Дослідження ефективності розрахунку зниження шуму в приміщеннях звукопоглинальним облицюванням

Цікановський, Володимир Леопольдович

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6125

Title:	Дослідження ефективності розрахунку зниження шуму в приміщеннях звукопоглинальним облицюванням
Authors:	Смоляр, Анатолій Михайлович Цікановський, Володимир Леопольдович
Keywords:	зниження шуму;будівельна акустика;акустичний розрахунок;приміщення;ефективність шумопоглинання
Issue Date:	Jan-2025
Abstract:	Актуальність теми. Необхідність зниження рівнів шуму в житлових приміщеннях і на виробництві виходить далеко за рамки простої зручності – це питання: безпеки, здоров'я, втомлюваності, комфорту та якості життя і роботи. Шум може викликати професійні захворювання, знижувати продуктивність праці та викликаючи стрес, втому, помилки в роботі. Для захисту від шуму широко використовуються архітектурно-планувальні та будівельно-акустичні методи захисту. Серед них важливу роль відіграють системи звукопоглинання тому, що вони доповнюють і підвищують ефективність усього комплексу заходів по зниженню шуму. Інформація про рівні звукового тиску до і після розроблених заходів визначає вибір і ефективність прийнятих рішень. Акустична ефективність розроблених заходів по захисту від шуму залежить від точності і універсальності розрахункових методів.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6125
Appears in Collections:	192 Будівництво та цивільна інженерія (Промислове і цивільне будівництво)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
Magisterska robota Cikanovskyi.pdf Restricted Access		2.59 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show full item record

Extracted text

Міністерство освіти і науки України
Черкаський державний технологічний університет
Факультет технологій, будівництва та раціонального природокористування
Кафедра промислового та цивільного будівництва

«ДО ЗАХИСТУ ДОПУСТИТИ»
Завідувач кафедри ПЦБ
Доцент, к.т.н. Пряник С.П.

«______» ________________ 2025 р.

УДК__________
Пояснювальна записка
до кваліфікаційної роботи магістра

магістр
(освітній ступінь)
на тему: «Дослідження ефективності розрахунку зниження шуму в
приміщеннях звукопоглинальним облицюванням»
(найменування теми)

Виконав: студент 2 курсу, групи МГБ-304
спеціальності 192 - «Будівництво та цивільна інженерія»
(шифр, назва)

Цікановський В.Л. ____________
(прізвище, ініціали) (підпис)

Керівник кваліфікаційної роботи магістра
к.т.н., доцент Смоляр А.М. ____________
(науковий ступінь, вчене звання,, прізвище, ініціали) (підпис)

Рецензент кваліфікаційної роботи магістра

(посада , науковий ступінь, вчене звання, прізвище, ініціали) (підпис)

Черкаси – 2025 рік
2

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Факультет технологій, будівництва та раціонального природокористування
Кафедра промислового та цивільного будівництва
Освітній рівень магістерський
Спеціальність 192 - «Будівництво та цивільна інженерія»

«ЗАТВЕРДЖУЮ»
Зав. кафедри, доцент Пряник С.П.
_______________________________
«_____» ________________ 2024 р.

ЗАВДАННЯ
НА КВАЛІФІКАЦІЙНУ РОБОТУ МАГІСТРА ЗДОБУВАЧУ ВИЩОЇ ОСВІТИ
Цікановський Володимир Леопольдович
(прізвище, ім’я, по батькові )

1. Тема «Дослідження ефективності розрахунку зниження шуму в
приміщеннях звукопоглинальним облицюванням»
(назва теми)
Керівник к.т.н., доцент Смоляр А.М.
(прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання)
затверджена наказом по університету від « 27 » 09. 2024 р. № 291/04
2. Строк подання студентом роботи « 10 » 12. 2024 р.
3. Вихідні дані до роботи
_____________________________________________________________________________
4. Зміст і календарний план
Розділи Строк виконання
Вступ 02.10.2024
Розділ 1. ОГЛЯД ПРОБЛЕМ МОДЕЛЮВАННЯ ЗВУКОПОГЛИНАННЯ 15.10.2024
ПРИ ПРЄКТУВАННІ В БУДІВНИЦТВІ
Розділ 2. ДОСЛІДЖЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ВІДБИТИХ ЗВУКОВИХ ПОЛІВ 25.10.2024
В БУДИНКАХ, ЩО ВПЛИВАЮТЬ НА ЕФЕКТИВНОСТЬ РОЗРАХУНКУ
ЗНИЖЕННЯ ШУМУ ЗВУКОПОГЛИНАННЯМ
Розділ 3. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ФАКТОРІВ, ЩО 10.11.2024
ВПЛИВАЮТЬ НА ЕФЕКТИВНОСТЬ РОЗРАХУНКУ ЗНИЖЕННЯ ШУМУ
ЗВУКОПОГЛИНАННЯМ У ПРИМІЩЕННІ
Розділ 4. ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ІНЖЕНЕРНОГО 01.11.2024
РОЗРАХУНКУ ЗНИЖЕННЯ ШУМУ В ПРИМІЩЕННІ
ЗВУКОПОГЛИНАЛЬНИМ ОБЛИЦЮВАННЯМ
Висновки 05.12.2024
Виготовлення ілюстративного матеріалу 07.12.2024
Оформлення роботи 09.12.2024
Попередній захист роботи 16.12.2024

Дата видачі завдання " 01 " 10 2024 р.

Студент ___________ Цікановський В.Л.
(підпис) (прізвище та ініціали )

Керівник ___________ Смоляр А.М.
(підпис) (прізвище та ініціали )
3

Рішення комісії
з попереднього захисту від «____» ____________ 20 __р.

