технологическим оборудованием и разработка на их основе метода расчета шумовых полей в помещениях сложной формы при наличии в них рассеивающих звук предметов.
Основные задачи исследований:
произвести анализ существующих расчетных методов с позиций возможности использования их для оценки распределения звуковой энергии в производственных помещениях любой сложной формы при наличии в них оборудования и других рассеивающих звук предметов;
разработать модельную установку и выполнить не ней экспериментальные исследования распространения шума в помещениях различных пропорций при наличии в них рассеивающих звук предметов;
разработать методику и произвести оценку влияния оборудования и других рассеивающих звук предметов на среднюю длину свободного пробега звуковых волн и время реверберации в производственных помещениях;
произвести исследования влияния оборудования и других рассеивающих звук предметов на звукопоглощающие характеристики помещений;
разработать метод расчета шумовых полей в производственных помещениях с технологическим оборудованием и на его основе создать методику и компьютерную программу для оценки шумового режима и проектирования шумозащиты в помещениях с рассеивающими звук предметами.
Методы исследования. В работе использовались теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические исследования выполнены с использованием метода прослеживания лучей и численного статистического энергетического метода. Расчеты произведены на ЭВМ по специально разработанным программам. Экспериментальные исследования выполнены на разработанной автором модельной установке. Дополнительно выполнены эксперименты в натурных производственных помещениях с использо-
7 ванием при измерениях прецизионной электроакустической аппаратуры.
Научная новизна работы:
получены новые данные о влиянии рассеивающих звук предметов на среднюю длину свободного пробега звуковых волн в производственных помещениях с оборудованием, дана формула для ее определения;
получены новые данные о зависимости времени реверберации от объемно-планировочных и акустических характеристик помещений при наличии в них рассеивающих звук предметов, оценена возможность и достоверность его определения существующими расчетными формулами;
предложена методика определения звукопоглощающих характеристик помещений с оборудованием и на ее основе обоснована степень влияния оборудования и других рассеивателей на звукопоглощение помещений;
получены новые экспериментальные данные о влиянии параметров и акустических характеристик рассеивающих звук предметов на распределение звуковой энергии в помещениях различных геометрических пропорций;
разработан новый комбинированный расчетный метод оценки распределения звуковой энергии в помещениях с технологическим оборудованием.
Достоверность теоретических результатов подтверждена на основе сравнительного анализа расчетных и экспериментальных данных, полученных для помещений с рассеивающими звук предметами.
Практическая значимость работы. Полученные данные о влиянии технологического оборудования и других рассеивающих звук предметов на среднюю длину среднего свободного пробега звуковых волн и время реверберации позволяют производить достоверную оценку звукопоглощения в производственных помещениях и тем самым более обоснованно принимать решения о снижении шума средствами звукопоглощения.
Разработанный метод расчета шумовых полей в помещениях с оборудованием дает возможность по сравнению с существующими методами выполнить расчеты уровней звукового давления в помещениях любой сложной формы и при наличии в них технологического оборудования.
Разработанная программа, реализующая расчетный метод, позволяет производить оценку шумового режима в производственных помещениях при многовариантном проектировании, учитывая реальное влияние объемно-планировочных и конструктивных решений помещений и находящегося в них оборудования на формирование шумовых полей.
Реализация результатов работы. Исследования выполнялись в соответствии с договором о творческом научном сотрудничестве между ТГТУ и Белостокским политехническим институтом Польши (2001 - 2005 г). Разработанная расчетная программа передана для использования в Научно-исследовательский институт строительной физики РААСН. Программа используется в Научно-техническом центре по проблемам архитектуры и строительства ТГТУ при разработке проектов реконструкции и капитального ремонта зданий, а также в учебном процессе ТГТУ по дисциплинам «Строительная физика» и «Физика» (специальности 270102 и 270301).
