На основании анализа регламентирующей документации предлагается методика измерения и приводятся полученные с ее помощью результаты звукопоглощения изделий.
УДК 699.8
Ю.Б. РЕДЬКО, технический директор ООО «АлгоритмСтрой», г. Санкт-Петербург
Ключевые слова: звукопоглощающие материалы, метод измерения звукопоглощения в реверберационной камере
Keywords: sound absorbing materials, sound absorption measurement method in reverberation room
Термины и определения
Терминология принята в соответствии с требованиями, изложенными в нормативно-технической документации (НТД), согласно которым различают [1, 2]:
Кривая спада – графическое изображение зависимости спада уровня звукового давления в помещении от времени после прекращения работы источника звука.
Время реверберации – время T, с, необходимое для спада уровня звукового давления в замкнутых помещениях на 60 дБ после прекращения работы источника звука, с учетом соответствующих допущений.
Постоянный шум – шум, уровень звука которого изменяется во времени не более чем на 5 дБА при измерениях на временной характеристике «медленно» шумомера.
Проникающий шум – шум, возникающий вне данного помещения и проникающий в него через ограждающие конструкции, системы вентиляции, водоснабжения и отопления.
Тональный шум – шум, в спектре которого имеются слышимые дискретные тона. Тональный характер шума устанавливают измерением в третьоктавных полосах частот по превышению уровня в одной полосе над соседними не менее чем на 10 дБ.
Уровень звукового давления – десятикратный десятичный логарифм отношения квадрата звукового давления к квадрату порогового звукового давления (Ро=2·10-5 Па) в дБ.
Октавный уровень звукового давления – уровень звукового давления в октавной полосе частот в дБ.
Уровень звука – уровень звукового давления шума в нормируемом диапазоне частот, корректированный по частотной характеристике А шумомера в дБА.
Эквивалентный (по энергии) уровень звука – уровень звука постоянного шума, который имеет то же самое среднеквадратическое значение звукового давления, что и исследуемый непостоянный шум в течение определенного интервала времени в дБА.
Максимальный уровень звука – уровень звука непостоянного шума, соответствующий максимальному показанию измерительного, прямо-показывающего прибора (шумомера) при визуальном отсчете, или уровень звука, превышаемый в течение 1% длительности измерительного интервала при регистрации шума автоматическим оценивающим устройством (статистическим анализатором).
Изоляция воздушного шума (звукоизоляция) R – способность ограждающей конструкции уменьшать проходящий через нее звук. В общем виде представляет собой десятикратный десятичный логарифм отношения звуковой энергии, падающей на ограждение, к энергии, проходящей через ограждение, т.е. под звукоизоляцией воздушного шума подразумевается обеспечиваемое разделяющим два помещения ограждением снижение уровней звукового давления в дБ, приведенное к условиям равенства площади ограждающей конструкции и эквивалентной площади звукопоглощения в защищаемом помещении.
Метод прерываемого шума – метод получения кривых спада уровня звукового давления (далее – кривые спада) непосредственной записью спада уровня звукового давления после возбуждения помещения широкополосным шумом или шумом ограниченной полосы.
Эквивалентная площадь звукопоглощения камеры – условная площадь поверхности звукопоглощения, на которой отсутствуют дифракционные эффекты и которая, являясь единственным поглощающим элементом в помещении, обеспечивает то же время реверберации, что и рассматриваемое помещение. Площадь измеряют в квадратных метрах. Условную площадь поверхности звукопоглощения реверберационной камеры без образца обозначают A1; реверберационной камеры с испытываемым образцом A2.
Эквивалентная площадь звукопоглощения образца – разность между значениями эквивалентной площади звукопоглощения реверберационной камеры с образцом и без него.
Коэффициент звукопоглощения аs – отношение эквивалентной площади звукопоглощения образца к его площади.
Общие положения и требования
Измерения проводят в третьоктавных полосах частот со следующими среднегеометрическими частотами, Гц [2]: 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000, 2500, 3150, 4000, 5000.
Дополнительные измерения могут быть проведены в других третьоктавных полосах со среднегеометрическими частотами вне указанного диапазона.
В соответствии с утвержденной программой испытаний за основу проведения исследований был выбран метод измерения звукопоглощения в реверберационной камере строительных материалов и конструкций [1].
Сущность метода заключается в последовательном измерении времени реверберации пустой камеры (Т1), камеры с образцом изделия (Т2) и последующем определении коэффициента звукопоглощения (аS) и изменения эквивалентной площади звукопоглощения (DA).
Аппаратура
Передающая измерительная система камеры должна содержать:
• генератор белого шума;
• фильтры полосовые третьоктавные;
• усилитель мощности;
• громкоговорители.
Уровень звукового давления установившегося звука в камере должен быть на 45 дБ выше, чем уровень звукового давления шума помех.
