Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса 11
1.1. Прохождение звука через однослойные ограждающие конструкции 11
1.2. Прохождение звука через ограждения с учетом конечности их размеров 16
1.3. Регулирование изгибной жесткостью как способ повышения звукоизоляции ограждающих конструкций 21
Глава 2. Теория и расчет звукоизоляции ограждающих конструкций конечных размеров с измененной изгибной жесткостью 24
2.1. Форма звукового давления в плоскости ограждения 24
2.2. Образование форм собственных колебаний ограждения 26
2.3. Самосогласование волновых полей 28
2.4. Резонансное прохождение звука через ограждение 29
2.5. Излучение звука ограждением в режиме собственных колебаний 37
2.6. Коэффициент резонансного прохождения звука 40
2.7. Поле инерционных волн в ограждении 41
2.8. Инерционное прохождение звука через ограждение 43
2.9. Излучение звука ограждением в режиме инерционных колебаний 44
2.10. Коэффициент инерционного прохождения звука 45
2.11. Звукоизоляция ограждений конечных размеров с учетом двойственной природы прохождения звука 46
2.11.1. Область простых пространственных резонансов 47
2.11.2. Область неполных пространственных резонансов 49
2.11.3. Область полных пространственных резонансов 50
2.12. Предельная звукоизоляция ограждения конечных размеров 53
Выводы 56
Глава 3. Повышение звукоизоляции ограждающих конструкций без увеличения массы 57
3.1. Резервы повышения звукоизоляции ограждений конечных размеров 57
3.2. Способы повышения звукоизоляции ограждающих конструкций без увеличения их массы 60
3.2.1. Снижение инерционного прохождения звука 61
3.2.2. Снижение резонансного прохождения звука 63
3.3. Оптимальные параметры звукоизолирующего ограждения с ослабленным поперечным сечением 69
3.4. Звукоизоляция ограждающих конструкций с ослабленным поперечным сечением 77
3.4.1. Облегченные ограждения 77
3.4.2. Ограждения со средней поверхностной плотностью 91
3.4.3. Массивные ограждения 99
3.5. Звукоизоляция ограждающих конструкций с учетом изменения напряженно-деформированного состояния 106
3.5.1. Влияние упругих характеристик материала на звукоизоляцию ограждения 107
3.5.2. Влияние действующей нагрузки на спектр частот собственных колебаний ограждения 114'
3.6. Разработка технологии повышения звукоизоляции ограждающих конструкций 118
3.7. Инженерный метод расчета звукоизоляции ограждающих конструкций с ослабленным поперечным сечением 122
3.7.1. Алгоритм расчета звукоизоляции ограждений с ослабленным поперечным сечением 122
3.7.2. Расчет звукоизоляции ограждений с ослабленным поперечным сечением на ЭВМ 127
Выводы 129
Глава 4. Экспериментальные исследования звукоизоляции ограждающих конструкций с ослабленным поперечным сечением 131
4.1. Методика проведения экспериментальных исследований, приборы и оборудование 131
4.2. О надежности и точности измерений звукоизоляции ограждений 135
4.3. Экспериментальные исследования звукоизоляции ограждений с ослабленным поперечным сечением 138
4.3.1. Облегченные ограждения 13 8
4.3.2. Ограждения со средней поверхностной плотностью 150
4.3.3. Массивные ограждения 156
4.4. Разработка эффективных звукоизолирующих ограждений с ослабленным поперечным сечением 160
4.4.1. Облегченные ограждения 160
4.4.2. Ограждения со средней поверхностной плотностью 165
4.4.3. Массивные ограждения 168
4.5. Экспериментальные исследования звукоизоляции ограждений, находящихся в напряженно-деформированном состоянии 170
4.5.1. Описание экспериментальной установки 170
4.5.2. Звукоизоляция ограждения при его упруго-пластическом деформировании растяжением 174
4.5.3. Звукоизоляция ограждения при его пластическом деформировании сжатием 179
Выводы 183
Основные результаты и выводы . 184
Библиографический список 186
Приложение
- Прохождение звука через ограждения с учетом конечности их размеров
- Образование форм собственных колебаний ограждения
- Способы повышения звукоизоляции ограждающих конструкций без увеличения их массы
- О надежности и точности измерений звукоизоляции ограждений
Введение к работе
Защита от повышенных уровней шума является одной из важнейших задач при проектировании и строительстве гражданских и промышленных зданий и сооружений. Решение этой задачи необходимо для создания акустически комфортной среды в жилых помещениях и на рабочих местах.
