автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Использование волновой теории для расчетов и проектирования звукоизолирующих перегородок в многоцелевых залах на территории Иордании

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДУЕМОГО ВОПРОСА И ЗАДАЧИ НАСТОЯЩЕЙ РАБОТЫ.

1.1. Вводные замечания.

1.2. Требования, предъявляемые при создании естественной акустики многоцелевых залов.

1.3. Примеры существующих акустических решений многоцелевых залов.

1.4.Обзор исследований вопросов звукоизоляции в конструкциях перегородок.

1.4.1. Анализ конструктивных решений звукоизолирующих перегородок.

1.4.2. Параметры звукоизоляции перегородок.

1.4.3. Обзор расчётно - теоретических и экспериментальных исследований звуковых явлений в помещениях с использованием волновой теории.

Одной из серьезных проблем больших городов является большая плотность застройки, не позволяющая возводить общественные здания больших размеров, которые могли бы быть рассчитаны только на музыкальные или драматические представления, на проведение больших спортивных состязаний, кинозалы и т.п. Поэтому все большее внимание строителей обращается либо на реконструкцию существующих зданий с находящимися в них залами под многоцелевые функции, либо новые строящиеся здания общественного назначения и залы, находящиеся в них, уже должны быть рассчитаны на функциональное использование различного характера. Решение этой проблемы имеет важное значение и для городов Иордании, которые исторически сформировались в архитектурные ансамбли и для которых новое строительство крупных общественных центров является важной социальной и экономической задачей. В этой связи особое значение имеет реконструкция уже существующих общественных зданий с возможностью создания в них условий для музыкальных или речевых программ. Учитывая, что общественные здания на территории Иордании имеют небольшие залы, близкие к средней вместимости (от 100 до 1000 слушателей), в диссертационной работе рассмотрены именно такие залы с обеспечением в них условий естественной акустики.

В настоящее время сформировались основные требования к проектированию залов многоцелевого назначения, которые сводятся к необходимости создания определенных акустических параметров этих залов, а именно: обеспечение достаточной звуковой энергией, исключение акустических дефектов, обеспечение определенного времени реверберации и т.п. Создание многоцелевых залов может осуществляться различными методами, одним из них является использование звукоизолирующих перегородок. При небольших габаритах общественных зданий на территории Иордании этот способ расширения функциональных возможностей залов является наиболее целесообразным ввиду простоты устройства и изготовления перегородок. При этом значительно ожесточаются требования к допустимому уровню шумов, проникающих в зал из соседних помещений (залов). В этой связи весьма важно правильно оценить качество звукоизолирующих перегородок. Исследованию методов оценки качества звукоизолирующих перегородок и выбору рациональных их параметров посвящена обширная литература, представленная в работах российких и зарубежных ученых Н.Б. Айзенберга, Т.М. Алибегова, B.J1. Анджелова, В.В. Анотохина, В.Н. Бобылева, И.И. Боголепова, В. Н. Большакова, Л.А. Борисова, В. Буадзе, И .Варазашивили, Р.Ю. Винокура, А.Е. Вовка, B.C. Дидковского, В.И. Заборова, В.В. Карачуна Г.П. Катунина, А.А. Климухина, С.Д. Ковригина, В.Е. Коробкова, В.Г. Крейтана, С.И. Крышова, Э.М. Лалаевой, О.А. Лапаева, Д.З. Лобашова, С.Г. Муравьевой, Г.Л. Осипова, С.В. Пестряковой, И.И. Пестрякова, В.М. Рудника, М.С. Седова, В.А. Тишкова, Е.С. Тумаркина, В.В. Тютькина, Е.Н. Федосеевой, Г. Хюбнера, Ю.П. Щевьева, Е.Я.Юдина, А.П. Юферева, Баттачария, Малькольма Крокера, Рэлея, , Прайса, Atalla N., Barry М. Gibbs, Cameron W. Sherry, Cremer L., David W. Green, Heckl M„ Horoshenkov K.V., Nicolas J., Sophie P.S. Maluski, Sgard F.C., Sakagami К. и др.

