Transcript 3. Основни понятия и величини в архитектурната акустика

Основни понятия и величини в
архитектурната акустика
Инж.Ивайло Христев
Интензитет на звукова вълна в свободно поле
Плътността на енергията, преминаваща през дадена повърхност
перпендикулярна на посоката на разпространение се нарича звуков
интензитет . Ако приемем че звуковата вълна е генерирана от
пулсираща сфера, мощността е цялата кинетична енергия
съдържаща се в тази сфера. Интензитета е мярка за мощност за
единица площ [W/m2] и е пропорционален на квадрата на
амплитудата (A2).
Source: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/acoustic/invsqs.html
Единица върху квадрат 1/r 2
Звуковия интензитет
е векторна величина,
т.е. има посока и
амплитуда, и е равен
на произведението
между налягането и
колебателната
скорост:
I  p  u;
p
u
c
Интензитета на звукова вълна в свободно
поле намалява с увеличаване на единица
върху квадрата от разстоянието до източника.

p2
I
c
Source: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/acoustic/invsqs.html
Мерни единици
Амплитуда на звуковото налягане: Абсолютна
стойност на моментното звуково налягане. Pascal
[Pa]
Звукова мощност: звуковата енергия излъчена от
източник за единица време. Watt [W].
Звуков интензитет: средна стойност плътността на
енергията, преминаваща през дадена повърхност
перпендикулярна на посоката на разпространение.
Ват за квадратен метър [W/m2].
Ниво на звуково налягане: Квадрата на
звуковото налягане, отнесено към 20 mPa2
измерено в dB.
Логаритми и децибелна скала
Логаритъм с основа 10 се използва за представяне на големи
числа и разлики в налягането:
10 x 10 x 10 x 10 = 10,000 = 104
log10 10,000 = lg 10,000 = 4
Много добър урок за преговор на логаритми:
http://www.phon.ucl.ac.uk/cgi-bin/wtutor?tutorial=t-log.htm
Логаритмични нива. Децибелна скала.
В техниката широко се използва децибелната скала точно
поради нейното съответствието на психо физичния закон на
Стивънс. За енергетичните величини като мощност, енергия,
интензивност на звука и т.н. логаритмичното ниво се определя
по формулата:
I
N  10 lg
I0
За звуковото налягане, колебателната скорост на частиците,
силата, електрическият ток и напрежение, заряда и т.н.
логаритмичното ниво се определя по формулата:
p
N  20 lg
p0
Логаритмични нива. Децибелна скала.
Изчисляване на децибели
За сравнение на интензитета от два сигнала, I1 and I2, заместваме поголямата стойност в числителя на формулата:
10 x lg I1/I2 decibels [dB]
Същата формула се използва и за изчисляване на амплитудата
на налягането:
10 x lg p12/p22 decibels (dB), simplified to:
20 x lg p1/p2 decibels (dB)
Например: каква е разликата в децибели между 3.5 и 0.02 Вата?
10 lg 3.5/0.02 = 10 lg (175) = 10 (2.24) = 22.4 dB
Сумиране на децибели звуково налягане
LΣ - e общото ниво на звука, L1, L2, ... Ln - звуково налягане на
отделните източници на шум измерени в dBSPL.
Например, събиране на звуковото налягане от три източника,
например 94.0 + 96.0 + 98.0:
ТАБЛИЦА ОТНОШЕНИЕ-ДЕЦИБЕЛИ ЗВУКОВО НАЛЯГАНЕ
Отношение
dB
Отношение
пъти
Отношение
dB
Отношение
пъти
Отношение
dB
Отношение
пъти
1
1,12
7,5
2,4
14
5
1,5
1,2
8
2,5
14,5
5,3
2
1,26
8,5
2,7
15
5,6
2,5
1,33
9
2,8
15,5
6
3
1,41
9,5
3
16
6,3
3,5
1,5
10
3,2
16,5
6,7
4
1,6
10,5
3,35
17
7,1
4,5
1,7
11
3,55
17,5
7,5
5
1,8
11,5
3,76
18
7,94
5,5
1,9
12
4
18,5
8,4
6
2
12,5
4,2
19
8,9
6,5
2,1
13
4,5
19,5
9,44
7
2,24
13,5
4,7
20
10
ОБЩИ ПОЛОЖЕНИЯ
• Във всяко помещение съществуват:
• пряк звук - това е звукът, който идва директно
от източника
• отразен звук, който достига до слушателя
след отразяване от различните повърхности ограничаващи помещението (стени и под),
или намиращи се в него (мебели и други
предмети).
• При сумирането на прекия и отразен звук в
помещението вследствие на
интерференцията се сформира звуково поле
с определени нива на звуковото налягане в
отделните точки от обема.
•
Количествено погълнатата, отразената и преминалата през
дадена преграда звукова енергия се определя от коефициентите
,  и , които се дефинират по следният начин:
Отношението на енергиите на отразения звук към тази на
падналия се нарича коефициент на отражение :

