Строительные расценки

+

Основные характеристики звука и шума. Вопросы-ответы

1. Что такое громкость звука, и в каких единицах она оценивается?

2. Каковы основные количественные характеристики (единицы) звука?

3. В чем заключаются конструкционно-строительные мероприятия, названные звукоизоляцией?

4. Какие требования по звукоизоляции предъявляют к внутренним стенам?

5. Как повысить шумоизоляцию перекрытий?

6. Каковы основные виды и функции звукопоглощающих конструкций?

7. Каковы особенности поглощения звука в газах?

8. Каковы особенности поглощения звука в твердых телах?

9. Что такое порог слышимости?

10. Какова основная физическая характеристика уровня звука?

11. Что такое шум?

12. Какими параметрами характеризуются стационарные и нестационарные шумы?

13. В чем заключается вредное воздействие шума на организм человека?

14. Какие разновидности шума выделяются на практике?

15. Каким образом измеряют характеристики шума?

16. В чем заключается принцип действия шумомера?

17. Каковы уровни громкости различных источников шума?

18. Каким образом можно снизить уровень шума?

Назад к основному рубрикатору: Звукоизоляция. Акустика. Вопросы-ответы

1. Что такое громкость звука, и в каких единицах она оценивается?

Громкость звука – величина, характеризующая слуховое ощущение для данного звука. Громкость звука сложным образом зависит от звукового давления (или интенсивности звука), частоты и формы колебаний. При неизменной частоте и форме колебаний громкость растет с увеличением звукового давления. При одинаковом звуковом давлении громкость чистых тонов (гармонических колебаний) различной частоты различна, т.е. на разных частотах одинаковую громкость могут иметь звуки разной интенсивности.

Громкость данной частоты оценивают, сравнивая ее с громкостью простого тона частотой 1000 гц. Уровень звукового давления (в дБ) чистого тона с частотой 1000 гц, столь же громкого (сравнением на слух), как и измеряемый звук, называется уровнем громкости данного звука (в фонах). Громкость для сложных звуков оценивают по условной шкале в сонах.

Бел, единица логарифмической относительной величины (логарифма отношения двух одноименных физических величин), применяется в электротехнике, радиотехнике, акустике и других областях физики; обозначается «Б» или «В», названа по имени американского изобретателя телефона А. Белла. Число N белов, соответствующее отношению двух энергетических величин P1 и P2 (к которым относятся мощность, энергия, плотность энергии и т.д.), выражается формулой N = lg(P1/P2), а для "силовых" величин F1 и F2 (напряжения, силы тока, давления, напряженности поля и др.) N = 2·lg(F1/F2).

Децибел (от деци... и бел), дольная единица от бела – единицы логарифмической относительной величины (десятичного логарифма отношения двух одноименных физических величин – энергий, мощностей, звуковых давлений и др.); равна 0,1 бел. Обозначения: русское дБ, международное dB. Децибел чаще применяется на практике, чем основная единица – бел.

Фон (от греч. phone – звук), единица уровня громкости звука. В связи с тем, что на разных частотах одинаковую громкость могут иметь звуки разной интенсивности (различающиеся звуковым давлением), громкость звука оценивают, сравнивая ее с громкостью стандартного чистого тона (обычно частотой 1000 гц). 1 фон – разность уровней громкости двух звуков данной частоты, для которых равные по громкости звуки с частотой 1000 гц отличаются по интенсивности (уровню звукового давления) на 1 децибел. Для чистого тона частотой 1000 гц шкала в фонах совпадает со шкалой децибел.

 

2. Каковы основные количественные характеристики (единицы) звука?

Во-первых, это звуковое давление, то есть давление, дополнительно возникающее при прохождении звуковой волны в жидкой и газообразной среде. Распространяясь в среде, звуковая волна образует сгущения и разрежения, которые создают добавочные изменения давления по отношению к среднему значению давления в среде. Звуковое давление представляет собой переменную часть давления, т.е. колебания давления относительно среднего значения, частота которых соответствует частоте звуковой волны

Единица измерения звукового давления в системе единиц СИ – ньютон на м2 (ранее употреблялась единица бар: 1 бар = 10-1 н/м2).

