Оценка шума в помещениях с источниками импульсного звука периодического действия Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ВЕСТНИК 3/2011

ОЦЕНКА ШУМА В ПОМЕЩЕНИЯХ С ИСТОЧНИКАМИ ИМПУЛЬСНОГО ЗВУКА ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ

ESTIMATION OF NOISE IN ROOMS WHITH PERIODIC ACTION NOISE SOURCES OF THE PULSE SOUND

I 12

А.И. Антонов , A.B. Бацунова , С.И. Крышов

1 12 A.I. Antonov , A.V. Batsunova , S.I. Kryshov

12 ТГТУ , НИИСФ

Предлагается метод расчета уровней звукового давления в помещениях от импульсных источников шума периодического действия. Метод позволяет оценивать эффективность шумозащиты при таких источниках шума.

The calculation method of sound pressure levels from periodic action pulse noise sources in rooms is offered. The method allows to estimate efficiency of sound insulation at such noise sources.

Технологическое оборудование производственных помещений часто является источниками импульсного шума. При этом многие из них относятся к периодически действующим источникам, излучающим импульсы звуковой энергии, определенной фиксированной формы и длительности. Так как нормирование импульсного шума на рабочих местах более жестко по сравнению с другими шумами, при проектировании шумозащиты необходимо определять в помещениях зоны импульсного шума. Размеры этой зоны зависят от объемно-планировочных и акустических характеристик помещений, количества и места расположения импульсных источников, видов импульсов и других факторов. В этой связи оценка распределения звуковой энергии от таких источников является важной практической задачей, решение которой требует определенного подхода.

Уровни звукового давления, создаваемые импульсным источником шума в каждой конкретной точке помещения в каждый момент времени, зависят от суммы плотностей прямой и отраженной звуковой энергии. При определении этих уровней наибольшую сложность имеет оценка распределения по пространству помещения и во времени отраженной звуковой энергии.

Ниже рассмотрено решение задачи по оценке распределения отраженной звуковой энергии от источника, периодически излучающего импульсы звука прямоугольной формы с продолжительностью At и периодом Tn (см. рис. 1).

Распределение отраженной звуковой энергии во времени в конкретной точке помещения при продолжительном действии такого импульсного источника в общем случае имеет вид, представленный на рис. 2.

Изменение отраженной звуковой энергии в произвольной точке помещения при действии отдельного импульса звуковой энергии приведено на рис. 3.

Л

Тш

Ас

I

Рис. 1. Действие периодического импульсного источника шума

Рис. 2. Распределение плотности отраженной звуковой энергии е в фиксированной точке помещения при действии периодического источника: - - от отдельных импульсов; - от суммарного действия всех импульсов.

1

Г

№ А1 тп

Рис. 3. Схема изменения плотности отраженной энергии импульса в расчетной точке на расстоянии г от источника: г - время наблюдения импульса; г/с - время прихода импульса в расчетную точку; I - время излучения импульса источником; ЛI - продолжительность импульса.

Для описания нарастания и затухания энергии импульса можно использовать зависимость Сэбина или Эйринга. Уравнения Сэбина и Эйринга получены для описания средней отраженной звуковой энергии диффузных полей. Широкая практика использования уравнений Сэбина и Эйринга для анализа времени реверберации и определения звукопоглощающих характеристик реальных помещений различных пропорций даёт право воспользоваться ими и для расчета энергии импульса [1, 2].

Обозначим через е0 плотность отраженной звуковой энергии в расчетной точке от стационарного источника шума с мощностью равной мощности отдельного импульса. Тогда плотность отраженной звуковой энергии в расчетной точке от одного импульса энергии будет изменяться по следующим зависимостям

е.... =

1- ехр

Г-асАт-? - г/с)^

0, при т< t+г / с

при t + г/с <т< t + г/с+Д?

(1)

1- ехр

-асрс •Дí

ехр

^ -г / с) Л

ирм г>t = ?+г/с+Д?

где с - скорость звука в воздухе; г - расстояние между источником и расчетной точкой; асР - средний коэффициент звукопоглощения ограждающих конструкций; 1ср -

средняя длина свободного пробега звука в помещении; t - время излучения импульса источником; г - расчетное время.

При длительном действии периодического импульсного источника шума возникает установившееся, переменное во времени звуковое поле, изменяющееся с периодичностью Тп (см. пунктирную линию на рис. 2). Для расчета суммарной отраженной энергии шумового поля необходимо просуммировать вклад всех предшествующих импульсов. Обозначим через Т +к'Тп = г - t - г/с , где Т< Тп, к =0, 1.. .К, N - количество циклов действия импульсного источника шума (см. рис. 2). Тогда

где

Ае =

1 - ехр 0, при Т < Тп -At 1 - ехр

X ехр

Г-ас(Т + к • Тп

-Ае'

Г-ас(Т - Тп + At) >

ср

, при Т > Тп -At

(2) (3)

При длительном действии источника шума (К=<х>) значение суммы ряда равно

X ехр(- кх) = --Ц—-. (4)

к=0

1 - ехр(-х)

Тогда общее выражение для плотности звуковой энергии при длительном действии импульсного источника шума имеет вид

1 - exp(-acAt /1 ) , ч

= ^-Р~-—' ехр (~асрсТ / 1ср ) + Ае'

1 - ехр(-асрсТп/ 1ср)

Максимальная плотность отраженной звуковой энергии при Т=0 составит

_ [1-ехр(-«фс ■At/ 1ср)] .

(5)

(6)

тах"" 0 [1- ехр[-а^ ■ Тп/ 1ср )]

Минимальная плотность звуковой энергии, которая является фоновым шумом при действии импульсного источника шума, рассчитывается при Т=Тп^

= ехрр,^ / 1ср -1). (7)

^ ^ ехр(асрсТп!ср -1) Учитывая, что нормирование импульсного шума более жестко, для решения задач шумозащиты важно выделять в помещении зону с импульсным шумом, например, зону с АЬ = Ьт„ - Ь ■ > 7 дБ.

