Приложение D (справочное). Расчет для помещений неправильной формы и/или неравномерного распределения звукопоглощения

Приложение D
(справочное)

Расчет
для помещений неправильной формы и/или неравномерного распределения звукопоглощения

D.1 Введение

Если закрытое пространство имеет неправильную форму, неравномерное распределение звукопоглощения или в значительной степени заполнено инженерным оборудованием, то метод расчета времени реверберации в соответствии с разделом 4 может быть неприемлем. Настоящее приложение описывает возможные методы улучшения результатов расчета в подобных случаях. Рассматриваются две основные ситуации: прямоугольное помещение с неравномерным распределением звукопоглощения; помещение неправильной формы, обусловленное либо особенностями проекта, либо заполнением помещения большим числом объектов (коэффициент объемного заполнения более 0,2).

D.2 Неравномерное распределение звукопоглощения

На практике прямоугольные помещения с неравномерным распределением звукопоглощения встречаются довольно часто. Во многих офисах звукопоглощающим является только потолок, а остальные поверхности являются звукоотражающими. Целесообразно разделить общее звуковое поле на части, которые примыкают к различным поверхностям, и на поле, не зависящее от этих поверхностей [5]. При рассмотрении баланса мощности указанных частей звукового поля следует учитывать воздействие на поле звукопоглощающих материалов и звукорассеивающих элементов. В настоящем приложении приведен практический метод оценки на основе расчетной модели, но с использованием данных по звукопоглощению, измеренному стандартными методами.

Размеры помещения объемом V = L х В х Н определяют в соответствии с рисунком D.1. Для высоких частот общее звуковое поле разделяют на диффузное поле и еще на три части, примыкающие к поверхностям, перпендикулярным осям ox, оу, oz. Для каждого из данных полей определяют эффективное звукопоглощение и соответствующее время реверберации. Значимость частей поля в данных областях определяется числом мод каждой части, зависимым от размеров помещения. На низких частотах эффективное звукопоглощение суммарного звукового поля мало из-за отсутствия диффузии в помещении.

Принадлежность полосы частот к высокочастотному или низкочастотному диапазону определяют путем сравнения среднегеометрических частот октавных полос с переходной частотой, рассчитываемой по формуле

.

(D.1)

Суммарную эквивалентную площадь звукопоглощения А поверхности определяют по данным звукопоглощения в соответствии с 4.3, пренебрегая другими объектами. Эквивалентную площадь звукопоглощения соответствующих объектов также определяют по данным о звукопоглощении в соответствии с 4.3. Звукопоглощение поверхностей помещения и различных объектов для указанных частей звукового поля рассчитывают в соответствии с настоящим приложением. Дополнительно может быть определен коэффициент рассеяния поверхности помещения, показывающий долю энергии диффузно отраженного звука. Значения коэффициента рассеяния могут варьироваться от 0 до 1. При наличии данных о коэффициенте рассеяния может быть сделана общая оценка влияния рассеяния звука на результаты в конкретных ситуациях.

Примечание 1 - Коэффициент рассеяния учитывает неровности плоских поверхностей. Для жестких плоских поверхностей типичный коэффициент рассеяния обычно равен 0,05 или менее. Для стен с углублениями, характерными для фасада, его значения на средних и высоких частотах варьируются от 0,4 до 0,6.

Относительное число мод показывает вклад каждой части в суммарное звуковое поле и рассчитывается по формулам:

,

(D.2)

,

.

Эквивалентные площади звукопоглощения для примыкающих (приповерхностных) звуковых полей , и и эквивалентная площадь звукопоглощения для диффузного поля, обусловленные наличием поверхностей помещения и звукопоглощения воздухом, рассчитывают по формулам:

,

(D.3a)

,

(D.3b)

,

(D.3c)

,

(D.3d)

где , - эквивалентные площади звукопоглощения поверхности х = 0 и х = L соответственно, ,

- опорная частота, = 1000 Гц.

Примечание 2 - В формулах (D.3) индексами у и z обозначены аналогичные величины, относящиеся к поверхностям, перпендикулярным осям оу и oz.

Различные части звукового поля связаны между собой через эффекты диффузии на поверхностях, а также через рассеяние и звукопоглощение звукового поля объектами. Это выражается взаимными площадями звукопоглощения А, А, А и А для каждой части звукового поля, которые рассчитывают по формулам:

,

(D.4a)

,

(D.4b)

,

(D.4c)

,

(D.4d)

где , - коэффициенты рассеяния поверхностей x = 0 и x = L соответственно;

- эквивалентная площадь звукопоглощения объекта, ;

- эквивалентная площадь звукопоглощения объектов, связанных с поверхностями х = 0 и x = L, ;

- эквивалентная площадь звукопоглощения объектов в центре помещения, .