Наиболее эффективным методом снижения воздушного шума является применение звукоизолирующих ограждающих конструкций. Поэтому разработка ограждений с повышенной звукоизоляцией в широком диапазоне частот является актуальной проблемой.
В работах СП. Алексеева, И.И. Боголепова, Л.А. Борисова, В.И. Забо-рова, Н.И. Иванова, А.А. Климухина, И.И. Клюкина, С.Д. Ковригина, В.Г. Крейтана, Г.Л. Осипова, М.С. Седова, Б.Д. Тартаковского, Э.В. Ретлинга, Е.Я. Юдина разработаны методы расчета и проектирования различных типов звукоизолирующих ограждений. Однако до сих пор остается малоизученным вопрос достижения предельных значений звукоизоляции реальных ограждающих конструкций путем использования их внутренних резервов. В связи с этим, разработка эффективной технологии повышения звукоизоляции ограждений без увеличения их массы, т. е. без увеличения материалоемкости, является актуальным направлением научных исследований строительной акустики.
К настоящему времени недостаточно исследовано влияние изгибной жесткости ограждающих конструкций на их звукоизолирующие свойства в различных частотных диапазонах, что не позволяет рационально проектировать ограждающие конструкции повышенной звукоизоляции. Также не изучен вопрос о влиянии напряженно-деформированного состояния ограждений на процесс прохождения звука. Таким образом, теоретические и экспериментальные исследования механизма прохождения звука через строительные ограждения с целью оптимизации их физико-механических параметров и разработка на этой основе эффективных звукоизолирующих ограждающих кон-
струкций является актуальной задачей в проектировании зданий и сооружений.
Целью диссертационной работы является исследование механизма прохождения звука через ограждающие конструкции конечных размеров с измененной изгибной жесткостью, разработка инженерного метода расчета звукоизоляции ограждений с учетом изменения их жесткостных параметров и на этой основе разработка технологии повышения звукоизоляции ограждающих конструкций для проектирования высокоэффективных звукоизолирующих ограждений с оптимальной изгибной жесткостью и без увеличения их массы.
В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе решены следующие задачи:
теоретически исследован механизм прохождения звука через однослойные ограждающие конструкции конечных размеров, с учетом изменения их изгибной жесткости и с учетом двойственной природы прохождения звука (резонансного и инерционного прохождения);
теоретически исследовано влияние изгибной жесткости строительных панелей на самосогласование волновых полей и на резонансное прохождение звука в различных частотных диапазонах;
определены оптимальные жесткостные параметры ограждающих конструкций, при которых ограждение с неизменной массой обладает предельной звукоизоляцией в широком диапазоне частот;
разработан инженерный метод расчета звукоизоляции реальных строительных ограждений с измененной изгибной жесткостью;
теоретически и экспериментально исследовано влияние напряженно-деформированного состояния ограждающих конструкций на их звукоизолирующие свойства;
разработана технология повышения звукоизоляции строительных ограждающих конструкций без увеличения их массы, включающая теоретическую и практическую части;
- путем проведения теоретических, лабораторных и натурных исследований
запроектирован и внедрен новый тип внутреннего ограждения с повышен
ными значениями звукоизоляции в нормируемом диапазоне частот.