Иногда для характеристики звука применяется уровень звукового давления - выраженное в дБ отношение величины данного звукового давления р к пороговому значению звукового давления (ро = 2·10-5 н/м2). При этом число децибел N = 20 lg (p/po).

Звуковое давление в воздухе изменяется в широких пределах – от 10-5 н/м2 вблизи порога слышимости до 103 н/м2 при самых громких звуках, например шумах реактивных самолетов. В воде на ультразвуковых частотах порядка нескольких МГц с помощью фокусирующих излучателей получают значение звукового давления до 107 н/м2. При значительных звуковых давлениях наблюдается явление разрыва сплошности жидкости - кавитация. Звуковое давление следует отличать от давления звука.

 

3. В чем заключаются конструкционно-строительные мероприятия, названные звукоизоляцией?

Звукоизоляция ограждающих конструкций зданий – совокупность мероприятий по снижению уровня шума, проникающего в помещения извне.

Количественная мера звукоизоляции ограждающих конструкций, выражаемая в децибелах (дБ), называется звукоизолирующей способностью. Различают звукоизоляцию от воздушного и ударного звуков. Звукоизоляция от воздушного звука характеризуется снижением уровня этого звука (речи, пения, радиопередачи) при прохождении его через ограждение и оценивается частотной характеристикой звукоизоляции в диапазоне частот 100-3200 гц с учетом влияния звукопоглощения изолируемого помещения.

Звукоизоляция от ударного звука (шаги людей, перестановки мебели и т.п.) зависит от уровня звука, возникающего под перекрытием, и оценивается частотной характеристикой приведенного уровня звукового давления в том же диапазоне частот при работе на перекрытии стандартной ударной машины, также с учетом звукопоглощения изолируемого помещения.

Для обеспечения необходимой звукоизоляции весьма важно качество строительно-монтажных работ; даже самые незначительные щели, отверстия, трещины в конструкциях резко ухудшают шумоизоляционные свойства последних. При проектировании зданий следует учитывать, что изоляция помещений от внутренних и наружных шумов должна обеспечиваться также правильной планировкой здания, снижением уровня шума от санитарно-технического и инженерного оборудования и рациональными конструкциями ограждений. Наибольший технический и экономический эффект достигается при комплексной защите зданий от шумов.

4. Какие требования по звукоизоляции предъявляют к внутренним стенам?

Внутренние стены и перегородки зданий должны обладать нормативной звукоизолирующей способностью от воздушного звука: междуэтажные перекрытия - от воздушного и ударного звуков. Для повышения звукоизолирующей способности межквартирных стен, а также снижения их массы, вместо однородных конструкций, состоящих из одного материала или из нескольких слоев разнородных материалов, жестко связанных между собой (например, оштукатуренная кирпичная стена и т.п.), возможно применение раздельных конструкций. Их производят со сплошной воздушной прослойкой или слоистыми (в т.ч. комплектные системы), выполненными из отдельных слоев материалов, резко отличающихся по своим физическим свойствам. Звукоизоляция стен, имеющих окна или двери, определяется звукоизоляцией проемов, обычно более низкой, чем звукоизоляция глухой части ограждения.


5. Как повысить шумоизоляцию перекрытий?

Для повышения шумоизоляционных качеств перекрытий или для уменьшения их массы без ухудшения звукоизоляции целесообразно устраивать перекрытия раздельного типа со сплошной воздушной прослойкой или перекрытия с подвесными потолками. Для повышения звукоизоляции от ударного шума сплошных однородных перекрытий применяют полы на упругом основании или на отдельных прокладках из упругих материалов. В последние десятилетия пользуются успехом «плавающие полы».

Рекомендуется также настилать мягкие рулонные полы (например, на тепло- и шумоизоляционной основе). В качестве упругих прокладок под полы используют маты из минеральной или стеклянной ваты, древесноволокнистые плиты и т.п.

Наиболее эффективный способ защиты от шума «сверху» - это борьба с шумом в его источнике, то есть применение на верхних этажах мягких напольных покрытий (ковров, ковролинов и пр.

