CC BY
17Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Structural calculations
УДК 534.2
A.И. АНТОНОВ1, канд. техн. наук, О.А. ЖОГОЛЕВА1, магистр,
B.И. ЛЕДЕНЕВ1, д-р техн. наук, И.Л. ШУБИН2, д-р техн. наук
1 Тамбовский государственный технический университет (392000, Тамбов, ул. Советская, 106) 2 Научно-исследовательский институт строительной физики РААСН (127238, Москва, Локомотивный пр., 21)
Влияние звукопоглощения помещений и звукоизоляции дверей на шумовой режим в квартирах жилых зданий
Оценено влияние звукопоглощения помещений и звукоизоляции дверей на шумовой режим квартир. Показано, что при оценке распределения звуковой энергии в квартире от внутриквартирных источников шума квартиру следует рассматривать как систему акустически связанных помещений. В этих системах акустическая эффективность звукопоглощения определяется условиями взаимного расположения источника и звукопоглощающих облицовок, а также видом акустических связей между помещениями. Установлено, что устройство звукопоглощающих потолков не может быть эффективной мерой снижения шума. Его можно использовать только как дополнительное средство снижения шума в помещениях с низкими коэффициентами звукопоглощения (аср<0,1) и при наличии в них постоянных источников шума. Более эффективно влияет на распределение звуковой энергии в квартире звукоизоляция дверей. Их. акустическая эффективность в несколько раз выше эффективности дополнительного звукопоглощения.
Ключевые слова: шумовой режим квартир, звукопоглощение помещений, звукоизоляция ограждений, акустическая эффективность.
A.I. ANTONOV1, Candidate of Sciences (Engineering), O.A. ZHOGOLEVA1, Master, V.I. LEDENEV1, Doctor of Sciences (Engineering), I.L. SHUBIN2, Doctor of Sciences (Engineering) 1 Tambov State Technical University (106 Sovetskya Street, Tambov, 392000, Russian Federation) 2 Scientific and Research Institute of Building Physics of RAACS (21, Lokomotivny Passage, 127238, Moscow, Russian Federation)
Effect of Sound Absorption of Premises and Sound Proofing of Doors on the Noise Mode in Apartments of Residential Buildings
The influence of sound-absorption of premises and sound proofing of doors on the noise mode of apartments is assessed. It is shown that in the course of evaluating the sound energy distribution in an apartment from indoor noise sources the apartment has to be considered as a system of acoustically connected premises. In these systems the acoustic efficiency of sound-absorption is determined by conditions of the reciprocal position of the noise source and sound-absorbing lining as well as by the type of acoustic connections among premises. It is established that the construction of sound-absorbing ceilings can't be an efficient measure for noise reduction. The ceiling can be used only as an additional measure for noise reduction in premises with low sound-absorption factors (acp<0,1) and if permanent noise sources are available in them. The sound insulation of doors more efficiently influences on the sound energy distribution in the apartment. Their acoustic efficiency is several times higher than the efficiency of additional sound absorption.
Keywords: noise mode of apartment, sound-absorption of premises, sound insulation of enclosing structures, acoustic efficiency.
При проектировании квартир необходимо производить объективную оценку акустической эффективности снижения шума за счет повышения звукопоглощения помещений и звукоизоляции ограждений, имеющих низкую звукоизолирующую способность, а именно дверей [1]. Метод расчета оценки должен учитывать условия распределения звуковой энергии в квартирах от внутриквартирных источников шума и влияния на шумовой режим объемно-планировочных и конструктивных решений квартир и акустических характеристик помещений. В статье приведены результаты исследования влияния звукопоглощения помещений и звукоизоляции дверей на шумовой режим квартир при работе в них внутриквартирных источников шума, полученные с использованием предложенного авторами метода расчета шума в квартирах [2].
Современные квартиры по условиям распределения в них звуковой энергии являются системами акустически связанных помещений [1-3]. В таких системах звуковая энергия перетекает между помещениями квартиры через откры-
62014 ^^^^^^^^^^^^^
тые проемы, а также через звукоизолирующие конструкции в виде перегородок и дверей.