Кваліфікаційна робота магістра здобувача вищої освіти

до захисту
(прізвище, ініціали)

(рекомендується / не рекомендується)

Голова комісії:
________________________________________ _____________
(науковий ступінь, вчене звання , посада, ,прізвище, ініціали) (підпис)

Члени комісії:
1. __________________________________ _____________
(науковий ступінь, вчене звання , посада, ,прізвище, ініціали) (підпис)

2. ______________________________________ _____________
(науковий ступінь, вчене звання , посада, ,прізвище, ініціали) (підпис)

3. ______________________________________ ____________
(науковий ступінь, вчене звання , посада, ,прізвище, ініціали) (підпис)

4. ______________________________________ ____________
(науковий ступінь, вчене звання , посада, ,прізвище, ініціали) (підпис)

Примітки:
1.Перша сторінка індивідуального завдання на кваліфікаційну роботу магістра здобувача вищої освіти заповнюється
студентом під керівництвом наукового керівника, друга — науковим керівником
2. Порушення студентом термінів подання заяви на затвердження теми магістерської роботи, погодження з керівником
індивідуального завдання, несвоєчасне завершення розділів та роботи в цілому є підставою для його відрахування з
університету як такого, що не виконує навчальний план.

4

ЗМІСТ стор.

ВСТУП 6
РОЗДІЛ 1 ОГЛЯД ПРОБЛЕМ МОДЕЛЮВАННЯ ЗВУКОПОГЛИ-
НАННЯ ПРИ ПРЄКТУВАННІ В БУДІВНИЦТВІ…………….. 10
1.1 Класифікація моделей розрахунку відбитих звукових полів в
приміщеннях…………………………………………………....... 10
1.2 Основні принципи та припущення, що використовуються при
розробці обчислювальних моделей для оцінки енергетичних
характеристик звукових полів ………………………………….. 16
1.3 Моделювання відбитої звукової енергії ……………………….. 17
1.3.1 Хвильова модель відбитого звукового поля ………………….. 19
1.3.2 Методи розрахунку шумових полів у приміщеннях, що
реалізують дзеркальне відбиття звуку на основі геометричної
теорії акустики …………………………………………………... 20
1.3.3 Методи розрахунку шумових полів в приміщеннях, в яких
реалізовано дифузне відбиття звуку …………………………… 24
1.3.4 Методи розрахунку шумових полів в приміщеннях на основі
статистичної теорії акустики …………………………………… 25
1.3.5 Комбіновані методи розрахунку 31
Висновки………………………………………………………….. 33
РОЗДІЛ 2 ДОСЛІДЖЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ВІДБИТИХ ЗВУКОВИХ
ПОЛІВ В БУДИНКАХ, ЩО ВПЛИВАЮТЬ НА
ЕФЕКТИВНОСТЬ РОЗРАХУНКУ ЗНИЖЕННЯ ШУМУ
ЗВУКОПОГЛИНАННЯМ …………………………...………….. 34
2.1 Теоретичне обґрунтування дзеркально-дифузної моделі
відбиття звуку елементами огороджувальних конструкцій ….. 34
2.2 Дослідження структури відбитої звукової хвилі при різних
геометричних і акустичних умовах відбиття…………………... 43
2.3 Оцінка структури шумового поля приміщень з комбінованим
відбиттям звуку від огороджуючих конструкцій ……………... 46
Висновки………………………………………………………….. 54
РОЗДІЛ 3 ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ФАКТОРІВ, ЩО
ВПЛИВАЮТЬ НА ЕФЕКТИВНОСТЬ РОЗРАХУНКУ
ЗНИЖЕННЯ ШУМУ ЗВУКОПОГЛИНАННЯМ У
ПРИМІЩЕННІ…………………………………………………… 55
3.1 Методика експериментального визначення коефіцієнта
розсіювання ……………………………………………………… 55
3.2 Експериментальні та теоретичні дослідження факторів, що
впливають на коефіцієнт розсіювання відбитої енергії в
порожньому приміщенні ………………………………………... 59
3.3 Експериментальні та теоретичні дослідження факторів, що
впливають на коефіцієнт розсіювання відбитої енергії в
60
порожньому приміщенні спрощеної форми ………………

5

3.4 Експериментальні та теоретичні дослідження факторів, що
впливають на коефіцієнт розсіювання відбитої енергії в
приміщенні з дифузними елементами …………………………. 62
Висновки………………………………………………………….. 66
РОЗДІЛ 4 ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ІНЖЕНЕРНОГО
РОЗРАХУНКУ ЗНИЖЕННЯ ШУМУ В ПРИМІЩЕННІ
ЗВУКОПОГЛИНАЛЬНИМ ОБЛИЦЮВАННЯМ …………….. 67
4.1 Заг Зальні положення для розрахунків …...…………………….….. 67
4.2 Визначення акустичних характеристик приміщення …………. 69
4.3 Розрахунок зниження рівнів звукового тиску
звукопоглинальним облицюванням для висікальної дільниці
поліграфічного підприємства «Типографія Україна»…………. 72
Висновки………………………………………………………….. 100
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ ……………………………………….. 101
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ ………………….. 103

