Здания и сооружения тепловых электростанций - Строительная акустика

Акустика — это наука о звуке. Строительная акустика изучает вопросы звукоизоляции в зданиях и отдельных помещениях. Звуковые процессы в закрытых помещениях и пути создания наилучших условий слышимости в театральных залах, аудиториях и т. п. изучаются архитектурной акустикой и рассматриваются в специальных курсах.
Звук возникает в воздухе при колебаниях какого-либо тела и распространяется по всем направлениям в виде звуковых волн. Звуковые волны могут возникать и распространяться не только в воздухе, но и в твердых телах и в жидкостях. Скорость распространения звуковых волн (скорость звука в различных средах) различна: в воздухе она равна 340 м/сек, в воде— 1 450 м/сек, в стали — 5100 м/сек.
Звуковые волны могут иметь разные длины— расстояния, на которые распространяется волна за период одного полного колебания.
Число полных колебаний звуковой волны в течение 1 сек называется частотой звука и измеряется в герцах (гц). Один герц равен одному колебанию в секунду. Человеческое ухо способно воспринимать звуки, обладающие частотой в 20—20 000 гц.
Звуковая волна несет с собой определенную энергию. Количество звуковой энергии, проходящей в 1 сек через площадку в 1 см2, перпендикулярную направлению распространения звуковой волны, называют силой звука (J) и измеряют в ваттах на 1 см2 (вт/см2).
Минимальная сила звука, при которой ухо ощущает звук, называется порогом звукового восприятия, или порогом слышимости, и соответствует 10-16вт/см2.
Верхний предел звука, который воспринимается как болевое ощущение, называется болевым порогом и соответствует силе звука около 10-2 вт/см2.
Для того чтобы не оперировать с очень большими числами, в акустике пользуются логарифмическим масштабом. Так, чтобы иметь представление о степени силы звука, введено понятие об уровне силы звука, который выражается логарифмом отношения силы данного звука к силе звука на пороге слышимости, условно принимаемой за единицу сравнения.
Уровень силы звука обозначается через L и измеряется в единицах, называемых белами (б):
(2-10)
где J — сила данного звука;
J0 — сила звука на пороге слышимости.
В практических акустических расчетах принимается логарифмическая единица, в 10 раз меньшая бела, называемая децибелом (дб), а формула (2-10) принимает вид:
(2-11)
При строительном проектировании зданий различают два вида шумов: воздушный шум (разговор, музыка и т. п.) и материальный или ударный шум (ходьба людей, передвижение мебели, вибрация машин).
Первый вид шума — воздушный — учитывается главным образом при проектировании перегородок и стен; при выборе конструкции перекрытия учитываются оба вида переноса звуков — воздушный и материальный.
Способность ограждений снижать уровень звукового давления называется звукоизоляцией или звукоизолирующей способностью ограждения. Звукоизолирующая способность ограждения выражается в децибелах (дб).
Звуковые волны, возникающие в воздухе, передаются ограждениями через щели, поры, сквозные отверстия, неплотности в сопряжении элементов ограждения. Кроме того, под воздействием звуковых волн ограждение колеблется, как мембрана, создает в соседнем помещении колебания частиц воздуха и новые звуковые волны.
Таким образом, чтобы достигнуть требуемой звукоизоляции от воздушного шума, в ограждении не должно быть щелей, отверстий и неплотностей, а также не следует допускать возможности появления мембранных колебаний. Последнее требование можно осуществить, если ограждение будет тяжелым; чем больше вес ограждения, тем труднее привести· его в колебание и, следовательно, тем лучше оно изолирует звук.
Материальный и ударный звук возникает непосредственно в строительных конструкциях в результате ударов и передается в соседние помещения по материалу ограждений. Чем плотнее материал, тем скорее и интенсивнее передается по нему звук.