Научная новизна работы:
впервые исследовано влияние собственных и инерционных волн на звукопроницаемость ограждающих конструкций конечных размеров с измененной изгибной жесткостью;
впервые проведен сравнительный анализ вклада собственных и инерционных волн на суммарный коэффициент прохождения звука через ограждения с учетом изменения их изгибной жесткости;
впервые исследован предел повышения звукоизоляции строительных ограждающих конструкций за счет изменения изгибной жесткости при заданной поверхностной массе и известных размерах;
теоретически исследовано и экспериментально подтверждено существование оптимальных жесткостных параметров ограждающих конструкций, позволяющих использовать резервы повышения звукоизоляции без увеличения их массы;
получены расчетные выражения оптимальных параметров реальных строительных ограждений конечных размеров, с помощью которых можно проектировать эффективные звукоизолирующие ограждения с заранее заданными значениями звукоизоляции в областях низких, средних и высоких частот;
разработан инженерный метод с использованием ЭВМ для расчета собственной звукоизоляции ограждающих конструкций с измененной изгибной жесткостью, учитывающий их размеры, массу, изгибную жесткость (до и после изменения), упругие характеристики материала, коэффициент потерь материала и частоту звука;
теоретически исследовано влияние напряженно-деформированного состояния ограждающих конструкций на их звукопроницаемость в различных частотных диапазонах;
экспериментально исследована звукоизоляция ограждающих конструкций, находящихся в напряженно-деформированном состоянии и нагружаемых по определенной программе с учетом упруго-пластического деформирования материала;
разработана технология повышения звукоизоляции реальных строительных ограждений, позволяющая изменять их физико-механические параметры в целях максимального использования резервов повышения звукоизоляции без увеличения массы ограждения.
Практическая значимость диссертации:
доказана возможность повышения звукоизоляции ограждающих конструкций зданий и сооружений без увеличения их материалоемкости (массы);
разработанный инженерный метод позволяет с помощью персональной ЭВМ рассчитывать собственную звукоизоляцию ограждений конечных размеров с ослабленным поперечным сечением в нормируемом диапазоне частот, включая построение частотной характеристики звукоизоляции;
полученные аналитические выражения позволяют рассчитывать оптимальные жесткостные параметры ограждений, которым соответствуют предельные значения звукоизоляции при неизменной массе;
разработанная технология повышения звукоизоляции строительных ограждающих конструкций дает возможность проектировать эффективные звукоизолирующие ограждения без увеличения массы путем использования их внутренних резервов.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка литературы и приложений. Общий объем работы составляет 241 страницу, в том числе 87 рисунков, 6 таблиц, 2 схемы, библиографический список, включающий 86 наименований и 4 приложения.
В первой главе проанализировано состояние научных исследований по звукоизоляции ограждающих конструкций. Рассмотрены основополагающие принципы прохождения звука через бесконечные однослойные ограждения и через ограждения конечных размеров.
Во второй главе на базе теории самосогласования волновых полей проведены теоретические исследования механизма прохождения звука через ограждающие конструкции с ослабленным поперечным сечением.
Третья глава диссертации посвящена теоретическим исследованиям повышения звукоизоляции ограждающих конструкций зданий и сооружений. Основываясь на теоретических исследованиях прохождения звука через ограждения, проведенных в главе 2, намечены основные пути повышения звукоизоляции реальных ограждений без увеличения их массы.
В четвертой главе диссертации представлены экспериментальные исследования звукоизоляции ограждающих конструкций с ослабленным поперечным сечением, а также исследования звукоизоляции с учетом изменения НДС ограждений. Проведено сравнение теоретических и экспериментальных результатов.
В приложении 1 приведена программа расчета звукоизоляции ограждающих конструкций с ОПС на персональной ЭВМ на языке «Турбо Бейсик».
В приложении 2 представлен пример расчета звукоизоляции гипсобе-тонной панели с ослабленным поперечным сечением, выполненный в соответствии с разработанным инженерным методом.
