Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Особенности формирования непостоянных шумовых полей в помеще ниях промышленных и гражданских зданий и оценка возможности расчета их энергетических характеристик на основе современных методов исследования шумовых полей. Постановка задач исследования 9
1.1 Виды непостоянных шумов и требуемые для их оценки характеристи-ки, необходимые при проектировании строительно-акустических средств снижения шума 9
1.2 Условия и факторы, определяющие процессы формирования шумового режима в замкнутых объемах при работе в них источников шума с непостоянной звуковой мощностью 15
1.3 Оценка возможности расчета энергетических характеристик непостоянных шумовых полей на основе современных методов расчета уровней
шума в замкнутых объемах 21
Выводы по главе 1 и определение направлений исследований 32
Глава 2. Методы расчета энергетических характеристик шума в помещениях с источниками непостоянной звуковой мощности при зеркально-диффузном характере отражения звука от ограждений 34
2.1 Общие принципы построения комбинированных расчетных моделей отраженного шумового поля и требования к методам расчета при зеркально-диффузном характере отражения звука от ограждений 34
2.2 Комбинированная расчетная модель энергетических характеристик непостоянного шумового поля помещений при зеркально-диффузном харак-тере отражения звука от ограждений 36
2.3 Практический метод расчета энергетических характеристик непостоянного шумового поля при зеркально-диффузном характере отражения звука от ограждений 43
2.4 Анализ возможности использования методов расчета непостоянного шума, основанных на представлениях о диффузном отражении звука, вместо методов расчета при зеркально-диффузном отражении звука 48
Выводы по главе 2 53
Глава 3. Методы расчета энергетических характеристик шума в помещениях с источниками непостоянной звуковой мощности при диффузном характере от ражения звука от ограждений 54
3.1 Требования к методу расчета непостоянных шумовых полей помещений при диффузном характере отражений звука от ограждений 54
3.2 Численный метод оценки непостоянных шумовых полей помещений при диффузном характере отражения звука от ограждений 57
3.3 Комбинированная расчетная модель непостоянного отраженного шума помещений при диффузном характере отражения звука от ограждений 63
3.4 Методика оценки непостоянного шума в помещениях с источниками импульсного звука периодического действия при диффузном характере отражения звука от ограждений 69
3.5 Оценка непостоянного шума в помещениях от источников периодического действия с произвольной формой излучения звуковой энергии 75
Выводы по главе 3 81
Глава 4. Компьютерное обеспечение решения исследовательских и практических задач борьбы с шумом на основе разработанных методов расчета и их экспериментальная проверка 83
4.1 Характеристика программной среды 83
4.2 Характеристики блоков и модулей программного комплекса 87
4.3 Методика выполнения экспериментальных исследований непостоянного шума 100
4.4 Методика использования экспериментальных и расчетных данных для определения акустических характеристик помещений 102
4.5 Сравнительный анализ расчетных и экспериментальных данных 119
Выводы по главе 4 125
Заключение 126
Список литературы
- Условия и факторы, определяющие процессы формирования шумового режима в замкнутых объемах при работе в них источников шума с непостоянной звуковой мощностью
- Комбинированная расчетная модель энергетических характеристик непостоянного шумового поля помещений при зеркально-диффузном харак-тере отражения звука от ограждений
- Численный метод оценки непостоянных шумовых полей помещений при диффузном характере отражения звука от ограждений
- Методика выполнения экспериментальных исследований непостоянного шума
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Снижение воздействия шума на человека в быту и на производстве имеет важное социально-экономическое и экологическое значение. Воздействие шума во многом определяется его временными параметрами. Наиболее негативно влияние непостоянного во времени шума, и особенно, при работе в помещениях источников шума периодического действия. К таким источникам, в частности, относятся источники импульсного шума. Формирование непостоянных шумовых полей имеет ряд особенностей, которые необходимо учитывать при расчетах энергетических характеристик шума и проектировании строительно-акустических средств его снижения. В отличие от методов расчетов постоянного шума методы для непостоянного шума должны определять пространственно-временные изменения уровней звукового давления, максимальные и минимальные уровни, их соотношение с фоновым шумом, учитывать характер отражения звука от поверхностей и его влияние на энергетические характеристики непостоянного шума. Большинство методов расчета разработано применительно к постоянному шуму. В этой связи исследование процессов формирования непостоянного шума и разработка на этой основе методов для его расчета является актуальной научной задачей, имеющей практическое значение.