Еотр .
Епад.
Отношението на преминалата през преградата звукова енергия
към падналата се нарича коефициент на звукопроницаемост  :

Eпр .
Eпад .
• -Отношението на погълнатата енергия към
падналата се нарича коефициент на
звукопоглъщане :

Eпад.  Eотр .
Eпад.
• От друга страна:

Eпог .  Eпрем.
Eпад.
Тук Епад. е
падналата, а Еотр. е
отразената звукова
енаргия.
Тук Епог. е
погълнатата, а Епрем.
е преминалата
звукова енергия.
   1
•
очевидна е зависимостта:
•
Коефициентът на звукопоглъщане  зависи от материала на
конструкцията, честотата на звука и ъгъла на падане на звуковата
вълна.
За различните материали честотната зависимост на  е различна.
Звукопоглъщането е обусловено от превръщането на звуковата енергия
в топлинна вследствие на триенето в материала на преградата.
•
•
Коефициентът на
звукопоглъщане зависи от
ъгъла на падане на
звуковата вълна върху
поглъщащия материал.
Във връзка с това
различаваме нормален
коефициент на
звукопоглъщане (при ъгъл
на падане 90) и дифузен
коефициент на
звукопоглъщане (при
всевъзможни ъгли на
падане на звуковата
вълна). В справочниците
обикновенно се дава
дифузният коефициент на
звукопоглъщане  диф.
Зависимост на ковфициент на звукопоглъщане
от ъгъл на падане на звуковата вълна за два
различни материала [Kutrfuff, 1979]
Звуково налягане в зависимост от коефициент на
звукопоглъщане
Ако приемем, че коефициента на звукопоглъщане не се променя с ъгъла
на падане, каква е стойността на отразеното звуково налягане?
ПАРАМЕТРИ, ИЗПОЛЗВАНИ В СТАНДАРТИТЕ
Трябва да се прави разлика между
звукоизолация и звукопоглъщане.
• ЗВУКОИЗОЛАЦИЯТА представлява
свойството на една преграда да не пропуска
звукът да премине.
• ЗВУКОПОГЛЪЩАНЕТО представлява
свойството на една повърхност да не позволи
на падналата върху нея звукова енергия да
се отрази обратно в помещението, а да я
превърне в топлина.
1. ЗВУКОИЗОЛАЦИЯ
Звукоизолацията бива от въздушен шумкогато източникът на звук не е свързан с
конструкцията на сградата, от ударен
шум-когато шумът възниква вследствие
на удари върху елементи на
конструкцията и от структурен шум-когато
източникът на шум е свързан с
конструкцията и предава вибрации по нея
например, асансьор, помпа на парното и
др.
1.1.ИЗОЛАЦИЯ ОТ ВЪЗДУШЕН ШУМ
1. Индекс на звукоизолация R:
W1
R  10 lg
W2
Тук W1 – мощността на изпитвателния сигнал
W2 – мощността на сигнала, преминал през пробата
От друга страна :
S
R  L1  L2  10 lg , dB
A
L1-ниво на звуковото налягане в помещението на
източника
L2-ниво на звуковото налягане в приемното помещение
S-площ на изпитвания образец
А-еквивалентна площ на звукопоглъщане в приемното
помещение
2.Истински индекс на звукоизолация R‘
Използва се за сгради. Включва и звуковата
мощност W3, предадена по обходни пътища.
 W1
R  10 lg
 W2  W3
/

