Тема: Акустическое проектирование помещений различного назначения

Тема:Физические основы архитектурной акустики

1. Определение понятия звук.

Звук — волновое колебательное движение. Основа зарождения-механические колебания.

вук - это колебания, т.е. периодическое механическое возмущение в упругих средах - газообразных, жидких и твердых. Такое возмущение, представляющее собой некоторое физическое изменение в среде (например, изменение плотности или давления, смещение частиц), распространяется в ней в виде звуковой волны. Область физики, рассматривающая вопросы возникновения, распространения приема и обработки звуковых волн, называется акустикой. Звук может быть неслышимым, если его частота лежит за пределами чувствительности человеческого уха, или он распространяется в такой среде, как твердое тело, которая не может иметь прямого контакта с ухом, или же его энергия быстро рассеивается в среде. Таким образом, обычный для нас процесс восприятия звука - лишь одна сторона акустики.

1. Основные физические хар-ки звуковой волны и звукового поля.

Длина волны (м)

Частота (Гц)

Скорость (м/с) = 340 (с=342+0,6*Т(18градусов)=342)

Тон — звуковые колебания синусоидальной формы

Звучание — наложение многих тонов

Шум — нерегулярные колебания без закономерной зависимости

3. Сила звука. Уровень силы звука.

Интенсивность звука — среднее количество звуковой энергии, переносимое звуковой волной через поверхность площадью 1 м^2 перпендикулярно направлению волны.

I (Вт/м^2)

I 0=10^-12

I max=10

L=lg Imax/I 0 =lg10^13=13

Громкость. - субъективное восприятие силы звука. Уровень звукового давления не связан простой зависимостью с психологическим восприятием громкости. Первый из этих факторов объективный, а второй - субъективный. Эксперименты показывают, что восприятие громкости зависит не только от интенсивности звука, но и от его частоты и условий эксперимента. Громкости звуков, не привязанных к условиям сравнения, сравнивать невозможно. И все же сравнение чистых тонов представляет интерес. Для этого определяют уровень звукового давления, при котором данный тон воспринимается как равногромкий стандартному тону частотой 1000 Гц. На рис. 9 представлены кривые равной громкости, полученные в экспериментах Флетчера и Мэнсона. Для каждой кривой указан соответствующий уровень звукового давления стандартного тона 1000 Гц. Например, при частоте тона 200 Гц необходим уровень звука в 60 дБ, чтобы он воспринимался как равногромкий тону 1000 Гц с уровнем звукового давления 50 дБ.

 

4. Законы распространения звуковых волн в закрытых помещениях

- отражение звука и его значение для архитектурной акустики

Отраженные звуки усиливают звуковую энергию и за счет этого улучшается разборчивость речи

Зона воздействия прямого звука без отражения может быть не более 8м

Отражения бывают направленными и рассеянными.

Если размер отражающей поверхности больше длины волны и эта поверхность гладкая, то отражение будет направленным.

Если размер отражающей поверхности соизмерим с длиной волны, она шероховатая, то отражение будет рассеянным.

Рассеянное отражение всегда полезно, направленное — не всегда.

Направленное отр-е усиливает звук, способствует улучшению слышимости и разборчивости речи. Минус — эхообразование, образование фокусных точек, образование «мертвых» зон.

 

- Дифракция.

Малое отверстие и малое препятствие служат источником полусферических волн

 

- Поглощение звука. Коэффициент звукопоглощения.

Поглощение звука - потеря звуковой энергии при падении звуковых волн, и их распространении в материальной среде.

Коэффициент звукопоглощения.

Эквивалентная площадь звукопоглощения

 

Тема: Акустическое проектирование помещений различного назначения.

1. Критерии оценки качества акустики помещений различного назначения.

1.Время реверберации

2. Структура ранних отражений

3. Диффузность звукового поля

4. коэффициент разборчивости речи

 

2. Понятние реверберации. Стандартное и оптимальное время реверберации. Влияние величины времени реверберации на акустические свойства зала.

Реверберация — процесс постепенного затухания звука после выключения источника. происходящий вследствие многократных отраже­ний звуковых волн от ограждающих поверхностей. После выключения источника звука сначала перестает поступать энергия прямых звуковых волн, затем отраженных, претерпев­ших одно, два и т. д. отражений, и плотность звуковой энергии в помещении падает до ну­ля. Требуемое время реверберации выбирается по графикам в справочной литературе в зависимости от назначения зала, о чем мы поговрим в следующей статье данной рубрики.

Стандартное(расчетное) время реверберации — время, в течение которого звук стандартным тоном 500 Гц уменьшается в млн. раз после выключения источника. Уровень звукового давления уменьшается на 60 дБ.