Рис. 2-1. Нормативные частотные характеристики. а — звукоизолирующая способность конструкций от воздушного шума; б — приведенный уровень звукового давления ударного шума под перекрытием; I — для междуквартирных перегородок и междуэтажных перекрытий; II — для перегородок и перекрытий общественных зданий; III — для междукомнатных перегородок, IV —для жилых зданий, общежитий и гостиниц; V — для общественных зданий.
Поэтому для изоляции от ударного шума на путях распространения его звуковой волны создают преграды из менее плотного материала в виде упругих прокладок и прослоек.
Звуки низкой частоты проникают через ограждение легче, чем звуки высокой частоты, в связи с чем при выборе типа ограждения необходимо знать его частотную характеристику, показывающую зависимость звукоизолирующей способности рассматриваемой конструкции в децибелах от частоты изолируемого звука.
На рис. 2-1 приведены графики зависимости звукоизолирующей способности конструкции от частоты изолируемого звука. Эта зависимость изображена на графиках в виде нормативных кривых.
Оба графика даны в диапазоне частот от 100 до 3200 гц, так как в этом диапазоне обычно действует большинство возникающих в здании шумов.
Нормативные требования к звукоизолирующей способности ограждающих конструкций зависит от назначения зданий и помещений и приведены в СНиП II-B.6-62 (табл. 6). Кривые звукоизолирующей способности проектируемых ограждающих конструкций от воздушного шума и приведенного уровня ударного шума определяются опытным путем и сравниваются с нормативными кривыми. При этом показатель звукоизоляции ε, т. е. среднее неблагоприятное отклонение кривой частотной характеристики ограждения (измеренное опытным путем) от нормативной кривой, не должно превышать 2 дб, а показатель звукоизоляции ε должен соответствовать величинам, приведенным в табл. 6 СНиП ΙΙ-Β.6.62.
Некоторые из этих нормативных величин приведены ниже в качестве примера.

При отсутствии измеренных частотных характеристик звукоизолирующей способности стен, перегородок и перекрытий оценку звукоизоляции производят по таблицам СНиП в зависимости от веса 1 м2 конструкции. Ниже в качестве примера приведены показатели звукоизоляции от воздушного звука некоторых акустически однородных стен и перегородок.

Показатели звукоизоляции от воздушного и ударного звуков несущей части перекрытия (без пола) выражаются следующими величинами:

Рис. 2-2. Перегородка с воздушной звукоизолирующей прослойкой.
Следует учитывать, что с увеличением веса ограждения прирост звукоизоляции растет медленно, в связи с чем однородные ограждения с высокой степенью звукоизоляции (выше 50 дб) получаются очень тяжелыми.
Введение воздушной прослойки (рис. 2-2) в ограждающую конструкцию дает дополнительное увеличение звукоизолирующих свойств ограждения без увеличения его веса. Объясняется это тем, что воздух упруго воспринимает колебания одной стенки и передает их второй стенке ослабленными.
Повышение изолирующих свойств ограждений без увеличения их веса может быть достигнуто применением более сложной конструкции со сплошной мягкой прокладкой. В качестве примера такой слоистой конструкции с повышенной звукоизолирующей способностью можно привести стеновую панель, состоящую из двух вибропрокатных плит с уложенным между ними минеральным войлоком.
Звукоизолирующая способность стен или перегородок может быть повышена устройством сухой штукатурки на относе из полужестких древесно-волокнистых плит или применением листов сухой штукатурки с воздушной прослойкой не менее 2,5 см.

Рис. 2-3. Конструкции перекрытий с звукоизолирующими прослойками.
Для повышения звукоизоляционных качеств междуэтажных перекрытый или для уменьшения их веса без ухудшения звукоизоляции применяют перекрытия с воздушной прослойкой, например, перекрытия раздельной конструкции, состоящие из верхней и нижней вибропрокатных панелей. По периметру панелей между ними укладываются упругие прокладки (рис. 2-3, а).

Рис. 2-4. Схема для определения коэффициента естественной освещенности.
а — освещенность внутри помещения; б —наружная горизонтальная освещенность.
Для обеспечения требуемой звукоизоляции от ударного шума при устройстве перекрытий без воздушных прослоек применяют полы на упругом основании или на засыпке. В качестве упругого основания или упругих прокладок применяют минеральный войлок, различные маты и плиты из минеральной ваты и пробки и т. п. Для засыпки используют песок или шлак толщиной слоя 6—8 см (рис. 2-3,6, в, г).
Необходимо отметить, что достаточную звукоизоляцию помещений можно сделать только при высоком качестве выполнения строительных работ.
Тщательная заделка швов, щелей, отверстии для трубопроводов и кабелей, систематический контроль за качеством выполнения мероприятий по звукоизоляции являются необходимыми условиями, обеспечивающими надежную звукоизоляцию помещений.