 

6. Каковы основные виды и функции звукопоглощающих конструкций?

Звукопоглощающие конструкции – это устройства для поглощения падающих на них звуковых волн. Включают звукопоглощающие материалы, средства их укрепления, иногда - декоративные покрытия. Наиболее распространенные типы - звукопоглощающие облицовки внутренних поверхностей (потолков, стен, вентиляционных каналов, шахт лифтов и т. п.), штучные звукопоглотители, элементы активных глушителей шума.

Звукопоглощающие облицовки применяются для снижения энергии отраженных звуковых волн. Конструкции звукопоглощающих облицовок чаще всего состоят из слоя однородного пористого звукопоглощающего материала (иногда с фактурным слоем) или слоя пористого волокнистого материала и защитного слоя в виде перфорированного тонкого твердого экрана или покрытия. Эффективность звукопоглощающей облицовки оценивается коэффициентом звукопоглощения (КЗП) в определенном диапазоне частот (октава или 1/3 октавы). Значение КЗП зависит от способа крепления конструкции к ограждению и физических характеристик самой конструкции, главной из которых является комплексное акустическое сопротивление.

Увеличение звукопоглощения на низких частотах достигается утолщением конструкции или устройством воздушной прослойки между конструкцией и ограждением. Для обеспечения почти полного поглощения звука применяются звукопоглощающие облицовки в виде клиньев из звукопоглощающего материала, устанавливаемых перпендикулярно поверхности ограждения.

Штучные звукопоглотители обычно служат для снижения шума от технологического оборудования в производственных зданиях. Они представляют собой конструкции в виде отдельных щитов, конусов, призм и т. п., укрепляемых (подвешиваемых) в помещениях в непосредственной близости от источников шума. Эффективность штучных звукопоглотителей характеризуется значением общего звукопоглощения в м2 на 1 штучный звукопоглотитель. Благодаря явлению дифракции волн штучные звукопоглотители имеют больший, чем звукопоглощающие облицовки, коэффициент звукопоглощения. Стенки звукопоглотителей обычно выполняются из слоя пористого волокнистого материала и защитного слоя в виде перфорированного твердого тонкого листа.

Элементы активных глушителей шума (чаще всего пластины или цилиндры) снижают шумы при распространении потока воздуха или газа; они устанавливаются преимущественно в воздуховодах аэрогазодинамических установок. Пластины могут состоять из однородных пористых звукопоглощающих материалов или слоя пористого волокнистого материала и защитного слоя из перфорированного твердого листа (обычно металла). Эффективность глушителей шума оценивается затуханием звука в децибелах (дБ) на 1 м длины глушителя и зависит от толщины пластин (диаметра цилиндров), их коэффициентом звукопоглощения и расстояния между элементами.

7. Каковы особенности поглощения звука в газах?

Поглощение звука в газах зависит от давления газа, разрежение газа эквивалентно увеличению частоты. Теплопроводность и сдвиговая вязкость в газах дают в поглощение звука вклад одного порядка величины. В жидкостях поглощение звука в основном определяется вязкостью, а вклад теплопроводности пренебрежимо мал. В большинстве жидкостей для поглощения звука существенны объемная вязкость и релаксационные процессы. Частота релаксации в жидкостях, т.е. величина wр = 1/t, как правило, очень велика и область релаксации оказывается лежащей в диапазоне высоких ультразвуковых и гиперзвуковых частот. Коэффициент поглощения звука обычно сильно зависит от температуры и от наличия примесей.

 

8. Каковы особенности поглощения звука в твердых телах?

Поглощение звука в твердых телах определяется в основном внутренним трением и теплопроводностью среды, а на высоких частотах и при низких температурах - различными процессами взаимодействия звука с внутренними возбуждениями в твердом теле, такими, как фотоны, электроны, спиновые волны и пр. Величина поглощения звука в твердом теле зависит от кристаллического состояния вещества (в монокристаллах поглощение звука обычно меньше, чем в поликристаллах), от наличия дефектов, примесей и дислокаций, от предварительной обработки, которой был подвергнут материал.