Несмотря на большой объем исследований, посвященных вопросам оценки качества звукоизолирующих перегородок, наиболее полную картину фактических свойств звукоизолирующих перегородок дает теория волновых процессов, однако в существующих исследованиях оценка звукоизоляции производится с использованием достаточно громоздких аналитических решений. При этом перегородка рассматривается в отрыве от акустических свойств помещений, до сих пор остаются не исследованными вопросы, учитывающие пространственную работу перегородок, а также различные ее конструктивные решения. Отсюда целью диссертационной работы является использование теории волновых процессов при оценке звукоизолирующих свойств перегородок в многоцелевых залах на территории Иордании с разработкой рекомендаций по их расчету и проектированию.

Для решения поставленных задач в диссертационной работе использовались математический аппарат волновой теории звука и метод математического моделирования с помощью ЭВМ.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

На основании выполненных в диссертации исследований были сделаны следующие выводы.

1. С использованием теории волновых процессов получены точные аналитические выражения звукоизоляции перегородок в залах многоцелевого назначения и дана оценка их параметров.

2. Исследованы особенности колебания единой системы «звукоизолирующая перегородка - помещение (зал)» при различных режимах прикрепления перегородки к строительным конструкциям. При этом показано, что эти условия закрепления слабо влияют на звукоизолирующую способность перегородок.

3. Установлено, что акустические параметры помещения, его длина и высота приводят к изменениям звукоизоляции перегородок. Так, при небольшой длине зала, до 5 м и высоте до 4 м, имеет место значительный разброс параметров звукоизоляции, при этом проявляются выраженные резонансные явления. При длине зала больше 5 м и высоте больше 4 м разброс параметров звукоизоляции незначительный и стремится к некоторой стабильной величине, которая имеет значения, например: для кирпича (толщиной 125 мм): - при/; = 1000 Гц R = 45 дБ; при/2 = 4000 Гц Я = 56дБ. для дерева (толщиной 23 мм):

- при/= 1000 Гц R = 33 дБ; при/2 = 4000 Гц Д = 44дБ.

4. Показано, что существенную роль на звукоизолирующую способность оказывают толщина перегородок и их плотность; чем больше эти величины, тем выше становятся показатели звукоизоляции, например: для стали толщиной 0,001 м звукоизоляция составляет:

- при/, = 1000 Гц R = 33 дБ; при/2 = 4000 Гц Я=46дБ; толщиной 0,003 м:

- при / = 1 ООО Гц R = 40 дБ; при /2 = 4000 Гц Я=50 дБ; толщиной 0,005 м:

- при/= 1000 Гц Я = 43 дБ; при/2 = 4000 Гц Я=52дБ.

5. Дана оценка влияния наличия воздушной прослойки в конструкции звукоизолирующих перегородок, которая приводит к увеличению звукоизоляции на низких и средних частотах (f < 2000 Гц), а при > 2000 Гц это влияние незначительно.

6. Исследовано влияние акустического пространства на звукоизолирующую способность перегородки, показано, что чем больше размер перегородки, тем выше значение звукоизоляции. Причем для материала перегородки типа бетон имеет место значительный разброс параметров звукоизоляции.

7. Установлено, что устройство в конструкциях звукоизолирующих перегородок акустических мостиков при принятом их расположении приводит на низких частотах (62,5 - 500 Гц) к снижению звукоизоляции; на средних и высоких частотах (1000 - 8000 Гц) это влияние незначительно.

1. Руководство по акустическому проектированию залов многоцелевого назначения средней вместимости / НИИ строит, физики Госстроя СССР.-2-е изд., исправл. и доп. -М.: Стройиздат, 1981 47 с.

2. Катунин Г.П. Лапаев О.А. Проектирование и расчет акустических параметров помещений. Учебное пособие, Новосибирск.: Сиб. ГУТИ, 2000.-100 с.

3. Ковригин С.Д., Крышов С.И., Архитектурно-строительная акустика: Учеб. пособие для вузов по спец. «Архитектура» и «Промышленное и гражданское строительство».-2-е изд., перераб. и доп. -М.: Высш. шк., 1986. 256 с.

4. Макриненко Л.И. Акустика помещений общественных зданий. М.: Стройиздат, 1986. - 173 с.

5. Щевьев Ю.П. Физические основы архитектурно строительной акустика. Учебное пособие, - Издательство СПГУКиТ, 2000. - 406 с.

6. Боголепов И.И. Архитектурная Акустика. Санкт-Петербург: "Судостроение", 2001. - 228 ст.

