Приложение D (справочное). Источники структурного шума

Приложение D
(справочное)

Источники структурного шума

D.1 Измерение уровня звуковой мощности источника структурного шума

D.1.1 Общие положения

Измерение уровня звуковой мощности структурного шума включает в себя измерение скорости вибрации источника в точках его контакта с опорной поверхностью (в условиях, когда движение этих точек не ограничено механическими и иными связями) и измерение элементов матрицы входных подвижностей источника для всех шести степеней свободы. Для источника или его частей с несколькими точками контакта уровень звуковой мощности рассчитывают по формуле

,

(D.1a)

где - комплексный вектор скорости вибрации для точек источника со многими степенями свободы, ;

- комплексная матрица входных подвижностей источника, ;

* - символ комплексного сопряжения;

T - символ транспонирования вектора;

- опорная звуковая мощность, Вт; = 1 пВт

Для единственной точки контакта и одной степени свободы данное выражение принимает вид

,

(D.1b)

где - среднеквадратичное значение скорости вибрации источника в точке контакта, м/с;

- входная механическая подвижность источника в точке контакта, .

Методы измерений должны быть основаны на применении данных формул или на аналогичных формулах, полученных в условиях тех или иных приближений, применимых к конкретным видам или группам оборудования (см. также [15]). Некоторые примеры приведены в следующих разделах настоящего приложения.

D.1.2 Инженерное оборудование с высокой механической подвижностью источника

Машины и оборудование с относительно легким основанием и/или монтажными опорами могут рассматриваться как источники чисто силового возбуждения, прилагаемого перпендикулярно несущему элементу здания. Такое приближение допустимо, когда опорный элемент здания обладает очень большой жесткостью. Оно оправдано и в случае источника с несколькими точками контакта при наличии нескольких степеней свободы, если источник можно охарактеризовать одной силой или звуковой мощностью структурного шума. Для таких источников их входная механическая подвижность очень высока по сравнению с подвижностями несущих элементов здания и может быть принята равной опорному значению .

D.1.2.1 Гидромассажные ванны как пример инженерного оборудования с высокой подвижностью источника

В стандарте [39] определены методы лабораторных измерений воздушного и структурного шума инженерного оборудования здания. В нем рассматривается оборудование, связанное с конструкциями, обладающими низкой механической подвижностью (массивные полы или стены, с поверхностной плотностью не менее 220 ). Для структурных шумов лабораторный метод измерения заключается в следующем.

Рисунок D.1 - Схематичное изображение испытательного стенда с тремя плитами

Испытуемое оборудование устанавливают на плиты трехплоскостного стенда, как показано на рисунке D.1 (ванну устанавливают в углу помещения и прикрепляют к полу и двум стенам). На каждой из трех плит измеряют среднюю (по плоскости) скорость вибрации и время структурной реверберации. На основе полученных результатов измерений рассчитывают структурную мощность, возбужденную в каждой из плит. В полученное значение структурной мощности вносят поправки на разность между входными механическими подвижностями плит и входной подвижностью образцовой плиты, определяя при этом три корректированные компоненты мощности (i = 1 до 3).

По результатам лабораторных измерений определяют четыре величины: мощность воздушного шума источника (см. С.1) и три корректированные компоненты мощности (i = 1, 2, 3).

Для рассматриваемого типа источника его механическая подвижность очень высока и может быть приравнена опорному значению . Поэтому уровень звуковой мощности источника структурного шума и коэффициент связи рассчитывают по формулам:

,

(D.2a)

,

(D.2b)

где - механическая подвижность образцовой плиты, принятая равной ;

- верхний предел механической подвижности плиты i после установки источника, .

Поскольку разность представляет собой уровень мощности структурного шума, возбужденного в элементе здания i, называемый уровнем переданной мощности i и обозначаемый [см. формулу (18)], верхний предел ее компонент можно определить непосредственно, используя , по формуле

.

(D.3)

D.1.2.2 Эквивалентная сила источника для приемной плиты

Вибрация механизмов и оборудования с несколькими степенями свободы и с высокой входной механической подвижностью нескольких точек контакта может быть описана через одну силу, репрезентативную всему возбуждению. Данная сила, называемая эквивалентной силой , перпендикулярна несущей строительной конструкции. Такое упрощенное описание обеспечивает отклик, эквивалентный отклику реального источника при некоторых ограничениях, связанных как с источником, так и с несущей конструкцией. Такой подход эквивалентен методу по D.1.2.1, но отличается формой представления результатов.

В данном методе измерений упруго установленную плиту применяют в качестве приемной конструкции, аналогичной приемному реверберационному помещению. Эквивалентный уровень силы рассчитывают по измеренной при работающем источнике скорости вибрации плиты и следующим ее характеристикам: входная механическая подвижность в точке возбуждения Y, масса М и время структурной реверберации по формуле

.

(D.4)

Примечание - Подобные методы измерений представлены в литературе для таких источников шума, как стиральные машины и вентиляторы (см. 5.1 и 5.6).