Степень разработанности темы. Имеющиеся методы расчета непостоянного шума не в полной мере учитывают условия возникновения и формирования шумовых полей при работе в помещениях источников с непостоянной звуковой мощностью. Методы весьма формально оценивают распределение отраженной звуковой энергии между зеркальной и рассеянной составляющими при зеркально-диффузном характере отражения звука от ограждений и не учитывают в должной мере их взаимосвязь в процессе возникновения отраженной энергии. В этой связи необходимы исследования процессов формирования непостоянных шумовых полей и разработка методов расчета непостоянного шума помещений, учитывающих условия, влияющие на его пространственно-временные изменения.
Цель и задачи диссертационной работы.
Цель работы - разработка методов расчета энергетических характеристик непостоянного шума, позволяющих исследовать процессы его формирования в помещениях с разными объемно-планировочными и аку-
стическими параметрами и выполнять достоверные расчеты уровней звукового давления при проектировании строительно-акустических средств снижения шума.
Задачи работы: исследовать условия, определяющие формирование шумовых полей в помещениях с непостоянными во времени источниками шума и выполнить анализ методов расчета шумовых полей с точки зрения возможности их использования для расчета непостоянного шума; разработать методы расчета непостоянного шума в помещениях с зеркально-диффузным отражением звука от ограждений; основываясь на разработанных методах расчета, определить границы применения методов расчета, использующих диффузную модель отражения звука; разработать методы расчета непостоянного шума в помещениях с диффузным отражением звука от ограждений; разработать методику оценки непостоянного шума в помещениях с источниками звука периодического действия с различной формой излучения ими звуковой энергии; разработать программный комплекс для реализации расчетных методов; выполнить экспериментальную оценку точности разработанных методов. Научная новизна работы:
предложена новая расчетная модель для определения энергетических характеристик непостоянного шума помещений при зеркально-диффузном характере отражения звука от ограждений, основанная на комбинированном использовании для расчетов зеркальной составляющей отраженного шумового поля геометрических методов акустики, а для рассеянной составляющей - интегрального уравнения Куттруфа;
разработан метод расчета энергетических характеристик непостоянного шума помещений при зеркально-диффузном характере отражения звука от ограждений, основанный на совместном применении геометрического и численного статистического энергетического методов. Метод позволяет упростить вычислительный процесс и сократить время расчетов при проектировании строительно-акустических средств снижения непостоянного шума;
получены новые данные о распределении в отраженном шумовом поле звуковой энергии между зеркальной и рассеянной составляющими при зеркально-диффузном характере отражения звука. Данные позволяют
определить границы применимости более простых методов расчета, использующих диффузную модель отражения звука;
разработаны новые методы расчета непостоянного шума в помещениях при диффузном отражении звука, отличающиеся тем, что они учитывают форму излучения звуковой энергии источником во времени и могут использоваться при расчетах в помещениях сложных форм;
на основе нового метода расчета шума при диффузном отражении звука разработана методика оценки непостоянного шума от источников периодического действия с любой формой излучения ими энергии;
разработан новый программный комплекс, реализующий предложенные в работе расчетные методы. Комплекс позволяет решать задачи исследовательского характера и практические задачи проектирования строительно-акустических средств снижения шума.
Теоретическая и практическая значимость работы.
Теоретическая значимость результатов работы заключается: в разработке комбинированной расчетной модели непостоянного шумового поля помещения, позволяющей рассматривать процесс формирования отраженного поля при зеркально-диффузном характере отражения звука от ограждений, как единый взаимосвязанный процесс возникновения зеркальной и рассеянной составляющих отраженной энергии; в определении возможности и границ применимости для расчетов непостоянного шума расчетных моделей, использующих представления о диффузном характере отражения звука от ограждений, и разработке на этой основе новых методов расчета, учитывающих процессы формирования диффузно отраженной звуковой энергии; в разработке методики оценки непостоянного шума в помещениях с источниками звука периодического действия, дающей возможность учитывать форму излучения ими звуковой энергии, в том числе и импульсное излучение.
