Акустические расчеты. Акустический расчет как основа для проектирования малошумной системы вентиляции (кондиционирования). Эффективная расстановка громкоговорителей

Акустичекие расчеты

Среди проблем оздоровления окружающей среды борьба с шумами является одной из актуальнейших. В крупных городах шум является одним из основных физических факторов, формирующих условия среды обитания.

Рост промышленного и жилищного строительства, бурное развитие различных видов транспорта, все большее применение в жилых и общественных зданиях сантехнического и инженерного оборудования, бытовой техники привели к тому, что уровни шума в селитебных зонах города стали сравнимы с уровнями шумов на производстве.

Шумовой режим крупных городов формируется главным образом автомобильным и рельсовым транспортом, составляющим 60-70% всех шумов.

Заметное влияние на уровень шума оказывает увеличение интенсивности воздушных перевозок, появление новых мощных самолетов и вертолетов, а также железнодорожный транспорт, открытые линии метро и метро мелкого заложения.

Вместе с тем, в некоторых крупных городах, где предпринимаются меры по улучшению шумовой обстановки наблюдается снижение уровней шума.

Шумы бывают акустические и неакустичекие, какова их разница?

Акустический шум определяется как совокупность различных по силе и частоте звуков, возникающих в результате колебательного движения частиц в упругих средах (твердых, жидких, газообразных).

Неакустические шумы - Радиоэлектронные шумы - случайные колебания токов и напряжений в радиоэлектронных устройствах, возникают в результате неравномерной эмиссии электронов в электровакуумных приборах (дробовой шум, фликкер-шум), неравномерности процессов генерации и рекомбинации носителей заряда (электронов проводимости и дырок) в полупроводниковых приборах, теплового движения носителей тока в проводниках (тепловой шум), теплового излучения Земли и земной атмосферы, а также планет, Солнца, звёзд, межзвёздной среды и т. д. (шумы космоса).

Акустический расчёт, расчет уровня шума.

В процессе строительства и эксплуатации различных объектов проблемы борьбы с шумом являются неотъемлемой частью охраны труда и защиты здоровья населения. Выступать источниками могут машины, транспортные средства, механизмы и другое оборудование. Шум, его величина воздействия и вибраций на человека зависит от уровня звукового давления, частотных характеристик.

Под нормированием шумовых характеристик понимают установление ограничений на значения этих характеристик, при которых шум, воздействующий на людей, не должен превышать допустимых уровней, регламентированных действующими санитарными нормами и правилами.

Целями акустического расчета являются:

Выявление источников шума;

Определение их шумовых характеристик;

Определение степени влияния источников шума на нормируемые объекты;

Расчет и построение индивидуальных зон акустического дискомфорта источников шума;

Разработка специальных шумозащитных мероприятий, обеспечивающих требуемый акустический комфорт.

Установка систем вентиляции и кондиционирования уже считается естественной потребностью в любом здании (будь оно жилое или административное), акустический расчет должен выполняться и для помещений подобного типа. Так, в случае не проведения расчета уровня шума, может оказаться, что в помещении очень низкий уровень звукопоглощения, а это очень усложняет процесс общения людей в нем.

Поэтому прежде чем устанавливать в помещении системы вентиляции, провести акустический расчет нужно обязательно. Если окажется, что для помещения характерны плохие акустические свойства, необходимо предложить провести ряд мероприятий, по улучшению акустической обстановки в помещении. Поэтому акустические расчеты выполняются и на установку бытовых кондиционеров.

Акустический расчет чаще всего проводится для объектов, которые имеют сложную акустику или отличаются повышенным требованиям к качеству звука.

Звуковые ощущения возникают в органах слуха при воздействии на них звуковых волн в диапазоне от 16 Гц до 22 тыс. Гц. Звук распространяется в воздухе со скоростью 344 м/с, за 3 сек. 1 км.

Величина порога слышимости зависит от частоты ощущаемых звуков и равна 10-12 Вт/м 2 на частотах близких 1000 Гц. Верхней границей является порог болевого ощущения, который в меньшей степени зависит от частоты и лежит в пределах 130 - 140 дБ (на частоте 1000 Гц по интенсивности 10 Вт/м 2, по звуковому давления).

Соотношение уровня интенсивности и частоты определяет ощущение громкости звука, т.е. звуки, имеющие различную частоту и интенсивность, могут оцениваться человеком как равногромкие.

При восприятии звуковых сигналов на определенном акустическом фоне может наблюдаться эффект маскировки сигнала.

Эффект маскировки может отрицательно сказываться в акустических индикаторах и может быть использован для улучшения акустической обстановки, т.е. в случае маскировки высокочастотного тона низкочастотным, который менее вреден для человека.

Порядок выполнения акустического расчета.

Для выполнения акустического расчета потребуются следующие данные:

Размеры помещения, для которого будет проводиться расчет уровня шума;

Основные характеристики помещения и его свойства;

Спектр шума от источника;

Характеристика преграды;

Данные о расстоянии от центра источника шума до точки акустического расчета.

При расчете, для начала определяются источники шума и их характерные свойства. Далее на исследуемом объекте выбираются точки, в которых будут проводиться расчеты. В выбранных точках объекта проводится расчет предварительного уровня звукового давления. Основываясь на полученных результатах, выполняется расчет по снижению шума до требуемых норм. Получив все необходимые данные, выполняется проект по разработке мероприятий, благодаря которым будет снижен уровень шума.

Правильно выполненный акустический расчет является залогом отличной акустики и комфорта в помещении любого размера и конструкции.

На основе выполненного акустического расчета можно предлагать следующие мероприятия для снижения уровня шума:

* установка звукоизолирующих конструкций;

* использование уплотнений в окнах, дверях, воротах;

* использование конструкций и экранов, которые поглощают звук;

*осуществление планировки и застройки селитебной территории в соответствии со СНиП;

* применение глушителей шума в вентиляционных системах и системах кондиционирования.

Проведение акустического расчета.

Работы по расчету уровней шума, оценки акустического (шумового) воздействия, а также проектирование специализированных шумозащитных мероприятий, должны осуществляться специализированной организацией, имеющей соответствующую область.

шум акустический расчет измерение

В самом простом определении основная задача акустического расчета - это оценка уровня шума, создаваемого источником шума в заданной расчетной точке с установленным качеством акустического воздействия.

Процесс проведения акустического расчета состоит из следующих основных этапов:

1. Сбор необходимых исходных данных:

Характер источников шума, режим их работы;

Акустические характеристики источников шума (в диапазоне среднегеометрических частот 63-8000 Гц);

Геометрические параметры помещения, в котором расположены источники шума;

Анализ ослабленных элементов огорождающих конструкции, через которые шум будет проникать в окружающую среду;

Геометрические и звукоизоляционные параметры ослабленных элементов огорождающих конструкций;

Анализ близлежащих объектов с установленным качеством акустического воздействия, определений допустимых уровней звука для каждого объекта;

Анализ расстояний от внешних источников шума до нормируемых объектов;

Анализ возможных экранирующих элементов на пути распространения звуковой волны (застройка, зеленые насаждения и т.д.);

Анализ ослабленных элементов огорождающих конструкций (оконные проемы, двери и т.д.), через которые шум будет проникать в нормируемые помещения, выявление их звукоизоляционной способности.

2. Акустический расчет производится на основании действующих методических указаний и рекомендаций. В основном это «Методики расчета, нормативы».

В каждой расчетной точке необходимо производить суммирование всех имеющихся источников шума.

Результатом акустического расчета являются некие значения (дБ) в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 63-8000 Гц и эквивалентное значение уровня звука (дБА) в расчетной точке.

3. Анализ результатов расчета.

Анализ полученных результатов осуществляется сравнением значений, полученных в расчетной точке с установленными Санитарными нормами.

При необходимости, следующим этапом проведения акустического расчета может быть проектирование необходимых шумозащитных мероприятий, которые позволят снизить акустическое воздействие в расчетных точках до допустимого уровня.

Проведение инструментальных измерений.

Помимо акустических расчетов, можно провести расчет инструментальных измерений уровней шума любой сложности, в том числе:

Измерение шумового воздействия существующих систем вентиляции и кондиционирования для офисных зданий, частных квартир и т.д.;

Осуществление измерений уровней шума для аттестации рабочих мест;

Проведение работ по инструментальному измерению уровней шума в рамках проекта;

Проведение работ по инструментальному измерению уровней шума в рамках технических отчетов при утверждении границ СЗЗ;

Осуществление любых инструментальных измерений шумового воздействия.

Проведение инструментальных замеров уровней шума производится специализированной мобильной лабораторией с применением современного оборудования.

Сроки выполнения акустического расчета. Сроки выполнения работы зависят от объема расчетов и измерений. Если необходимо произвести акустический расчет для проектов жилых застроек или административных объектов, то они выполняются в среднем 1 - 3 недели. Акустический расчет для крупных или уникальных объектов (театры, органные залы) занимает больше времени, основываясь на предоставленных исходных материалах. Кроме того, на срок работы во многом влияют количество исследуемых источников шума, а также внешние факторы.

Защита помещений от шума в настоящее время особенно актуальна, поскольку традиционные ограждения уступили место более легким конструкциям индустриального типа, к тому же уровень шума по мере развития промышленности и транспорта постоянно возрастает.