7. Качерович А.Н. Акустическое оборудование киностудий и театров / Вступ. Статья В. Г. Комара. М.: Искусство, 1980. - 239 е., ил., 8 л., ил., 1 л. портр.

8. Йордан В.И. Акустическое проектирование концертных залов и театров / пер. с. Англ. С.А. Хомутова; Под ред. Л.И. Макриненко. -М.: Стройиздат, 1986. 170 с.

9. Yeomans, J. The Other Taj Mahal, Longman Australia Printing Ltd, Camberwell, Victoria, Australia, 1973. 176 p.

10. Gerlach, R.E. and Schroeder, M.R. DAGA'76, VDI Verlag, Berlin-West. P. 255-258.

11. Kuhl, W. Raumlichkeit als komponente des Raumeindrucks / Acustica, -v. 40, № 3, 1978.- 167 p.

12. Halls for music performance.: edited by Richard H. Talaske, Ewart A. Wetherill, William J. Cavanaugh. Chicago, 1982. 175 p.

13. Leo Beranek. Concert and opera halls, how they sound. USA, 1996. - 6461. P

14. Volkwin Marg (Hg.). Pilot-Projekt Aufbau Ost, Neue Messe Leipzig: planung + Bau 1992-1995. Basel; Boston; Berlin: Birkhauser, 1996. - 1121. P

15. Макриненко Л.И., Фомин B.A. Вопросы обеспечения акустического комфорта в больших спортивных залах. Сб. трудов НИИ строительной физики Госстроя СССР. Исследования по строительной акустике. - М., 1981.

16. Лалаев Э.М., Швец В.Ф., Элькинд Ф.Ш. Рекомендации по акустическому проектированию трансформируемых перегородок для залов многоцелевого назначения. В сб.: Звукоизоляция и зашита от шума жилых и общественных зданий. МНИИТЭП, - М., 1983.

17. Справочник по защите от шума и вибрации жилых и общественных зданий. Под ред. д.т.н. Заборова В.И. Киев: БУДЙВЭЛЬНиК, 1989. -160 с.

18. Рудник В.М., Муравьева С.Г., Айзенберг Н.Б., Тумаркина Е.С. Звукопоглощающие материалы и конструкции (справочник). М.: Издательство «Связь». 1970. - 124 с.

19. Лейзер И.Г., Репина Е.В. Добавочное звукопоглощение в залах и аудиториях. В сб.: Звукоизоляция жилых и общественных зданий. НИИСФ. Госстройиздат, - М„ 1961. С. 91-128.

20. Волков В.Г. К теории резонансных поглотителей звука с неперфорированной упругой стенкой // Журнал технической физики. 1953. Т. 23. Вып. 5. С. 853-864.

21. Ржевкин С.Н. Резонансный звукопоглотитель с податливой стенкой // Журнал технической физики. 1946. Т. 16. Вып. 4. С. 381-394.

22. Буадзе В., Варазашивили И. Методика подбора и расчета ограждающих конструкций, обеспечивающих звукоизоляцию помещений различного назначения жилых и общественных зданий, Тбилиси: ТбилЗНИИЭП, 1981.- 104 с.

23. Пестрякова С.В. Шум города, оценка и регулирование шумового режима селибных территории. Учебное пособие для студентов архитектурного строительного университета. РССИ, 2002.

24. СНиП II-12-77. Защита от шума. М„ 1978.

25. Карпов Ю.В, Дворянцева Л.А., Звукопоглощающие материалов и конструкции. М.: НИИТЭХИМ, 1981. 20 с.

26. Заборов В.И., Дидковский B.C., Карачун В.В. Проектирование ограждающих конструкций с оптимальными звуко- и виброизоляционными свойствами. Киев.: Будивэльнык, 1991. - 120 с.

27. Рэлей (Дж. В. Стретт). Теория звука. М.: Гостехтеориздат, 1955. Т. 2, -271 с.

28. Cremer L. Theoric der Schalldammung diinner Wande beischragem Einfall. Akust. Z. 1942, N 7. S. 81-104.

29. Heckl M. Die Schalldammung von homogenen einfachwanden endlicher Flache. Acoustica, 1960. Bd. 10. N. 2. S. 98-108.

30. Крокер М., Баттачария, Прайс. Расчет прохождения звука и вибраций через перегородки и соединительные стрежни при помощи статистического энергетического метода. Конструирование и технология машиностроения / Пер. с англ. 1971, 93 В, 3. С. 11 18.