Практическая значимость работы заключается в следующем:
- разработанные методы расчета уровней звукового давления непо
стоянного шума позволяют производить оценку шумового режима в по
мещениях с источниками при любой форме излучения ими звуковой энер
гии, в том числе с источниками периодического действия и с импульсными
источниками, обеспечивая тем самым надежное проектирование строи
тельно-акустических средств снижения непостоянного шума;
- разработанный программный комплекс позволяет определять необходимые для оценки непостоянного шума характеристики и выполнять разработку строительно-акустических средств снижения шума с учетом влияния на распределение отраженной звуковой энергии в помещениях временных параметров источника, характера отражения звука, объемно-планировочных параметров и акустических характеристик помещений.
Методология и методы исследования. В работе выполнены теоретические и экспериментальные исследования. Теоретические исследования производились с целью оценки процессов формирования непостоянных отраженных звуковых полей и разработки методов расчета энергетических характеристик непостоянного шума. Исследования выполнены на основе геометрической и статистической теорий акустики помещений. Экспериментальные исследования выполнены с целью подтверждения результатов, полученных на основе разработанных расчетных методов.
Положения, выносимые на защиту: расчетная модель для определения энергетических характеристик непостоянного шума при зеркально-диффузном характере отражения звука и практический метод расчета шума при зеркально-диффузном отражении; данные о соотношениях зеркальной и диффузной составляющих отраженного поля при зеркально-диффузном отражении звука от ограждений; методы расчета непостоянного шума в помещениях с диффузным характером отражения звука от ограждений; методика оценки непостоянного шума при работе в помещении источников звука периодического действия; программный комплекс, реализующий разработанные методы расчета.
Степень достоверности результатов. При разработке методов и выполненных исследований использованы положения классических геометрической и статистической теорий акустики помещений. Допущения, использованные при разработке методов, общеприняты в работах российских и зарубежных авторов. Достоверность разработанных методов подтверждена сравнением расчетных и экспериментальных данных, полученных в помещениях сложной формы при работе в них источников периодического действия с разной формой излучения энергии. Эксперименты произведены с использованием прецизионной акустической аппаратуры.
Апробация результатов. Результаты диссертации представлялись и обсуждались: на международных научных конференциях «Академические
чтения, посвященные памяти академика РААСН Осипова Г.Л.» (г. Москва, 2010, 2011, 2012 г.); на 8-ой Всероссийской научно-технической конференции Вологодского государственного технического университета (Вологда, 2010 г.); на международной конференции «Энергосбережение и экология в строительстве и ЖКХ, транспортная и промышленная экология» (Москва-Будва, 2010 г.); на XV международной научно-практической конференции "Проблемы и пути развития энергосбережения и защиты от шума в строительстве и ЖКХ» (Москва-Будва, 2011 г.); на международной научно-практической конференции «Проблемы экологической безопасности и энергосбережения в строительстве и ЖКХ» (Москва-Кавала, 2014 г.).
Область исследования соответствует требованиям паспорта научной специальности ВАК 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения: п.6 «Поиск рациональных форм, размеров зданий, помещений и их ограждений, исходя из условий их размещения в застройке, деятельности людей и движения людских потоков, технологических процессов, протекающих в здании, санитарно-гигиенических условий, экологической безопасности»; п.7 «Развитие теоретических основ строительно-акустических методов и средств, поиск рациональных объемно-планировочных и конструктивных решений зданий и сооружений, направленных на повышение эффективности капиталовложений, энерго- и ресурсосбережение, создание комфортных условий для людей и оптимальных для технологических процессов».
Реализация результатов работы. Исследования выполнялись в НОЦ «ТГТУ-НИИСФ РААСН» в рамках выполнения НИР «Разработка методов оценки шумового режима в зданиях и на прилегающих к ним территориях для использования их при мониторинге шумового загрязнения среды и разработке мер по снижению шума в городской застройке» (код проекта 882) с финансированием из средств Минобрнауки России в рамках проектной части государственного задания. Разработанная расчетная программа передана для использования в НИИСФ РААСН. Программный комплекс применяется в Научно-техническом центре по проблемам архитектуры и строительства ТГТУ, а также в учебном процессе ТГТУ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, из которых 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 114 наименований и 2 приложений. Общий объем работы 175 страниц. Основной текст, включая 58 рисунков, 11 таблиц, изложен на 139 страницах, объем приложения 36 страниц.