Так как помещения квартиры являются соразмерными помещениями, в них формируются диффузные звуковые поля [4]. В этом случае при расчетах распределения звуковой энергии можно использовать методы, основанные на статистической теории акустики помещений [5-7].
Распределение звуковой энергии в системе соразмерных помещений квартиры можно получить на основе решения системы уравнений, которые согласно [2] имеют вид:
(1)
7=1
где Р. - мощность источника шума, размещенного в г-м помещении системы; Е, Е} - количество звуковой энергии соответственно в г-м и ¡-м помещениях; т|г - коэффициент потерь звуковой энергии в г-м помещении; (3^. - коэффициент передачи звуковой энергии из ¡-го помещения в г-е помещение; N - общее количество связанных помещений.
- Ы5
Расчет конструкций
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
п. е.
р е. Р-Е. Е.
Рис. 1. Схема баланса звуковой энергии для 1-го помещения
Уравнение (1) является математической записью закона сохранения энергии, в соответствии с которым количество поглощенной энергии Т|Д. в некотором г'-м помещении компенсируется излученной энергией источника и энергией, приходящей в него из связанных помещений (рис. 1).
Коэффициенты потерь при условиях диффузного звукового поля находятся как:
Ч/=-
(2)
4^(1-0,5а,)'
где с - скорость звука в воздухе; Ц, /51,- - объем и площадь ограждений г'-го помещения; а - средний коэффициент звукопоглощения ограждений '-го помещения.
Коэффициент передачи энергии из у-го помещения в г'-е рассчитывается по формуле:
М
> да+ пер '» 'Л в
тТ),
(3)
1 2 3
Рис. 2. Расчетная схема для трех связанных помещений (в прямоугольниках указаны номера комнат)
звукоизоляция внутренних конструкций квартиры и звукопоглощение в ее помещениях.
Очевидно, что, повышая звукопоглощение помещений, можно добиться увеличения потерь звуковой энергии в них, и тем самым изменить распределение звуковой энергии в квартире. В настоящее время нет единого мнения об эффективности и целесообразности снижения шума в квартирах за счет дополнительного повышения в них звукопоглощения, например путем устройства на потолках звукопоглощающих конструкций.
Оценку акустической эффективности звукопоглощающих конструкций в отдельном помещении можно получить путем сравнения расчетных или измеренных уровней звукового давления до Ьх и после устройства звукопоглощающих конструкций Ь2:
М = Ьх -12.
(4)
4^(1-0,5«,.)
где - средний коэффициент звукопоглощения ограждений у-го помещения; Ц - объем у-го помещения; я^8, т^5 -площадь и коэффициент звукопередачи двери между '-м и у-м помещениями; 5,(/ер, т#ер - то же перегородки.
Для получения сведений о распределении звуковой энергии в квартире, а также для установления влияния различных факторов на это распределение необходимо решить систему уравнений (1) с числом, равным количеству помещений в квартире. Для расчета уровней звукового давления в системе связанных помещений разработана компьютерная программа, позволяющая также производить анализ влияния факторов системы на распределение в ней звуковой энергии.
Как видно из выражений (1) - (3), на распределение звуковой энергии в помещениях квартиры оказывают влияние
Результаты расчета уровней звукового давления в системе
При наличии в помещении диффузного звукового поля акустическую эффективность с достаточной точностью можно определять по формуле:
(5)
где а! и а2 - средние коэффициенты звукопоглощения ограждений помещения до и после устройства звукопоглощающих конструкций; Р - мощность источника шума; 5 - площадь ограждений помещения.
Например, в помещении с размерами 6x4x3 м со средним коэффициентом звукопоглощения ограждений ар0,2 устройство звукопоглощающей облицовки потолка с коэффициентом ащ=0,8 приведет к повышению среднего коэффициента звукопоглощения до а2=0,322 и снижение уровней звукового давления отраженного звука составит Д£=2,7 дБ.