Звук представляет собой колебательное движение упругой среды (газообразной, жидкой и твердой). В упругих средах звук распространяется с определенной скоростью с , зависящей главным образом от свойств среды. Скорость звука в воздухе около 340м/с , в воде 1450м/с , в стали 5100м/с . Ухо человека воспринимает звуки в диапазоне частот от 20 до 20 000 Гц .

Интервал частот, ограниченный двумя частотами, из которых верхняя вдвое больше предыдущей нижней, называют октавой.

При известной скорости звука с частота f определяет длину волны λ и период колебаний Т:

λ=с/f; Т=λ /с. (21)

Одной из основных физических характеристик звука является сила, или интенсивность, звука I , которая определяется как количество звуковой энергии, переносимой звуковой волной в 1с через площадку в 1см 2 (или м 2 ), перпендикулярную направлению движения звуковой волны. Измеряют интенсивность звука в ваттах на см 2 (или на м 2 ).

Область звуковых колебаний, воспринимаемых человеком, показана на рис. 21, из которого следует, что пороги слышимости, болевых ощущений зависят не только от силы звука, но и от частоты. Звуки одинаковой силы, но разной частоты воспринимаются как различные по громкости. В связи с чем для количественной оценки восприятия звука введено понятие эталона звука по частоте. В качестве эталона сравнения звуков различны частот принят звук частотой 1000 Гц, в полосе которого органы слуха человека обладают наибольшей чувствительностью.

В акустике принята логарифмическая система единиц. Кроме чисто математических удобств это обусловлено тем, что по гипотезе Вебера- Фехнера восприятие звука человеком пропорционально не абсолютному изменению силы звука, а логарифму этого изменения.

В логарифмической системе единиц десятичный логарифм отношения какой-либо величины А к величине А 0 , принятой за эталон сравнения, называют уровнем величины А, измеряемой в беллах (Б ), и обозначают через L A:

L A =lg(A/A 0), (22)

Белл довольно крупная единица. В акустике принята единица, в десять раз меньшая, называемая децибелом (дБ ). Уровень величины А в децибелах выражают так:

L A = 10lg(A/A o), (23)

При определении уровней силы звука за эталон сравнения принята сила звука J 0 на пороге слышимости при частоте звука 1000Гц , равная 10 16 Вт/см 2 . Таким образом, уровень силы звука, дБ , выражают формулой:

L J = 10lg(J/J o). (24)

Важной физической характеристикой звука является звуковое давление Р, определяемое как разность между мгновенным значением полного давления в звуковой волне и средним в данной точке при отсутствии звука. При расчетах пользуются среднеквадратичным звуковым давлением, которое для чистого тона определяют по формуле:

Р ср = Р max / , (25)

Сила звука пропорциональна квадрату звукового давления:

J = P 2 ср / ρc, (26)

где ρc - произведение плотности среды на скорость распространения звука в ней, называемое удельным акустическим сопротивлением среды.

Уровень силы звука через уровень звукового давления выражают по формуле:

L J = 20lg(Р/Р o), (27)

где Р - звуковое давление звука данной частоты, Па (дин);

Р 0 - то же звука, частотой 1000Гц на пороге слышимости, равное

2·10 -5 Па (2·10 -4 дин/см 2 ).

Различают два вида звуков: воздушные (возникающие и распространяющиеся в воздухе) и ударные (распространяющиеся в твердых телах при механическом воздействии на них). Воздушный шум передается через ограждения (главным образом, щели, трещины, отверстия или сквозные поры); он возникает также вследствие колебаний тонкостенных конструкций. Ударный звук передается по конструкциям в зависимости от степени однородности материала и его модуля упругости.

Изоляцию ограждением воздушного шума R в оценивают по снижению уровня шума при прохождении через ограждение (с учетом звукового поглощения защищаемого помещения):

R в = L 1 - L 2 + lg (S/A), (25)

где L 1 и L 2 - средние уровни звукового давления до и после прохождения звука через ограждение;

S - площадь ограждающей конструкции;

А - общее звуковое поглощение защищаемого помещения.

Ударный звук особенно передается через перекрытия. Он возникает в самой конструкции. Поэтому изоляцию перекрытиями ударного шума оценивают по уровню шума над перекрытием при стандартном ударном воздействии на перекрытие. В качестве последнего принимают удары свободно падающего с высоты 4см тела массой 0,5кг с частотой 10 ударов в 1с .

Для этого случая определяют приведенный уровень ударного шума над перекрытием:

L п = L y -10lg(A 0 /A), (26)

где L y - уровень ударного шума относительно порогового;

A 0 - стандартное звуковое поглощение, равное 10м 2 ;

А - общее звуко­вое поглощение помещения.

Звукоизоляция ограждения зависит не только от массы конструкции, но и от частоты изолируемого звука. Поэтому для оценки звукоизолирующей способности ограждения необходимо знать частотную характеристику - кривую, показывающую зависимость звукоизоляции конструкции в децибелах от частоты изолируемого шума в пределах октавных полос со среднегеометрическими частотами в 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000Гц .

За расчетные и нормируемые параметры звукоизоляции ограждающих конструкций принимают так называемый индекс изоляции воздушного шума ограждающей конструкцией И в в дБ и индекс приведенного уровня ударного шума под перекрытием И у.

Для определения индексов изоляции сравнивают измеренные или рассчитанные характеристики с нормативными, приведенными на рис 25.

Индекс изоляции воздушного шума ограждающей конструкции обозначают формулой:

И в = 50 + Δ в, (27)

А индекс приведенного уровня ударного шума под перекрытием:

И у =7О - Δ у. (28)

В этих формулах значения 50 и 70дБ соответствуют индексам изоляции воздушного шума (50дБ ) и индексу приведенного уровня ударного шума под перекрытием (70дБ ) нормативных частотных характеристик. Поправки Δ в и Δ у определяют как средние отклонения частотных характеристик изоляции данного ограждения от нормативных.

а) изоляции воздушного шума ограждающей конструкции;

б) приведенного уровня ударного шума под перекрытием

Рис. 25. Нормативные частотные характеристики

В ориентировочных расчетах индекс изоляции воздушного шума однослойными ограждениями объемной массой от 100 до 1000кг/м 2 можно определить в дБ по формулам:

И в = 23 lgKm- 10 дБ при m> 200 кг/м 2 ; (29)

И в = 13 lg Km + 13 дБ при m < 200 кг/м 2 , (30)

где m - масса 1м 2 ограждения;

K -коэффициент, принимаемый в зависимости от материала и типа конструкции (для сплошных ограждающих конструкций из материалов плотностью более 1800 кг/м 3 K = 1; для ограждающих конструкций из материалов плотностью 1200-1300 кг/"м 3 из бетонов на гипсовом вяжущем K = 1,25).

Для ограждающих конструкций с круглыми пустотами из железобетона и бетона плотностью более 1800кг/м 3 коэффициент K определяют по формуле:

K = 1,86 / b h 3 пр , (31)

где J - момент инерции сечения, м 4 ;

b - ширина его, м;

h пр - приведенная толщина сечения, м.

Для ограждений из бетонов на пористых заполнителях и цементном вяжущем коэффициент К следует определять по формуле:

К = 2,26 /ρ, (32)

где Е - модуль упругости материала, кгс/м 2 ;

ρ - плотность материала, кг/м 3 .

Нормативные индексы изоляции воздушного шума ограждающими конструкциями И н в и приведенного уровня ударного шума под перекрытием И н у жилых зданий приведены в табл. 37.

Для повышения звукоизолирующей способности стен, перегородок и перекрытий без увеличения их массы целесообразно применять раздельные конструкции со сплошной воздушной прослойкой без жесткой связи между элементами ограждения.

Звукоизоляционные свойства ограждения при наличии сплошной воздушной прослойки повышаются в связи с тем, что воздух упруго воспринимает колебания одной стенки и передает их второй стенке ослабленными.

С увеличением толщины воздушной прослойки звукоизоляция также увеличивается, однако из-за необходимости ограничивать общую толщину ограждения воздушный промежуток обычно делают не более 60 мм.

Для звуковой изоляции междуэтажных перекрытий применяют упругие прокладки, которые гасят звуковые колебания, возникающие при ударах.

Таблица 37

Нормативные величины звукоизолирующей способности ограждающих конструкций жилых зданий

Акустика в дизайнерских решениях . Звук, возникший в помещении, частью поглощается, а частью отражается ограждающими конструкциями, оборудованием, зрителями. Уровнями процессов отражения и поглощения звука определяются акустические свойства помещения. Для хорошей акустики необходимо обеспечить по возможности равномерное распределение звука в объеме помещения, особенно в зоне зрителей. Процесс затухания отраженных звуков должен идти так, чтобы не искажался прямой звук от источника, а усиливался при восприятии слушающими.

Одним из важнейших показателей акустических свойств помещений является реверберация.

Реверберацией называют наличие остаточного звучания в помещении после прекращения основного звука вследствие многократных отражений звуковых волн от поверхностей стен, потолка и др.

Продолжительность реверберации, или время затухания отраженного звука до порога слышимости, зависит как от акустических свойств помещения, так и от мощности источника звука. Для акустического расчета и проектирования требуется характеристика, которая зависит только от акустических свойств помещения. Такой характеристикой является скорость затухания отраженного звука, или стандартная реверберация.

Под стандартной реверберацией Т ст понимают то время, за которое плотность звуковой энергии отраженного звука уменьшается в 1 млн раз или уровень звукового давления снижается на 60дБ.