В металлах, подвергнутых предварительной термообработке, а также ковке, прокатке и т.п., поглощение звука часто зависит от амплитуды звука. Во многих твердых телах при не очень высоких частотах a » w, поэтому величина добротности не зависит от частоты и может служить характеристикой потерь материала. Самое малое поглощение звука при комнатных температурах было обнаружено в некоторых диэлектриках, например в топазе, берилле, железоиттриевом гранате (a » 15 дБ/см при f = 9 Ггц).

В металлах и полупроводниках поглощение звука всегда больше, чем в диэлектриках, поскольку имеется дополнительное поглощение, связанное с взаимодействием звука с электронами проводимости. В полупроводниках это взаимодействие при определенных условиях может приводить к "отрицательному поглощению", т.е. к усилению звука. С ростом температуры поглощение звука, как правило, увеличивается. Наличие неоднородностей в среде приводит к увеличению поглощения звука. В различных пористых и волокнистых веществах поглощение звука велико, что позволяет применять их для заглушения и звукоизоляции.

 

9. Что такое порог слышимости?

Порог слышимости, минимальная величина звукового давления, при которой звук данной частоты может быть еще воспринят ухом человека. Величину порога слышимости принято выражать в децибелах, принимая за нулевой уровень звукового давления 2·10-5 н/м2 или 2·10-4 н/м2 при частоте 1 кГц (для плоской звуковой волны). Порог слышимости зависит от частоты звука. При действии шумов и др. звуковых раздражений порог слышимости для данного звука повышается, причем повышенное значение порога слышимости сохраняется некоторое время после прекращения действия мешающего фактора, а затем постепенно возвращается к исходному уровню. У разных людей и у одних и тех же лиц в разное время порог слышимости может различаться в зависимости от возраста, физиологического состояния, тренированности. Измерения порога слышимости обычно производятся методами аудиометри

10. Какова основная физическая характеристика уровня звука?

Физической характеристикой уровня звука (а звук в широком диапазоне частот, тонов и обертонов собственно и является шумом) является его сила в децибелах, представляющих собой количество энергии, проносимого волной через площадь в 1 см2, перпендикулярно направлению распространения звука, за 1 секунду.

Физиологической характеристикой звука служит уровень его громкости в фонах. Один фон – это уровень громкости звука, для которого уровень звукового давления равногромкого с ним звука частотой 1000 Гц равен 1 дБ. Строители для оценки шума кроме децибел используют скорректированные децибелы (дБА), учитывая субъективную оценку шума человеком на разных частотах. 1 дБ = 1 дБА только на звуковой частоте 1000 Гц; чем ниже частота, тем больше разница.

 

11. Что такое шум?

Шум - беспорядочные колебания различной физической природы, отличающиеся сложностью временной и спектральной структуры. В быту под шумом понимают разного рода нежелательные акустические помехи при восприятии речи, музыки, а также любые звуки, мешающие отдыху, работе. Шум играет существенную роль во многих областях науки и техники: акустике, радиотехнике, радиолокации, радиоастрономии, теории информации, вычислительной технике, оптике, медицине и др.

Шум, независимо от физической природы, отличается от периодических колебаний случайным изменением мгновенных значений величин, характеризующих данный процесс. Часто шум представляет собой смесь случайных и периодических колебаний. Для описания шума применяют различные математические модели в соответствии с их временной, спектральной и пространственной структурой. Для количественной оценки шума пользуются усредненными параметрами, определяемыми на основании статистических законов, учитывающих структуру шума в источнике и свойства среды, в которой шум распространяется

 

12. Какими параметрами характеризуются стационарные и нестационарные шумы?

Шум подразделяются на статистически стационарные и нестационарные. Наиболее разработаны теория и методы измерения стационарного шума, классической моделью которого является белый шум.

Стационарный шум характеризуется постоянством средних параметров: интенсивности (мощности), распределения интенсивности по спектру (спектральная плотность), автокорреляционной функции (среднее по времени от произведения мгновенных значений двух шумов, сдвинутых на время задержки).