В случае связей между отдельными помещениями квартиры акустическая эффективность звукопоглощения зави-
Таблица 1
акустически связанных помещений при открытых дверях
Положение в помещениях Снижение уровня Снижение среднего уровня звукового давления, дБ
№ источника шума звукопоглощающих облицовок Уровень звукового давления в помещении, дБ Средний уровень звукового давления в системе, дБ звукового давления в помещении от звукопоглощающих облицовок, дБ
1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3
1 * 81,9 71 60,4 77,5
2 * 71 81,6 71 77,53
3 * 60,4 71 81,9 77,5
4 * 79,7 69 58,4 75,28 2,2 2 2 2,22
5 * 68,8 81,6 71 77,39 2,2 0 0 0,14
6 * 58,1 71 81,9 77,48 2,3 0 0 0,02
7 * 81,9 68,8 58,5 77,35 0 2,2 1,9 0,15
8 * 69,2 79,5 69,2 75,46 1,8 2,1 1,8 2,07
9 * 58,5 68,8 81,9 77,35 1,9 2,2 0 0,15
10 * 81,9 71 58,1 77,48 0 0 2,3 0,02
11 * 71 81,6 68,8 77,39 0 0 2,2 0,14
12 * 58,4 69 79,7 75,28 2 2 2,2 2,22
Примечание. *, - положения соответственно источника шума и звукопоглощающих облицовок в помещениях системы.
46
6'2014
Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Structural calculations
Таблица 2
Результаты уровней звукового давления в системе акустически связанных помещений при закрытых дверях
№ Положение в помещениях Уровень звукового давления в помещении, дБ Средний уровень звукового давления в системе, дБ Снижение уровня звукового давления в помещении от звукопоглощающих облицовок, дБ Снижение среднего уровня звукового давления, дБ
источника шума звукопоглощающих облицовок
1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3
1 * 82,2 61,9 41,6 77,49
2 * 61,9 82,2 61,9 77,53
3 * 41,6 61,9 82,2 77,49
4 * 79,8 59,8 39,5 75,12 2,4 2,1 2,1 2,37
5 * 59,2 82,2 61,9 77,51 2,7 0 0 0,02
6 * 39,2 61,9 82,2 77,49 2,4 0 0 0
7 * 82,2 59,5 39,5 77,47 0 2,1 2,1 0,02
8 * 59,8 79,8 59,8 75,16 2,1 2,4 2,1 2,37
9 * 39,5 59,5 82,2 77,47 2,1 2,4 0 0,02
10 * 82,2 61,9 39,2 77,49 0 0 2,4 0
11 * 61,9 82,2 59,2 77,51 0 0 2,7 0,02
12 * 39,5 59,8 79,8 75,12 2,1 2,1 2,4 2,37
Таблица 3
Суммарная эффективность снижения уровней звукового давления за счет звукопоглощающих облицовок и звукоизоляции дверей
№ Положение в помещениях Уровень звукового давления в помещении, дБ Средний уровень звукового давления в системе, дБ Снижение уровня звукового давления в помещении, дБ Снижение среднего уровня звукового давления, дБ
источника шума звукопоглощающих облицовок
1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3
1 * 82,2 61,9 41,6 77,49 -0,3 9,1 18,8 0,01
2 * 61,9 82,2 61,9 77,53 9,1 -0,6 9,1 0
3 * 41,6 61,9 82,2 77,49 18,8 9,1 -0,3 0,01
4 * 79,8 59,8 39,5 75,12 2,1 11,2 20,9 2,38
5 * 59,2 82,2 61,9 77,51 11,8 -0,6 9,1 0,02
6 * 39,2 61,9 82,2 77,49 21,2 9,1 -0,3 0,01
7 * 82,2 59,5 39,5 77,47 -0,3 11,5 20,9 0,03
8 * 59,8 79,8 59,8 75,16 11,2 1,8 11,2 2,37
9 * 39,5 59,5 82,2 77,47 20,9 11,5 -0,3 0,03
10 * 82,2 61,9 39,2 77,49 -0,3 9,1 21,2 0,01
11 * 61,9 82,2 59,2 77,51 9,1 -0,6 11,8 0,02
12 * 39,5 59,8 79,8 75,12 20,9 11,2 2,1 2,38
сит от вида этих связей и от взаимного расположения источника и звукопоглощающих облицовок. Анализ акустической эффективности звукопоглощающих облицовок в этой ситуации можно выполнить путем сравнения результатов решения системы уравнений (1) при различных местах расположения источников шума и звукопоглощающих облицовок и при разных видах связи между помещениями.