В приложении 3 приведены документы о результатах внедрения полученных в процессе исследований теоретических и практических данных.
В приложении 4 представлены иллюстрации к проведенным экспериментальным исследованиям.
Прохождение звука через ограждения с учетом конечности их размеров
Для точного и полного представления механизма прохождения звука через ограждающие конструкции необходимо учитывать конечность их размеров. Такие исследования были проведены А. Шохом и К. Фейером [85], В. Пьютцем [79], М. Хеклем [68], [69], а также другими учеными [70], [71], [74 + 77], [86]. Однако, точных выводов и расчетных выражений звукоизоляции, позволяющих учесть реальные размеры ограждений, получено не было.
Р. Жос и К. Лямюр [67] при рассмотрении прохождения звука через прямоугольную шарнирно опертую пластину установили некоторую зависимость звукоизоляции от размеров ограждения и коэффициента потерь: частота волнового совпадения; /- текущая частота звука; г] - коэффициент потерь материала; а,Ь- геометрические размеры пластины в плане.
Однако, численные значения звукоизоляции ограждений, рассчитанные по формуле (4) имеют расхождения с экспериментальными данными, особенно в области низких частот.
Для расчета прохождения акустической и механической энергии через реальные строительные ограждающие конструкции Р. Лион и Г. Майданик применили метод статистического энергетического анализа (СЭА) [73]. Затем этот метод подробно разрабатывали М. Крокер, М. Баттачария и А. Прайс [28]. При этом воздушные пространства и элементы конструкции рассматриваются как резонансные системы, а поток энергии между любыми двумя системами пропорционален разности средних энергий колебаний этих двух систем. В работе [28] коэффициент звукоизоляции определяется как где СШ - снижение шума перегородкой, определяемое как где Ар - площадь поверхности ограждающей конструкции;
Тип и Уип - соответственно время реверберации и объем изолируемого от шума помещения (ИП); Епиш - полная энергия системы «помещение с источником шума»; Еип - полная энергия системы «изолируемое помещение»; У пиш - объем помещения с источником шума (ПИШ). Полная энергия каждой системы определяется как алгебраическая сумма энергии, поступающей от источника шума, энергии внутренних потерь и потерь на границах, обусловленных утечкой в смежные системы.
При проведении расчета по данному методу характеристикой нерезонансного прохождения звука в качестве предельного значения звукоизоляции принят «закон масс». Однако данные экспериментов показывают, что звукоизоляция реальных ограждений превышает «закон масс» в области низких частот. Сами авторы метода СЭА [28] отмечают, что имеет место некоторое несоответствие расчетных и экспериментальных данных на частотах ниже граничной частоты волнового совпадения.
По результатам проведенного рассмотрения теорий звукоизоляции ограждающих конструкций можно сделать следующие выводы: - не дано полного объяснения о влиянии физико-механических характеристик ограждения (размеров, изгибной жесткости, коэффициента потерь) на его звукоизоляцию; - не определена степень влияния физико-механических параметров ограждения на прохождение звука в различных частотных диапазонах; - не определены пределы повышения звукоизоляции реальных ограждений и не установлены способы их достижения; - не объяснены причины повышения звукоизоляции ограждений на низких частотах против «закона масс», наблюдаемые в эксперименте и не найдено способов регулирования этим явлением.
Совокупность вышеперечисленных недостатков не позволяет получить удовлетворительной сходимости теоретических и экспериментальных значений звукоизоляции реальных ограждающих конструкций зданий и сооружений.
Физические основы механизма прохождения звука через ограждающие конструкции конечных размеров объяснены исследованиями проф. М.С. Седова. Он создал теорию самосогласования волновых полей (СВП), которая устанавливает двойственный характер прохождения звука через преграду - резонансное и инерционное прохождение [39], [40], [41], [46]. В основе данной теории лежит явление самосогласования звуковых полей с обеих сторон ограждения (со стороны «шумного» и «тихого» помещений) и волновых полей собственных и инерционных колебаний самого ограждения. С помощью теории СВП можно аналитически рассчитывать звукоизоляцию реальных ограждающих конструкций зданий и сооружений с учетом их физико-механических параметров: геометрических размеров, изгибной жесткости, коэффициента потерь и текущей частоты звука.