При продолжительной реверберации помещение становится гулким, при весьма короткой - глухим. Время реверберации зависит от объема и общего звукопоглощения помещения и объектов, находящихся в нем, а также от частоты звука. Опытным путем установлен оптимум стандартной реверберации T опт - такая длительность ее, при которой создаются наилучшие условия слышимости в данном помещении. Оптимум реверберации в зависимости от объема зала указан в табл. 38.

Оптимальное время реверберации T опт для частоты 500Гц можно приближенно определить по формуле:

T опт =K lgV, (33)

где V - объем помещения;

К - коэффициент, принимаемый:

0,41 - для оперных театров и концертных залов;

0,36 - для драматиче­ских театров;

0,29 - для кинотеатров и аудиторий.

В диапазоне низких частот оптимальную реверберацию можно увеличить на 20-30 %. А в диапазоне высоких частот – уменьшить на 10-15 %.

Таблица 38

Оптимальное время стандартной реверберации Т опт

Объем помещения, м3	Т опт, с, при	Объем помещения, м3	Т опт, с, при
Частоте 125 Гц	Частоте 500 Гц	Частоте 125 Гц	Частоте 500 Гц
	1,2	1,0	1 000	1,45	1,2
	1,3	1,1	1 500	1,55	1,25
	1,35	1,15	2 000	1,6	1,28
3 000	1,75	1,35	8 000	2,15	1,5
4 000	1,8	1,38	9 000	2,25	1,53
5 000	1,9	1,4	10 000	2,3	1,55
6 000	2,0	1,45	15 000	2,4	1,6
7 000	2,05	1,48	20 000	2,45	1,63

Примечание. Промежуточные значения времени Т опт определяют по интерполяции.

Для обеспечения требуемой акустики в помещении используют материалы, хорошо поглощающие звук. Поглощение звука характеризуется коэффициентом звукопоглощения α, выражающим отношение звуковой энергии, поглощенной поверхностью ограждения, к звуковой энергии, падающей на него. За единицу поглощения звука принят Сэбин, характеризующий полное поглощение звука поверхностью, отнесенное к единице площади (поглощение 1м 2 открытого окна).

Коэффициент звукопоглощения материала изменяется в зависимости от частоты звуков и направления звуковой волны относительно поверхности. В большинстве случаев звуки низкой частоты поглощаются материалом хуже, чем высоких частот.

Реверберация увеличивается с увеличением объема помещения и уменьшением величины общего поглощения помещения. Время реверберации Т сг должно быть равно оптимальному Т опт . Так как коэффициенты звукопоглощения обычных строительных материалов (штукатурка, кирпич, бетон, дерево) сравнительно невелики, то время стандартной реверберации зрительных залов, как правило, превышает время оптимальной реверберации. В связи с этим для уменьшения гулкости часть ограждений зала облицовывают звукопоглощающими материалами и устанавливают резонаторы.

При акустическом проектировании зрительных залов реверберацию определяют для частот в 125, 500 и 2000Гц . Расчет акустики зала рекомендуется вести с учетом заполнения его зрителями на 70%.

Для хорошего восприятия звука в помещении требуется равномерное распределение звуковой энергии путем регулирования отражения звука.

Акустические качества помещений характеризуются степенью разборчивости речи во всех его точках. Критерием служит слоговая артикуляция , показывающая процент правильно воспринятых слушателем слогов. Разборчивость считается отличной при 96% правильно воспринимаемых слогов, хорошей 96-85%, удовлетворительной 85-75%, трудноразборчивой 76-65%, недопустимой 65% и ниже.

Артикуляция речи определяется по формуле:

А = 0,96 К 1 К 2 К 3 К 4 , (34)

где К 1 - коэффициент, учитывающий уровень громкости звука;

К 2 - коэффициент, учитывающий время реверберации;

К 3 - коэффициент, учитывающий шумовой фон в помещении;

К 4 - коэффициент, учитывающий форму помещения (в прямоугольных и секториальных помещениях 1,0; в малых помещениях с большим звукоотражением 1,06).

Для расчетов можно пользоваться табл. 39.

Таблица 39

Значения коэффициентов К 1 , К 2 и К 3 и процентная слоговая артикуляция

При расчетах времени реверберации следует учитывать, что фактическое звукопоглощение всегда превышает расчетное за счет неучитываемых расчетом локальных (обычно сосредоточенных) звукопоглощений.

Учитывать добавочное звукопоглощение можно путем введения среднего коэффициента добавочного звукопоглощения, который рекомендуется принимать для частот 500-2000 Гц равным α = 0,04.

Пример 7

Для конференц-зала с размерами 12х24 и высотой 6 м рассчитать и оценить артикуляцию.

1. Определяем время реверберации.

Оптимальное время реверберации зависит от длины пробегов отраженных звуков, следовательно, от объема помещения и назначения. Его приближенно можно определить по формуле:

Т опт = К · lgV,

где Т опт – оптимальное время реверберации для звуков силой 500Гц ;

V – объем помещения, м 3 ;

К – коэффициент, зависящий от назначения помещений, принимаемый равным для оперных и концертных залов 0,41; драматических залов 0,36; кинозалов и аудиторий 0,29.

V = 12 х 24 х 6 = 1728 м 3

Следовательно,

Т опт = К· lg V = 0,41· lg1728 = 0,41 ·3,237 = 1,33с

2. Определяем артикуляцию:

При Т = 1,33 сек коэффициенты К 1 = 0,95; К 2 = 0,95; К 3 = 0,83; К 4 = 1,0

А = 0,96 х 0,95 х 0,95 х 0,83 х 1,0 х 100% = 75,6 %.

ЗАДАНИЕ 6

Для помещения, характеристики которого заданы в табл. 40, рассчитать и оценить артикуляцию.

Таблица 40

Индивидуальные варианты задания

№ варианта	Размеры, м	Назначение помещения	Значение К 4
Длина	Ширина	Высота
				Аудитория	1,06
				Читальный зал	1,06
				Аудитория
				Лекционный зал
				Конференц-зал
				Концертный зал
				Оперный зал
				Кинозал
				Лекционный зал
				Драматический зал
				Кинозал
				Концертный зал
				Драматический зал	1,06
				Кинозал
				Оперный зал
				Аудитория	1,06
				Читальный зал	1,06
				Аудитория
				Лекционный зал	1,06
				Конференц-зал	1,06
				Концертный зал
				Оперный зал
				Кинозал
				Лекционный зал
				Драматический зал
				Кинозал
				Концертный зал
				Драматический зал
				Кинозал
				Оперный зал

ЛИТЕРАТУРА

1 Архитектурная физика: Учебник для вузов / Под ред. Н.В. Оболенского. – М. : Архитектура – С, 2005.

2 Дятков С.В., Михеев А.П. Архитектура промышленных зданий. – М.: АВС, 1998.

3 Защита от шума в градостроительстве / Осипов Г.Л., Коробков В.Е. и др. – М.: Стройиздат, 1993. (Справочник проектировщика).

4 Ковригин С.Д., Крышов С.П. Архитектурно – строительная акустика. – М.: Высшая школа, 1986.

5 Краткий справочник архитектора (Гражданские здания и сооружения) Коваленко Ю.Н., Шевченко В.П. - Киев: Будiвельник, 1975.

6 Лицкевич В.К. Жилище и климат. – М.: Стройиздат, 1984.

8 СНиП 2.01.01-82. Строительная климотология и геофизика.

9 Строительная климотология: Справочное пособие к СНиПу. – М.: Стройиздат, 1990.

10 СНиП II – 3 – 79*. Строительная теплотехника. – М.: Стройиздат, 1979.

11 СНиП II – 4 – 79. Естественное и искусственное освещение.

12 СНиП II – 12 – 77. Глава «Защита от шума». – М. Стройиздат, 1978.

Ресурсы Интернет.

Инженерно-строительный журнал, N 5, 2010 год
Рубрика: Технологии

Д.т.н., профессор И.И.Боголепов

ГОУ Санкт-Петербургский государственный политехнический университет
и ГОУ Санкт-Петербургский государственный морской технический университет;
магистр А.А.Гладких,
ГОУ Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Система вентиляции и кондиционирования воздуха (СВКВ) - важнейшая система для современных зданий и сооружений. Однако, кроме необходимого качественного воздуха, система транспортирует в помещения шум. Он идет от вентилятора и других источников, распространяется по воздуховоду и излучается в вентилируемое помещение. Шум несовместим с нормальным сном, учебным процессом, творческой работой, высокопроизводительным трудом, полноценным отдыхом, лечением, получением качественной информации . В строительных нормах и правилах России сложилась такая ситуация. Метод акустического расчета СВКВ зданий, использовавшийся в старом СНиПе II-12-77 "Защита от шума " , устарел и не вошел поэтому в новый СНиП 23-03-2003 "Защита от шума " . Итак, старый метод устарел, а нового общепризнанного пока нет . Ниже предлагается простой приближенный способ акустического расчета СВКВ в современных зданиях, разработанный с использованием лучшего производственного опыта, в частности, на морских судах .

Предлагаемый акустический расчет основан на теории длинных линий распространения звука в акустически узкой трубе и на теории звука помещений с практически диффузным звуковым полем . Он выполняется с целью оценки уровней звукового давления (далее - УЗД) и соответствия их значений действующим нормам допустимого шума . Он предусматривает определение УЗД от СВКВ вследствие работы вентилятора (далее - "машина") для следующих типовых групп помещений:

1) в помещении, где расположена машина;

2) в помещениях, через которые воздуховоды проходят транзитом;

3) в помещениях, обслуживаемых системой.