31. Седов М.С. Аналитическая частотная характеристика звукоизоляции однослойных ограждений / сб.// Борьба с шумом и вибрацией. -Волгоград: ВЗПИ, 1972. Ч. 1.С 62-64.

32. Седов М.С. Теория инерционного прохождения звука через ограждающие конструкции // Изв. ВУЗов. Строительство и архитектура. 1990, № 2. С. 37 42.

33. Седов М.С., Бобылев В. Н., Большаков В. Н. и др. Прогнозирование и измерения звуковой среды. Учебное пособие. Нижний Новгород: Изд-во ННГУ, 1991.-68 с.

34. Седов М.С. Расчет звукоизоляции однослойных ограждений на низких частот. Горький, 1976. -46 с.

35. Flugge Wilhelm. Stresses in Shells. Second Edition. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New-York. 1973.

36. Шеренга великих математиков. Варшава, Наша Ксенгарня, 1970. 188 с.

37. Tomotika S. On the transverse vibration of a square plate with four clamped edges. Report Aeron. Res. Inst. Tokyo Imp. Univ. 1935. Vol. 10. P. 299328.

38. Laura P.A., Saffell B.F. Study of small-amplitude vibrations of clamped rectangular plates using polynomial approximations // Journal of the Acoustical Society of America. 1967. Vol. 41. №4. P. 836-839.

39. Барановский Г.К., Кадомцев И.Б. Свободные колебания жестко-закрепленной прямоугольной пластины // Известия РАН. Механика твердого тела. 2000. № 3. С. 170-179.

40. Pretlove A.J. Free vibrations of a rectangular panel backed by a closed rectangular cavity // Journal of Sound and Vibration. 1965. Vol. 2. № 3. P. 197-209.

41. Graggs A. The transient response of a coupled plate-acoustic system using plate and acoustic finite elements // Journal of Sound and Vibration. 1971. Vol. 15. №4. P. 509-528.

42. Rajalingham C., Bhat R.B., Xistris G.D. Natural vibration of a cavity backed rectangular plate using a receptor-rejector system model // Transactions of ASME. Journal of Vibration and Acoustics. 1995. Vol. 117. № 4. P. 416423.

43. Седов M.C. Юферев А.П. Расчет звукоизоляции двустенных конструкций. Конспект лекций.- Горький: ГИСИ им В.П. Чкалова, 1983,-40 с.

44. Седов М.С., Тишков В.А., Расчет звукоизоляции однослойных конструкций при направленном падении звука. Горький, 1978. 45 с.

45. Седов М.С. Регулирование звукоизоляцией и звукоизлучением ограждающих конструкций путем демпфирования их звуковых колебаний // Звукоизоляция зданий.: МежВУЗовский сборник научных трудов. Горький - Новгород: ГИСИ им. В.П. Чкалова, 1989. С. 3 - 7.

46. Седов М.С., Бобылев В.Н. Расчет звукоизоляции строительных панелей. Горький, 1979. 112 с.

47. Крейтан В.Г. Звукоизоляция и зашита от шума в жилых домах. М., ЦНИИЭП жилища, 1984, 134 с.

48. Заборов В.И. Теория звукоизоляции ограждающих конструкций. М., 1969.

49. Винокур Р.Ю. Шумозащитные свойства бетонных многопустотных (изоляции воздушного шума) и двойных ограждающих конструкций гражданских зданий. М.: 1990. - 30 с.

50. David W. Green, Cameron W. Sherry, "Sound transmission loss of gypsum wallboard partitions". Report # 1. Unfilled steel stud partitions", J. Acoust. Soc. Am., 71(1), Jan., 1982. P. 90 96.

51. Sophie P.S. Maluski, Barry M. Gibbs, "Application of a finite-element model to low-frequency sound insulation in dwellings", J. Acoust. Soc. Am. 108(4), October 2000. P. 1741 1751.

52. P. Goransson, "A weighted residual formulation of the acoustic wave propagation through a flexible porous material and comparison with a limp material model", J. Sound Vib. 128, 1995. P. 479 494.