, dB


3.Претеглен индекс на звукоизолация RW
Стойността на крива за сравняване при 500 Hz
след преместването и в съответствие с метода,
описан в БДС EN ISO 717-1.
Този метод се състои в преместването на стандартизирана крива за
сравняване със стъпка 1 dBкъм кривата, получена при измерване,
докато сумата от неблагоприятните отклонения стане колкото може
по-голяма, но не повече от определена стойност. Неблагоприятното
отклонение за отделна честота се появява, когато резултатите от
измерванията са по-малки от стойността за сравняване. При
изчисление се вземат пред вид само неблагоприятните отклонения.
За отчитането на характеристиките на отделните
звукови спектри към едночислената стойност се добавя
корекционен коефициент С или Сtr.
Вид източник на шум
Битов шум
Играещи деца
ЖП транспорт със средна и висока скорост
Движение по магистрала със скорост над 80 км/час
Реактивен въздушен транспорт от близко разстояние
Промишлени предприятия, излъчващи средно и
високочестотен шум
Улично движение в града
ЖП транспорт с малка скорост
Витлови самолети
Реактивни самолети на голямо разстояние
Дискомузика
Промишлени предприятия, излъчващи ниско и
средночестотен шум
Спектрален
корекционен
коефициент
С
Сtr
Разлика на звуковите нива D
D=L2-L1,
Където L1 и L2 са звуковите нива от двете страни на
преградата.
Като се вземе пред вид еквивалентната поглъщаща
площ в приемното помещение, се определя
нормализираната разлика в нивата Dn :
Dn = D + 10 lgA0/A2, dB
A0 – постоянна стандартна стойност на
звукопоглъщащата повърхност 10 m2.
Нормализирана разлика в нивата носи ралични
индекси, в зависимост от това, за какво се отнася.
Например, за елемент – D n.e.. , за окачени тавани D
n.c., за сгради Dn.
Когато се отнася за стандартизирана разлика,
добавя се и индекс Т, а за претеглената разлика – W.
1.2.ИЗОЛАЦИЯ ОТ УДАРЕН ШУМ
Този шум се измерва с помощта на
специална ударна машина, чиито
чукчета правят 10 удара за секунда.
В приемното помещение (2)
микрофонът възприема шумът и
нормираната изолация за ударен
шум се определя па формулата:
Ln = L2 – 10 lgА2/A0, dB
Където L2 е измереното ниво на
звуковото налягане, А2 е площта
на звукопоглъщане в долното
помещение, А0 е площта в
горното.
Индексът на изолация от ударен шум
LU,W‘ представлява стойността на
кривата за сравняванепри 500 Hz, като
методиката за определяне е подобна на
тази при въздушния шум, но
неблагоприятните отклонения се
намират над преместената крива за
сравняване.
Изолацията от структурен шум се
оценява по индексът на изолация от
ударен шум.
ЗВУКОПОГЛЪЩАНЕ
Звукопоглъщането се измерва в стандартна
реверберационна камера съгласно EN ISO 354 в
честотния диапазон от 100 Hz до 5000 Hz (в терцоктавни честотни ленти) чрез времето на
реверберация. Сравнява се този показател при
празна камера и при наличие на изпитвания образец.
Резултатът се представя графично или таблично. По
този начин се получава директно
Оценения коефициент на звукопоглъщане αw се определя по EN
ISO 11654. Измерения коефициент на звукопоглъщане αs се
преизчислява за всяка октавна честотна лента в практически
коефициент αp на звукопоглъщане по EN ISO 354.
Дадената в стандарта еталонна крива се приплъзва по отношение
на кривата αp докато двете се припокрият равномерно. Отчетената
стойност на звукопоглъщането от еталонната крива при 500 Hz се
приема за оценен коефициент на звукопоглъщане αw за
разглеждания продукт.
Същия стандарт EN ISO 11654 третира и обобщена класификация
на звукопоглъщащите свойства на материалите. Измерения
коефициент на звукопоглъщане за октавни ленти по EN ISO 354 се
нанася в графичен вид и се сравнява със стандартизирани криви.
В зависимост от това в кое поле попада графиката, се определя
класа на звукопоглъщане на дадения материал.