6

ВСТУП

Актуальність теми. Необхідність зниження рівнів шуму в житлових
приміщеннях і на виробництві виходить далеко за рамки простої зручності – це
питання: безпеки, здоров'я, втомлюваності, комфорту та якості життя і роботи. Шум
може викликати професійні захворювання, знижувати продуктивність праці та
викликаючи стрес, втому, помилки в роботі. Для захисту від шуму широко
використовуються архітектурно-планувальні та будівельно-акустичні методи
захисту. Серед них важливу роль відіграють системи звукопоглинання тому, що
вони доповнюють і підвищують ефективність усього комплексу заходів по
зниженню шуму. Інформація про рівні звукового тиску до і після розроблених
заходів визначає вибір і ефективність прийнятих рішень. Акустична ефективність
розроблених заходів по захисту від шуму залежить від точності і універсальності
розрахункових методів.
Актуальність роботи. Можливості комп'ютерного моделювання докорінно
змінили підходи до розробки засобів захисту від шуму. Для професійного
проєктування будівельних систем шумозахисту в будівництві найчастіше
використовують програми SoundPLAN, Odeon, CadnaA, EASE, INSU. Вартість для
одного робочого місця коливається приблизно від 1000–1500 USD (INSUL) до
більше 5000 євро (EASE, Odeon, CadnaA, SoundPLAN) в залежності від
комплектації. Підтримка (річна / щорічна підписка на оновлення) найчастіше
становить 10–20% від вартості початкової ліцензії. На практиці сучасні математичні
програми не завжди отримують розповсюдження з багатьох причин: висока вартість
по відношенню до кількості можливих проєктів по шуму на рік, додаткові вимоги
до математичних компетентностей проєктувальника, не завжди є відповідність
прийнятим національним стандартам, складний інтерфейс, який відрізняється в
залежності від версії програми, не бажання перенавчатись роботі з іншим
програмним продуктом та інше. Таким чином, підвищення ефективності добре
відомих інженерних методів розрахунку систем звукопоглинання з використанням
Microcoft Excel є доцільним з практичної точки зору. Частині проектувальників
7

простіше використовувати знайому нормативну базу, формули, таблиці, графіки,
свої напрацювання і вносити туди зміни, які підвищують ефективність розробки
заходів систем звукопоглинання.
Мета і задачі дослідження є підвищення ефективності розрахунку зниження
шуму в приміщеннях звукопоглинальним облицюванням.
Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити такі задачі:
˗ проаналізувати моделі розрахунку відбитих звукових хвиль в приміщеннях;
˗ зробити розробку моделі відбитих звукових полів, що може підвищити
ефективність розрахунку систем звукопоглинання;
˗ провести теоретичне дослідження структури відбитої звукової хвилі при
різних геометричних і акустичних умовах відбиття;
˗ виконати експериментальні та теоретичні дослідження факторів, що
впливають на коефіцієнт розсіювання відбитої енергії в приміщенні;
˗ врахувати коефіцієнт розсіювання відбитої енергії в інженерному розрахунку
систем звукопоглинання для приміщень;
˗ реалізувати запропонований інженерний розрахунок системи звукопоглинання
в Microsoft Excel і дати оцінку його ефективності.
Обʼєктом дослідження є розрахунок зниження шуму в приміщеннях
звукопоглинальним облицюванням.
Предметом дослідження є метод розрахунку зниження шуму в приміщеннях
звукопоглинальним облицюванням з урахуванням основних параметрів
звукопоглинаючих матеріалів та характеристик огороджувальних конструкцій.
Об'єкт дослідження - це процес розрахунку зниження шуму в приміщеннях
звукопоглинальним облицюванням, що породжує проблемну ситуацію:
1. Значний об’єм роботи з розрахунку у зв’язку з тим, що він виконується на
основі досить великої кількості параметрів:
 для (від 9 до 1) середньогеометричних октавних частот;
 можуть змінюватись геометричні параметри приміщення (розміри і
форми внутрішніх поверхонь);
8

 велика кількість джерел шуму з різними характеристиками, дуже часто
відомі не усі необхідні параметри для розрахунку;
 велика кількість звукопоглинаючих матеріалів з різними
характеристиками, дуже часто відомі не усі необхідні параметри для
розрахунку.
2. Під час розрахунку необхідно забезпечити:
˗ максимальне зниження шуму за рахунок вибору звукопоглинаючих
матеріалів і додаткових конструкцій;
˗ забезпечити нормативні значення рівнів звукового тиску;
˗ зниження вартості заходів по зниженню шуму за рахунок більш
ефективного вибору звукопоглинаючого матеріалу і зменшенню його
площі.
Методи дослідження: Дослідження проводилося на основі хвильової,
геометричної та статистичної теорій акустики приміщень. Розрахунки проводились
за використанням Microcoft Excel і розроблених комп'ютерних програм. Для
підтвердження результатів, отриманих на основі розроблених методик, були
проведені експериментальні дослідження.
Наукова новизна полягає у підвищенні ефективності розрахунку зниження
шуму в приміщеннях звукопоглинальним облицюванням:
˗ запропоновано процес розрахунку зниження шуму в приміщеннях
звукопоглинальним облицюванням;
˗ отримано нову інформацію про вплив геометричних та акустичних параметрів
приміщень на величину коефіцієнта розсіювання звукової енергії, що
використовується при дзеркально-дифузному відбитті звуку;
˗ підвищена ефективність розрахунку зниження шуму в приміщеннях
звукопоглинальним облицюванням.

9

Практичне значення:
˗ розроблені рішення для підвищення ефективності розрахунку зниження шуму
в приміщеннях звукопоглинальним облицюванням;
˗ підвищена ефективність розрахунку зниження шуму в приміщеннях
звукопоглинальним облицюванням.
Структура і обсяг роботи.
Магістерська робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновків,
списку використаних джерел. Робота містить 109 сторінок. Список використаних
джерел із 68 найменування. Основна частина роботи містить 4 таблиці і 53 рисунки.