Апробация работы. Материалы, изложенные в диссертации, представлялись и обсуждались на IX и X научно-технических конференциях ТГТУ (г.Тамбов, 2004, 2005 гг.), на международной конференции «Наука на рубеже тысячелетий» (г.Тамбов, 2004 г.), на XV, XVI, XIX сессиях Российского акустического общества (г.Нижний Новгород, 2004, 2007 гг., г.Москва 2005 г.), на международных научно-технических семинарах по проблемам защиты от шума (г.Севастополь, 2004 - 2007 гг.), на научно-технической конференции «Строительная физика в XXI веке» (г.Москва, 2006 г.), на 45-ой научно-практической конференции «Инновационные технологии - транспорту и промышленности» (г.Хабаровск, 2007 г.), на шестой международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития жилищно-коммунального комплекса города» (г.Москва, 2008 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 25 статей (в том числе 4 статьи в издании, рекомендуемом ВАК), 2 тезиса докладов, зарегистрировано 3 программы для ЭВМ в федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.
На защиту выносятся:
метод расчета шумового режима в производственных помещениях любой сложной формы, разработанный с учетом влияния на распределение звуковой энергии технологического оборудования и других рассеивающих звуковую энергию предметов;
результаты исследований влияния оборудования и других рассеивающих звуковую энергию предметов на среднюю длину свободного пробега звуковых волн, время реверберации и звукопоглощающие характеристики производственных помещениях;
программа по оценке шумового режима производственных помещений при наличии в них технологического оборудования и других рассеивающих звук предметов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованных источников (158 наименований) и приложения. Общий объем работы 190 страниц. Основной текст, включая 51 рисунок и 5 таблиц, изложен на 147 страницах, объем приложения 42 страницы.
Работа выполнена на кафедре «Городское строительство и автомобильные дороги» ТГТУ под руководством д.т.н. Леденева В.И. Автор выражает благодарность к.т.н. Антонову А.И. за оказанную научную и методическую помощь в работе.
Анализ современных методов расчета уровней шума в производственных помещениях с позиций возможности учета в них влияния оборудования на распределение звуковой энергии
Современные методы расчета базируются на положениях волновой, геометрической и статистической теорий акустики помещений. Основы этих теорий изложены в работах [7, 8, 30, 79, 80, 97, 104]. Методы различаются по принципам, допущениям и упрощениям, принятым при их разработке.
Методы расчета звуковых полей помещений на основе волновой теории акустики. Волновая теория исходит из физических закономерностей формирования звуковых полей помещений как сложной колебательной системы с распределенными параметрами. Формы собственных колебаний и собственные частоты объема, возбуждаемые источником, определяются формой помещения и условиями на границах. На основе волновой теории принципиально возможно рассчитать энергетические характеристики звуко вого поля. Анализ имеющихся попыток использования теории для расчетов звуковых полей помещений показывает, что ее применение для решения поставленных в работе задач ограничивается двумя причинами. К первой относится сложность математического аппарата. Второй, более важной причиной является необходимость использования при расчетах идеализированных граничных условий и условий возбуждения. В реальных помещениях всегда имеется степень неопределенности, заключающаяся в отклонении помещений от правильных геометрических форм, в неоднородности поверхностей ограждений, в отсутствии точных сведений о звукопоглощении ограждений и т.д. По этим причинам волновая теория чаще всего применяется при оценках шума, распространяющегося в пустых прямоугольных каналах и помещениях в низкочастотном диапазоне, когда размеры помещений меньше или сравнимы с длиной волны [17, 48, 90]. При этом могут использоваться как прямые методы решения волнового уравнения [48, 90], так и методы конечного элемента [120].
Для помещений с рассеивателями волновые методы не пригодны. Наличие рассеивателей приводит к перестройке собственных функций и к сдвигу собственных частот реального помещения относительно его идеального представления как пустого помещения. Анализ подобных ситуаций выполнен М. Шредером в работе [153], а также подтверждается теоретическими исследованиями в работах [102, 143]. При таких условиях невозможно удовлетворительно сформулировать граничные условия. Решение поставленных в работе задач невозможно с использованием данного подхода.