Согласно теории самосогласования практически важный диапазон частот разделяется на пять областей резонансного прохождения: дорезонансная область, область простых резонансов, область простых пространственных резонансов (ПрПР), неполных пространственных резонансов (НИР) и полных пространственных резонансов (ППР). Каждая из этих областей находится между граничными частотами: основная резонансная частота/?, граничный простой
ПР /ляоло, граничный неполный ПР /Гтщ и граничный полный ПР /Гтп соответственно [41].
Образование форм собственных колебаний ограждения
Теория самосогласования волновых полей устанавливает принцип наименьшего волнового движения (минимизации энергии) в исходной бегущей волне, который гласит, что собственные колебания упругих тел - это колебания, при которых свободное волновое движение в них становится замкнутым с наименьшей затратой энергии на образование новых распространяющихся волн [38].
Рассмотрим более подробно процесс образования собственных колебаний строительных панелей с ОПС. Под воздействием падающих звуковых волн в шарнирно опертом ограждении возникает свободная упругая волна где а - угол падения свободных волн на край панели; Д ц - составляющие начального фазового угла; k = со/с - волновое число.
Скорость распространения свободной изгибной волны в пластине где и - _ п_ 2 ч - изгибная жесткость ограждения с ОПС; Е - модуль упругости материала ограждения; hn - приведенная толщина панели; v - коэффициент Пуассона; /л = р h - поверхностная плотность панели; р - объемная плотность материала панели. Отраженная бегущая изгибная волна имеет вид:
Суммарное смещение в упругих волнах для разности фаз к и одинаковых амплитуд свободной и отраженной волн, получим путём преобразований, аналогичных проведённым для формул (2.2). В результате получим:
Условия получения узлов на границах ограждающей конструкции будут обеспечены при наличии соотношений [41]: где m,n- числа длин проекций свободных полуволн по сторонам а и b пластины соответственно; Я - длина изгибной волны в ограждении.
С учётом этих граничных условий выражение (2.12) можно представить в следующем виде:
При воздействии диффузного звукового поля, смещения прямоугольной ограждающей конструкции в направлении оси z будут описываться бесконечным рядом по числам тип:
В предыдущем параграфе были рассмотрены волновые явления, возникающие в ограждении конечных размеров с ОПС при воздействии на него звуковых волн. При этом в каждый момент времени существуют определенные условия самосогласования (соотношения) характеристик звуковых полей с обеих сторон панели и характеристик собственного волнового поля ограждения. Эти условия можно обеспечить при совместном выполнении соотношений (2.5) и (2.13), что обеспечит согласованную картину образования узлов на краях пла стины. Действительно, можно видеть, что из соотношений (2.5) и (2.13) следуют равенства где а, 3 - размеры ограждения в плане; в - угол падения (излучения) звуковых волн; а, ссо - углы падения свободной изгибной волны и звуковой волны в плоскости пластины соответственно; М - —, " -— _ коэффициенты само согласования длин проекций свободных и звуковых полуволн по сторонам а и Ь панели соответственно.
В левой части выражений (2.15) записаны условия замкнутого движения собственных волн в ограждающей конструкции, а в правой части - условия образования форм звукового давления в плоскости ограждения.
Способы повышения звукоизоляции ограждающих конструкций без увеличения их массы
По результатам выполненных теоретических исследований можно определить основную задачу при проектировании эффективных звукоизолирующих ограждающих конструкций зданий и сооружений: необходимо максимально использовать резервы повышения звукоизоляции ограждения, определяемые инерционным прохождением звука.
