Лабораторная работа №3 Тема: Звукоизоляция окном с двойным остеклением

Цель: научиться определять класс окна по звукоизоляции на примере окна с двойным остеклением при одинаковой толщине стекла.

Теоретические сведения

По показателю звукоизоляции окна подразделяют на классы, приведенные в таблице.

Таблица – Класс окна по звукоизоляции

Класс	А	Б	В	Г	Д
RА тран, дБА	≥36	34-36	31-33	28-30	25-27

7

В основе классификации лежит R_{А тран,} дБА – изоляция внешнего шума от потока транспорта окном, определяемая по формуле (9.3[2]):

1414\* MERGEFORMAT ()

где L_i — скорректированные по кривой коррекции А уровни звукового

давления «эталонного» спектра шума, дБ, определяемые по

таблице ;

R_i — изоляция воздушного шума окном, дБ, (измеренная или рассчитанная) в i-ой третьоктавной полосе f, Гц.

Таблица – Уровни звукового давления эталонного спектра шума, дБ (табл. 9.1[2])

fi, Гц	100	125	160	200	250	315	400	500	630	800	1000	1250	1600	2000	2500	3150
Li, дБ	55	55	57	59	60	61	62	63	64	66	67	66	65	64	62	60

8

Отметим, что индекс звукоизоляции воздушного шума измеряется в децибелах (дБ), но в основе классификации окон по звукоизоляции лежит изоляция окном внешнего шума от потока транспорта, измеряемая в децибелах акустических (дБА). Необходимость такой классификации обусловлена спецификой восприятия звука человеком.

Любой источник звука обладает некоторой звуковой мощностью (W, Bт) – количеством энергии, излучаемой в единицу времени. Эта энергия вызывает колебание давления в окружающей среде. Разность между давлением в данной точке среды и статическим атмосферным давлением называется звуковым давлением (р, Па). Звуковое давление воздействует на барабанную перепонку органа слуха человека с некоторой силой. Сила звука, или его интенсивность (I, Bт/м²) – количество звуковой энергии, проходящей за время 1с через площадь в 1 м², расположенную перпендикулярно направлению распространения звуковых колебаний. При этом слуховое ощущение, вызванное звуком – громкость (соны) – зависит не только от звукового давления, но и от механизма преобразования колебаний барабанной перепонки в электромагнитные импульсы головного мозга. Этот механизм наиболее чувствителен к звукам с частотой 1000 Гц. При удалении от этой частоты чувствительность человеческого уха будет снижаться, и звук становится менее громким. Как видно из таблицы , наибольшее значение уровня звукового давления эталонного спектра шума приходится именно на эту частоту.

Единица измерения громкости 1сон – громкость чистого звука с частотой 1000 Гц и давлением 2·10^-3Па. Пользоваться абсолютными значениями звуковых параметров (такими как мощность, давление, сила, громкость) на практике неудобно, поэтому были введены уровни звуковых параметров:

• уровень звуковой мощности (дБ):

; 1515\* MERGEFORMAT ()

• уровень звукового давления (дБ):

; 1616\* MERGEFORMAT ()

• уровень интенсивности звука (дБ):

; 1717\* MERGEFORMAT ()

В качестве эталонных параметров были приняты соответствующие параметры порога слышимости p₀=2·10^-5 Па, I₀=10^-12Bт/м², W₀=I₀·S₀=10^-12Bт.

Также был введен и уровень громкости. Эта величина измеряется в фонах и численно равна уровню звукового давления в децибелах чистого звука с частотой 1000 Гц такой же громкости, как и измеренный звук. На рисунке показаны зависимости уровня громкости от уровня звукового давления, впервые полученные в 1933 году учеными Флетчером и Мансоном. Аппроксимация этих зависимостей для уровня громкости 40, 80 и 120 фон позволила получить кривые коррекции А, B, C (графики А, B,C рис. ). Для коррекции уровней звукового давления “эталонного” спектра шума пользовались кривой, показанной на графике А. Получить уровень звука в дБА, зная уровень звукового давления, можно следующим образом:

, 1818\* MERGEFORMAT ()

где L_p – уровень звукового давления, дБ;

L_A – уровень звука (уровень звукового давления, скорректированный по кривой A), дБА;

Δ – коррекция, учитывающая плохую слышимость человеческим ухом звуков высоких и низких частот по сравнению со средними частотами.