Методы расчета звуковых полей помещений на основе геометрической теории акустики. Оценка распространения звуковой энергии в помещениях может быть выполнена на основе представлений о лучевой картине звукового поля [33, 88, 91, 105]. Величина энергии в любой точке помещения определяется как результат арифметического суммирования средних значений энергий, привносимых в точку лучевыми отражениями от ограждений.
Наибольшее распространение в практике расчетов шумовых полей помещений с использованием принципов геометрической акустики получили метод мнимых источников и лучевые методы.
В методе мнимых источников отраженное звуковое поле представляется образованным бесконечной группой мнимых источников, расположенных в узлах пространственной решетки. В этом случае суммарная плотность прямого и отраженного звука определяется как \ от=оои=оо 7=со ( 6. ., . \ 1 / 2 Vmnq Р с Пехр{- т г)+ — EZE П(1 — осу у J ехр{- тъГтщ ) 4% /я 0 л 0 7 0 \j=l у (1.7) где Р - мощность действительного источника звука; j - количество поверхностей с различными коэффициентами звукопоглощения a/, kj - число отражений звука оту -ой поверхности; г и гтщ - расстояние от действительного и мнимых источников IH+H+Ы порядков до расчетной точки; та - пространственный коэффициент затухания звука в воздухе; П - функция, определяющая характер излучения действительного источника.
Метод нашел применение при теоретических исследованиях закономерностей распространения звуковой энергии и практических расчетах уровней звукового давления [19, 20, 21, 36, 42, 106, 115, 119, 127, 129, 133, 146, 148]. Однако, из-за ряда недостатков, он не всегда обеспечивает требуемую точность расчетов [59, 83, 98]. Связано это с неполным соответствием расчетной модели реальному формированию отраженного поля. Построение решетки мнимых источников возможно лишь при идеальной форме параллелепипеда. Большинство производственных помещений имеют сложные по форме объемы, для которых построение решетки практически затруднено или идеализировано. Вторым фактором, влияющим на точность, является несоответствие модели зеркальных отражений (см. рисунок 1.6а) реальным условиям отражения в большинстве производственных помещений. В большинстве случаев происходит смешанное отражение (см. рисунок 1.6в). Это обстоятельство в методе не учитывается и поэтому он дает заниженные уровни отраженного звука в ближней к источнику зоне и завышает их в дальней. Метод часто корректируется путем, как правило, субъективных поправок и ограничений [96, 126, 150].
Результаты экспериментальных исследований и анализ влияния рассеивателей на распределение звуковой энергии в модельных помещениях
Исследования произведены в трех модельных помещениях с различными пропорциями: в соразмерном - 3.73xl.3x0.97(/z) м; в длинном -3.73х1.3х0.58(/г)м; в плоском-3.73X1.3X0.32(/Z)M [108].
В каждом помещении измерения производились при 4 вариантах: без рассеивателей (пустое помещение) и при 15, 23 и 31 рассеивателе. В свою очередь рассеиватели принимались двух видов: из одного кирпича (объем рассеивателя 0.0027 м ) и двух кирпичей (объем рассеивателя 0.0054 м ).
Рассеиватели устанавливались различными плоскостями на пол. Всего рассматривалось 4 варианта положения: при рассеивателе из одного кирпича - 0.25x0.12x0.09(/z) м (установка на постель), 0.09x0.12х0.25(/г) м (установка на тычок); при рассеивателе из двух кирпичей - 0.25x0.12x0.18(h) м (установка на постель), 0.18х0.12х0.25(/г) м (установка на тычок).
Для каждого положения рассеивателей и для пустого помещения измерения производились при двух вариантах: при отсутствии звукопоглощения на потолке и при его наличии. При этом использовались рассеиватели без звукопоглощения и со звукопоглощением на них.
В целом для каждого помещения выполнялись 50 серий измерений. Общее количество серий измерений по всем помещениям составило 150. Иссле 44 дования производились в октавных полосах частот с /ср равными 1000 Гц, 2000 Гц и 4000 Гц.
Результаты измерений, показывающие изменение уровней звукового давления при перечисленных выше вариантах размещения рассеивателеи и звукопоглощения, приведены на графиках рисунков АЛ - АЛ2 приложения для октавной полосы частот с/ср = 4000 Гц.