10

РОЗДІЛ 1
ОГЛЯД ПРОБЛЕМ МОДЕЛЮВАННЯ ЗВУКОПОГЛИНАННЯ ПРИ
ПРЄКТУВАННІ В БУДІВНИЦТВІ

1.1 Класифікація моделей розрахунку відбитих звукових полів в
приміщеннях

Моделі відрізняються великою різноманітністю за своїми характеристиками.
Розрізняють лінгвістичні, семантичні, імітаційні, ситуативні, графічні, просторово-
подібні та інші моделі. У будівництві найбільш поширеними є математичні моделі,
які описують процеси за допомогою математичних співвідношень. У цьому розділі
розглядаються моделі звукових полів приміщення, які в більшості випадків є
математичними.
Класифікація моделей, що використовуються в будівельній акустиці.
Найбільш загальною класифікаційною ознакою всіх акустичних моделей можна
вважати рівень їх розвитку: феноменологічний або статистичний.
Феноменологічний підхід передбачає розробку моделей звукового поля
приміщення на основі деяких загальних закономірностей між параметрами, що
визначають розглянуте явище передачі в цілому (моделі макрорівня). Основні
залежності феноменологічного підходу постулюються на основі експериментальних
даних або виведені на основі вивчення сукупності складових звукового поля, таких
як звукова хвиля, промінь або порція звукової енергії, тобто на основі статистичного
підходу.
Моделі мікрорівня, розроблені на основі статистичного підходу,
використовуються не тільки для обґрунтування, перевірки та виведення інших
методів, вони широко використовуються на практиці завдяки постійно зростаючим
можливостям комп'ютерної техніки.
З точки зору ступеня визначеності і випадковості процесів, що відбуваються в
акустиці, використовуються детерміновані і стохастичні моделі. Однозначно
визначені детерміновані моделі включають в себе геометричну модель, що реалізує
11

дзеркальне відображення звуку з огорож приміщення з ідеально гладкими
поверхнями. Дифузний або імовірнісний характер відбиття звуку порушує наперед
визначеність параметрів звукового поля, і в цьому випадку використовуються
імовірнісні стохастичні моделі.
Початкові хвильові процеси і статистичні енергетичні підходи передбачають
використання безперервних обчислювальних моделей, в основі яких лежить базова
концепція безперервного звукового середовища у вигляді континууму.
Представлення звукового поля у вигляді суцільного середовища, наділеного
властивостями, не є в залежності від розмірів даної площі, ідеалізується. Як показує
досвід використання статистичного енергетичного підходу, представлення
звукового поля у вигляді суцільного середовища може бути досить достовірним для
загального опису розподілу відбитої звукової енергії при вирішенні практичних
завдань контролю шуму. У деяких випадках звукові хвилі представляються у
вигляді потоку променів або фононів, що представляє собою дискретну модель з
обмеженою кількістю елементів.
Моделі, що описують акустичні процеси, є функціональними, оскільки в
першу чергу описують функціональні процеси утворення, поширення і загасання
звукової енергії (хвиль), що відбуваються в звукових полях. Структурна
геометрична модель приміщення, яка використовується в розрахунках, носить
допоміжний характер.
Фізичне моделювання використовується для складних процесів, для яких інші
моделі не забезпечують необхідної точності результатів [2]. Наприклад, це
відноситься до моделювання поширення шуму в міській забудові на фізичних
моделях забудови, розміщених на спеціально створених полігонах [4].
При розв'язанні технічних задач найбільш поширеними є математичні моделі,
що описують досліджувані процеси на основі математичного інструментарію:
алгебраїчні, диференціальні, інтегральні рівняння, теорія графів та ін.
Математичні моделі можуть бути аналітичними та експериментальними [25].
Експериментальні моделі створюються на основі результатів обробки результатів,
отриманих під час вимірювань рівнів звукового тиску статистичними методами
12

математики. При цьому отримані математичні вирази часто не відображають
реальних функціональних процесів. Для опису абсолютно різних процесів може
використовуватися один і той же опис у вигляді многочленів, рядів Фур'є і т.ін.
Аналітичні моделі отримуються за допомогою математичної логіки на основі
деяких основних законів. При цьому основні залежності, як правило, виходять з
польових спостережень або на основі експериментальної обробки даних [19].
Після алгоритмізації та програмування математичні моделі стають
комп'ютерними, набуваючи при цьому повного вигляду для їх використання в
проєктній практиці боротьби з шумом. У ряді випадків комп'ютерне моделювання
може виступати як самостійний метод, коли воно безпосередньо відтворює
початкову систему, наприклад, рух частинки в середовищі з розсіюючими
елементами [28]. В якості такої комп'ютерної моделі можна розглянути метод
трасування променів, який широко використовується в будівельній та архітектурній
акустиці [35].
В таблицях 1.1 і 1.2. наведено класифікацію моделей, які використовуються в
даний час для опису відбитих звукових полів приміщень.
Порядок розробки моделей важливий в процесі їх створення.
У «життєвому» циклі моделі можна виділити наступні етапи: початкова або
дослідницька стадія, теоретична розробка, реалізація, тестування, використання та
обслуговування моделі.
У найбільш складних випадках зв'язки між компонентами вихідної системи
можуть бути слабо структуровані, а закони, що їх пов'язують, можуть бути
представлені в описовому вигляді (аналог - лінгвістичні моделі). При цьому важливо
ранжувати властивості і закономірності, тобто визначати ступінь впливу тих чи
інших процесів на кінцевий результат моделювання. Подальша ефективність
розв'язання задачі залежить від глибини вивчення першого етапу розробки моделі.
Ранжування властивостей оптимізує модель за допомогою скорочення числа
складових розглянутих процесів, що відбуваються, тобто забезпечити достатню
точність моделювання при обліку обмеженого числа властивостей і елементів
вихідної системи. Наприклад, відмова від когерентності звукових хвиль дозволяє
13

істотно спростити рішення задачі розрахунку шумових полів в приміщеннях при
забезпеченні достатнього ступеня точності для вирішення завдання контролю шуму.
При цьому необхідно стежити за діапазоном допустимості прийнятих обмежень і
спрощень.
Таблиця 1.1. Класифікація моделей і теорії розрахунку відбитих звукових
полів приміщень
Основні групи
Ознака Теорія, підхід
моделей
Геометрична теорія, променеве і фононне
Дискретні представлення поля
Хвильова
Статистична
Континуум
Статистичний енергетичний підхід
Хвильова теорія
Детерміновані Методи, що реалізують дзеркальне відбиття
Методи, що реалізують спрямоване відбиття
Випадкові,
стохастичні Методи, що реалізують дифузне відбиття
Хвильова теорія
Мікрорівень
Геометрична
Комбінований Статистична
Статистичний енергетичний підхід
Макрорівень Експериментальні
Фізичні Фізично подібні моделі
Аналогові Моделі електроакустичної аналогії
Математичні, Методи хвильової, геометричної
комп'ютерні та статистичної теорії
Дзеарккуаслтьинкиий