Исходные данные и требования

Расчет, проектирование и контроль защиты людей от шума предлагается выполнять для наиболее важных для человеческого восприятия октавных полос частот, а именно: 125 Гц, 500 Гц и 2000 Гц. Октавная полоса частот 500 Гц является среднегеометрической величиной в диапазоне нормируемых по шуму октавных полос частот 31,5 Гц - 8000 Гц . Для постоянного шума расчет предусматривает определение УЗД в октавных полосах частот по уровням звуковой мощности (УЗМ) в системе. Величины УЗД и УЗМ связаны общим соотношением = - 10, где - УЗД относительно порогового значения 2·10 Н/м; - УЗМ относительно порогового значения 10 Вт; - площадь распространения фронта звуковых волн, м.

УЗД должны определяться в расчетных точках нормируемых по шуму помещений по формуле = + , где - УЗМ источника шума. Величина , учитывающая влияние помещения на шум в нем, рассчитывается по формуле:

где - коэффициент, учитывающий влияние ближнего поля; - пространственный угол излучения источника шума, рад.; - коэффициент направленности излучения, принимается по экспериментальным данным (в первом приближении равен единице); - расстояние от центра излучателя шума до расчетной точки в м; = - акустическая постоянная помещения, м; - средний коэффициент звукопоглощения внутренних поверхностей помещения; - суммарная площадь этих поверхностей, м; - коэффициент, учитывающий нарушение диффузного звукового поля в помещении.

Указанные величины, расчетные точки и нормы допустимого шума регламентируются для помещений различных зданий СНиПом 23-03-2003 "Защита от шума " . Если расчетные значения УЗД превосходят норму допустимого шума хотя бы в одной из указанных трех полос частот, то необходимо спроектировать мероприятия и средства снижения шума.

Исходными данными для акустического расчета и проектирования СВКВ являются:

- компоновочные схемы, применяемые в конструкции сооружения; размеры машин, воздуховодов, регулирующей арматуры, колен, тройников и воздухораспределителей;

- скорости движения воздуха в магистралях и ответвлениях - по данным технического задания и аэродинамического расчета;

- чертежи общего расположения помещений, обслуживаемых СВКВ - по данным строительного проекта сооружения;

- шумовые характеристики машин, регулирующей арматуры и воздухораспределителей СВКВ - по данным технической документации на эти изделия.

Шумовыми характеристиками машины являются следующие уровни УЗМ воздушного шума в октавных полосах частот в дБ: - УЗМ шума, распространяющегося от машины в воздуховод всасывания; - УЗМ шума, распространяющегося от машины в воздуховод нагнетания; - УЗМ шума, излучаемого корпусом машины в окружающее пространство. Все шумовые характеристики машины определяются в настоящее время на основании акустических измерений по соответствующим национальным или международным стандартам и другим нормативным документам .

Шумовые характеристики глушителей, воздуховодов, регулируемой арматуры и воздухораспределителей представлены УЗМ воздушного шума в октавных полосах частот в дБ:

- УЗМ шума, генерируемого элементами системы при прохождении потока воздуха через них (генерация шума); - УЗМ шума, рассеиваемого или поглощаемого в элементах системы при прохождении через них потока звуковой энергии (снижение шума).

Эффективность генерации и снижения шума элементами СВКВ определяются на основании акустических измерений. Подчеркнем, что значения величин и должны быть указаны в соответствующей технической документации.

Должное внимание уделяется при этом точности и надежности акустического расчета, которые закладываются в погрешность результата величинами и .

Расчет для помещений, где установлена машина

Пусть в помещении 1, где установлена машина, имеется вентилятор, уровень звуковой мощности которого, излучаемый в трубопровод всасывания, нагнетания и через корпус машины, есть величины в дБ , и . Пусть у вентилятора на стороне трубопровода нагнетания установлен глушитель шума с эффективностью глушения в дБ (). Рабочее место находится на расстоянии от машины. Разделяющее помещение 1 и помещение 2 стена находится на расстоянии от машины. Постоянная звукопоглощения помещения 1: = .

Для помещения 1 расчет предусматривает решение трех задач.

1-я задача . Выполнение нормы допустимого шума .

Если всасывающий и нагнетательный патрубки выведены из помещения машины, то расчет УЗД в помещении, где она расположена, производится по следующим формулам.

Октавные УЗД в расчетной точке помещения определяются в дБ по формуле:

где - УЗМ шума, излучаемого корпусом машины с учетом точности и надежности с помощью . Величина , указанная выше, определяется по формуле:

Если в помещении размещены n источников шума, УЗД от каждого из которых в расчетной точке равны , то суммарный УЗД от всех их определяется по формуле:

В результате акустического расчета и проектирования СВКВ для помещения 1, где установлена машина, должно быть обеспечено выполнение в расчетных точках норм допустимого шума .

2-я задача. Расчет величины УЗМ в воздуховоде нагнетания из помещения 1 в помещение 2 (помещение, через который воздуховод проходит транзитом), а именно величины в дБ производится по формуле

3-я задача. Расчет величины УЗМ, излучаемой стенкой площадью со звукоизоляцией помещения 1 в помещение 2, а именно величины в дБ, выполняется по формуле

Таким образом, результатом расчета в помещении 1 является выполнение норм по шуму в этом помещении и получение исходных данных для расчета в помещении 2.

Расчет для помещений, через которые воздуховод проходит транзитом

Для помещения 2 (для помещений, через которые воздуховод проходит транзитом) расчет предусматривает решение следующих пяти задач.

1-я задача. Расчет звуковой мощности, излучаемой стенками воздуховода в помещение 2, а именно определение величины в дБ по формуле:

В этой формуле: - см. выше 2-ю задачу для помещения 1;

=1,12 - эквивалентный диаметр сечения воздуховода с площадью поперечного сечения ;

- длина помещения 2.

Звукоизоляция стенок цилиндрического воздуховода в дБ рассчитывается по формуле:

где - динамический модуль упругости материала стенки воздуховода, Н/м;

- внутренний диаметр воздуховода в м;

- толщина стенки воздуховода в м;


Звукоизоляция стенок воздуховодов прямоугольного сечения рассчитывается по следующей формуле в ДБ:

где = - масса единицы поверхности стенки воздуховода (произведение плотности материала в кг/м на толщину стенки в м);

- среднегеометрическая частота октавных полос в Гц.

2-я задача. Расчет УЗД в расчетной точке помещения 2, находящейся на расстоянии от первого источника шума (воздуховод) выполняется по формуле, дБ:

3-я задача. Расчет УЗД в расчетной точке помещения 2 от второго источника шума (УЗМ, излучаемой стеной помещения 1 в помещение 2, - величина в дБ) выполняется по формуле, дБ:

4-я задача. Выполнение нормы допустимого шума .

Расчет ведется по формуле в дБ:

В результате акустического расчета и проектирования СВКВ для помещения 2, через которое воздуховод проходит транзитом, должно быть обеспечено выполнение в расчетных точках норм допустимого шума . Это первый результат.

5-я задача. Расчет величины УЗМ в воздуховоде нагнетания из помещения 2 в помещение 3 (помещение, обслуживаемое системой), а именно величины в дБ по формуле:

Величина потерь на излучение звуковой мощности шума стенками воздуховодов на прямолинейных участках воздуховодов единичной длины в дБ/м представлена в таблице 2. Вторым результатом расчета в помещении 2 является получение исходных данных для акустического расчета системы вентиляции в помещении 3.

Расчет для помещений, обслуживаемых системой

В помещениях 3, обслуживаемых СВКВ (для которых система в конечном счете и предназначена), расчетные точки и нормы допустимого шума принимаются в соответствии со СНиП 23-03-2003 "Защита от шума " и техническим заданием.

Для помещения 3 расчет предусматривает решение двух задач.

1-я задача. Расчет звуковой мощности, излучаемой воздуховодом через выпускное воздухораспределительное отверстие в помещение 3, а именно определение величины в дБ, предлагается выполнять следующим образом.

Частная задача 1 для низкоскоростной системы со скоростью воздуха v << 10 м/с и = 0 и трех типовых помещений (см. ниже пример акустического расчета) решается с помощью формулы в дБ:

Здесь



() - потери в глушителе шума в помещении 3;

() - потери в тройнике в помещении 3 (см. ниже формулу);

- потери в результате отражения от конца воздуховода (см. таблицу 1 ).

Общая задача 1 состоит в решении для многих из трех типовых помещений с помощью следующей формулы в дБ:



Здесь - УЗМ шума, распространяющегося от машины в воздуховод нагнетания в дБ с учетом точности и надежности величиной (принимается по данным технической документации на машины);

- УЗМ шума, генерируемого воздушным потоком во всех элементах системы в дБ (принимается по данным технической документации на эти элементы);

- УЗМ шума, поглощающегося и рассеивающегося при прохождении потока звуковой энергии через все элементы системы в дБ (принимается по данным технической документации на эти элементы);

- величина, учитывающая отражение звуковой энергии от концевого выходного отверстия воздуховода в дБ, принимается по таблице 1 (эта величина равна нулю, если уже включает в себя );

- величина, равная 5 дБ для низкоскоростной СВКВ (скорость воздуха в магистралях меньше 15 м/с), равная 10 дБ для среднескоростной СВКВ (скорость воздуха в магистралях меньше 20 м/с) и равная 15 дБ для высокоскоростной СВКВ (скорость в магистралях меньше 25 м/с).