Анализ графиков в целом показывает, что для помещений всех пропорций, размещение в помещении рассеивателеи приводит к изменению спадов уровней звукового давления. Изменения спадов достаточно велики и, следовательно, их неучет в расчетном методе может приводить к существенным погрешностям в оценке уровней шума. Расхождения в дальней от источника зоне могут составлять 4.0 - 8.0 дБ в незаглушенных помещениях с хорошо отражающими звук рассеивателями и до 24 дБ в заглушённых помещениях.
Величина спадов зависит от плотности размещения рассеивателеи. При увеличении плотности размещения рассеивателеи спады уровней растут.
Рост спадов увеличивается с увеличением звукопоглощения рассеивателеи и с увеличением звукопоглощения потолка. Наибольшее влияние плотности размещения рассеивателеи проявляется при заглушённом потолке и большом звукопоглощении рассеивателеи. В качестве примера данных обстоятельств на рисунке 2.4 приведены спады уровней в плоском помещении при одном варианте размещения рассеивателеи.
На изменение уровней существенное влияние оказывает площадь поверхностей рассеивателеи. С ростом площади при одном и том же объеме рассеивателеи спад уровней увеличивается. Это влияние проявляется как при малых, так и больших объемах единичных рассеивателеи. Характерный пример изменения спадов за счет изменения площади рассеивателеи при одном и том же их объеме дан на рисунке 2.5.
При изменении пропорций помещений в сторону несоразмерности (длинные и плоские помещения) эффект влияния рассеивателеи на спады уровней растет больше чем в соразмерных помещениях.
Результаты измерений позволяют проанализировать влияние рассеивателей и их звукопоглощающих свойств на распределение звуковой энергии в помещениях разных пропорций с различным звукопоглощением ограждений. На рисунках 2.6 - 2.8 приведены уровни звукового давления в помещениях различных пропорций при различных ситуациях размещения рассеивателей и звукопоглощения. Видно, что характер влияния рассеивателей и звукопоглощения потолка на уровни звукового давления соответствует качественной картине влияния рассеивателей, приведенной в [131] (см. рисунок 1.5). ,
Рассеиватели существенно снижают уровни даже в незаглушенных помещениях. Наибольшее снижение достигается в помещениях со звукопоглощением на ограждениях и с высоким коэффициентом звукопоглощения рассеивателей. Последнее имеет большое значение для производственных помещений в текстильной промышленности и других подобных отраслях при высоких коэффициентах звукопоглощения оборудования.
В целом анализ экспериментальных данных показывает, что основными показателями рассеивателей, влияющими на распределение звуковой энергии, являются суммарные площадь и звукопоглощение рассеивателей.
Исследования влияния на среднюю длину свободного пробега звуковых лучей объемно-планировочных и акустических параметров помещений и рассеивателей
В настоящее время при расчетах уровней шума статистическими методами используется средняя длина пробега, вычисляемая по формуле /ср=4га01р, (3.1) где V— объем помещения; Sorp - общая площадь ограждений помещения. Как видно формула (3.1) не учитывает наличие в помещении рассеивателей, а также звукопоглощение поверхностей помещения и рассеивателей. Результаты исследований, выполненных в [78, 39], показывают, что в соразмерных пустых помещениях средняя длина свободного пробега близка к длине, определяемой по формуле (3.1), в несоразмерных помещениях (длинных и плоских) реальная длина пробега может отличаться от нее [78].
Наличие в реальных помещениях оборудования и других рассеивателей приводит к существенному изменению длин пробега лучей [68, 69]. Величина изменений зависит от количества и размеров рассеивателей, их расположения в объеме помещения, звукопоглощения ограждений и рассеивателей, геометрических параметров помещений, характера отражения лучей от ограждений и рассеивателей, места положения источника.
Выполненные в [75, 68] исследования влияния рассеивателей показали, что средние длины свободного пробега при наличии в помещении оборудования и других рассеивателей можно определять по формуле /сРр = 4(К - Vw)/(Sorp + Spac), (3.2) где Ги p - то же, что в формуле (3.1); Грас и Spac — объем и площадь рассеивателей, размещаемых в помещении.