Спрямований
Характер відбиття
Дзеркально-дифузний
звуку
Дифузний
Пропорційне
Довге
Пропорції і форма
Плоске
приміщення
Складної форми
Пов'язані (коридорні)

Етап дослідження дозволяє виявити причинно-наслідкові зв'язки не тільки для
розробки нових моделей, а й визначити області застосування розроблених моделей.
Акустичні і
Ступінь
геометричні Рівень
абстрагув Визначеність Безперервність
параметри розробки
ання
приміщення
14

Наприклад, правильна форма приміщень, велика і гладка в порівнянні з довжиною
хвилі поверхні приміщення припускають наявність дзеркального характеру
відображення звуку і, відповідно, використання існуючих або розробку нових
моделей звукового поля на основі геометричних принципів акустики.
Таблиця 1.2 - Основні розрахункові моделі (методи) розрахунку відбитих
звукових полів приміщень
№ Теорія Розрахункові моделі (методи)
1 Хвильова Методи математичної фізики для розв'язування
диференційних рівнянь гіперболічного типу:
 розділення змінних;
 інтегральних перетворень;
 функції впливу миттєвих зосереджених
імпульсів;
 метод хвиль, що поширюються.
2 Геометрична Уявних джерел.
Прослідковування променів.
3 Статистична Дифузного поля, рівняння Себина, Ейринга та ін.
Методи Любке, Кремера, Еске та ін.
Інтегральні рівняння Куттруфа.
4 Статистичний Методи математичної фізики для розв'язування
енергетичний диференціальних рівнянь параболічного типу:
підхід  розділення змінних;
 метод зображень;
 чисельні методи.
Інженерні методи.
Аналогові методи.

Другий етап - теоретична розробка моделі. Залежно від поставлених завдань,
параметрів, властивостей і закономірностей процесів у вихідній системі виділяють
основні процеси і закономірності з вирішальним внеском в кінцевий результат. На
основі фундаментальних законів фізики і математичної логіки, теоретичні принципи
моделі, які найчастіше представлені у вигляді математичних моделей. При
виведенні математичної моделі часто використовують закон збереження енергії,
властивість безперервності середовища, рівняння Остроградського-Гаусса та ін.
На наступному етапі реалізується розроблена модель, в результаті чого модель
набуває кінцевого вигляду відповідно до поставлених цілей. Для оцінки акустичних
параметрів мюзик-холів може використовуватися фізичне моделювання, що
повторює у всіх деталях справжній концертний зал в певному масштабі. На цьому
15

етапі математичні моделі процесів алгоритмізуються, кодуються і набувають
вигляду комп'ютерної моделі. При розробці комп'ютерної програми необхідно
мінімізувати зниження точності обчислень за рахунок удосконалення
використовуваних алгоритмів. Для цього обчислюються помилки програмування.
Додаткові похибки можливі при заміні нескінченних рядів на обмежене число їх
членів, обумовлені чисельним рішенням диференціальних і інтегральних рівнянь і
так далі.
До розвитку комп'ютерної техніки не було можливості реалізації
математичних моделей чисельними методами. Тому були розроблені аналітичні та
інженерні методи розрахунку реалізації моделей. При розробці аналітичних або
інженерних методів використовуються: різних спрощень, що призводять до
відносно простих виразів. Таким чином, заміна просторової системи уявних джерел
звуку на суцільну випромінюючу середу дозволила перейти від розрахунку
потрійного ряду до інтегрування і отримати аналітичний вираз для щільності
звукової енергії. В рамках статистичного енергетичного підходу в роботі [37]
отримано ряд інженерних методів. Освоєння таких методів вимагає глибокого
розуміння досліджуваної проблеми, володіння математичним апаратом, вміння
передбачати і оцінювати помилки за допомогою використання спрощень. В даний
час такі розробки проводяться все рідше і рідше. На практиці їм на зміну приходять
комп'ютерні чисельні реалізації математичних моделей.
Найвдаліші моделі доходять до етапу впровадження та використання. При
використанні кінцевого продукту у вигляді робочої моделі шумового поля в системі
проєктування заходів шумозахисту модель удосконалюється: задаються початкові
залежності, удосконалюються обчислювальні алгоритми (для математичних
моделей), визначаються межі застосовності, удосконалюється проєктування
комп'ютерних програм і т.д. нові завдання і розробка нових моделей для вихідної
системи або для вирішення завдань, що виходять за рамки цієї моделі.

16

1.2 Основні принципи та припущення, що використовуються при
розробці обчислювальних моделей для оцінки енергетичних характеристик
звукових полів

Основною енергетичною характеристикою, яка використовується в практиці
зниження шуму і тому підлягає розрахунку, є рівень звукового тиску, що
розраховується як:

, (1.1)

де – середньоквадратичне значення звукового тиску, Па;
- опорне значення звукового тиску на порозі чутності
.
У загальному випадку шумове поле приміщення з позицій хвильової акустики
представляється як сукупність плоских звукових хвиль, які поширюються певним
чином в обсязі. Процес утворення шумового поля підпорядкований складним
законам, які не мають простих математичних понять. Тому в існуючу практику
вводяться певні спрощення при розробці практичних методів розрахунку рівнів
звукового тиску:
 розрахунки виконуються для значень, усереднених в октавних смугах частот;
 емісійні характеристики джерела шуму і загасання звукової енергії в кожному
діапазоні вважаються незмінними;
 для звукових хвиль, що поширюються в приміщеннях, дотримуються умови
некогерентності і допустимо підсумовування енергій.
 при підсумовуванні енергетичних характеристик звукових полів допустимий
принцип суперпозиції;
 джерелами шуму приймається широкосмуговий, а рівень їх акустичної
потужності не залежить від параметрів приміщення і визначається як на
відкритому просторі.
Все вищесказане може бути застосовано як до постійного, так і до
непостійного шуму за часом.
17