Таблица 1. Величина в дБ. Октавные полосы

• Выбор облицовочных материалов

• Распределение акустических систем

• Вывод результатов расчета

Правильное размещение аппа ратуры при любых акустических характеристиках зала позволяет получить хорошее качество восприятия различных звуков: речи, музыки, шумов. В пространстве расположения зрителей, участвующих в мероприятии, требуется обеспечить нужную громкость, разборчивость и звучание без искажений во всем диапазоне частот аудио сигнала. С этой целью предлагаем услугу проведения профессионального акустического расчета . Он позволяет выбрать облицовочный материал поверхностей, разборчивость речи и состав аудиосистемы.

Нашей компанией проводятся электро-акустические расчеты для различных объектов: стадионов , бассейнов , теннисных кортах , прочих спортивных объектов , концертных залов , ресторанов , открытых площадок , Храмов , залов для проведения концертов и конференций . Рассчитывая акустику, специалисты учитывают особенности архитектуры помещения и специфику проводимого в нем мероприятия. Требуемая оптимальная величина звукового давления различна в случаях трансляции объявлений диктора, фонового музыкального сопровождения, концерта звезды или классической музыки.

При расчете звуковой аппаратуры для конкретного зала, проводится анализ помещения. На его основании выбирают оптимальное распределение звукового поля и места размещения колонок. Используются план, разрезы помещения, описание отделочных материалов потолка, стен.

Чтобы заказать акустический расчет , следует предоставить исходные данные с указанием габаритных размеров площадки, высоту потолка, материалы, характер мероприятия. Предоставляют чертежи либо эскизы. При необходимости исполнителем проекта на месте проводятся замеры.

При расчете мощности акустической системы как один из параметров учитывается уровень шума. Он зависит от числа людей в зале и их действий. Большее звуковое давление требуется на танцплощадке. Имеет значение также удаленность слушателей от источников звукового сигнала. Их размещают таким образом, чтобы обеспечить равномерность звукового поля для всех зрительских мест. Если в помещении имеются балконы и бельэтаж, то для них добовляются линии задержки и расчеты проводятся для каждой зоны совокупно.

Воспользовавшись предложенной компанией услугой проведения расчета и подбора акустической системы, можно организовать качественную трансляцию звука в любом месте: в зале ресторана, клуба или на стадионе. По нашим расчетам, наши специалисты выполняют также установку аппаратуры и ее настройку.

Основой проектирование звуковой системы или системы озвучивания помещений является акустический расчет. С помощью акустического расчета можно понять какие акустические системы лучше всего выбрать для данного зала и как лучше всего их расположить для обеспечение равномерного распределения звука. С помощью расчета звука так же есть возможность согласовать с заказчиком в каких зонах нужно изменить уровень громкости звукового сигнала для обеспечения комфортности зрителей. Еще одна задача которую можно выполнить с помощью акустического расчета это расчет звукопоглощения, подбор облицовочных материалов зала или помещения, где будет установлена звуковая система, для обеспечении качественной разборчивости речи и хорошего восприятие музыки.

Вопрос акустической обработки различных помещений является очень актуальным в настоящее время. С появлением новых моделей звукозаписывающей и звуковоспроизводящей аппаратуры она стала обязательной.

Современная промышленность предлагает огромный выбор отделочных материалов с различными частотными свойствами, что позволяет при правильном их выборе получить необходимые частотные характеристики помещений кинозалов, студий звукозаписи, речевых студий, концертных залов, вокзалов, аэропортов, конференц-залов, ночных клубов и множества других.

Выбор материалов производился по различным критериям, в том числе экономическому. Таким образом, можно выбрать недорогие материалы, но при этом все требования к частотным характеристикам помещения выполняются. Правильность выбора материалов будет подтверждена расчетом частотных характеристик.

Для создания модели под акустический расчет необходимы все размеры зала. В специализированной программе EASE создается 3D-модель зала точная копия, со всеми размерами, в которой подбираются материалы по коэффициенту звукопоглощения для достижения рекомендуемого времени реверберации под определенный тип зала и его назначения.

На рисунке показаны графики для различных залов:

• 1 - залы для ораторий и органной музыки;

• 2 - залы для симфонической музыки;

• 3 - залы для камерной музыки, залы оперных театров;

• 4 - залы многоцелевого назначения, залы музыкально-драматических театров, спортивные залы;

• 5 - лекционные залы, залы заседаний, залы драматических театров, кинозалы, пассажирские залы.

Как только рекомендуемое расчетное время реверберации достигло нужного результата, в модели зала устанавливаются симуляторы акустических систем (громкоговорителей). Файлы-симуляторы громкоговорителей находятся в базе программы акустического расчета EASE и периодически пополняется. В 3D-модели зала (помещения) можно распределить симуляторы акустических систем как угодно, для этого специалисты пользуются определенным правилам которые необходимо соблюдать для озвучивания залов и других помещений. Как и в реальности акустические системы можно устанавливать на основание (например: на пол или на сцену), на высоте (подвесные громкоговорители) и встраивать в потолок или в стену.

При расчете программа будет выдавать несколько параметров, по которым можно сформировать благоприятную акустическую картинку.

Звуковое давление - расчет

Данный параметр описывает распределение звукового давления по площади зрительской зоны без учета отражений. Величина неравномерности: разница между максимальным и минимальным значением давления характеризует корректность применения акустических систем и мест их размещения.

Коэффициент потери согласных

Коэффициент потери согласных или ARTICULATION LOSS - графическое отображение потери артикуляции согласных в процентах. Это обратный критерий, 0% - идеальное значение параметра, описывающее отсутствие потери согласных; 100% - наихудшее значение параметра, описывающее полную потерю согласных.

• от 0% до 7% - наилучший результат;
• от 7% до 11% - хороший результат;
• от 11% до 15% - удовлетворительный результат;
• выше 15% - плохой результат.

В акустике термин "разборчивость" обозначает возможность слышать и правильно различать все фонемы, т.е. составные элементы языка. Разборчивость речи - самый важный параметр при оценке качества воспроизведения звука, и зависит, прежде всего, от правильного понимания согласных букв. Реверберация и высокий уровень фонового шума искажают разборчивость речи. Процент "потерянных" согласных букв дает оценку разборчивости сообщения и обозначается ALCons.

При акустическом сигнале, таком как речь, чрезвычайно изменчивом во времени и при всевозможном шуме окружающей среды, достаточно высокое соотношение сигнал/шум (хотя бы 10 дБ) способствует наилучшему восприятию сообщения. Разборчивость уменьшается при увеличении расстояния между источником и слушателем до предельного расстояния. Для больших расстояний разборчивость остается постоянной, каким бы ни было расстояние до слушателя, но зависит от времени реверберации.

Любое положение слушателя характеризуется определенным значением Alcons. Уменьшение этого значения довольно сложно, т. к. предполагает изменение геометрии помещения и/или имеющихся в нем материалов.

Разборчивость речи

Разборчивость речи оценивается с помощью коэффициента STI . Данный параметр является главным коэффициентом для оценки качества звучания музыкальной системы. Для различных видов помещений или задач существуют свои диапазоны, в предел которых необходимо, чтобы значение коэффициента STI уложилось.

Коэффициент STI зависит от всех параметров: размеры помещения, дальность излучателя звука, уровень шума, зрителей, облицовка помещения, время реверберации, уровень звукового давления.

• от 0,6 до 1 - наилучший результат;
• от 0,45 до 0,6 - хороший результат;
• от 0,3 до 0,45 - Удовлетворительный результат;
• от 0 до 0,3 - плохой результат.

Коэффициент музыкальной ясности.

Коэффициент музыкальной ясности С80.

• 0дБ -для органной, романтическая музыки;
• +2дБ -для классической муз., хора, церковного пения;
• +4дБ -для поп. Музыки;
• +6дБ -для рок-н-ролла.

Наша компания производит профессиональный акустический расчет любой сложности, специалисты прошедшие обучение специализированной программы EASE имеют сертификат, который выдается в центре обучения "AFMG" в г. Берлине, что подтверждает ниже предоставленный сертификат:

Акустический расчет помещения необходим для точной установки акустических систем в зале. Так же акустический расчет производится для оптимизации акустических свойств помещения.

Кочнов Олег Владимирович
руководитель учебно-производственного отдела компании ESCORT GROUP

Интенсивные экономические преобразования, происходящие в нашей стране, усовершенствованная и упрочненная нормативная база способствуют возрождению промышленности, росту числа производственных предприятий. Во исполнение федерального закона от 22.07.2008 - ФЗ № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности», имеющиеся на промышленных предприятиях производственные помещения с работающими в них людьми должны быть защищены системами противопожарной безопасности. Наиважнейшей частью, обеспечивающей комплексную безопасность зданий и сооружений, являются организационные мероприятия, элементом которых является электроакустический расчет. Цель данной статьи - познакомить читателя с методикой электроакустического расчета (ЭАР), дать его как нормативное, так и фактическое обоснование - очертить специфику расчета в условиях высоких шумов, характерных для промышленных предприятий, продемонстрировать примеры расчета.