Условия и факторы, определяющие процессы формирования шумового режима в замкнутых объемах при работе в них источников шума с непостоянной звуковой мощностью
При работе в помещениях непостоянных во времени источников шума создаются отраженные звуковые поля, характер которых зависит не только от параметров прямого звука, в результате отражений которого от ограждений и оборудования образуется отраженное звуковое поле, но и от других факторов помещения, влияющих на возникновение и распространение отраженной звуковой энергии в замкнутых объемах. Эти факторы влияют как на абсолютные величины энергетических характеристик отраженного звукового поля, так и на процесс нарастания и затухания отраженной звуковой энергии в помещениях.
При оценке этих факторов предлагается исходить из того, что в процессе формирования в каждой конкретной точке объема энергетической характеристики отраженного звукового поля, например, плотности отраженной звуковой энергии, участвуют все ранее излученные источником шума и затем многократно отраженные от поверхностей ограждений порции звуковой энергии. В этом случае, согласно принципу суперпозиции, плотность отраженной звуковой энергии в каждой точке объема будет определяться суммой плотностей порций отраженной энергии с учетом величины каждой порции энергии, излученной источником шума, и с учетом ее затухания в интервале времени между моментом излучения энергии и моментом учета при расчете. На характер распределения отраженной звуковой энергии, возникающей от каждой излученной порции, а следовательно, и на распределение суммарной отра-женной звуковой энергии оказывают влияние разные группы факторов [13].
К первой группе относятся факторы, связанные с пространственными и вре-менными характеристиками источника шума. В ближней к источнику шума зоне уровни отраженного шума выше, чем в дальней. В то же время нами установлено, что процесс затухания излученной источником порции энергии различен для разных по удале-нию от источника точек объема помещения. Время затухания в удаленных точках больше, чем вблизи источника [7].
Источник шума может излучать во времени равные или меняющиеся по величине порции энергии. В зависимости от этого отраженные поля могут быть, соответственно, с постоянными и непостоянными во времени характеристиками [10].
Величины плотности отраженной звуковой энергии непостоянных шумов, а также процессы её затухания существенно зависят от объемно-планировочных ха-рактеристик помещений. К этой, второй группе факторов относятся размеры помещений, их соотношение между собой (пропорции), геометрическая форма помещения.
Размеры определяют объем помещения и, соответственно, общую величину отраженной звуковой энергии. Форма помещения оказывает влияние на распределение отраженной энергии по ее объему. Особенно это сказывается, если источник звука и расчетные точки помещения не находятся между собой в зонах прямой ви-димости [9].
Распределение отраженной звуковой энергии в объеме во многом определя-ется пропорциями помещений. Пропорции помещений влияют на формирование потоков отраженной звуковой энергии, а также на процессы затухания каждой от-дельной порции энергии, и, соответственно, на величины плотности отраженной энергии и ее распределение по объему. В соразмерных помещениях пробеги звуковых лучей между отражениями примерно одинаковы для всех точек объема и мало меняются в течение всего процесса затухания отраженной энергии. В этом случае отраженное звуковое поле, как правило, по своим показателям близко к диффузному звуковому полю, а затухание звуковой энергии происходит по закону Эйринга [58], тo есть соблюдаются условия его однородности и изотропности. В длинных и плоских помещениях длины пробегов звуковых лучей не одинаковы по разным на-правлениям и в разных плоскостях сечений. В этой связи в таких помещениях дли-на пробегов постоянно изменяется в процессе затухания каждой порции энергии, и, следовательно, в этом случае для описания процессов затухания отраженной энергии не всегда возможно использовать формулу Эйринга. Этот факт является очень важным при оценке энергетических характеристик непостоянных отраженных зву-ковых полей и, особенно, когда между излучаемыми порциями энергии имеются временные разрывы (например, для импульсных шумов). Кроме этого, существенное различие в размерах длинных и плоских помещений приводит к определенной за-держке энергии первых отражений в ближней к источнику зоне и, следовательно, к неравномерному распределению отраженной энергии по объему. Таким образом, в несоразмерных помещениях условия диффузности отраженного поля не соблюда-ется в полной мере. Отраженные звуковые поля в этом случае могут быть квази-диффузными или полностью недиффузными [48].