Для таких источников их входная механическая подвижность высока по сравнению с подвижностями несущих элементов здания и может быть принята равной опорной подвижности . Уровень звуковой мощности источника структурного шума рассчитывают по формуле

,

(D.5a)

где - (эквивалентный) уровень силы источника, дБ;

- механическая подвижность источника, ; .

Соответствующий коэффициент связи источника, установленного на несущем элементе здания i, в данном случае может быть выражен формулой

.

(D.5b)

Для большинства несущих элементов здания данный коэффициент имеет отрицательное значение, указывающее, что фактическая мощность возбужденного в конструкции шума ниже мощности структурного шума источника.

В приложении F приведены рекомендации по оценке механической подвижности несущих элементов.

D.1.2.3 Метод замещения для определения эквивалентной силы источника

Для источников с высокой входной механической подвижностью можно разработать методы измерения на основе принципа замещения (см. [11], [16]). Для этого измеряют выходную характеристику (уровень звукового давления излучения или уровень скорости вибрации) рассматриваемого источника и замещающего источника с известным (измеренным) уровнем силы. Эквивалентный уровень силы рассчитывают по формуле

.

(D.6)

На практике в качестве источника замещения можно использовать стандартную ударную машину. В приложении F приведены сведения об уровне силы для данного источника относительно приемной конструкции с малой механической подвижностью.

Уровень звуковой мощности источника структурного шума и коэффициент связи определяют по формулам (D.5).

D.1.2.4 Оборудование установок водоснабжения

Структурный шум, вызванный работой оборудования установок водоснабжения, устанавливается и измеряется в соответствии с ЕН ИСО 3822 в специальной испытательной установке и выражается уровнем звукового давления оборудования . Исходя из данной величины определяют уровень звуковой мощности источника структурного шума и коэффициент связи (при механической подвижности источника, равной опорному значению ) по формулам:

;

(D.7a)

.

(D.7b)

В приложении F приведены рекомендации по оценке механической подвижности несущих элементов.

D.1.2.5 Оборудование системы канализации

Структурный и воздушный шум систем канализации определяют в условиях стандартной лаборатории для рассматриваемой части систем канализации и конкретного способа монтажа в соответствии с [38] (см. рисунок D.2).

Канализационные трубы монтируют в помещении источника и присоединяют к испытательной стене. Измеряют излучаемый ими шум, а также структурный шум, излучаемый стеной. Вклад структурного шума затем вычитают, и результат выражают приведенным уровнем звукового давления воздушного шума. Дальнейшее использование результатов см. в приложении С.

Для измерения структурного шума оборудование системы канализации монтируют вне приемного помещения и присоединяют трубы к разделительной стене. Измеряют (с учетом косвенной структурной звукопередачи) структурный шум, вызванный вибрацией, переданной стене через крепления, и излученный в приемное помещение. Измеряют также воздушный шум, передаваемый через стену в приемное помещение (когда трубы отсоединены от разделительной стены), который при необходимости вычитают из излученного структурного шума. Предложенный метод применим только для труб, являющихся источниками силового возбуждения (что имеет место в распространенном случае пластиковых труб, установленных на массивной конструкции). Для проверки применимости метода используют следующую процедуру. Измеряют акустические характеристики разделительной стены и выражают их через коэффициент отклика конструкции. Уровень структурного шума измеряют с поправкой на разность коэффициентов отклика между испытуемой разделительной и образцовой стенами. Результат называют характеристическим уровнем звукового давления источника структурного шума и обозначают .

Рисунок D.2 - Стандартная испытательная установка для оборудования системы канализации по [38]

С большой вероятностью можно предположить, что силовое возбуждение от источника направлено перпендикулярно несущей стене, поскольку рассматриваемым диапазоном возбуждения является только область низких и средних частот (на более высоких частотах нельзя пренебрегать влиянием моментов силы) и точки крепления труб к стенам обычно расположены далеко от краев стены (в противном случае влиянием моментов силы нельзя будет пренебречь даже в области низких частот). В этом случае можно рассматривать только одну степень свободы движения источника (перпендикулярно к стене). Кроме того, механическая подвижность трубы, как правило, намного выше, чем входная механическая подвижность несущей стены, что позволяет считать трубу источником силового возбуждения. Тогда подвижность источника можно считать равной .

Таким образом, характеристический уровень звуковой мощности источника структурного шума и коэффициент связи могут быть рассчитаны по формулам:

;

(D.8a)

,

(D.8b)

где - характеристический уровень структурного шума в соответствии с [38];

- структурная чувствительность образцовой стены в соответствии с [38].

В приложении F приведены рекомендации по оценке механической подвижности несущих элементов.

D.1.3 Инженерное оборудование с известной механической подвижностью источника

При известной механической подвижности источника на основе измеренных данных могут быть определены другие оценки характеристической мощности и коэффициента связи.

Как пример рассмотрим в качестве источника силового возбуждения стандартную ударную машину, входная механическая подвижность которой может быть определена как подвижность сосредоточенной массы (М = 0,5 кг; ), которая прилагает возбуждение перпендикулярно плоскости несущего элемента i, имеющего действительную механическую подвижность . В данном случае характеристическая мощность и коэффициент связи рассчитываются по формулам:

дБ относительно 1 пВт, на треть октавы;

(D.9a)

.