Приемная измерительная система камеры должна содержать:
• один или несколько микрофонов с шаровой характеристикой направленности;
• микрофонный усилитель;
• фильтры полосовые, третьоктавные;
• записывающее устройство.
Записывающее устройство должно представлять собой регистратор уровня или электронный осциллограф с логарифмическим усилителем затухания со скоростью не менее 300 дБ/с.
Измерение уровней звука следует проводить шумомерами, комбинированными измерительными системами или автоматическими устройствами, соответствующими классам точности 0-му, 1-му или 2-му по [3]. Измерение октавных уровней звукового давления следует проводить шумомерами 0-го, 1-го или 2-го классов точности по [3], октавными полосовыми фильтрами по [3] или комбинированными измерительными системами соответствующего класса точности.
Аппаратура, предназначенная для измерения шума, должна иметь действующее свидетельство о государственной или ведомственной поверке.
Калибровку измерительной аппаратуры следует проводить до и после проведения измерения шума в соответствии с заводскими инструкциями по эксплуатации приборов. Предпочтительными являются такие способы калибровки, которые включают поверку всей измерительной системы с измерительным микрофоном.
Дискретные изделия-звукопоглотители
Дискретные объекты (например, стулья, свободно стоящие экраны или группы людей) устанавливают для испытания так же, как они будут находиться в помещении в условиях эксплуатации. Например, стулья или свободно стоящие экраны должны располагаться на полу на расстоянии не менее 1 м от любой другой поверхности камеры. Пространственные звукопоглотители устанавливают на расстоянии не менее 1 м от любой поверхности камеры или от рассеивателей и микрофона. Офисные экраны устанавливают как отдельные объекты.
Образец должен содержать такое число отдельных объектов (как правило, не менее трех), чтобы обеспечить изменение эквивалентной площади звукопоглощения камеры более чем на 1 м2, но не более чем на 12 м2. Отдельные объекты располагают произвольно на расстоянии 2 м друг от друга. Если образец содержит только один объект, то его испытывают не менее чем в 3-х различных точках камеры, находящихся на расстоянии не менее 2 м друг от друга; результаты измерений усредняют.
Температура и относительная влажность
Измерения в камере без образца и в камере, содержащей образец, должны проводиться при постоянных значениях температуры и относительной влажности воздуха для исключения влияния на результаты измерений условий окружающей среды и получения скорректированных результатов измерений с поправками, обусловленными поглощением звука воздухом, не отличающихся в значительной степени друг от друга.
Относительная влажность воздуха в камере должна быть не менее 30% и не более 90%, температура – не ниже 15°C. Для всех измерений следует вводить поправки на изменение поглощения звука воздухом.
До начала проведения измерений образец должен достичь состояния равновесия с температурой и относительной влажностью воздуха в камере.
Реверберационная камера
Объем камеры должен быть равен 200±20 м3. Допускается применение меньшего объема, но не менее 125 м3.
Линейные размеры камеры не должны быть кратными друг другу, с тем чтобы собственные частоты камеры в низкочастотном диапазоне были распределены равномерно. Поверхность стенок камеры должна быть жесткой и гладкой.
В реверберационной камере должно быть создано диффузное реверберирующее звуковое поле, что обеспечивается формой камеры или применением рассеивающих элементов (диффузоров).
Необходимость применения рассеивающих элементов следует устанавливать при настройке камеры путем испытания в ней образца звукопоглощающего материала с коэффициентом звукопоглощения не ниже 0,9 в области частот от 500 до 4000 Гц.
Спадающее (реверберирующее) звуковое поле в камере должно быть в достаточной степени диффузным.
Проведение измерений
Измерительный микрофон должен быть направлен и сторону основного источника шума и удален не менее чем на 0,5 м от оператора, проводящего измерение. В случае если в помещении невозможно определить основной источник шума, то ось микрофона должна быть направлена перпендикулярно поверхности пола.
Переключатель частотной характеристики измерительной аппаратуры при проведении измерения уровней звука следует устанавливать в положение «А», а при проведении измерения октавных уровней звукового давления – в соответствии с инструкциями к этим приборам.
Переключатель временной характеристики измерительной аппаратуры должен быть установлен в положение «медленно» при измерении постоянного и прерывистого шума, в положение «быстро» при измерении колеблющегося во времени шума и в положение «импульс» при измерении импульсного шума.
Значения уровней звука (октавных уровней звукового давления) постоянного и прерывистого шума следует принимать по средним показаниям при колебании стрелки прибора.
Значения уровней звука колеблющегося по времени и импульсного шума следует принимать по показаниям стрелки прибора в момент отсчета.
Значения уровней звука (октавных уровней звукового давления) следует считывать со шкалы прибора с точностью до 1 дБА (дБ).