По определению М. Шредера [110] отраженное шумовое поле имеет квази-диффузный характер, если в таком поле сохраняется только условие изотропности, то есть обеспечивается равновероятность прихода в расчетную точку отраженной от поверхностей энергии со всех возможных направлений. Данное обстоятельство в значительной мере влияет на выбор метода расчета энергетических параметров непостоянного шума. Метод должен достаточно объективно учитывать квазидиффузный характер отраженного звукового поля.
К третьей группе факторов, значительно влияющих на формирование отраженных звуковых полей, относятся акустические характеристики ограждающих конструкций. К основным из них относятся коэффициенты звукопоглощения ограждения и места расположения звукопоглощения на ограждениях.
Звукопоглощающие характеристики ограждений оказывают влияние на характер нарастания и затухания отраженной энергии. От этого зависят абсолютные уровни отраженного шума, а также временные характеристики непостоянных шумов (Lmax, Lmin -максимальный и минимальные уровни шума, A.L = Lmax - Lmin - максимальный временной перепад уровней, Ьэкв - эквивалентный уровень и др.). Большое значение при этом имеет место размещения звукопоглощающих материалов с высокими коэффициентами звукопоглощения и особенно, в несораз-мерных (плоских и длинных) помещениях. Например, размещение звукопоглощения в плоских помещениях на потолке приводит к резкому вырождению коротких лучей и, соответственно к росту разницы AL. Особенно большое значение это имеет для импульсных шумов. В этом случае за счет звукопоглощения происходит снижение Ьэкв, но одновременно с этим происходит также и увеличение AL. Последнее приводит к увеличению нормируемой величины уровней шума для более значительной площади помещения, и тем самым существенно снижается эффект звукопоглощения как меры борьбы с шумом [15,48].
К четвертой группе относятся факторы, влияющие на процесс рассеяния от-раженной звуковой энергии в объеме помещений. К основным из них относятся характер отражения звука от поверхностей, а также наличие в объеме рассеивающих звук предметов.
Комбинированная расчетная модель энергетических характеристик непостоянного шумового поля помещений при зеркально-диффузном харак-тере отражения звука от ограждений
Графики рассчитанных уровней звукового давления от прямоугольного импульса энергии. Рассеянная составляющая рассчитана: а) интегральным уравнением; б) по уравнению (2.15) с граничным условием (2.16)
Сравнение результатов расчетов, приведенных на рисунке 2.2, показало, что практический метод расчета рассеянной составляющей звукового поля при зеркально-диффузном отражении звука от ограждений обладает достаточной точно 46
стью. Максимальный уровень рассеянного звука, рассчитанный практическим методом, равный 80,7 дБ, отличается от максимального уровня, рассчитанного с использованием интегрального уравнения Куттруфа и равного 82,5 дБ, на 1,8 дБ. Расхождения связаны в основном с различными методиками численного расчета интегрального и дифференциального уравнений. В то же время незначительное снижение точности позволяет во много раз повысить скорость вычислений.
Более медленное и продолжительное нарастание рассеянной энергии (см. рисунок 2.3), полученное по интегральному уравнению больше соответствует процессу образования рассеянного звука как результату перехода части зеркальной энергии в рассеянную при каждом акте отражения луча. Данное обстоятельство подтверждается также графиками рисунка 2.4. На рисунке 2.4 показан процесс изменения во времени структуры энергии звукового луча. За единицу на рисунке 2.4 принято начальное значение энергии луча.