При возникновении пожара (или иных чрезвычайных ситуаций), возникающих внутри производственных помещений (или на территории защищаемого предприятия), задействуется (автоматически включается) система оповещения, осуществляющая трансляцию специально разработанных текстов, необходимых для эффективной эвакуации людей в безопасное место.

На промышленных предприятиях используются следующие типы систем оповещения:

■ системы оповещения и управления эвакуацией (СОУЭ), проектируемые на основании ;

■ объектовые (ОСО) и локальные (ЛСО) системы оповещения при чрезвычайных ситуациях, а также системы громкоговорящей связи, проектируемые на основании . Нормативным основанием для проектирования централизованных, локальных и объектовых систем оповещения является федеральный закон № 68-ФЗ «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» от 21.12.1994.

На особо крупных объектах, таких как атомные или гидроэлектростанции, используются командно-поисковые системы (комплексы).

Достоверность передачи аварийного сообщения определяется характеристиками, функциональностью и надежностью технических средств систем оповещения, а вот достоверность восприятия может быть подтверждена только расчетами.

Электроакустический расчет позволяет с достаточно высокой точностью определить уровень звукового давления в так называемой расчетной точке (РТ) - точке (месте) возможного нахождения людей. Такие точки выбираются в местах наиболее критичных с точки зрения как удаления, так и присутствующего в них шума. Зная расстояние между расчетной точкой и звуковым источником, легко определить степень уменьшения звукового давления на расстоянии, однако этого совсем не достаточно. Согласно требованиям нормативной документации необходимо обеспечить условия, при которых полученный уровень попадет в определенные границы.

В специфике промышленных предприятий наиболее важной задачей является определение точного значения уровня шума на рабочих местах. Следует заметить, что измерительные приборы в такого рода задачах могут использоваться лишь как вспомогательные средства в силу постоянно меняющихся условий. Таким образом, условия четкого восприятия могут быть достигнуты решением двух задач - эффективной расстановкой громкоговорителей и защитными акустическими мероприятиями.

Любая из этих систем в качестве конечного исполнительного элемента использует громкоговоритель - устройство, осуществляющее преобразование электрического сигнала на входе в акустический (слышимый) сигнал на выходе. В зависимости от требований к характеру передаваемой (транслируемой) информации, к громкоговорителю предъявляются различные требования. Так, по требованиям, изложенным в , если численность людей, работающих на производственном объекте: в цеху, на складском помещении, в лаборатории и т. д., превышает 100 человек, то для защиты такого объекта применяется СОУЭ 3 типа - речевая система оповещения, осуществляющая трансляцию специально разработанных текстов. В этом случае громкоговоритель должен эффективно работать в диапазоне от 200 Гц до 5 кГц. Под понятием эффективности следует понимать как величину звукового давления (громкости), так и КПД громкоговорителя. Для повышения степени информативности СОУЭ включают и световой способ оповещения.

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКОГО РАСЧЕТА

Понятие «акустический расчет» (АР) само по себе является достаточно емким. В контексте обеспечения безопасности людей, находящихся внутри производственных помещений, выполняется так называемый электроакустический расчет (ЭАР), в процессе которого:

■ анализируется защищаемое помещение;

■ выбираются расчетные точки (РТ);

■ рассчитывается звуковое давление в РТ;

■ определяются уровни шума (УШ) в РТ, характерные для данного помещения;

■ выявляются дополнительные источники шума;

■ проверяются граничные условия расчета;

■ выбираются параметры громкоговорителей и определяются схемы их расстановки;

■ в случае невыполнения граничных условий разрабатываются организационные мероприятия, повышающие достоверность передачи информации.

Требования, предъявляемые к ЭАР, можно найти в , а методику - в Приложении А, к , однако, следует заметить, что имеющаяся в данном приложении методика для какого-либо серьезного расчета совершенно непригодна.

Название расчета - электроакустический - обусловлено учетом электрических параметров звукового тракта, являющихся входными для акустического расчета. Следует заметить, что требования к расчету, изложенные в , не вполне достаточны, однако, являются необходимыми, поэтому основное внимание в данной статье будет уделено выполнению именно этих требований. Что касается специфики данного расчета, в частности, высоких шумов, будем опираться на СНиП по Шуму , в котором достаточно подробно излагаются как расчетные, так и организационные мероприятия по расчету, учету и борьбе с высокими шумами.

Рассмотрим основные понятия, необходимые для выполнения ЭАР.

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ГРОМКОГОВОРИТЕЛЯ

Согласно нормативной документации, громкоговорители должны воспроизводить звуковой или речевой сигнал в диапазоне: 200 Гц - 5 кГц.

Звуковое давление громкоговорителя измеряется в децибелах (дБ) и определяется как его чувствительностью Р 0 , дБ, так и электрической мощностью, Р вт, Вт, подведенной к его входу:

Р дб = Р о + 10log (Р вт / Р пор), (1)

Р о - чувствительность громкоговорителя, дБ; Р вт - мощность громкоговорителя, Вт; Р пор - пороговая мощность, = 1Вт.

Чувствительность громкоговорителя, дБ - уровень звукового давления, измеренного на рабочей оси громкоговорителя на расстоянии 1 м от рабочего центра на частоте 1 кГц при мощности 1 Вт. Мощность громкоговорителя берется из паспорта, предоставляемого производителем или поставщиком, при этом следует обращать внимание на следующие обстоятельства:

1) Если в паспорте нет никаких специальных ссылок или указаний, то (в большинстве случаев) указывается т. н. RMS мощность, измеренная на 1кГц.

2) На т. н. «градации включения».

Здесь требуется комментарий. Дело в том, что громкоговорители, используемые в системах оповещения, являются трансформаторными. Первичная обмотка трансформатора имеет, как правило, несколько отводов, имеющих различный импеданс и позволяющих работать на различных мощностях, поэтому в формуле (1) необходимо указывать конкретную мощность включения.

Исполнение. Немаловажным параметром громкоговорителей, характерным для производственных помещений, является параметр, называемый «исполнение». Для различных условий эксплуатации (температура, влага, пыль, агрессивные среды) могут использоваться громкоговорители с различными классами исполнения (защиты). При низких температурах используются морозостойкие громкоговорители. При повышенной концентрации влаги и пыли - громкоговорители с различными степенями защиты, определяемые индексом IP:

■ IP-41 - закрытые помещения;

■ IP-54 - уличное исполнение;

■ IP-67 - высокая степень защиты от пыли и влаги. Дополнительные параметры громкоговорителя будут рассмотрены ниже.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКОГО РАСЧЕТА

Исходными данными для ЭАР (на производственных предприятиях) являются:

■ план и разрез помещения с расположением технологического и инженерного оборудования с целью выбора расчетных точек;

■ определение уровня шума в расчетных точках;

■ сведения о характеристиках ограждающих конструкций помещения (коэффициенты поглощения);

■ технические характеристики и геометрические размеры источников шума.

Для расчета уровня звукового давления в расчетной точке необходимо рассмотреть два важных понятия:

■ само понятие «расчетная точка» (РТ);

■ понятие «уровень шума» (УШ) в РТ.

РАСЧЕТНАЯ ТОЧКА

Расчетная точка - место возможного (вероятного) нахождения людей наиболее критичное с точки зрения положения и удаления от звукового источника (громкоговорителя). РТ выбирается на расчетной плоскости - (мнимой) плоскости, проведенной параллельно полу на высоте 1,5 м, (1,2 м для сидячих мест) в месте с наихудшими условиями -точке наиболее удаленной от громкоговорителя или в точке с наибольшим УШ.

Согласно НД , РТ выбираются:

■ в зоне прямого звука;

■ в зоне отраженного звука;

■ в середине толпы (месте максимальной концентрации людей).

Данный выбор (способ) не подходит для ЭАР, кроме последнего пункта, и вот почему. Под зоной прямого звука в контексте имеется в виду расстояние, не превышающее двойного размера источника звука. В под источниками звука (шума) подразумеваются машины, турбины, агрегаты и т. д. При использовании в качестве звукового источника даже самого большого громкоговорителя это расстояние не превысит 1 м, что не актуально.

В зоне отраженного звука. Здесь имеется в виду точка, расположенная, во-первых, вблизи отражающей поверхности и, во-вторых, максимально удаленная от источника звука. Выбор РТ вблизи отражающей поверхности объясняется спецификой акустического расчета как расчета именно для шумовых источников, для которых учитывается как энергия прямого звука, так и диффузионная энергия. При удалении от источника шума на расстояние, вдвое превышающее его размеры, начинает резко превалировать влияние диффузионной составляющей, см. далее формулу (7). Электроакустический же расчет, по своей специфике, близок к акустическому расчету, выполняемому для кинотеатров, концертных залов, в которых характерной информацией является музыка или речь. Такие расчеты для обеспечения надлежащей разборчивости выполняются с использованием так называемой геометрически-лучевой теории, позволяющей учитывать отражения и определять уровни прямого звука, приходящего (поступающего) в РТ. Согласно данной теории, известной еще древним грекам, звуковая энергия отождествляется с тонким лучом (света). При попадании на предметы часть звуковой энергии поглощается, а часть отражается под тем же самым углом.

В акустике под прямым звуком подразумевается как прямой звук - звук, распространяющийся напрямую от источника до РТ, так и первичные отражения - звук, поступающий в РТ, отразившись от поверхностей (площадок) не более 1 раза.