1.3 Моделювання відбитої звукової енергії

Розподіл відбитої звукової енергії, що виникає в замкнутих об’ємах,
підпорядкований складним просторовим залежностям. Щоб їх оцінити, існує досить
велика кількість різних методів розрахунку. Як правило, кожен з них заснований на
одному з методів теоретичного аналізу акустичних умов в приміщеннях і
використовується тільки в межах, що визначають застосовність даного методу
аналізу. Виділяють три основні напрямки теоретичного аналізу шумового режиму
приміщень. Вони відповідають положенням хвильової, геометричної та
статистичної теорій кімнатної акустики. Основи цих теорій викладені в працях
[41,42,48,49].
Одним з основних факторів, що враховуються при створенні розрахункової
моделі, є характер відбиття звуку від поверхонь приміщення. Відомо, що
обчислювальний метод дає хорошу відповідність з експериментальними даними в
тих випадках, коли прийнята при його розробці модель відбиття відповідає
реальним умовам відбиття звуку і, навпаки, результати стають незадовільними при
використанні методу в тих випадках, коли дійсний характер відбиття звуку не
відповідає прийнятій в методі моделі відбиття [56,60].
Відбиття звуку від огорож здійснюється за допомогою складних просторових
залежностей, що визначаються формою поверхні, структурою матеріалу, кутом
падіння звуку та іншими параметрами. В цілому теоретичний опис залежностей
відбиття звуку від огорож в реальних умовах є складним завданням. У зв'язку з цим
в практиці побудови розрахункових методів використовується кілька умовних
моделей відображення звуку (рисунок 1.1).
Для характеристики поглинаючих і відбиваючих властивостей огорож
використовується поверхневий імпеданс, це відношення звукового тиску, що
визначається на поверхні матеріалу, до нормальної складової коливальної швидкості
частинок повітря. Поверхневий імпеданс використовується у хвильовій акустичній
теорії для розрахунку та дослідження характеристик ефективних звукопоглинаючих
матеріалів. При відомому комплексному значенні поверхневого опору можна
18

розрахувати коефіцієнт звукопоглинання поверхні, який в загальному випадку
залежить від частоти звуку і кута падіння звукових хвиль на поверхню.

| | , (1.2)

Рисунок 1.1 - Розрахункові моделі відбиття звуку від огороджуючих
конструкцій: а) - дзеркальні; б) - спрямовано розсіяні; в) - розсіяні за законом
Ламберта; г) - комбіновані (дзеркально-розсіяні); д) – випадкові.
В умовах дифузного поля, коли велика кількість плоских звукових хвиль
падає на елемент огорожі під різними кутами, використовується середній дифузний
коефіцієнт звукопоглинання

∫ , (1.4)

Коефіцієнти відбиття і звукопоглинання пов'язані залежністю .
Дифузний коефіцієнт звукопоглинання є достатньою характеристикою для оцінки
звукопоглинаючих властивостей огорож при розрахунку енергетичних параметрів
звукових полів з використанням методів статистичної та геометричної теорії
акустики приміщень.
Для характеристики відбитої хвилі, поряд з коефіцієнтом відбиття звуку,
необхідно володіти інформацією про діаграму випромінювання розподілу відбитої
енергії в просторі.
Дзеркальне відбиття (рисунок 1.1, а) характеризується рівністю кутів відбиття
і падіння променів і, отже, незмінністю фронту хвилі після відбиття спостерігаються
при відбитті звуку від поверхонь, розміри яких більше розмірів хвиль, а розміри
19

нерівностей на їх поверхнях значно менше довжин хвиль. Дзеркальне відображення
звуку від огорож реалізовано в моделях геометричної акустичної теорії.
Методи і моделі, засновані на принципах врахування дифузного характеру
відбиття звуку в розрахунковій моделі, більш поширені в практиці розрахунку
звукових полів [43,44]. При дифузному характері відбиття (рис. 1.1, в) діаграма
випромінювання відбитого звуку апроксимується залежністю за законом Ламберта.
При моделюванні дифузного відбиття методом трасування променів
використовується випадковий характер відбиття звуку від огорож (рисунок 1.1, д).
Аналіз розбіжностей результатів розрахунків, отриманих методами з
використанням дзеркальних і дифузних моделей відбиття, з експериментальними
даними показує, що реальний характер відбиття звуку має риси дзеркального і
дифузного моделей відбиття (рис. 1.1, б). У цьому випадку пропонується
використовувати в методах розрахунку модель змішаного відбиття (рисунок 1.1, г),
в якій дзеркально відбивається тільки частина енергії, а інша частина розподіляється
дифузно. У даній моделі відбиття запропонований комбінований метод розрахунку
звукових полів, в якому розподіл дзеркальної частини енергії оцінюється методом
трасування променя, а розподіл дифузно розсіяної енергії оцінюється статистичним
енергетичним методом.

1.3.1 Хвильова модель відбитого звукового поля

Відповідно до хвильової теорії акустики [28,30] звукове поле приміщення
представляється у вигляді об'ємного резонатора з великим числом власних частот,
що описуються хвильовим рівнянням

, (1.5)

де - звуковий тиск; - час, - швидкість звуку.
В результаті вирішення рівняння (1.5) з відповідними початковими і
граничними умовами можна в розрахувати всі необхідні параметри звукового поля.
Є обчислювальні труднощі при спробі обчислити велику кількість власних коливань
20

з урахуванням фазових співвідношень. Інша, більш важлива причина - необхідність
використовувати в розрахунках ідеальні умови збудження і граничні умови.
Джерела шуму, як правило, мають складну форму з нерівномірним, а іноді і змінним
за часом випромінюванням звукової потужності. З цих причин хвильова теорія
використовується в основному для оцінки шумів в порожніх прямокутних каналах і
приміщеннях низькочастотного діапазону, коли розміри огорож менше або
порівнянні з довжиною хвилі [23,26].
Хвильові методи оцінки шумових полів не підходять для реальних приміщень
складної форми з великою кількістю обладнання та інших предметів різного
призначення. При наявності об'ємних джерел шуму, а також апаратури та інших
предметів, що розсіюють звукову енергію, неможливо задовільно сформулювати
граничні умови. Аналіз таких ситуацій був проведений М. Шредером в [68].
У той же час хвильова теорія дає можливість аналізувати методи розрахунку,
розроблені на основі інших підходів, з метою визначення меж їх застосовності і
оцінки точності отриманих результатів. Це, зокрема, було використано
В.І. Ледєнєвим при оцінці меж застосовності обчислювальної моделі, розробленої на
основі статистичного енергетичного підходу [41,42,43,44,45,46].