Ниже приведено исследование влияния звукопоглощающих облицовок потолка на распределение звуковой энергии в системе из трех связанных помещений. Для повышения наглядности и уменьшения числа других влияющих на результаты расчета факторов рассмотрена цепочка из трех помещений одинаковых размеров 6х4х3(И) м (рис. 2).
Помещения разделены между собой перегородками площадью 12 м2 со звукоизоляцией ^пер=40 дБ. В перегородках имеются двери площадью 2 м2. В закрытом состоянии звукоизоляция дверных заполнений равна Ялв=10 дБ. Средний коэффициент звукопоглощения ограждений комнат равен 0,2, что соответствует среднему коэффициенту звукопоглощения жилых помещений квартир в октавной полосе с
/ср=2000 Гц. Для дополнительного снижения шума использован звукопоглощающий потолок с коэффициентом звукопоглощения аш=0,8 в октавной полосе с /ср=2000 Гц. В системе помещений работает источник звука, имеющий в октавной полосе с /ср=2000 Гц уровень акустической мощности 90 дБ.
При исследовании рассматривались различные варианты взаимного расположения источника звука и звукопоглощающих облицовок. При этом учитывались два вида связей между помещениями: при открытых и закрытых дверях. Результаты расчетов приведены в табл. 1 и 2.
Для оценки влияния звукопоглощения на общий уровень зашумленности помещений использован показатель среднего уровня звукового давления в системе к-х помещений, определяемый как:
¿cp=101g
N
V'
(6)
Через открытые двери из помещения происходит отток звуковой энергии в смежные с ним объемы. Это равнозначно
6'2014
47
Расчет конструкций
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
наличию в помещении абсолютно поглощающего звук участка ограждения, равного по площади дверному проему. С учетом открытых дверей средний коэффициент звукопоглощения ограждений помещения № 2 с двумя дверями составляет аср=0,23, для остальных помещений с одной дверью аср=0,215.
Выполненные расчеты уровней звукового давления в помещениях системы при открытых дверях показали следующее. Наибольшее снижение среднего уровня шума в системе за счет дополнительного звукопоглощения наблюдается в случае, если источник шума находится в помещении со звукопоглощающим потолком. В этом случае в каждой комнате системы произойдет снижение шума, почти совпадающее со значением акустической эффективности, определяемой по формуле (5) (табл. 1, строка 4). Наименьшее снижение шума наблюдается в том случае, если источник шума и звукопоглощающие конструкции максимально удалены друг от друга (табл. 1, строка 6).
Наиболее выгодным в рассматриваемой системе является размещение звукопоглощения в среднем помещении № 2. В этом случае произойдет снижение шума в максимальном количестве помещений при расположении источника шума в любой из комнат квартиры (табл. 1, строки 7-9). К таким помещениям в квартирах относятся прихожие и коридоры.
Закрытие дверей (табл. 2) приводит к незначительному повышению уровней звукового давления в помещениях с источником шума. При этом эффективность звукопоглощения облицовок практически остается такой же, как и при открытых дверях. Рост эффективности звукопоглощения облицовок за счет изменения условий перераспределения звуковой энергии при закрытых дверях составляет всего лишь 0,1-0,3 дБ.
Список литературы
1. Воронков А.Ю., Жданов А.Е., Леденев В.И. Метод оценки шумового режима квартир // Жилищное строительство. 2004. № 11. С. 15-17.
2. Антонов А.И., Жоголева О.А., Леденев В.И., Шубин И.Л. Метод расчета шума в квартирах с ячейковыми системами планировки // Жилищное строительство. 2013. № 7. С. 33-35.
3. Антонов А.И., Жоголева О.А., Леденев В.И. Метод расчета шумового режима в зданиях с коридорными системами планировки // Строительство и реконструкция. 2013. № 3 (47). С. 28-32.
4. Осипов Г.Л., Юдин Е.Я. Снижение шума в зданиях и жилых районах. М.: Стройиздат, 1987. 558 с.