УРОВНИ ШУМА

Для выполнения ЭАР необходимо знать точное значение УШ. С определением УШ сопряжен ряд сложностей. Какую именно величину УШ необходимо использовать, на какой частоте его измерять и т. д.

Определить величину УШ можно несколькими способами:

■ непосредственным измерением;

■ из нормативных таблиц ;

■ дополнительными расчетами.

Относительно УШ имеется достаточно серьезная документация в виде , однако, например, проектировщики СОУЭ в своих расчетах на данный (подробный) СНиП не опираются. Отсутствие четких методик ЭАР не дает возможности подметить однозначную взаимосвязь между двумя величинами - необходимым уровнем звукового давления в РТ и УШ, определяемым в этой же точке. Это первое. Второе - в для определения УШ используется достаточно специфичный, непривычный для среднестатистического проектировщика СОУЭ расчетный аппарат, связанный с октавными уровнями, расчетом диффузионной энергии. Такие расчеты, как правило, выполняют специалисты по акустике, в то время как непосредственного требования выполнить ЭАР нет и он выполняется либо по требованию (по техническому заданию) заказчика, либо по желанию проектировщика. Непосредственное измерение УШ сопряжено с рядом сложностей. Во-первых, для такого измерения необходим профессиональный, а главное, поверенный измеритель УШ (шумомер). Во-вторых, измерение необходимо производить не только на различных частотах, но и в различные промежутки (отрезки) времени. Согласно , для производственных предприятий необходимо использовать период рабочей смены. При невозможности выполнить подобные измерения необходимо пользоваться уже имеющимися данными, взятыми из конструкторской документации или из ТЗ заказчика, а в случае их отсутствия необходимо обратиться к Шум-таблицам, например, СП 51.13330.2011. Защита от шума .

СПЕЦИФИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОКТАВНЫХ УРОВНЕЙ ШУМА

В указаны уровни для 9-октавных полос от 31,5 Гц до 8 кГц. Согласно пп. 5.1 расчет выполняется для 8-октавных полос от 63 Гц до 8 кГц. Согласно же , частотный диапазон 0,2-5 кГц вмещает лишь 5 полос со среднегеометрическими частотами -0,25/0,5/1/2/4 кГц. Данное расхождение преодолевается требованием выполнять расчет в дБА - уровнях звукового давления, скорректированных по шкале А. Можно показать, что суммарный эффект восприятия, с учетом корректировки по шкале А, 8-октавных (шумовых) полос практически равносилен восприятию 5-октавных полос, что дает нам право в ЭАР в качестве величины УШ использовать эквивалентные уровни непостоянного (прерывистого и колеблющегося во времени) звукового давления /L Аэкв, дБА, приведенные в и в .

УШ, взятые из Шум-таблиц, являются лишь обобщающими, их можно назвать собственными шумами. Так, например, согласно , для помещений с постоянными рабочими местами на производственных предприятиях /L Аэкв = 80 дБА. Однако для каждого конкретного предприятия необходимы дополнительные расчеты, учитывающие дополнительные, привнесенные шумы -шумы, возникающие в результате работы каких-либо источников шума - агрегатов, станков, или шумы, проникающие через окна, двери и т. д.

ПРИМЕРЫ АКУСТИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ, В УСЛОВИЯХ ВЫСОКОГО ШУМА

Рассмотрим пример. На рисунке 1 изображена элементарная ситуация - производственное помещение с двумя РТ и двумя звуковыми источниками: громкоговорителем и источником шума.

На рисунке изображены две расчетные точки РТ 1 и РТ 2 . Предположим, что в РТ 1 - влияние источника шума, изображенного в верхней правой части рисунка, в силу удаления и экранирования звукопоглощающей конструкцией не значительно.

Рис. 1. Пример, демонстрирующий особенности учета уровней шумов

УРОВЕНЬ ЗВУКОВОГО ДАВЛЕНИЯ В РАСЧЕТНОЙ ТОЧКЕ

Рассчитаем уровень звукового давления, дБ, в РТ, формируемого громкоговорителем :

L = P o + 10logР вт - 20log (r 1 - 1), (2)

r 1 - расстояние от источника звука (громкоговорителя) до РТ, м. При r o = 1 м, r > 2 м;

1 - коэффициент, учитывающий, что чувствительность громкоговорителя измерена на расстоянии 1 м.

КРИТЕРИИ РАСЧЕТА

Критерием правильности расчета будет выполнение следующих требований :

Звуковые сигналы СОУЭ должны обеспечивать общий уровень звука (уровень звука постоянного шума вместе со всеми сигналами, производимыми оповещателями) не менее 75 дБА на расстоянии 3 м от оповещателя, но не более 120 дБА в любой точке защищаемого помещения. Звуковые сигналы СОУЭ должны обеспечивать уровень звука не менее, чем на 15 дБА выше допустимого уровня звука постоянного шума в защищаемом помещении.

Данное требование содержит 3 условия:

1. Требование к минимальному уровню. Уровень звукового давления громкоговорителя должно быть не ниже 85 дБ:

Р дб > 85 дБ (3)

В случае невыполнения данного условия необходимо выбрать громкоговоритель с большим звуковым давлением.

2. Требование к максимальному уровню. Уровень звукового давления в РТ должно быть не выше 120 дБ:

(Р дб - 20log (r мин - 1))

r мин - расстояние от громкоговорителя до ближайшего слушателя.

В случае невыполнения данного условия можно уменьшить звуковое давление громкоговорителя или использовать распределенную схему расстановки громкоговорителей.

3. Условие правильности ЭАР:

L > УШ + 15, (5)

УШ - уровень шума в помещении, дБ;

15 - запас звукового давления, согласно , дБ.

В случае невыполнения данного условия можно:

■ выбрать громкоговоритель с большей чувствительностью Р o , дБ;

■ выбрать громкоговоритель с большей мощностью Р вт, Вт;

■ увеличить количество громкоговорителей;

■ изменить схему расстановки громкоговорителей.

УЧЕТ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ШУМА

В РТ 2 влияние источника шума очевидно. Если уровень шума, создаваемый источником шума, УШ и, дБ в РТ, превосходит УШ, дБ в помещении УШ и ≥ УШ необходимо учитывать суммарное воздействие двух шумов УШ сум, дБ:

УШ сум = 10log (10 0,1УШ + 10 0,1УШи), (б)

и затем подставить полученный результат в формулу (5), приравняв УШ = УШ сум.

РАСЧЕТ ЗВУКОВОГО ДАВЛЕНИЯ В РАСЧЕТНОЙ ТОЧКЕ, ФОРМИРУЕМОГО ИСТОЧНИКОМ ШУМА

Из рисунка 1 видно, что источник звука находится на некотором расстоянии, r 3 , м, от РТ. Для расчета УШ и, дБ, воспользуемся результатами, изложенными в :

УШ и =Р ист + 10log (ΧΦ н /Ωr 2 2 + 4Ψ/В ), (7)

P ист - октавный (на частоте 1 кГц) уровень звуковой мощности звукового источника, дБ , берется из спецификаций или технических характеристик на оборудование;

Χ - коэффициент, учитывающий влияние ближнего поля в тех случаях, когда расстояние от источника шума, до РТ, r 3 таблице 2, );

Φ н - фактор направленности источника шума (для источников с равномерным излучением Ф = 1);

Ω - пространственный угол излучения источника, рад. (принимают по таблице 3, );

r 2 - расстояние от громкоговорителя до РТ, м;

Ψ - коэффициент, учитывающий нарушение диффузности звукового поля в помещении, таблица 1;

В - акустическая постоянная помещения, м 2 .

АКУСТИЧЕСКАЯ ПОСТОЯННАЯ ПОМЕЩЕНИЯ

Расчет акустической постоянной помещения В сопряжен с определением основного фонда звукопоглощения или эквивалентной площади звукопоглощения, А, м 2 , формула (3), .

Коэффициент, учитывающий нарушение диффузности звукового поля в помещении, - Ψ зависит от отношения постоянной помещения B к площади ограждающих поверхностей S, таблица 1:

Табл. 1. Коэффициент, учитывающий нарушение диффузности звукового поля помещений (Ψ)

Для приблизительного определения В можно воспользоваться следующей формулой: В = μ * В 1000 ,

В 1000 - постоянная помещения на частоте 1 кГц; μ - частотный множитель, таблица 2.

Табл. 2. Частотный множитель μ

Объем помещения, м 3	Среднегеометрическая частота, кГц
V = 200, 1000
V >> 1000

Постоянная помещения В 1000 для частоты 1 кГц в зависимости от объема помещения V, м 3 , определяется следующим способом:

В 1000 = V/20 - для помещений без мебели с небольшим количеством людей (металлообрабатывающие цеха, машинные залы, испытательные стенды и т. д.);

В 1000 = V/10 - для помещений с жесткой мебелью или с небольшим количеством людей и мягкой мебелью (лаборатории, кабинеты и т. д.);

В 1000 = V/6 - для помещений с большим количеством людей и мягкой мебелью (рабочие помещения административных зданий, жилые комнаты и т. п.);

В 1000 = V/1,5 - для помещений со звукопоглощающей облицовкой потолка и части стен.

Поясним, почему УШ, определяет точность расчетов. Для выбора параметров громкоговорителя или схемы их расстановки используется следующий подход (метод):

1. Выбираем РТ.

2. Определяем УШ в РТ.

3. Определяем ожидаемый уровень звукового давления в РТ.