Формула (3.2) проста и удобна в методическом отношении. Однако в настоящее время нет достаточного количества исследований для определения границ ее применимости. Оценочные расчеты выполнены только для нескольких вариантов помещений [60]. При этом не учтено влияние на величину /срР звукопоглощения оборудования.
Формулы (3.1) и (3.2) исходят из предположения об идеальном диффузном характере формирования отраженного поля. Считается, что звуковые волны изотропно распределяются по помещению и несут примерно одинаковую энергию. В реальности отраженные поля имеют квазидиффузный характер, при котором соблюдается равновероятность направлений волн в пространстве помещения, но имеются различия в их энергетических уровнях [60]. Различия тем больше, чем больше несоразмерность помещений и чем больше разница в звукопоглощении ограждений. При этом энергия лучей не остается постоянной во времени, а уменьшается при каждом отражении.
При таких условиях, для определения средней длины пробега в помещениях с рассеивателями целесообразно использовать предложенную Антоновым А.И. [3, 60, 2] методику, учитывающую энергетическую значимость отдельных лучей. Методика заключается в следующем. Отраженное звуковое поле помещения формируется множеством отрезков лучей 4 несущих энергию Ег Так как для каждого отрезка луча имеется свое значение Е„ энергетические характеристики лучей могут выступать весовыми коэффициентами при определении величины средней длины пробега. Для этого весь диапазон возможных длин пробегов лучей разбивается на равные части. Зная энергию лучей в соответствующих частях диапазона и произведя нормирование т=т.Е,/т:Еі, (з.з) п IN можно получить распределение /,- по энергетическим весам и найти среднюю длину свободного пробега как /ср=1//-Д/,). (3.4) Здесь п— число лучей, попадающих в диапазон длин пробегов //±Д/;; N— общее количество учитываемых лучей.
Ниже приведены результаты исследования средней длины свободного пробега в пустых помещениях 1срГау и в помещениях с рассеивателями Цр.гау [68, 18, 41]. Исследования произведены для трех групп помещений с различными пропорциями (для соразмерных, длинных и плоских). Высота помещений принималась равной 6 м. В каждой группе расчеты производились для вариантов с различным звукопоглощением поверхностей: без дополнительного звукопоглощения (стены, пол и потолок имеют коэффициент звукопоглощения 0.05), со звукопоглощением потолка или стен (коэффициент звукопоглощения облицовок 0.60). Для каждого помещения принималось два положения источника шума: в центре помещения и у торцевой стены. Источник шума размещался на высоте 1.5 м от пола. Излучение источника принималось с распространением энергии в сферу.
Исследования длин среднего свободного пробега в пустых помещениях. Результаты расчетов средних длин пробегов в пустых помещениях приведены в таблицах АЛ и А.2. Там же даны соотношения длин пробегов Icp.my и /ср в виде K=lCp.ray/lcp. Из полученных данных видно, что средняя длина пробега зависит от соотношения размеров помещений, звукопоглощения поверхностей, места размещения звукопоглощения на ограждениях, места положения источника и несколько отличается от длины /ср, определяемой по формуле (3.1).
Анализ результатов компьютерных расчетов средней длины для пустых помещений всех пропорций показал, что при расположении источника шума в торце и заглушённых стенах большую потерю энергии при отражениях имеют касательные и осевые волны и, соответственно, расчетные средние длины пробега меньше по сравнению со средними длинами пробега в неза-глушенных помещениях. В тоже время при расположении источника в центре и заглушённом потолке большую потерю энергии имеют косые волны и, соответственно, длины пробега 1ср.гау больше чем /ср. В целом полученные результаты показывают, что в пустых помещениях длины lcv.ray отличаются от определяемых по формуле (3.1) величин /ср не более чем на ±5%, независимо от расположения источника шума и звукопоглощающих облицовок.