Практически ощущаемый шум, возникающий в результате действия многих отдельных независимых источников (например, шум толпы людей, моря, производственных станков, шум вихревого воздушного потока, шум на выходе радиоприемника и др.), является квазистационарным.

Шум, длящийся короткие промежутки времени (меньше, чем время усреднения в измерителях), называется нестационарным. К таким шумам относят, например, уличный шум проходящего транспорта, отдельные стуки в производственных условиях, редкие импульсные помехи в радиотехнике и т.п.

 

13. В чем заключается вредное воздействие шума на организм человека?

Качественные особенности ощущения при восприятии акустического шума органами слуха и организма в целом зависят от его интенсивности и спектрального состава. Вредное действие шума на организм человека проявляется в специфическом поражении органа слуха и неспецифическими изменениях других органов и систем. Имеют значение характер, уровень, частотный состав, продолжительность воздействия шума и индивидуальная чувствительность к нему.

Продолжительное влияние интенсивного шума может вызвать значительные расстройства деятельности центральной нервной системы, сосудистого тонуса, функций органов желудочно-кишечного тракта, эндокринной системы, а также постепенно развивающуюся тугоухость, обусловленную невритом преддверноулиткового нерва. Для профессиональной тугоухости характерно первоначальное нарушение восприятия высоких частот (4000-8000 гц)

 

14. Какие разновидности шума выделяются на практике?

Белый шум, шум, в котором звуковые колебания разной частоты представлены в равной степени, т.е. в среднем интенсивности звуковых волн разных частот примерно одинаковы, например шум водопада. Название "белый шум" введено по аналогии с белым светом, то есть светом, при разложении которого выделяются все цвета спектра.

Импульсный шум – непостоянный шум, состоящий из одного или ряда звуковых сигналов (импульсов), максимальные уровни звука которого (которых), измеренные в дБАI и дБА соответственно на временных характеристиках "импульс" и "медленно" шумомера по ГОСТ 17187, различаются между собой на 7 дБА и более.

Непостоянный шум – шум, уровень звука которого изменяется во времени более чем на 5 дБА при измерениях на временной характеристике "медленно" шумомера по ГОСТ 17187, а также шум, максимальные уровни звука которого, измеренные в дБАI и дБА соответственно на временных характеристиках "импульс" и "медленно" шумомера по ГОСТ 17187 различаются между собой на 7 и более дБА.

Постоянный шум – шум, уровень звука которого изменяется во времени не более чем на 5 дБА при измерениях на временной характеристике "медленно" шумомера по ГОСТ 17187, а также шум, максимальные уровни которого, измереные в дБАI и дБА соответственно на временных характеристиках "импульс" и "медленно" шумомера по ГОСТ 17187, различаются между собой менее чем на 7 дБА.

Проникающий шум – шум, излучаемый вне данного помещения и проникающий в него через ограждающие конструкции, системы вентиляции, водоснабжения и отопления.

Тональный шум – шум, в спектре которого имеются слышимые дискретные тона. Тональный характер шума устанавливают измерением в третьоктавных полосах частот по превышению уровня в одной полосе над соседними не менее чем на 10 дБ.


15. Каким образом измеряют характеристики шума?

Для измерения характеристик шума применяются шумомеры, частотные анализаторы, коррелометры и др. Источниками акустически слышимого и неслышимого шума могут служить любые колебания в твердых, жидких и газообразных средах; в технике основные источники шума - различные двигатели и механизмы. Повышенная шумность машин и механизмов часто является признаком наличия в них неисправностей или нерациональности конструкций. Точность изготовления деталей, их подгонка и динамическое уравновешивание всех движущихся частей приводят к ослаблению шума и, как правило, ведут к уменьшению износа деталей, к увеличению срока их службы и точности работы.


16. В чем заключается принцип действия шумомера?

Шумомер – прибор для объективного измерения уровня шума. Шумомер содержит ненаправленный измерительный микрофон, усилитель, корректирующие фильтры, детектор и стрелочный прибор - индикатор. Общая схема выбрана так, чтобы его свойства приближались к свойствам человеческого уха.