4. Определяем место установки и расстояние до предполагаемого громкоговорителя.

5. Рассчитываем минимально необходимый уровень звукового давления предполагаемого громкоговорителя.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ

При высоких уровнях шумов возникает ситуация, когда использование громкоговорителя становится нерациональным. В этом случае на первый план выступают организационные мероприятия. Так, на основании :

В защищаемых помещениях, где люди находятся в шумо-защитном снаряжении, а также в защищаемых помещениях с уровнем звука шума более 95 дБА звуковые оповещатели должны комбинироваться со световыми оповещателями. Допускается использование световых мигающих оповещателей.

ЭФФЕКТИВНАЯ РАССТАНОВКА ГРОМКОГОВОРИТЕЛЕЙ

Для выполнения полноценного ЭАР одних нормативных требований крайне недостаточно, поэтому приходится вводить дополнительные характеристики. Продемонстрируем некоторые их них :

Ширина диаграммы направленности (ШДН) - угол раскрыва, определяемый из (круговой) диаграммы направленности громкоговорителя, при котором уровень звукового давления уменьшается на 6 дБ относительно рабочей (геометрической) оси громкоговорителя.

Эффективная дальность D, м, звучания громкоговорителя - расстояние от громкоговорителя до точки, звуковое давление r, дБ, в которой превышается УШ на 15 дБ.

Эффективную дальность можно определить как:

D = 10 1/20 (Рдб - УШ -15) + 1, (8) где

Р дб - звуковое давление, развиваемое громкоговорителем на определенной мощности, дБ.

1 - коэффициент, учитывающий, что чувствительность громкоговорителя определяется на 1 метре.

Оперирование приведенными характеристиками (параметрами) позволяет в зависимости от типов громкоговорителей - потолочный, настенный, рупорный - строить различные диаграммы - контуры озвучиваемых площадей. Так, например, для потолочного громкоговорителя эффективной озвучиваемой площадью (контуром) является площадь круга. Для ШДН = 90° радиус такого круга: R = H - 1,5 м, где Н -высота потолков . Для настенных или рупорных громкоговорителей актуальным параметром является эффективная дальность D , м.

ПРИМЕР АКУСТИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ДЛЯ СКЛАДСКОГО ПОМЕЩЕНИЯ

На рисунке 2 изображена упрощенная схема складского помещения, для озвучивания которого используются три рупорных громкоговорителя.

Рупорные громкоговорители по сравнению с другими типами имеют ряд преимуществ:

■ класс защиты не ниже IP54 и могут использоваться в неотапливаемых помещениях;

■ высокое звуковое давление, позволяющее работать в условиях высоких шумов;

■ универсальное крепление, позволяющее варьировать результирующей диаграммой направленности. Расстановка громкоговорителей по одной стене (рис. 2),

имеет практическое основание, однако, его необходимо подтвердить расчетами.

ВОЗМОЖНЫЕ АЛГОРИТМЫ РАСЧЕТА

Алгоритм ЭАР (проверки) для РТ 1 может быть следующим:

1. Расчетная точка РТ 1 выбрана правильно - в месте, максимально удаленном от второго громкоговорителя ГР 2 .

2. Удостоверимся, что РТ 1 попадает в область действия диаграммы направленности (ШДН) второго громкоговорителя (ГР 2).

3. Определим УШ в РТ 1 .

4. Рассчитаем уровень звукового давления в РТ 1 , L 1 , дБ, по формуле (2).

5. Проверим выполнение граничных условий (3), (4), (5).

6. В случае выполнения условий (3), (4), (5) расчет для РТ 1 выполнен.

7. В случае невыполнения условий (3), (4), (5) выбирается другой громкоговоритель, меняется схема расстановки громкоговорителей, выполняются дополнительные организационные мероприятия.

Однако, обосновать ЭАР для РТ 1 можно более простым способом:

■ определяем эффективную дальность D , м, для второго громкоговорителя;

■ сравниваем полученное значение D , м, с расстоянием r 1 , м;

■ если D > r 1 , ЭАР для РТ 1 выполнен.

Для РТ 2 алгоритм ЭАР может быть следующим:

1. Расчетная точка РТ 2 выбрана правильно - в месте, наиболее критичном с точки зрения расположения громкоговорителей.

2. Определим УШ в РТ 2 .

3. Удостоверимся, что РТ 2 попадает в область действия диаграмм направленностей второго (ГР 2) или третьего (ГР 3) громкоговорителей.

4. Так как РТ 2 не попадает ни в одну из областей диаграмм, обратимся к геометрическо-лучевой теории.

5. Из рисунка 2 видно, что в РТ 2 попадают 2 луча звуковой энергии, формируемые ГР 2 и ГР 3 и отраженные от второго стеллажа.

Рис. 2. Пример расстановки громкоговорителей для складского помещения

б. Уровень звукового давления L 2 , дБ, в РТ 2 может быть рассчитан следующим способом:

■ рассчитаем уровень звукового давления в точке А, L А, дБ, по формуле (2);

■ рассчитаем уровень звукового давления в точке Б, L Б, дБ, по следующей формуле:

L Б = L А - 20logr 3 + 10log(1 - К погл),

К погл - коэффициент поглощения отражающей поверхности;

■ аналогичным образом рассчитаем уровень звукового давления, формируемый третьим громкоговорителем (ГР 3) в точках В, L B , дБ, и Г, L Г, дБ;

■ рассчитаем уровень звукового давления в РТ 2 , L 2 , дБ: L 2 = 10log (10 0,1LБ + 10 0,1Lг).

ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ

Защита от шума строительно-акустическими методами должна обеспечиваться:

■ рациональным с акустической точки зрения решением генерального плана объекта, рациональным архитектурно-планировочным решением зданий;

■ применением ограждающих конструкций зданий с требуемой звукоизоляцией;

■ применением звукопоглощающих конструкций (звукопоглощающих облицовок, кулис, штучных поглотителей);

■ применением звукоизолирующих кабин наблюдения и дистанционного управления;

■ применением звукоизолирующих кожухов на шумных агрегатах;

■ применением акустических экранов;

■ применением глушителей шума в системах вентиляции, кондиционирования воздуха и в аэрогазодинамических установках;

■ виброизоляцией технологического оборудования.

В проектах должны быть предусмотрены мероприятия по защите от шума:

■ в разделе «Технологические решения» (для производственных предприятий)при выборе технологического оборудования следует отдавать предпочтение малошумному оборудованию;

■ размещение технологического оборудования должно осуществляться с учетом снижения шума на рабочих местах, в помещениях и на территориях путем применения рациональных архитектурно-планировочных решений;

■ в разделе «Строительные решения» (для производственных предприятий) на основе акустического расчета ожидаемого шума на рабочих местах должны быть, в случае необходимости, рассчитаны и запроектированы строительно-акустические мероприятия по защите от шума;

■ шумовые характеристики технологического и инженерного оборудования должны содержаться в его технической документации и прилагаться к разделу проекта «Защита от шума»;

■ следует учитывать зависимость шумовых характеристик от режима работы, выполняемой операции, обрабатываемого материала и т. п.;

■ возможные варианты шумовых характеристик должны быть отражены в технической документации оборудования.

В КАЧЕСТВЕ ЗАКЛЮЧЕНИЯ

Мы рассмотрели только часть вопросов, касающихся акустических расчетов. Отдельного рассмотрения требуют вопросы расстановки громкоговорителей, определения времени реверберации помещения, расчета разборчивости. Приведем некоторые рекомендации, касающиеся повышения общей разборчивости речи .

1. Наибольшее влияние на разборчивость речи оказывают естественные шумы.

2. Существенное влияние на разборчивость речи оказывают реверберационные помехи, снижение которых достигается дополнительными (специальными) мероприятиями.

3. Хорошая разборчивость в реверберирующих помещениях с ограниченным звуковым трактом может быть достигнута при разнице между звуковым давлением в РТ и уровнем шума не меньше 6 дБ.

4. На разборчивость существенное влияние оказывает качество выбираемых громкоговорителей. При неравномерности АЧХ громкоговорителя, приближающейся к 10%, разборчивость ухудшается на 7%.

5. Существенное повышение речевой разборчивости может быть достигнуто увеличением доли прямого звука в суммарной звуковой энергии внутри помещения, за счет:

■ повышения локализации звуковых источников;

■ грамотной расстановки звуковых источников (громкоговорителей), учитывающей их направленности и расположение, при котором РТ-точка не сильно удалена от источника и не находится в тени.

ЛИТЕРАТУРА

1. ФЗ № 123, свод правил СП 3.13130.2009. Требования пожарной безопасности к звуковому и речевому оповещению и управлению эвакуацией людей.

2. ФЗ № 123, свод правил СП 133.13330.2012. (Приложение А. Упрощенный расчет числа громкоговорителей в системах оповещения).

3. Кочнов О. В. Электроакустический расчет, выполняемый при проектировании СОУЭ// Материалы XVнаучно-практической конференции «Интеграция науки и практики как механизм развития современного общества». 8-9 апреля 2015.

4. СП 51.13330.2011. Защита от шума. Актуализированная редакция СНиП 23-03-2003. М., 2011.

5. СНиП 23-03-2003. Защита от шума (Sound protection) от 01-01-2004.

6. Кочнов О. В. Расчет разборчивости речи // Материалы XVIII научно-практической конференции «Интеграция науки и практики как механизм развития современного общества». 28-29 декабря 2015.