 

Короткое время - «сухие» залы

Длинное время — гулкие залы.

 

Формула Эйринга

 

 

эквивалентная площадь звукопоглощения

объем

коэффициент звукопоглощения

в таблице

Время реверберации расчитывается в частотах:

Т125=Т500*1,2

Т2000=Т500

Дополнительные расчеты между расчетным и оптимальным временем реверберации +-10%

3. Структура ранних отражений и ее влияние на акустику зала (назначение точек, расчет запаздывания последовательных отражений, требование акустики направлению прихода и времени запаздывания отражений)

4. Диффузность звукового поля и ее проверка при проектировании помещений.

равномерность распределения потоков звуковой энергии по различным направлениям. Чем больше отражений звуковых волн, тем более однородным становится звуковое поле, тем больше будет у слушателя впечатление, что звуковые волны приходят к нему равномерно со всех направлений. Это качество особенно важно для за­лов, предназначенных для слушания музыки.

Одним из важных требований к акустике помещений является обеспечение диффузного равномерного рассеяния звуковой энергии, которого можно достигнуть двумя средствами. Во-первых, на стенах следует располагать звукопоглощающие материалы по возможности равномерно, отдельными участками. Во-вторых, рекомендуется создавать рельеф на поверхностях стен и потолка. Например, можно размещать вдоль стен уникальных зданий пилястры, лепные украшения, а еще целесообразнее в чисто акустических целях создавать шероховатые или гофрированные поверхности, устраивать кессонные потолки. Участки рельефа должны быть достаточно большими (не менее 1,5—2 м). Отдельные мелкие неровности поверхностей стен и потолка не обеспечивают надлежащего рассеяния звуковой энергии. В залах, предназначенных для передачи речи (драматические театры, аудитории, залы собраний и т. п.), оценка качества акустики не может ограничиваться только временем реверберации. Решающим фактором при восприятии речи слушателями является степень ее разборчивости или так называемая артикуляция.

5. Причины возникновения и проверка зала на эхообразование

Зная скорость звука в воздухе (340 м/с), можно определить время запаздывания отра­женного луча по сравнению с прямым, иду­щим к зрителю непосредственно от источника. Если разница во времени прихода прямого и отраженного звуков составляет 0,05 с и бо­лее, то человек различает эти звуки (эффект эха).

 

 

6. Коэффициент разборчивости речи, расчет, влияние архитектурного решения зала на величину коэффицциента разборчивости речи

 

Разборчивость речи, определяется процентом артикуляции. Для определения его подсчитывают число понятых отдельных слогов, прочитанных диктором и не образующих фразы, вследствие чего их нельзя воспринимать по догадке. Процент правильно принятых слушателями слогов и характеризует степень разборчивости речи.

На рисунке изображены кривые равной артикуляции в процентах, полученные под открытым небом на горизонтальной местности при отсутствии ветра. При расположении слушателя перед диктором по оси симметрии 90%-ная артикуляция может быть достигнута на расстоянии более чем 30 м. Для отчетливости восприятия речи считают достаточной 75 %-ную артикуляцию. В малых залах разборчивость речи возрастает по мере уменьшения времени реверберации. Однако в больших залах по мере уменьшения реверберации, связанной с увеличением поглощения, уменьшается громкость голоса оратора и, следовательно, разборчивость его речи.

Поэтому для получения наибольшего процента артикуляции должен быть достигнут некоторый оптимум реверберации, зависящий от объема и называемый артикуляционным оптимумом реверберации. Приведенные выше общие положения акустического проектирования зальных помещений поясним частным примером.

 

7. Основные требования акустики к объемно-планировочному решению зального помещения

Sуд=0,6м^2

Sобщ=Sуд*N

ширина В=Sобщ/N

1<L/B<2

1<B/H<2

Большие вогнутые поверхности ограждающих конструкций залов (купол, свод, вогнутая в плане задняя стена) создают опасность концентрации отражений, при котором звук фокусируется в одной части зала, создавая сильное эхо, другие же части зала не получают отражений.В помещениях, которые должны иметь хо­рошие акустические качества, следует избе­гать вогнутых ограждающих поверхностей с малым звукопоглощением. Такие поверхности способствуют концентрации звуковой энергии (фокусируют звук). Радиус кривизны потолка должен быть в 2 раза больше или меньше расстояния от источника звука до по­верхности. Акустические качества залов с об­разованием фокусирования звука, как прави­ло, неудовлетворительны из-за возможного об­разования эха и неравномерного распределе­ния отраженной звуковой энергии.