Обработка результатов измерения
Результат измерения шума соответствует 1-му классу точности в случае, если измерение проводилось с помощью шумомеров 0-го или 1-го классов точности с полосовыми фильтрами 1-го и 2-го классов точности и не применялся визуальный отсчет при измерении непостоянного шума.
Результат измерения шума соответствует 2-му классу точности в случае, если измерение проводилось с помощью шумомеров 2-го класса точности и полосовых фильтров 3-го класса точности или применялся визуальный отсчет при измерении непостоянного шума.
Среднее значение уровней звука (октавных уровней звукового давления) постоянного шума в каждой точке следует определять в соответствии с [1].
Эквивалентные уровни звука прерывистого шума, уровни звука которого (измеренные шумомером) остаются постоянными в интервалах длительностью менее чем 0,5 мин., а также колеблющегося во времени и импульсного шума в каждой точке следует определять в соответствии с [1].
Эквивалентные уровни звука прерывистого шума, уровни звука которого (измеренные шумомером) остаются постоянными в интервалах длительностью 0,5 мин. и более, в каждой точке следует определять в соответствии с [1].
В случае когда в каждой точке за время оценки непостоянного шума Т проведено несколько измерений шума, эквивалентный уровень звука в каждой точке за время оценки шума Т следует определять в соответствии с [1].
За максимальный уровень звука LАmax, дБА, при проведении измерения шума шумомерами следует принимать наибольшее значение уровня звука за период измерения шума Тm.
За максимальный уровень звука LАmax, дБА, при проведении измерения шума измерительными системами, в которые входят анализаторы статистического распределения, следует принимать уровни звука LА1, дБА, превышаемые в течение 1% времени измерения шума Тm.
Определяемый уровень звука (октавный уровень звукового давления) Lк, дБА (дБ), следует вычислять по формуле:
Lк = Lизм + К1 + К2,
где Lизм – измеренный уровень звука LА (октавный уровень звукового давления L), или максимальный уровень звука LАmax, или эквивалентный уровень звука LАэкв, дБА (дБ); К1 – поправка на влияние шума помех, дБА (дБ); К2 – поправка на степень звукопоглощения помещения, дБА (ДБ).
Правила обработки результатов испытаний
Акустические расчеты выполняли в соответствии с требованиями алгоритма и формул, приведенных в [1, 2]. Измерения и обработку результатов выполняли в соответствии с требованиями, изложенными в [1].
Погрешность результатов измерений оценивали по [2]. Оценка полученных результатов выполнялась в соответствии с [2].
Результаты проведения испытаний в лабораторных условиях
Перечень наименований и типов поверенных в установленном порядке испытательного оборудования и аппаратуры приведен в табл. 1.
Таблица 1. Перечень аппаратуры измерительных систем
| № п/п | Наименование | Тип |
| 1 | Реверберационная камера | V=183 м3 |
| 2. | Шумомер | 01013 |
| 3 | Третьоктавный фильтр | 1616 |
| 4 | Цифровой частотный анализатор | 2131 |
| 5 | Измерительный микрофон | 4165 |
| 6 | Генератор шума | NRG-21 |
| 7 | Усилитель мощности | LV-03 |
| 8 | Предусилитель | 2619 |
| 9 | Самописец уровня | 2306 |
| 10 | Излучатель звука | АС-5 |
| 11 | Барометр-анероид | М67 |
| 12 | Гигрометр психометрический | ВИТ-3 |
В соответствии с программой испытаний целью проведения измерений ставилось определение результатов. Результаты испытаний звукопоглощения дискретных изделий в виде полумягких кресел до начала реконструкции приведены в табл. 2.
Таблица 2. Результаты испытаний полумягких кресел, эксплуатируемых до начала реконструкции
| Третьоктавные полосы со средними геометрическими частотами, f, Гц | Значение средних величин времен реверберации пустой камеры, Т, с | Значение средних величин времен реверберации камеры при установленных в ней креслах, Т, с | Эквивалентная площадь звукопоглощения штучного изделия, ΔА | Коэффициент звукопоглощения конструкции в целом, αS |
| 100 | 4,9 | 3,7 | 1,9 | 0,10 |
| 125 | 5,5 | 3,6 | 2,8 | 0,14 |
| 160 | 5,3 | 3,4 | 3,1 | 0,15 |
| 200 | 5 | 3,1 | 3,6 | 0,18 |
| 250 | 4,7 | 2,8 | 4,2 | 0,21 |
| 315 | 4,3 | 2,6 | 4,5 | 0,22 |
| 400 | 3,6 | 2,4 | 4,1 | 0,20 |
| 500 | 3,1 | 2,1 | 4,5 | 0,23 |
| 630 | 2,8 | 1,9 | 5,0 | 0,25 |
| 800 | 2,7 | 1,8 | 5,4 | 0,27 |
| 1000 | 2,5 | 1,7 | 5,5 | 0,28 |
| 1250 | 2,4 | 1,6 | 6,1 | 0,31 |
| 1600 | 2,2 | 1,6 | 5,0 | 0,25 |
| 2000 | 2,2 | 1,5 | 6,2 | 0,31 |
| 2500 | 2 | 1,4 | 6,3 | 0,31 |
| 3150 | 1,8 | 1,4 | 4,7 | 0,23 |
| 4000 | 1,6 | 1,3 | 4,2 | 0,21 |
| 5000 | 1,4 | 1,2 | 3,5 | 0,17 |
Условия испытания существующих изделий:
1. Объем реверберационной камеры – 183 м3;
2. Температура – 21°С;
3. Влажность – 64%;
4. Количество испытываемых изделий – 20 шт.