Для решения поставленной задачи необходимо установить основные способы, позволяющие повышать звукоизоляцию ограждающих конструкций и приближать ее к предельным значениям. На схеме 3.1 представлены способы повышения звукоизоляции строительных панелей, которые разработаны по результатам теоретических исследований, проведенных в главе И.
Из выражения (2.63) следует, что для снижения суммарного коэффициента прохождения звука через ограждение необходимо снижать резонансное или инерционное прохождение. Для этого необходимо установить степень влияния физико-механических параметров строительной панели на прохождение звука со свободными и инерционными волнами.
Согласно выражению (2.62) звукопроницаемость ограждающей конструкции в инерционном режиме определяется следующими параметрами: поверхностной плотностью, величиной функции отклика, импедансом среды, и углом падения звуковых волн. Ниже рассмотрена возможность регулирования коэффициентом инерционного прохождения звука путем изменения каждого из этих параметров. 1) Коэффициент инерционного прохождения звука ти обратно пропорционален поверхностной плотности строительной панели /л. Однако, возможность увеличения поверхностной плотности ограждения здесь не рассматривается, т. к. ведет к повышению его массы и не соответствует цели диссертационной работы. 2) Коэффициент инерционного прохождения звука ти прямо пропорционален функции отклика ограждения F{1. Регулирование величиной FM возможно путем изменения размеров панели а, Ь, т. к. уменьшение размеров панели приводит к смещению области частот с пониженным излучением инерционными волнами на более высокие частоты. Однако, если стоит задача повысить звукоизоляцию конкретного ограждения (например, перегородки в здании), то в этом случае его геометрические размеры фиксированы и не могут значительно варьироваться. Для данного случая функция отклика F/j - const. 3) Импеданс среды с обеих сторон ограждающей конструкции принимаем постоянным - для воздуха р0с0 = 420 Па с/м. 4) В нашем случае рассматривается воздействие диффузного звукового поля на строительную панель. При этом средний угол падения звуковой волны имеет постоянное значение: 9= QJH- 0ср = 51,75 [43].
Из рассмотрения пунктов 1 ч- 4 следует, что для ограждающей конструкции с неизменной поверхностной массой и фиксированными геометрическими размерами коэффициент инерционного прохождения звука является малоизменяемой величиной.
При постоянном значении инерционной составляющей прохождения звука через ограждение в качестве регулируемой величины остается резонансное прохождение. Как установлено выше, коэффициент резонансного прохождения звука различен для частот ниже и выше граничной частоты ПНР.
В диапазоне / /Гтп звукопроницаемость строительной панели с собственными волнами определяется шестью параметрами: поверхностной плотностью, характеристикой самосогласования волновых полей, коэффициентом потерь, импедансом среды, а также углом падения звуковых волн и текущей частотой звука (см. формулу (2.52)). Величины импеданса среды, угла падения звуковых волн, и диапазон частот постоянны. Возможность увеличения поверхностной плотности ограждения также не рассматривается. В качестве параметров регулирования резонансным прохождением звука остается коэффициент потерь строительной панели и характеристика самосогласования волновых полей. 1) Коэффициент резонансного прохождения звука обратно пропорционален величине коэффициента потерь ограждения. Это означает, что для уменьшения излучения звука ограждением с собственными волнами необходимо увеличивать потери колебательной энергии. Повышение коэффициента потерь ограж дающей конструкции достигается путем нанесения на ее поверхность вибро-демпфирующих покрытий различных типов. Звукоизоляция таких ограждений подробно исследовалась многими учеными [5], [10], [26].
Известно, что для эффективного использования вибродемпфирующих покрытий их толщина должна быть соизмерима с толщиной самого ограждения. Поэтому этот способ повышения звукоизоляции неприменим для реальных строительных панелей, разделяющих помещения в зданиях и сооружениях и обладающих достаточно большими массой и толщиной.