1.3.2 Методи розрахунку шумових полів у приміщеннях, що реалізують
дзеркальне відбиття звуку на основі геометричної теорії акустики

Геометрична теорія акустики надає більш широкі можливості для оцінки
енергетичних характеристик шумових полів. У методах геометричної акустики
розподіл відбитої звукової енергії оцінюється на основі уявлень про променеві
закономірності формування звукового поля [39,40,42]. Відповідно до принципів
підсумовування енергій, величина звукової енергії в кожній точці приміщення може
бути представлена як результат підсумовування значень енергій, що вводяться в
досліджувану точку приміщення безпосереднім звуком від джерела і всіма
відображеннями звукових променів від огороджувальних поверхонь. При цьому
вважається, що поширення звукових променів підкоряється законам геометричної
21

оптики, тобто кут відбиття від плоскої поверхні дорівнює куту падіння. Відбитий
промінь можна уявити як такий, що виходить від уявного дзеркального джерела
звуку. Дзеркальне відбиття звуку може бути використано для поверхонь, довжина
яких значно перевищує довжину падаючої звукової хвилі.
Серед методів, що реалізують цю концепцію, найбільшого поширення набули
метод уявних джерел і способи простежування променів з різними їх реалізаціями в
комп'ютерних моделях.
У методі уявних джерел кожна відбита хвиля розглядається як така, що
надходить від деякого уявного джерела, розташованого симетрично (дзеркально)
щодо відбиваючої площини, і, отже, відбите звукове поле представляється у вигляді
поля, утвореного нескінченною групою уявних джерел, розташованих у вузлах
певної просторової решітки, властивої даному об'єму приміщення.
Метод був розроблений в середині минулого століття Л. Д. Розенбергом і
вперше був використаний ним для вивчення розподілу звукової енергії в
приміщенні з урахуванням впливу на нього різних факторів [55]. В даний час вона
знайшла застосування в теоретичних дослідженнях в області шумозахисту і в
практичних розрахунках рівнів звукового тиску в промислових будівлях [54,61,63].
У процесі його використання було виявлено ряд недоліків, через які він не завжди
забезпечує необхідну точність розрахунків. Першою причиною, що обмежує
використання методу, є високий ступінь ідеалізації граничних умов. В основі методу
лежить схема відбиття променів за законом дзеркала. Схема дуже умовна для
більшості реальних приміщень. При відбитті звуку від поверхонь, наприклад, у
виробничих приміщеннях, майже завжди відбувається змішане відбиття, при якому
відбувається часткове розсіювання відбитої енергії в напрямках, що не збігаються з
напрямком променя від уявного джерела. Тому характер зниження рівня шуму,
розрахований методом уявних джерел, не повністю відповідає реальній формі
зниження. Особливо це проявляється в непропорційно плоских і довгих
приміщеннях. У більшості випадків метод занижує рівні відбитого звуку в
найближчій до джерела зоні і значно завищує їх в зонах приміщення, віддалених від
джерела.
22

Другою істотною причиною, що впливає на точність розрахункового
розподілу відбитої енергії методом уявних джерел, є неможливість обліку
розсіювання звукової енергії на об'єктах і апаратурі, що розсіює звук, які завжди
знаходяться в реальних приміщеннях. За рахунок такого розсіювання відбувається
затримка і збільшення відбитої енергії в найближчій до джерела площі приміщення
і, відповідно, її зменшення на ділянках, віддалених від джерела. У плоских і довгих
приміщеннях з обладнанням зниження може перевищувати 6 дБ на кожне подвоєння
відстані від джерела, що явно не узгоджується з розрахунком за методом уявного
джерела [64].
Третя, дуже серйозна причина, що знижує точність розрахунків, - це
невідповідність реальних форм приміщень ідеальній формі прямокутного
паралелепіпеда, в якому можна побудувати просторову решітку з уявних джерел. У
разі відхилення форми приміщення від ідеальної, що завжди буває в реальності,
положення уявних джерел, прийнятих в розрахунках, істотно відрізняється від їх
справжнього положення, що, відповідно, впливає на точність розрахунків.
В цілому слід зазначити, що можливість практичного використання методів,
заснованих на принципах геометричної акустики, обмежена межами їх застосування
до умов реальних приміщень. Питання застосовності методів, заснованих на
принципах геометричної акустики, викладені в роботах [61,66]. Показано, що
дзеркальне відображення звукової енергії вірно при перевищенні розмірів огорож
довжини хвилі. Ця теорія повністю справедлива лише у випадку локально
реагуючих відбиваючих поверхонь [54]. Такі умови, як правило, не забезпечуються
в реальних умовах і це істотно впливає на точність розрахунків енергетичних
характеристик шумових полів в приміщеннях.
В даний час на практиці використовується кілька різних модифікацій методу
розрахунку звукових полів, заснованих на принципах відстеження звукових
променів. В основному вони відрізняються один від одного різницею в підходах до
запису звукової енергії в розрахункових точках. Всі ці підходи можна розділити на
дві групи.
23