(D.9b)

В приложении F приведены рекомендации по оценке механической подвижности несущих элементов.

Оценку механической подвижности конкретного источника можно получить исходя из его конструкции. Такой подход основан на общих выражениях для подвижности основных частей машин, таких как сосредоточенная масса, балки, плиты, трубы и т.д. Для небольших источников хорошую оценку подвижности источника можно получить, представив его в виде сосредоточенной массы. Для источников с нежесткими опорами основой для расчета подвижности являются масса источника и жесткость его опор. В таблице D.1 приведены некоторые соотношения для подвижности типичных элементов зданий.

Таблица D.1 - Оценки механической подвижности типичных конструктивных элементов

Тип конструкции	Известные величины	Подвижность (|Y|m/)
Сосредоточенная масса	М [кг]
Конец стержня	[], [м/с], S []
Балка	[], [м/с], t [м]
Плита	[], [м/с], t [м]
Труба	[], [м/с], t [m], радиус r [м]
Массово-пружинная система	М [кг], s [Н/м], [-]

Мощность источника и переданная мощность для двух типов несущих элементов, рассчитанные по данным формулам, показаны на рисунке D.3.

Рисунок D.3 - Мощность структурного шума ударной машины: характеристическая мощность источника, переданная мощность для деревянного и бетонного пола

D.1.4 Инженерное оборудование с малой механической подвижностью источника

Машины с массивными жесткими рамами и/или опорами наилучшим образом описываются как источники кинематического возбуждения, для которых скорость вибрации в точках контакта перпендикулярна несущему элементу здания. Однако такое приближение применимо только при условии упругого закрепления источника на несущем элементе здания. Это приближение может быть использовано и в случае источника с несколькими точками контакта при наличии нескольких степеней свободы, если источник можно охарактеризовать эквивалентной скоростью вибрации , перпендикулярной опорным элементам здания. Такое упрощенное описание обеспечивает отклик, эквивалентный отклику реального источника при некоторых ограничениях, связанных как с источником, так и с несущим элементом.

Примечание - Методы измерений, реализующие данный подход, находятся в стадии разработки. Кроме этого, можно применять [36]*.

Входной импеданс таких источников высок по сравнению с импедансами несущих элементов здания. В качестве образцового значения импеданса такого источника может быть принято .Уровень звуковой мощности источника структурного шума рассчитывают по формуле

.

(D.10a)

Соответствующий коэффициент связи включает в себя свойства упругих опор m, характеризующиеся их (средней по частоте) динамической переходной жесткостью , измеренными в соответствии с ЕН ИСО 10846-1, и определяется по формуле

.

(D.10b)

В приложение F приведены рекомендации по оценке механической подвижности несущих элементов.

D.2 Крепление на упругих опорах

Характеристики упругих опор (упругих элементов, виброизоляторов) в соответствии с ЕН ИСО 10846-1 полностью описываются матрицей переходных динамических жесткостей (для шести степеней свободы). Однако для наиболее распространенных применений в строительстве достаточно знать переходную динамическую жесткость в направлении, перпендикулярном несущему элементу конструкции. Методы измерений переходной динамической жесткости или усредненной по частоте переходной динамической жесткости приведены в ЕН ИСО 10846-2. Последняя величина может быть выражена уровнем усредненной по частоте переходной динамической жесткости (дБ относительно 1 Н/м). Используя переходную динамическую жесткость опоры, переходную подвижность упругой опоры можно рассчитать по формуле

.

(D.11)

Таким образом, коэффициент связи в формуле (19е) преобразуется к виду

.

(D12)

Разность между коэффициентом связи при наличии [формула (19е)] и при отсутствии [формула (19b)] упругой опоры характеризует влияние упругой опоры, т.е. изменение входной мощности (или разность уровня силы, приложенной к несущему элементу), и выражается формулой

.

(D.13)

Данное приближение справедливо для массивного несущего элемента источника, подобного сосредоточенной массе (для которого резонансная частота определяется формулой ), и идеальной упругой опоры. Для реальных опор на средних и высоких частотах данное приближение зачастую недействительно (из-за внутренних резонансов).

В приложение F приведены рекомендации по оценке подвижности несущих элементов.

D.3 Оценка данных о мощности источника, упругих опорах и подвижности источника

В настоящее время систематических данных о структурном шуме от источников и элементов системы собрано недостаточно. Эти данные будут получены с помощью методов измерения, которые в настоящее время находятся в стадии разработки. В качестве примера на рисунке D.4 приведены уровни звуковой мощности некоторых источников структурного шума, полученные по результатам измерений силы или скорости вибрации [11], [17], [18]. Данные были преобразованы с помощью формул (D.5), (D.9) и (D.10).

Рисунок D.4 - Зависимости от частоты уровня характеристической мощности некоторых источников структурного шума, определенные с помощью формул (D.5), (D.9) и (D.10) на основании результатов измерений силы или скорости вибрации [11], [17], [18]