Таким образом, в качестве единственного параметра эффективного регулирования резонансным прохождением звука через ограждающую конструкцию является характеристика самосогласования звуковых полей с обеих сторон ограждения и собственного волнового поля самого ограждения. 2) Звукопроницаемость ограждения в режиме собственных колебаний прямо пропорциональна характеристике самосогласования волновых полей. Поэтому наибольшее прохождение звука происходит на граничной частоте ППР, где выполняются условия (2.29). Таким образом, с целью уменьшения резонансного прохождения звука через строительную панель необходимо установить способы уменьшения самосогласования волновых полей.
Рассмотрим резонансное прохождение звука в области неполных пространственных резонансов - область IV на рис. 1.3. В этой области частот характеристика самосогласования принимает свои наибольшие значения (вблизи граничного ППР) и звукоизоляция ограждения значительно снижается благодаря интенсивному излучению звука с собственными колебаниями.
В области НПР характеристика самосогласования определяется выражением (2.71), из которого следует, что численные значения характеристики самосогласования волновых полей определяются соотношением чисел т, т0 и п, по . В соответствии с выражением (2.8) при постоянном звуковом давлении, действующем на ограждение, характеристики звукового поля в его плоскости будут постоянными - т0тах, п0тах, т0ср, щср = const.
О надежности и точности измерений звукоизоляции ограждений
Для проведения измерений звукоизоляции ограждающих конструкций в реверберационных камерах с необходимой надежностью и точностью требуется соблюдение следующих условий: наличие диффузного звукового поля в камерах, отсутствие обходных путей между ними, уровень звукового давления в
КВУ порядка 100 дБ, уровень помех не должен превышать 20 дБ и наличие малого звукопоглощения в КНУ.
Измерительная установка и реверберационные камеры лаборатории акустики ННГАСУ удовлетворяют требованиям [ 18] для определения звукоизоляции ограждающих конструкций в нормируемом диапазоне частот (аттестат № 315/00 от 03 апреля 2000 г.). Применяемая акустическая аппаратура обеспечивает создание в камерах уровней звукового давления в пределах 100 ч- 110 дБ в данном диапазоне. Измерительные приборы обеспечивают стабильный прием звукового сигнала с погрешностью не более 1,0 ч- 1,5 дБ при уровне помех (собственных шумов) менее 15 дБ.
Подробные экспериментальные исследования звукового поля в реверберационных камерах ННГАСУ проведены проф. В.Н. Бобылевым [6]. Для оценки диффузности звукового поля в больших камерах уровни звукового давления измерялись в 220 точках в КНУ и в 260 точках в КВУ. В малых реверберационных камерах количество измерений для КНУ и КВУ составило 160 и 150 точек соответственно. По результатам проведенных измерений была определена величина среднеквадратического отклонения пространственного распределения звукового давления. На рис. 4.4 и 4.5 приведены результаты оценки диффузности поля в звукомерных камерах [3].
Измерения времени стандартной реверберации в больших и малых реверберационных камерах показали, что оно изменяется в пределах 0,6 ч- 4 сек. и 0,5 ч- 3 сек. соответственно. Это свидетельствует о малом звукопоглощении в камерах низкого уровня.
Точность проводимых измерений определяется величиной суммарной погрешности, которая для реверберационных камер ННГАСУ составляет 1 ч-2 дБ при доверительной вероятности 0,95 [6].
Проведенное рассмотрение подтверждает наличие необходимых условий, которые обеспечивают надежное и точное измерение звукоизоляции ограждающих конструкций в реверберационных камерах лаборатории акустики ННГАСУ.
С целью экспериментального подтверждения повышения звукоизоляции строительных ограждений при ослаблении их поперечного сечения нами исследованы ограждающие конструкции с различной степенью ОПС. При этом подбор оптимального ослабления сечения для каждого ограждения проводился в соответствии с технологией, разработанной и представленной в п. 3.6.