Затухание звуковой энергии при обоих методах расчета происходит по зависимостям, близким к формуле Эйринга (см. графики на рисунках 2.2 и 2.3). 0:00 0Л2 024 а:36 0:48 0:60 0:72 0:S4 0:96 1:08 Щс Рисунок 2.3 - Графики уровней звукового давления от рассеянной составляющей звукового поля, рассчитанных по интегральному уравнению (линия 1) и на основе уравнения (2.15) - линия 2, прямой звук - линия 3
На рисунке 2.5 приведены результаты расчетов уровней звукового давления при различной длительности действия источника. Расчеты выполнены с использованием интегрального уравнения Куттруфа и предложенным практическим методом. : 2 З 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Ш 17 18 отражения
Результаты расчета уровней звукового давления с источниками различной продолжительности действия (вверху АТ=0,Ас, внизу АТ=0,2с) при расчете рассеянной энергии практическим методом (графики слева) и при расчете с использованием интегрального уравнения (графики справа)
Как видно из графиков рисунка 2.5, расхождение в уровнях звукового давления рассеянной энергии для данного случая достигает 3,0 дБ. В то же время погрешность в определении уровней звукового давления суммарной энергии (см. формулу (2.1)) не превышает 1,0 дБ. Расчеты показали, что в случае более длительного действия источника звука влияние начального этапа нарастания энергии становится менее существенным (см. рисунок 2.5).
В целом результаты расчетов с использованием предложенного практического метода позволяют сделать вывод о его пригодности для расчетов при зеркально-диффузной модели отражения звука от ограждений помещений. При этом метод, обладая достаточной точностью, имеет меньшую трудоемкость и сложность расчетов по сравнению с точным методом, основанным на интегральном уравнении Куттруфа.
Анализ возможности использования методов расчета непостоянного шума, основанных на представлениях о диффузном отражении звука, вместо методов расчета при зеркально-диффузном отражении звука
Разработанные в главе методы расчета непостоянного шума основаны на представлениях о зеркально-диффузном отражении звука. Зеркально-диффузная модель отражения наиболее близка к реальному характеру отражения звука и, следовательно, имеет достаточную точность. В то же время видно, что методы трудоемки из-за сложности вычислений, возникающих при их реализации. Как показы-вает практика расчетов постоянного шума вычислительный процесс значительно упрощается при использовании методов, основанных на представлениях о диффуз-ном отражении звука [30,47]. Однако при этом может существенно снижаться точ-ность расчетов. В этой связи в данном разделе приведена оценка возможности использования диффузной модели отражения вместо зеркально-диффузной модели отражения и определены границы ее применимости.
На рисунке 2.6 приведена схема изменения уровней звукового давления в расчетной точке при работе непостоянного во времени источника шума.
Из рисунка 2.6 видно, что расчетный метод должен с необходимой точностью определять уровни локальных максимумов Lti и достаточно точно описывать процессы затухания и нарастания шума в промежутках между tt. Рисунок 2.6 - Схема изменения уровней звукового давления в расчетной точке
Необходимым условием надежного расчета является точность расчетного метода при длительном действии источника, когда шум можно считать постоянным и Lti становится равным уровню постоянного шума Ln.
На рисунке 2.7 показана принципиальная схема уровней звукового давления постоянного шума в различных точках помещения при зеркально-диффузном характере отражения звука и при различных коэффициентах рассеяния энергии (3 .
Видно, что использование диффузной модели (при Р=\) вместо зеркально-диффузной (/? 1) приводит к погрешностям в расчетах уровней звукового давления постоянных, а, следовательно, и непостоянных звуковых полей. Следует отметить, что предельные расхождения между расчетными уровнями при зеркальной L3 и диффузной моделях отражения Ld наблюдаются в дальней от источника зонах, где разность L,- Lc может достигать 10 дБ и более. Вблизи источника расхождения L3 - Ld не превышают, как правило, 3-5 дБ. Приведенные значения ориентировочны. Их величины зависят от наличия эффективного звукопоглощения и пропорций помещения. В реальности уровни Lk часто занимают промежуточное положение между L, и Ld и чаще ближе к Ld. С ростом коэффициента рассеивания (3, например, за счет расстановки оборудования или возрастания количества посетителей в общественном здании уровень звука в расчетной точке Lk будет приближаться к значению, определяемому при диффузной модели отражения Ld. Указанные соотношения между Lk и Ld подтверждаются при сравнительном анализе расчетных и экспериментальных данных, выполненном в работах [6,50,59] в большом количестве помещений разных пропорций и с различными акустическими характеристиками. Расхождения расчетных и экспериментальных данных не превышают 2-3 дБ в соразмерных помещениях и 5 дБ в дальних зонах несоразмерных помещений.