5. Для испытаний полумягких кресел была выделена часть пола площадью 10,72 м2; расстояние от ограждений реверберационной камеры до внешнего контура конструкции – 1 м.
Условия испытания изделий новой конструкции:
1. Объем реверберационной камеры – 183 м3;
2. Температура – 20°С;
3. Влажность – 62%;
4. Количество испытываемых изделий – 20 шт.
5. Для испытаний изделий была выделена часть пола площадью 10,72 м2; расстояние от ограждений реверберационной камеры до внешнего контура конструкции – 1 м.
Результаты определения звукопоглощения дискретных изделий в виде полумягких кресел новой конструкции приведены в табл. 3. Повторяемость и воспроизводимость результатов измерений соответствует требованиям [5].
Таблица 3. Результаты испытаний полумягких стульев, предназначенных для установки после реконструкции
| Третьоктавные полосы со средними геометрическими частотами, f, Гц | Значение средних величин времен реверберации пустой камеры, Т, с | Значение средних величин времен реверберации камеры при установленных в ней креслах, Т, с | Эквивалентная площадь звукопоглощения штучного изделия, ΔА | Коэффициент звукопоглощения конструкции в целом, αS |
| 100 | 5 | 4,7 | 0,4 | 0,02 |
| 125 | 5,3 | 4,7 | 0,7 | 0,04 |
| 160 | 5,2 | 4,4 | 1,0 | 0,05 |
| 200 | 4,8 | 3,8 | 1,6 | 0,08 |
| 250 | 4,3 | 3,4 | 1,8 | 0,09 |
| 315 | 3,7 | 3,2 | 1,3 | 0,06 |
| 400 | 3 | 2,7 | 1,1 | 0,05 |
| 500 | 2,5 | 2,2 | 1,6 | 0,08 |
| 630 | 2,4 | 2 | 2,5 | 0,12 |
| 800 | 2,5 | 2 | 3,0 | 0,15 |
| 1000 | 2,5 | 2 | 3,0 | 0,15 |
| 1250 | 2,5 | 1,9 | 3,7 | 0,19 |
| 1600 | 2,4 | 1,8 | 4,1 | 0,21 |
| 2000 | 2,3 | 1,8 | 3,6 | 0,18 |
| 2500 | 2,1 | 1,6 | 4,4 | 0,22 |
| 3150 | 1,9 | 1,5 | 4,2 | 0,21 |
| 4000 | 1,7 | 1,4 | 3,7 | 0,19 |
| 5000 | 1,5 | 1,2 | 4,9 | 0,25 |
Выводы:
1. Измеренные величины уровней звукового давления не превышают допустимых значений в жилых комнатах домов категорий Б и В [5].
2. Погрешность измерений оценивалась статистическими методами и соответствует требованиям [2].
3. Повторяемость результатов отвечает требованиям [5].
4. При определении изоляции воздушного шума в лабораторных условиях отклонений от процедуры проведения испытаний не зафиксировано.
5. Для определения возможных изменений акустических условий в процессе реконструкции необходимо проведение акустических измерений и соответствующих расчетов в натуральных условиях.
Библиографический список
1. ГОСТ Р 53376-2009 (ЕН ИСО 354:2003). Материалы звукопоглощающие. Метод измерения звукопоглощения в реверберационной камере.
2. ГОСТ Р 53377 (ЕН ИСО 11654:1997). Материалы звукопоглощающие, применяемые в зданиях. Оценка звукопоглощения (ЕН ИСО 11654:1997). Акустика. Поглотители звука, применяемые в зданиях. Оценка звукопоглощения.
3. ГОСТ 17168-82. Фильтры электронные октавные и третьоктавные. Общие технические требования и методы испытаний (МЭК 61260:1995).
4. ГОСТ 17187-81 (СТ СЭВ 1351-78). Шумомеры. Общие технические требования и методы испытания.
5. СНиП 23-03-2003. Защита от шума.