I

На основе выражений (6) и (7) можно получить уравнение для оценки максимального изменения уровня отраженной звуковой энергии от одиночного импульсного источника шума

С

М = 10^

л

4.343асрс(Тп -М) < 7.

(8)

I..

Если принять ЛЬ=7, выражение (8) позволит определить интервалы времени между импульсами (Тп -{), при которых импульсные свойства поля проявляться не будут

Т -м < >ср . (9)

п 167 а ^

Примеры граничных значений Тп-Л1 приведены на рис. 4. Видно, что, как правило, интервалы между импульсами реальных источников шума существенно превышают граничные значения.

ТтЦч

и

V

V и* м Рис. 4. Графики граничных интервалов между импульсами

Реальные источники шума часто наряду с импульсной имеют и постоянную составляющую шума. Расчетная модель таких источников имеет вид (см. рис. 5).

А

¿1

г

7

Рис. 5. Схема акустической мощности источника импульсного и постоянного шума.

Максимальные и минимальные значения плотности отраженной звуковой энергии в этом случае равны

+ к -£п; £ . = £ . + к -еп

(10)

"'О ^шт "тш„„ ' ^0

После преобразования получим значение коэффициента к, при котором шум в расчетной точке перестает быть импульсным

к > 0,25

1 - ехр(-асрс& / 1ср) _ 5 ехр(«с^сА? / 1ср) -1

1 - ехР(асрТп/ КР) ехР(«фТп/ КР) -1 При этом уровень постоянной составляющей шума должен быть не менее

Ь > Ь -101й(—),

пост имп о\ , /

к

где - уровень пиковой мощности, дБ.

(11)

(12)

Расчеты показали, что в большинстве случаев шум перестает считаться импульсным при Ь««п ~ Ь"ост - о - 8) дБ. Следует отметить, что зависимость коэффициента к от

звукопоглощающих свойств ограждений проявляется весьма слабо.

Для расчета переменных во времени шумовых полей составлена компьютерная программа. Стационарный шум источников для определения £ рассчитывается численным статистическим энергетическим методом [2], а непостоянный шум - по уравнениям (2) и (3).

Пример исследования характера шумового поля при действии импульсного источника шума выполнен для помещения, расчетная схема которого приведена на рис.6. Высота помещения принята равной 5 м. Расчеты выполнены для необлицован-ного помещения с =0,12 в октавной полосе частот с /ср=1000 Гц.

4

* Г-

3.

-1—+-

ю

10

Рис.6. Расчетная схема помещения: - импульсный источник шума с Ь =100 дБ, периодом

р имп

действия 1 си продолжительностью импульса 0,5 с, излучающий также постоянный шум с мощностью Ь = 93 дБ; 1-5 - номер расчетной точки

Полученные компьютерные данные подтвердили достоверность выражений (8) - (12). В табл. 1 приведены результаты расчета эквивалентных уровней шума в расчетных точках при отдельном и при совместном действии импульсного (ь =100 дБ) и постоянного

шума (Ьр пост = 93 дБ), а также результаты сравнения с допустимым уровнем шума Ьдоп.

Таблица 1

Результаты расчета и анализа шума

N р.т. Импульсный источник, дБ Импульсный и постоянный источник, дБ

Ьтах Ьзкв Ьтж Ьтп Превышение над Ьдоп=75 дБ Ьтст Ьэкв ЬтахЬтт Превышение над ¿¿вл=80 дБ

1 2 3 4 5 6 7 8 9

1 85,2 83,3 15,6 8,3 78,2 84,0 5,8 4,0

2 83,4 80,6 14,4 5,6 76,4 81,7 5,6 1,7

3 81,0 77,9 14,1 2,9 74,0 79,0 5,6 -

4 77,9 74,9 14,0 - 70,9 76,0 5,6 -

5 75,5 72,5 13,8 - 68,5 73,5 5,6 -

Из табл.1 видно, что наличие постоянного шума увеличивает эквивалентный уровень шума всего лишь на 1 дБ, но при этом происходит выполнение уровня АЬ< 7 дБ и

3/2011_МГСу ТНИК

условия нормирования. соответственно, изменяется. Увеличение допустимого уровня на 5 дБ по сравнению с импульсным «улучшает» шумовую ситуацию на 4 дБ (см. табл. гр.5 и 9).

Такие расчеты, возможно, производить при любой конкретно заданной величине AL, определяющей импульсный характер шума.

Таким образом, используя предложенный алгоритм и разработанную компьютерную программу, можно выполнять подробные исследования шумовых полей импульсных источников и эффективно использовать архитектурно-строительные мероприятия в целях регулирования акустической обстановки в помещениях.

Литература

1. 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.

2. Леденев В.И. Статистические энергетические методы расчета шумовых полей при проектировании производственных зданий. - Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2000. - 156с.

Literature

1. Antonov A.I., Batsunova A.V., Dyomin O.B. Method of unstable noise fields calculation in disproportionate rooms and rooms of complicated configuration // Academia. Architecture and buildings, 2010, №3. - p.183-185.

2. Ledenev V. I. Statistical power calculation methods of noise fields while designing industrial buildings. - Tambov: Publishing house TSTU, 2000. - p.156.

Ключевые слова: шум, непостоянный шум, периодические источники шума, метод расчета, плотность отраженного звука, уровень звукового давления, мощность источника

Key words: noise, non-stationary noise, periodic noise source, calculation method, reflected sound density, sound pressure level, source power

e-mail авторов: [email protected], [email protected]