53. Y.J. Kang and J.S. Bolton, "Finite element modeling of isotropic elastic porous materials coupled with acoustical finite elements", J. Acoust. Soc. Am. 98, 1995. P. 635 -543.

54. N. Atalla, R. Panneton, and P. Debergue, "A mixed displacement-pressure formulation for poroelastic materials", J. Acoust. Soc. Am. 104, 1998. P. 1444 1452.

55. F.C. Sgard, N. Atalla, and J. Nicolas, "A numerical model for the low frequency diffuse field sound transmission loss of double-wall sound barriers with elastic porous linings", J. Acoust. Soc. Am. 108, 2000. P. 2865 2872.

56. Коузов Д.П., Никитин Г.Л., Панин В.А. О дифракции акустических волн в волноводе, канал которого перекрыт тонкой упругой пластиной // Акустический журнал. 1975. Т. 21. № 1. С. 139-140.

57. Лукьянов В.Д., Никитин Г.Л. Рассеяние акустических волн на упругой пластине разделяющей две различные жидкости в волноводе, Акуст. журн. 1990. Т. 36. Вып. 1. С. 68 75.

58. Белинский Б.П. О собственных колебаниях перемычки в бесконечном волноводе // Акустический журнал. 1984. Т. 30. № 1. С. 14-17.

59. Коузов Д.П. Об акустическом поле точечного источника в прямоугольном объеме, ограниченном тонкими упругими стенками // Прикладная математика и механика. 1979. Т. 43. № 2. С. 305-313.

60. Abrahams I.D. Scattering of sound by finite elastic surfaces bounding ducts or cavities near resonance // J. Mech. Appl. Math. 1982. Vol. 35. Pt. 1. P. 91-101.

61. Лейбензон Л.С. О натуральных периодах колебания плотины, подпирающей реку. Сборник трудов. Т. 1. Теория упругости. М.: Издательство АН СССР, 1951. С. 157-161.

62. K.V. Horoshenkov, К. Sakagami, "A method to calculate the acoustic response of a thin, baffled, simply supported poroelastic plate", J. Acoust. Am. 110(2), 2001. P. 904-917.

63. Алибегов T.M., Вовк A.E. "Поглощение звука тонкими слоями". Акустический журнал. 1997. Т. 43, № 4. С. 543 544.

64. Тютькин В.В., "Модель плоской активной звукопоглощающей системы". Акустический журнал. 1997. Т. 43, № 2. С. 238 243.

65. Осипов Г.Л., Юдин Е.Я., Хюбнер Г. и др. Снижение шума в зданиях и жилых районах; Под ред. Осипов Г.Л., Юдин Е.Я. М.: Стройиздат, 1987.-558 с.

66. Осипов Г.Л., Лобашов Д.З., Федосеева Е.Н. Акустические измерения в строительстве М.: Стройиздат, 1978. 212 с.

67. Бёкер X. Гипсокартонные плиты для отделки зданий. Пер. с нем. Бердичевского В.Г.: Под ред. Веллера Ю.М. М.: Стройиздат, 1986. - 176 с.

68. Осипов Г.Л., Коробков В.Е., Климухин А.А. и др. Защита от шума в градостроительстве; Под ред. Осипов Г.Л. М.: Стройиздат, 1993. - 96 с.

69. Лалаев Э.М. Временные указания по применению поглощающих конструкций в помещениях общественных зданий. М., 1973. 53 с.

70. Максименко В.А., Лалаева Э.М. Звукоизоляция и зашита от шума жилых и общественных зданий. М., 1987. 87 с.

71. Анджелов В.Л., Анотохин В.В. Звукоизоляция легких многослойных ограждающих конструкций зданий. Обзор. М.: ВНИИНТПИ, 1990. -85 с.

72. Седов М.С. Проектирование звукоизоляции. Горький, 1980. 54 с.

73. Винокур Р.Ю. В Сб.: Звукоизоляция и зашита от шума жилых и общественных зданий. Под ред. Максименко В. А. и Лалаева Э.М. - М., 1987.- 87 с.

74. Исакович М.А. Общая акустика. М.: Наука, 1973. 496 с.• T.E International New Technical Est.tvк h* f №>fir-f.»<tr14.t">b1. W-ЧГ-и. ».:(uUMM»t4ws p"1. МОяпэ*1. Date: оъ \ oz \ loot