Первые звуковые отражения (однократно отраженные от поверхностей зала на пути от источника к слушателям) имеют достаточную интенсивность и усиливают прямой звук от источника, улучшая слышимость и разборчивость. При этом полезными являются отражения, время запаздывания которых по отношению к прямому звуку не превышает для музыкальных залов — 30 мс, для речевых — 20 мс.

Для получения первых полезных отражений вблизи игровой площадки предусматривают звукоотражающие конструкции массой не менее 50 кг/м2 из материалов, хорошо отражающих звук.

Передняя часть потолка зала выполняется в виде наклонного или выпуклого отражателя, данное решение применяется в залах с высокими потолками, от которых первые отражения придут к слушателям. сидящим близко от сцены, со временем запаздывания больше допустимого.

Приемом, способствующим улучшению акустического благоустройства зала, является уменьшение размеров потолка и обрамляющих стен игровой площадки.

Во избежание концентрации звука радиус кривизны потолка R в большом зале должен быть, по крайней мере, в 2 раза больше высоты помещения.

Первые полезные звуковые отражения обеспечивают разборчивость речи и ясность звучания музыки. Более поздние отражения при определенных условиях дадут дополнительное качество звучания в зале: для речи — естественную тембровую окраску, для музыки — полноту и живость.

Эти качества зал приобретает, если в нем создано диффузное звуковое поле. Для этого необходимо, чтобы вся площадь слушательских мест была равномерно покрыта поздними, рассеянными звуковыми отражениями, приходящими из всех направлений.

Большие гладкие ограждающие поверхности зала не создают в нем диффузного звукового поля. Оно достигается членением поверхностей зала и введением таких элементов, как колонны, балконы, лоджии и т.п.

 

8. Звукопоглощающие материалы и конструкции

-типы звукопоглощающих материалов по механизму поглощения звуковой энергии, их эффективность в различных областях звукового диапазона частот.

Категории:

Пористые материалы

С твердым / упругим слоем. Поры заполнены воздухом

«-» - малая механическая прочность

высокочастотный звукопоглотитель

125 ГЦ	0,05	0,25 на отд.
500 Гц	0,5	0,55
2000 Гц	0,65	0,65

 

2. колебательно-резонирующие панели

В месте крепленич панелей — упругая прокладка.

Низкочастотный поглотитель

 

125 ГЦ	0,3
500 Гц	0,05
2000 Гц	0,04

 

3. конструкции с перфорированным слоем

Эффект всасывания

широкополосный звукопоглотитель

 

125 ГЦ	0,4
500 Гц	0,8
2000 Гц	0,75

 

-основные правила расположения звукопоглотителей, звукоотражателей, звукорассеивающих элементов на внутренних поверхностях зала.

 

Тема: градостроительные и архитектурно-планировочные методы борьбы с шумом.

1. Основные физические характеристики шума

 

Основные характеристики звука и шума.   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.

 

 

2. суммарный уровень шума от нескольких источников

 

 

n - число источников

 

 

3. расчетный и допустимый уровни шума. Нормирование предельно допустимых шумов

 

Степень шумозащищенности зданий в первую очередь определяется нормами допустимого шума для поме­щения данного назначения. Проника­ющие в помещения уровни шума от любых источников не должны превы­шать нормативных величин. Такие нормы устанавливаются в главах СНиП, стандартах или санитарных нормах.

Нормируемыми параметрами по­стоянного шума в расчетных точках являются уровни звукового давления L, дБ, в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц. Для ориентировочных расче­тов допускается использовать уровни звука LА, дБА. Нормируемыми пара­метрами непостоянного шума в рас­четных точках являются эквивалент­ные уровни звука LАэкв, дБА, и мак­симальные уровни звука LАмакс, дБА.

 

4. градостроительные методы борьбы с шумоммещений

·Размещение источников шума на достаточном удалении от защищаемых объектов

·Определённая планировка жилых районов, микрорайонов, территорий промышленных предприятий и транспортных узлов

5. Архитектурно-планировочные методы снижения уровня шума от внутренних источников в помещениях различного назначения

·Использование конструкций и устройств, обеспечивающих эффективную звукоизоляцию

·Снижение уровня шума непосредственно в источнике его возникновения

·

1. Какую область знания охватывает строительная акустика? Строительная акустика – научная дисциплина, изучающая вопросы защиты помещений, зданий и территорий населенных мест от шума архитектурно-планировочными и строительно-акустическими (конструктивными) методами. Строительная акустика базируется на теоретических положениях общей акустики, в ней используются экспериментальные методы исследований в лабораторных и натурных условиях (например, метод моделирования при исследовании звукоизолирующей способности ограждающих конструкций и изучении распространения шума в помещениях, инженерных коммуникациях, а также на территориях городской застройки).

·

6. звукоизоляция ограждающих конструкций.