Второй характеристикой возможной замены методов, основанных на зеркально-диффузной модели отражения, на методы при диффузном отражении является соответствие процессов нарастания и затухания звуковой энергии в промежутках между локальными максимумами LU(CM. рисунок 2.6).
Для оценки особенностей непостоянных процессов в звуковых полях при комбинированной схеме отражения звука выполнен анализ процесса затухания звуковой энергии при отключении источника звука или при длительной паузе работы. На рисунке 2.8 показан по отдельности процесс затухания зеркальной и рассеянной составляющих, а также общее затухание отраженной звуковой энергии при различной степени рассеивания звука ограждениями (3 .
На рисунке 2.8, а видно, что затухание зеркальной составляющей происходит по сложным зависимостям. На начальном этапе затухания, за счет быстрого вырождения лучей с коротким пробегом, снижение уровней более значительно, чем на следующих этапах, когда снижение энергии определяется более медленным вырождением касательных и осевых лучей, имеющих большие длины свободного пробега. Затухание становится почти линейным.
Численный метод оценки непостоянных шумовых полей помещений при диффузном характере отражения звука от ограждений
Методика выполнения экспериментальных исследований непостоянного шума
Согласно [72] шум в расчетных точках будет импульсным, так как перепады уровней AL = 10,0 -15,0 дБ А больше 7 дБ А.
На рисунке 4.8 приведены графики эквивалентных уровней звукового давления по всем октавным полосам частот, полученные в расчетных точках.
Результаты расчетов показывают, что общий уровень шума на всех рабочих местах определяется источников ИШ1 (молотом). Этот шум является импульсным, так как продолжительность воздействия максимального уровня шума меньше 1с, а перепад уровней превышает 7 дБА.
Эквивалентные уровни шума в расчетных точках составляют LАэк1 = 88,5 дБА; LАЖ2 =86,2дБА; LAx3 =85,1дБА. Для импульсного шума применяются более жесткие требования. Согласно [72] величины допустимых эквивалентных уровней уменьшаются на 5 дБ. Скорректированные уровни допустимого шума показаны на рисунке 4.8 пунктирной линией. Допустимый эквивалентный уровень составит La . =80 —5 = 75дБА. С Лэквооп учетом импульсного характера шума превышение санитарных норм достигает 23 дБА.
Источники ИШ2 и ИШ3 излучают постоянный шум, однако за счет ужесточения нормативных требований их шум также превышает допустимые значения до 7дБ в отдельных октавных полосах частот. При учете совместного действия фонового шума и шума постоянных источников превышение нормативных значений уровней возрастает еще больше.
В данном случае наиболее эффективным средством улучшения шумовой си-туации в помещении является устройство выгородки, изолирующей молот от остальных участков помещения. При устройстве выгородки в остальных точках помещения будет отсутствовать шум импульсного характера, а также произойдет об-щее снижение шума по помещению. Для обеспечения нормативных требований необходимо также выполнить дополнительно звукопоглощающую облицовку потолка с акустическими характеристиками, приведенными в таблице 4.4.
На рисунке 4.9 показаны уровни звукового давления в расчётных точках при действии источников шума ИШ2 и ИШ3 в помещении после облицовки потолка звукопоглощающими плитами и выгородки молота. МГц бІГи 1 КГц if Ги ЇМ Ги tWO Ги 2000 Гц 4000 Ти І0О0Ги/,Гп
Из графиков рисунка 4.9 видно, что после выполнения звукопоглощающей облицовки потолка и устройства звукоизолирующей выгородки для молота уровни звукового давления во всех расчетных точках не превышают допустимых значений во всём нормируемом диапазоне частот. Уровни шума в дБА на рабочих местах также ниже допустимой величины для производственных предприятий Ьд = 80
Модуль подготовки исходных данных для сравнительного анализа. Измерительный комплекс имеет программное обеспечение, которое преобра-зует звуковой сигнал в цифровой формат, обеспечивает хранения и обработку экспериментальных данных, в том числе сглаживание уровней, расчет времени реверберации по отдельным участкам реверберограмм и т.п. (см. п.4.3). Однако выпол-нить совмещение формата экспериментальных данных с требованиями программ-ного комплекса по расчету и оценке непостоянных шумов является сложной зада-чей.
