ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8 «Исследование средств звукоизоляции»

Цель лабораторной работы - ознакомить студентов с теоретическими сведениями о производственных шумах, с физической сущностью и инженерным расчетом звукоизоляции, с приборами для измерения шума, нормативными требованиями к производственным шумам, провести измерения шума объекта, оценить эффективность мероприятий по снижению шума средствами звукоизоляции.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Физическая сущность звукоизоляции

Звукоизолирующая способность преграды (коэффициент звукоизоляции) r равна отношению интенсивностей звука J ₁₁ в падающих на преграду волнах к интенсивности звука J ₂₁ в волнах, прошедших через преграду

r = J ₁₁/ J ₂₁ = 1 / t . (1)

Коэффициент прохождения t связан с коэффициентом рассеяния d и с коэффициентом отражения e соотношением, выражающим закон сохранения энергии

d + e + t = 1 . (2)

Звукоизоляция R, дБ, - десятикратный логарифм отношения (1) выражается разностью соответствующих значений интенсивности уровней звука

R = 10 lg r = 10 lg J ₁₁ - 10 lg J ₂₁ . (3)

Интенсивность звука в падающих на преграду под углом J ₁ звуковых волнах определяется по формуле

p ²₁₁ cos J ₁

J ₁₁ = -------------------,

r ₁ c ₁

в прошедших за преграду под углом J ₂ звуковых волнах

p ²₂₁ cos J ₂

J ₂₁ = -------------------.

r ₂ c ₂

Звукоизолирующая способность границы раздела двух разных сред при падении на нее звуковой волны из среды с акустическим сопротивлением r ₁ c ₁ в среду с акустическим сопротивлением r ₂ c ₂ (где r - плотность среды или материала, c- скорость воздуха в среде)

r ₂ c ₂cos J ₁ p₁₁

r = --------------------- ------ . (4)

r ₁ c ₁ cos J ₂ p ₂₁

Рассмотрим прохождение волн через плоскую границу раздела двух полубесконечных сред (r₁ c_1, r₂ c₂), в которых продольные волны могут распространяться без потерь. Звуковые давления p₁₁, p₁₂, p₂₁ соответственно в волнах, падающих на границу, отраженных от границы и прошедших через нее, будут иметь вид

p₁₁= P ₁₁ e ^ik₁( c₁t - y sin J₁ – x cos J₁) ;

p₁₂ = P₁₂ e ^ik₁( c₁t – y sin J₁ + x cosJ₁) ;

p₂₁ = P ₂₁ e ^ik₂ ( c₂ t – y sin J₂ – x cos J ₂ ).

В этих граничных условиях используются нормальные акустические импедансы

r₁c₁ r₂c₂

Z ₁ = ----------; Z₂= ---------- .

cos J₁ cos J₂

Отношение звуковых давлений в падающих и прошедших волнах

p₁₁ /p₂₁= ( Z₁+ Z₂ ) / 2 Z₂ .

Это так называемая формула Френеля, после подстановки которой в формулы (3) и (4), определяется звукоизоляция границы раздела двух сред

R = 20 lg (Ö Z₁ / Z₂ + Ö Z₂ / Z₁) – 6, (5)

Обобщенное понятие звукоизоляции преграды выражается формулой

₁

R = 10 lg (-------------), (6)

^{1 -e-d}

которая свидетельствует о том, что физическая сущность звукоизоляции обусловлена как отражением потока звуковой энергии от преграды в соответствии с принципом рассогласования импедансов, так и поглощением звуковой энергии в этой преграде.

Расчет требуемой звукоизолирующей способности от воздушного шума

Многие практические задачи защиты от шума решаются применением строительно-акустических мер, в частности, увеличением звукоизоляции между помещениями. В зависимости от способа возбуждения колебаний в строительных конструкциях различают изоляцию воздушного и структурного звуков. К последнему случаю относится изоляция ударного звука перекрытием. Под изоляцией воздушного звука ограждающей конструкцией понимают свойство последней передавать в соседнее помещение только часть падающей на нее мощности воздушного звука. Для оценки звукоизоляции используют формулу

R = 10 lg (P₁ / P₂), (7)

где P₁ - мощность звука, падающего на преграду (строительную конструкцию);

P₂ - мощность звука, излучаемого обратной стороной преграды (строительной конструкцией).

Это формула справедлива только в тех случаях, когда справа и слева от звукоизолирующей преграды (строительной конструкции) находятся два помещения одинаковых размеров. Как правило, рассматриваемая строительная конструкция разделяет два различных помещения.

В этом случае при условии возникновения в том и другом помещении диффузных звуковых полей из формулы (7) следует

R = L₁ - L₂ + 10 lg (S / A₂), (8)

где L₁ - уровень звукового давления в помещении с источником шума;

L₂ - уровень звукового давления в звукоизолируемом помещении;

S - площадь разделяющей помещение конструкции;

A₂ - эквивалентная площадь звукопоглощения в изолируемом помещении.

Требуемая величина звукоизоляции R _тр, дБ, ограждающей конструкции в октавной полосе частот при проникновении шума из одного помещения в другое определяется по формуле

R _{тр i} = L₁- 10 lg B + 10 lg S _i - L _доп + 10 lg n, (9)

где L₁ - октавный уровень звукового давления в помещении с источником шума, дБ;

B - постоянная помещения, защищаемого от шума, м²;

S _I - площадь ограждающей конструкции (или отдельного ее элемента), через которую проникает шум в защищаемое помещение, S_i = l_i h_i (l _i - длина ограждающей конструкции,

h _i - ширина ограждающей конструкции), м²;

L _доп - допустимый октавный уровень звукового давления, дБ, в защищаемом помещении;

n - общее количество ограждающих конструкций или их элементов, через которые проникает шум.

Характеристики звукоизолирующих конструкций

Изоляция воздушного звука зависит в первую очередь от плотности применяемого в конструкции материала r, его модуля упругости Е и коэффициента внутренних потерь h. Основными звукоизолирующими материалами являются: алюминиевые сплавы, асбокартон, базальтовый картон, бетон, гетинакс, медные сплавы, органическое стекло, ПВХ линолеум, пробковые плиты, твердая резина, титановые сплавы, свинец, силикатное стекло, сталь, стеклопластик, фибра и др.

В конструктивном плане различают однослойные и многослойные звукоизолирующие конструкции (рис.1)

Рис.1. Примеры звукоизолирующих конструкций:

а) однослойная; б) многослойные

При использовании многослойной конструкции можно добиться значительно более высокой звукоизоляции, чем у однослойной стены равной массы. Характеристика звукоизоляции R некоторых звукоизолирующих конструкций приведена в табл. 1 приложения.