Чувствительность уха зависит от частоты звука, а вид этой зависимости изменяется с изменением интенсивности измеряемого шума (звука). Поэтому в шумомере имеются три комплекта фильтров, обеспечивающих нужную форму частотной характеристики при малой громкости (А) ~40 фон (используется в диапазоне 20-55 фон), В - средней громкости ~70 фон (55-85 фон) и С – большой громкости (85-140 фон). Характеристика при большой громкости равномерна в полосе частот 30-8000 гц. Шкала А применяется также для измерения уровня громкости, выраженного в децибелах с пометкой А, при любой громкости. Величиной уровня звука в дБ (А) пользуются при нормировании громкости шума в промышленности, жилых домах и на транспорте.

Переключение фильтров производится вручную в зависимости от громкости измеряемого звука (шума). Выпрямленный квадратичным детектором сигнал усредняется за время, соответствующее постоянной времени уха 50-60 мсек (промежуток времени, в течение которого ухо вследствие своей инерционности воспринимает два отдельных звуковых сигнала как один слитный). Шкала выходного прибора градуируется в децибелах относительно среднеквадратичного уровня звукового давления (2·10-5 н/м2) по одной из 3-х шкал – А, В или С.

Современный шумомер представляет собой компактный портативный прибор, питание которого осуществляется при помощи находящихся внутри сухих батарей. Микрофон, электронная схема и индикатор шумомера должны быть предельно устойчивы по отношению к изменениям температуры, влажности, барометрического давления, а также стабильны во времени.

17. Каковы уровни громкости различных источников шума?

Таблица 1

Уровни громкости источников шума

Источник звука

Уровни звука, дБА

Порог слышимости

0

Тишина в горах

10

Спокойное дыхание

10

Шелест листьев при слабом ветре

15

Шелест страниц

20

Тихая сельская местность; тишина в аудитории

20

Легковой автомобиль на расстоянии 1 км

20

Проход кабины лифта

34-36

Компьютер

37-45

Шелест листьев при тихом ветре

40

Шепот на расстоянии 0,3 м (1 м)

40 (30)

Легковой автомобиль

50-60

Железная дорога, трамвай

85-95

Перфоратор

90-95

Металлорежущие или ткацкие станки на рабочем месте

80-100

Магистральная улица на расстоянии 7,5 м

85-100

Сирена

100

Звук автомобильного сигнала; отбойный молоток на расстоянии 1 м

100-110

Домашний кинотеатр на полную мощность

100-110

Выступление поп-аркестра на расстоянии 1 м

100-110

Взлет реактивного самолета на расстоянии 100 м

125-130

Начало болевых ощущений в ушах

150

Иногда шум регистрируют на некотором расстоянии от источника.


18. Каким образом можно снизить уровень шума?

Уровень шума – обобщенное название измеряемой или рассчитываемой величины, характеризующей звуковое поле. Под уровнем шума следует понимать в зависимости от задач измерений уровень звука, эквивалентный уровень звука, максимальный уровень звука, октавный (или третьоктавный) уровень звукового давления, октавный (или третьоктавный) эквивалентный уровень звукового давления.

Устраняют или ослабляют причины, порождающие шум на месте его образования; предотвращают его распространение от источников шума, используя местную звукоизоляцию шумящих узлов машин, амортизацию и звукопоглощение, ослабляющее шум за счет снижения отражений от ограждающих конструкций, облицовываемых звукопоглощающими пористыми материалами; уменьшают аэродинамический шум (выхлоп, шум в воздуховодах и т.д.), устраняя причины вихреобразования, звукоизолируя воздуховоды и применяя глушители.

Шумозащита, это комплекс мероприятий (технических, архитектурно-планировочных, строительно-акустических и др.), осуществляемых для защиты от шума и ограничения его уровня в помещениях, зданиях и на территории населенных мест в соответствии с требованиями санитарных норм. Эффективная шумозащита в значительной мере способствует повышению степени благоустройства населенных мест, оздоровлению условий быта, труда и отдыха населения.