Оценка влияния оборудования на средние коэффициенты звукопоглощения производственных помещений
Замечено [98], что изменение звукопоглощения в условиях реальных производственных помещений оказывается значительно большим, чем это может быть при учете звукопоглощения, вносимого в помещение при установке оборудования и определяемого как Орас5раС} где арас и рас - коэффициенты звукопоглощения и суммарная площадь поверхностей оборудования. В частности, существует мнение о том, что размещаемое в помещениях оборудование, например, металлорежущие станки, имеют значительно более высокие звукопоглощающие характеристики, чем они могут быть при отражении от металлических поверхностей [98]. Размещение в помещении оборудования приводит к увеличению звукопоглощения на величину, соответствующую коэффициентам звукопоглощения поверхностей оборудования равным 0.12+0.18. В случае больших коэффициентов звукопоглощения потолка влияние возрастает еще более и может соответствовать по воздействию коэффициентам арас до 0.60+0.80. В то же время реальные металлические поверхности имеют коэффициенты звукопоглощения, соответствующие величинам 0.03+0.05.
Расхождение может быть объяснено изменением условий формирования отраженных звуковых полей при внесении в помещение оборудования. Его внесение приводит к рассеянию звуковых волн и в результате этого, как по казано ранее, к уменьшению их длин пробегов. В настоящее время нет надежной методики для оценки указанных изменений и анализа влияния на них объемно-планировочных и акустических параметров помещений, характеристик оборудования и других факторов.
Первая попытка разработки такой методики была предложена Матвеевой И.В. и Деминым О.Б. [71]. Для этого на основании данных о средних длинах пробега звуковых лучей в помещениях с рассеивателями выполнены расчеты условных коэффициентов звукопоглощения поверхностей рассеива-телей, дающих такое же изменение отраженной энергии в помещении, как и изменение средней длины пробега лучей.
Для получения условных коэффициентов звукопоглощения вначале производился расчет спадов уровней отраженной энергии в помещении с использованием рассчитанной средней длины пробега волн при наличии рас-сеивателей /сррга " В этом случае при расчете использовался приведенный коэффициент звукопоглощения пола апо-і, определяемый с учетом отнесенного к площади пола звукопоглощения поверхностей рассеивающих предметов, имеющих фактический коэффициент звукопоглощения осрас- Затем строился такой же спад уровней отраженной энергии при средней длине пробега в пустом помещении hpray, рассчитанной по методике раздела 3.1. Совпадение формы кривой спада уровней при lcprav с кривой спада уровней при 1ргау обеспечивалось соответствующим подбором величины приведенных коэффициентов звукопоглощения пола с учетом рассеивающих звук предметов а1ЮЛ. После определения а,Юл находился условный коэффициент звукопоглощения рассеивающих звук предметов оТрас.
Расчет спадов уровней отраженной энергии во всех случаях выполнялся статистическим энергетическим методом разделения переменных [58].
С использованием данной методики Матвеевой И.В. выполнены расчеты приведенных коэффициентов звукопоглощения пола оТпол и условных коэффициентов звукопоглощения рассеивающих звук предметов осрас для плоского, длинного и соразмерного помещений при размещении в них различного количества рассеивателей. На основании полученных результатов установлено что, условные коэффициенты звукопоглощения рассеивателей арас могут изменяться в широких пределах (от 0.10 до 0.65) и, являясь переменной величиной, зависят от количества и расположения рассеивателей, коэффициентов звукопоглощения ограждений и предметов, от характера отражения звука и других факторов.
Выполненные с использованием этой методики исследования показали ее недостаточную надежность. Причиной является сложность подбора кривой спада уровней при /ср.га ., соответствующей кривой спада уровней при
Цр.гау В силу того, что на спад оказывает влияние различные факторы, в том числе и рассеиватели, подобрать точно форму кривой спада пустого помещения, соответствующую спаду в помещении с рассеивателями не представляется возможным, что снижает точность и объективность результатов.
Для повышения точности и надежности расчетов изменения звукопоглощающих характеристик производственных помещений при наличии в них оборудования нами предложена новая методика, основанная на ревербераци-онном подходе [28, 41, 50, 51, 53, 69, 77, 78, 85, 142].