В п. 3.4.1 -ь 3.4.3 были изучены теоретические основы прохождения звука через ограждающие конструкции данных типов с учетом ОПС. Получены аналитические частотные характеристики звукоизоляции ограждений до и после оптимального ослабления сечения. Однако, данное рассмотрение проводилось без учета изменения массы панелей за счет прорезей при ОПС. Поэтому данные теоретические исследования нуждаются в подробных экспериментальных обоснованиях.
Рассмотрены основные типы строительных панелей, применяемых при возведении внутренних ненесущих ограждений зданий и сооружений - облегченные ограждения, ограждения со средней поверхностной плотностью и массивные ограждения.
В качестве объекта исследования облегченных ограждающих конструкций нами проведены экспериментальные исследования звукоизоляции гипсово-локнистых листов с ОПС. Измерения звукоизоляции ограждений из ГВЛ проводились в малых реверберационных камерах лаборатории акустики ННГАСУ.
В качестве образцов для проведения испытаний использовались листы толщиной 12,5 мм и геометрическими размерами 1,0 х 0,5 м. В п. 3.4.1 был проведен расчет теоретической частотной характеристики звукоизоляции данного ограждения (см. рис. 3.8). На рис. 4.6 проводится сравнение теоретических и экспериментальных данных, полученных для данного ограждения.
Из рассмотрения представленных зависимостей можно видеть, что измеренные значения звукоизоляции ГВЛ имеют хорошую сходимость с теоретическими значениями, определенными по формулам (2.67), (2.70), (2.74). Практически во всем рассматриваемом диапазоне частот теоретическая кривая находится в пределах погрешности измерений в малых акустических камерах при доверительной вероятности 0,95, определенной по п. 4.2. Значения граничных частот областей неполных и полных ПР соответствуют провалам звукоизоляции на экспериментальной частотной характеристике.
Отметим, что на частотах ниже/= 400 Гц существуют расхождения между теорией и экспериментом, т. к. измеренная кривая звукоизоляции имеет здесь пикообразный характер. Это вызвано тем, что в области частот ниже гра ничной частоты диффузности КНУ на частотную характеристику звукоизоляции влияют собственные частоты воздушного объема звукомерной камеры [4].
После получения результатов по звукоизоляции исходного образца приступаем к исследованиям звукоизоляционных свойств ГВЛ с ослабленным сечением. В соответствии с разработанной технологией повышения звукоизоляции, для этого необходимо рассчитать оптимальные параметры ограждения -глубину ОПС (5) и шаг выполнения прорезей (d). В п. 3.4.1 определено, что для ГВЛ толщиной 12,5 мм оптимальная толщина после ОПС составляет h0nr. = =0,006 м = 6 мм, т. е. 8= 6,5 мм.
Гипсоволокнистые листы используются при возведении внутренних перегородок в зданиях и сооружениях в качестве обшивок по каркасу, поэтому ослабление сечения на величину 5 « /г/2 не будет опасным из соображений прочности и устойчивости конструкции - условие (3.18) выполняется.
В соответствии с выражением (3.5) оптимальный шаг прорезей не должен превышать четверти длины изгибной волны в панели на частоте граничного пространственного резонанса. Для ГВЛ это условие выполняется при d 0,03 м. Кроме того, из практических соображений необходимо, чтобы шаг прорезей был кратным сторонам образца а и Ь. Принимаем оптимальный шаг прорезей dom. - 0,025 м = 2,5 см, тогда количество пропилов составляет 19 штук в продольном направлении образца (длина 1 м) и 39 штук в поперечном направлении (длина 0,5 м).
После ослабления сечения панели ее масса уменьшится на величину, определяемую объемом прорезей. В данном случае гипсоволокнистый лист пропиливался с помощью электрической дисковой пилы и ширина пропила составила в среднем а = 3 мм. По формуле (8) п. 3.7.1 определяем, что поверхностная плотность ГВЛ с ослабленным сечением равна jun = 13,3 кг/м .
Похожие диссертации на Повышение звукоизоляции ограждающих конструкций зданий и сооружений без увеличения их массы