5. Антонов А.И., Бацунова А.В., Крышов С.И. Метод оценки шумовых полей помещений при проектировании шу-мозащиты в гражданских зданиях с непостоянными во времени источниками шума // Жилищное строительство. 2012. № 6. С. 58-59.
6. Антонов А.И., Бацунова А.В., Крышов С.И. Оценка шума в помещениях с источниками импульсного звука периодического действия // Вестник МГСУ. 2011. Т. 1. № 3. С. 48-53.
7. Антонов А.И., Бацунова А.В., Демин О.Б. Метод расчета нестационарных шумовых полей в несоразмерных помещениях и помещениях сложных форм // Academia. Архитектура и строительство. 2010. № 3. С. 183-185.
4в| -
Таким образом, результаты выполненных расчетов показывают, что устройство дополнительного звукопоглощения при имеющемся среднем звукопоглощении в помещениях квартиры аср=0,2 не может являться эффективным средством снижения шума. Его можно использовать как дополнительное средство снижения шума в помещениях с низкими коэффициентами звукопоглощения ограждений и при наличии в них постоянных источников шума. Например, в кухнях при аср=0,1 устройство звукопоглощений облицовки потолка с апт=0,8 может снизить уровень шума до 4 дБ в помещении кухни и в связанных с ней помещениях квартиры.
Наиболее эффективным средством снижения шума в системе связанных помещений является повышение звукоизоляции дверей (табл. 1, 2)
В табл. 3 приведены данные акустической эффективности снижения шума за счет звукоизоляции дверей и дополнительного звукопоглощения. Отрицательные значения эффективности связаны с повышением уровней звукового давления в помещениях с источником шума после закрытия дверей. Видно, что акустическая эффективность звукоизоляции в несколько раз выше эффективности дополнительного звукопоглощения.
В целом выполненные исследования показывают, что для оценки распределения звуковой энергии в помещениях квартир и акустической эффективности мер снижения шума можно использовать метод расчета, предложенный в [2]. Метод позволяет объективно определять границы эффективного снижения шума звукопоглощающими облицовками и звукоизолирующими конструкциями дверей для каждой конкретной планировочной ситуации с учетом положения источников шума в квартире.
References
1. Voronkov A.Yu., Zhdanov A.E., Ledenev V.I. Metod of an assessment of a noise mode of apartments. Zhilishchnoe stroitel'stvo [Housing construction]. 2004. No. 11, pp. 15-17. (In Russian).
2. Antonov A.I., Zhogoleva O.A., Ledenev V.I. Choubin I.L. Metod of noise calculation in apartments with cell systems of planning. Zhilishchnoe stroitel'stvo [Housing construction]. 2013 . No. 7, pp. 33-35. (In Russian).
3. Antonov A.I. Zhogoleva O.A. Ledenev V.I. Metod of calculation of a noise mode in buildings with corridor systems of planning. Stroitel'stvo i reconstruksija. 2013. No. 3 (47), pp. 28-32. (In Russian).
4. Osipov G.L., Judin E.Ja. Snizhenie shuma v zdanijah i zhilyh rajonah. [Decrease in noise in buildings and residential areas]. Moscow: Stroizdat, 1987. 558 p.
5. Antonov A.I., Batsunova A.V., Kryshov S.I. Method of Assessment of Noise Fields of Premises When Designing the Sound Protection in Civil Buildings with Noise Sources Inconstant in Time. Zhilishchnoe stroitel'stvo [Housing construction]. 2012. No. 6, pp. 58-59. (In Russian).
6. Antonov A.I., Batsunova A.V., Kryshov S.I. Estimate of noise in rooms with sources of a pulse sound of periodic action. Vestnik MGSU. 2011. V. 1. № 3, pp. 48-53. (In Russian).
7. Antonov A.I., Batsunova A.V., Dyomin O.B. Metod of calculation of non-stationary noise fields in disproportionate rooms and rooms of difficult forms. Academia. Arhitektura i stroitel'stvo. 2010. No. 3, pp. 183-185. (In Russian).
^^^^^^^^^^^^^ 62014