Для преобразования экспериментальных данных в цифровой формат, совместный с программным комплексом разработан специальный блок, работа этого блока осуществляется следующим образом.
Изображение графика непостоянного шума в определенной частотной полосе и расчетной точке сохраняется в виде графического файла. Этот файл загружа-ется в блок обработки программного комплекса (см. рисунок 4.3).
На первом этапе требуется масштабировать изображение и увязать его гори-зонтальные и вертикальные размеры соответственно с временем и значениями уровней шума. На следующем этапе указываются характерные точки графика, точ-ки обозначены кружками на рисунке 4.10. Время и уровни звука для характерных точек сохраняются в соответствующих масштабах. LA - допустимый уровень шума; L. - фоновый шум; L , - общий уровень шума от При выполнении экспериментальных исследований решались две взаимосвязанные между собой задачи. Первая задача заключалась в получении на основе экспериментальных и расчетных данных сведений об акустических параметрах реальных помещений. Второй задачей являлось установление соответствия между расчетными данными, полученными с использованием разработанных методов расчета, и данными экспериментальных исследований в реальных помещениях при работе в них источников шума с непостоянной во времени звуковой мощностью. Рассмотрены вопросы, связанные с выбором натурных объектов исследования, постановкой и проведением экспериментов, с выполнением сравнительного анализа. На основе сравнения должны быть сделаны выводы о степени адекватности предложенных расчетных моделей и методов расчета реальным условиям формирования непостоянных во времени отраженных шумовых полей помещений (см. п.4.5).
Выбор объектов исследований. Исследования производились на двух сложных по форме помещениях. Схемы помещений даны в п. 4.4. Каждое помещение состоит из трех связанных объемов. Два объема соразмерные, третий объем несоразмерный относится к длинным помещениям коридорного типа.
Одно помещение выполнено без облицовки. Часть стен оштукатурена, часть стен из кирпичной кладки не имеет штукатурки. Потолок и полы бетонные. Во втором помещении стены оштукатурены и окрашены силикатными красками. Полы из керамической плитки. Потолки облицованы звукопоглощающими облицовками. Характеристики исследованных помещений, приведены в п.4.4. Выбор таких помещений обусловлен тем, что в них имеется большинство факторов, влияющих на формирование непостоянного шума, в том числе и фактор, связанный с изменениями звукопоглощения помещений.
Для исключения влияния случайных факторов измерения проводились в пустых помещениях. Все проемы в смежные помещения при экспериментах были закрыты. Аппаратное обеспечение экспериментальных исследований включало в себя систему излучающую непостоянный шум и измерительную систему. Излучающая система включает в себя компьютер, усилитель и всенаправ-ленный источник шума (додекаэдр) ОЕД SP-012-600.
Измерения выполнялись шумомером ЭКОФИЗИКА-110А. Фиксация ревер-берационного процесса производилась с использованием шумомера и программного обеспечения приборов Октава «110UTIL», позволяющего записывать временные и энергетические характеристики непостоянного шума в исследуемых точках помещения (см. рисунок 4.12). - микрофон; 2 - шумомер; 3 - адаптер; 4 - компьютер. Рисунок 4.12 - Структурная схема измерительной системы
Методика измерений энергетических характеристик непостоянного во времени шума и сравнительного анализа расчетных и экспериментальных данных.
Методика получения экспериментальных данных заключалась в следующем. С использованием программы WaveLab формировался необходимый сигнал непостоянного шума, который затем через компьютер подавался на усилитель и потом излучался источником в помещение. Снятие информации в исследуемой точке осуществлялось микрофоном с последующей подачей ее на шумомер и затем в компьютер для выполнения анализа процессов нарастания и затухания звуковой энергии в точках измерений. При экспериментах задавались сигналы периодического действия прямоугольной формы с различной продолжительностью сигнала и с различными промежутками времени между сигналами.