Рисунок – Зависимость уровня громкости от уровня звукового давления

15

Для получения частотной характеристики звукоизоляции окна с двойным остеклением при одинаковой толщине стекол, сначала строят частотную характеристику звукоизоляции одним стеклом – ломаная линия АBCD на рисунке . Затем строят вспомогательную ломаную линию А'В'С'D' (рис. ) путем прибавления к значениям линии АВСD поправки R₃, дБ, учитывающей увеличение поверхностной плотности конструкции после установки второго стекла (таблица ).

Таблица - Определение значения поправки ΔR₃

mобщ/m1	3,0	2,8	2,6	2,5	2,3	2,1	2,0	1,9	1,7	1,6	1,5
R3, дБ	8,0	7,5	7,0	6,5	6,0	5,5	5,0	4,5	4,0	3,5	3,0

9

где m₁ –поверхностная плотность первого стекла, определяемая по

формуле 5;

m_общ – суммарная поверхностная плотность конструкции, кг/м², (сумма поверхностных плотностей всех слоев).

Далее определяем частоту резонанса конструкции f_p, Гц. Резонансом называется резкое возрастание амплитуды колебаний из-за совпадения частоты вынуждающей силы и собственной частоты колебания. Частота резонанса определяется по формуле:

, 1919\* MERGEFORMAT ()

где S – линейная динамическая жесткость упругого слоя Па/м;

m₁ и m₂ – поверхностные плотности составляющих частей, кг/м².

Динамической жесткостью называется способность прогибаться под нагрузкой. Линейная динамическая жесткость определяется по формуле:

, 2020\* MERGEFORMAT ()

где E_дин – динамический модуль упругости;

d – толщина упругого слоя.

Учитывая, что динамический модуль упругости воздуха равен 1.4·10⁵Па, резонансную частоту конструкции определяем по формуле:

, 2121\* MERGEFORMAT ()

где m₁ и m₂ – поверхностная плотность стекол, кг/м²;

d – толщина воздушного промежутка между стеклами, м.

Частоту резонанса конструкции f_p округляем до ближайшей среднегеометрической частоты третьоктавной полосы. До частоты 0,8·f_p частотная характеристика звукоизоляции конструкции совпадает со вспомогательной линией А'В'С'D' (точка Е рис. ). На частоте резонанса f_p звукоизоляцию принимают на 4 дБ ниже вспомогательной линии А'В'С'D' (точка F рис.). Снижение звукоизоляции связано с совпадением вынужденной частоты колебания конструкции, вызванной источником шума и собственной низшей частотой колебания конструкции. Резонансные явления определяют снижение звукоизоляции конструкции по сравнению с законом масс (отрезок FК).

Точку К строим на частоте, равной восьмикратной частоте резонанса 8f_p. Увеличение звукоизоляции в точке K по сравнению с точкой F определяют в зависимости от величины воздушного промежутка по таблице . Отрезок КL строится в соответствии с законом масс параллельно отрезку АB.

Таблица – Определение величины Н

Толщина воздушного промежутка d, мм	15–25	50	100	150	200
Величина Н, дБ	22	24	26	27	28

10

Частота точки L cответствует граничной частоте конструкции и совпадает с частотой точки B. На частотах выше граничной звукоизоляция определяется в основном эффектом совпадения. Превышение точки L над вспомогательной линией А'В'С'D' представляет собой поправку ΔR₂, учитывающую влияние воздушного промежутка. Из точки L до следующей третьоктавной полосы проводят горизонтальный отрезок LM. Точку N строят на частоте точки С путем прибавления к вспомогательной линии А'В'С'D' поправки ΔR₂. Отрезок NP проводят параллельно отрезку CD.

Таким образом, ломаная линия А'ЕFКLМN на рисунке представляет собой частотную характеристику звукоизоляции окна с двойным остеклением.

Рисунок Error: Reference source not found – Построение частотной характеристики звукоизоляции окна с двойным (тройным) остеклением при одинаковой толщине стекол

16

Задание

h

Определить класс по звукоизоляции окна с двойным остеклением (рис. ). Толщину и материал стекла принять из лабораторной работы №2. Величину воздушного промежутка между стеклами d принять по таблице согласно варианту. Крепление стекол считать герметичным.

h

d