Примечание 3 - В формулах (D.4) индексами у и z обозначены аналогичные величины, связанные с осями оу и oz.

Эффективная площадь звукопоглощения для каждой части звукового поля может быть рассчитана по формулам:

;

(D.5a)

;

;

(D.5b)

.

Эффективную площадь звукопоглощения для суммарного поля на низких частотах () рассчитывают по формуле

.

(D.6a)

Здесь уменьшение эффективности звукопоглощения поверхностей обозначено с соответствующими индексами х, у и z и рассчитывается по формуле

,

(D.6b)

где А и S - суммарная эквивалентная площадь звукопоглощения помещения и площадь рассматриваемой поверхности соответственно.

Время реверберации для каждой части звукового поля х, y, z и d рассчитывают по формулам:

;

;

(D.7)

;

.

Соответствующий уровень шума при t = 0 с для каждой части звукового поля x, y, z и d рассчитывают по формулам:

;

(D.8a)

;

;

(D.8b)

.

Если четыре времени реверберации, определенные по формулам (D.7), отличаются незначительно, то в качестве времени реверберации, адекватно характеризующей рассматриваемый случай помещения с неравномерным распределением звукопоглощения, можно принять оценку времени реверберации диффузного поля. В противном случае время реверберации будет более длительным, и кривая спада на длительном интервале не будет монотонной. Более реалистичная оценка для высокочастотного диапазона может быть рассчитана как среднее значение эффективных времен реверберации по формуле (D.9a). Данная оценка времени реверберации, однако, будет не меньше времени реверберации для диффузного поля.

.

(D.9a)

Для низких частот () время реверберации оценивают расчетом по формуле

.

(D.9b)

D.3 Помещения неправильной формы

В помещениях неправильной формы или в узких помещениях время реверберации не будет одинаковым во всех точках помещения, как в случае помещения с большим числом объектов и/или крупными объектами. Однако в ситуациях с большим числом механизмов и единиц оборудования не так важно время реверберации, как уровни звукового давления в различных частях помещения. Уровни звукового давления будут зависеть как от распределения звуковой мощности источников, так и от распределения звукопоглощения. В таких случаях оценка уровня звукового давления может быть основана на разделении помещения на подпространства правильной формы. Уровень звукового давления в каждом подпространстве оценивают по уровню прямого звука источников данного подпространства и по части звуковой мощности, распределенной по всем подпространствам [6]. Распределение звуковой мощности образуется за счет звуковой мощности шума, излучаемого в реверберационное поле источниками каждого подпространства, эквивалентной площади звукопоглощения каждого подпространства и баланса мощности между всеми связанными подпространствами.

"Рисунок D.2 - Пример помещения неправильной формы и его разделения на подпространства"

Эквивалентную площадь звукопоглощения в каждом подпространстве с объемом рассчитывают по 4.3, полагая для всех воображаемых поверхностей между подпространством с номером s и n граничащими с ним подпространствами j. Следующие соотношения справедливы для каждого подпространства s, в котором имеется k источников шума с уровнями звуковой мощности :

;

(D.10а)

,

(D.10b)

где - звуковая мощность реверберационного звукового поля в подпространстве s, Вт;

- опорное значение звуковой мощности, Вт, = 1 пВт;

- плотность звуковой энергии в подпространстве s, Дж/;

- эквивалентная площадь звукопоглощения поверхностей, отверстий, объектов и воздухом в подпространстве s, ;

- площадь воображаемой поверхности между подпространствами s и j;

n - число подпространств j, соприкасающихся с подпространством s;

- уровень звуковой мощности источника k в подпространстве s, дБ относительно 1 пВт;

- средний коэффициент звукопоглощения для подпространства s, принимая во внимание все виды звукопоглощения (т.е. поверхностями, отверстиями, объектами, воздухом).

Плотность звуковой энергии в каждом подпространстве рассчитывают по формуле (D.10a) по известным уровням звуковой мощности и звукопоглощению путем, например, обращения матрицы. Уровень звукового давления контрольных точках в каждом подпространстве рассчитывают по плотности звуковой энергии с учетом прямой звукопередачи от источников k на расстоянии от контрольной точки и соответствующего затухания, возникающего вследствие экранирования и направленности излучения по формуле

,

(D.11)

где - уровень звукового давления в подпространстве s, дБ относительно 20 мкПа;

- опорное звуковое давление, Па; = 20 мкПа;

- расстояние от источника шума k до контрольной точки в подпространстве s, м;

- коэффициент затухания вследствие эффекта экранирования и направленности излучения от источника k к контрольной точке.

Остальные величины, входящие в формулу (D.11), определены в предыдущих формулах.