До першої групи належать методи трасування, коли просторовий кут
поширення кожного променя, що виходить від джерела, приймається рівним куту
круглого, трикутного або якогось іншого поперечного перерізу [50]. Вибір
поперечного перерізу визначається зручністю використання його в алгоритмі
розрахунку.
Аналіз, виконаний в [57], показав, що таке представлення променів можливо
для вирішення завдань в порожніх приміщеннях з невеликими відмінностями в
коефіцієнтах звукопоглинання поверхонь. У випадках, коли існують великі
відмінності в звукопоглинанні поверхонь, наприклад звукопоглинаюча
облицювання, а також при наявності в приміщенні обладнання, при такому поданні
променів виникають великі похибки в розрахунках. Крім того, в цих випадках у
зв'язку з тим, що промені випромінюються імовірнісним способом, при повторних
розрахунках виникають істотні відмінності в результатах.
У задачах на зниження шуму промені повинні простежуватися до значного
загасання своєї енергії, що призводить до значного збільшення тривалості
трасування променів і до додаткових, важко передбачуваних помилок розрахунків.
До другої групи належать способи, коли промені приймаються з нескінченно
малими просторовими кутами поширення. Таке зображення променів в найбільшій
мірі відповідає поняттю променя, що використовується в геометричній акустиці.
При цьому точка прийому променів замінюється екраном або прозорим для звуку
ділянкою (наприклад, паралелепіпедом або сферою) з мінімальними розмірами, що
визначаються характером розв'язуваних задач. Необхідна кількість променів, що
випромінюються джерелом, визначається виходячи з співвідношення розмірів
приймальної зони і приміщення. Зрозуміло, що при такому способі моделювання
звукових променів, в разі їх малої кількості, можуть виникати помилки через
недостатню заміну суцільного хвильового фронту на обмежену кількість променів.
Для достовірного моделювання їх кількість повинна досягати десятків тисяч.
Завдяки швидкості сучасної комп'ютерної техніки, розрахунки з такою кількістю
променів не складуть труднощів. У зв'язку з вищесказаним дане представлення
променів використовується в методі трасування при вивченні статистичних
24

параметрів звукових полів в приміщеннях з дзеркальними і дифузними моделями
відбиття звуку від поверхонь огорожі [51,53]. Дослідження показали, що
обчислювальна модель трасування променів з їх нескінченно малими просторовими
кутами забезпечує більш стійке рішення задач при повторних розрахунках навіть у
випадку великої різниці коефіцієнтів звукопоглинання огорож приміщень [46].
Практика використання методу трасування променів показує, що він
використовується в основному в архітектурній акустиці для вивчення процесів
реверберації і структури реакції залів на імпульсне збудження [32]. Спосіб, як
правило, реалізується при дзеркальному характері відбиття звуку від огорож. Для
моделювання дифузного відбиття звуку від огорож використовують комбінації
радіального принципу поширення звукових хвиль з імовірнісними підходами.

1.3.3 Методи розрахунку шумових полів в приміщеннях, в яких
реалізовано дифузне відбиття звуку

Ще однією ідеальною моделлю для відбиття звуку від огорож, в деякому роді
протилежною дзеркальної моделі, є дифузне відобиття. У разі дифузного відбиття
звукової енергії за законом Ламберта Г. [32] запропонував використовувати
інтегральне рівняння для розрахунку енергетичних параметрів звукового поля.
За допомогою інтегрального рівняння можна розрахувати розподіл звукової
енергії по поверхнях і простору кімнат. Рівняння в загальному випадку не дає
аналітичного рішення і вирішується чисельними методами. Для цього потрібні
багаторазові розрахунки інтегралів на огороджувальних поверхнях приміщень.
Трудомісткість залежить від ступеня поділу огорож на елементарні ділянки і
кількості врахованих актів відбиття звуку. При нинішньому рівні швидкості
комп'ютерних технологій це завдання може бути вирішена досить швидко.
При вирішенні інтегрального рівняння можуть бути використані також
принципи моделювання, що поєднують метод відстеження променів і метод Монте-
Карло [29]. При цьому напрямок відбитих променів визначаються імовірнісним
способом в залежності від вказівки на розподіл відбитої звукової енергії. Метод
25

Монте-Карло використовується для моделювання дзеркального відбиття з
одночасним частковим розсіюванням звукової енергії [28].
Отримуючи отриманий розподіл енергії між елементами огорож, можна потім
визначити енергетичні параметри будь-якої точки звукового поля. На практиці цей
метод в основному використовується при вивченні ревербераційних процесів в
приміщеннях і при оцінці впливу на них різних факторів [27].
Слід враховувати, що в реальності, крім огорож, звукова енергія також
відбивається і розсіюється різними предметами (будівельними конструкціями,
обладнанням і т. Д.), Розташованими в обсязі приміщення. Цю обставину складно
врахувати в розглянутих, переважно ідеальних розрахункових моделях. Для обліку
додаткового розсіювання необхідно використовувати або інші підходи, або
використовувати ці методи в комплексі з методами, заснованими на інших
принципах оцінки розподілу звукової енергії в приміщеннях.

1.3.4 Методи розрахунку шумових полів в приміщеннях на основі
статистичної теорії акустики

Статистична теорія акустики найбільш широко використовується при
розрахунку енергетичних характеристик шумових полів приміщень. В основному,
методи розрахунку засновані на положеннях про дифузне звукове поле [44].
Статистичний підхід використовується в інженерних розрахунках рівнів
звукового тиску відбитих звукових полів і ревербераційних процесів, а також при
визначенні акустичних характеристик поверхонь приміщень [45]. Широке
застосування пов'язане з простотою формул розрахунку дифузного поля, а в деяких
випадках і з достатньою точністю для практичних цілей.
Всі відомі формули статистичної теорії акустики виведені з поняття
дифузного звукового поля. Відповідно до хвильової теорії, дифузне поле виникає в
результаті суперпозиції великого числа плоских хвиль з випадковим розподілом
амплітуд, фаз і напрямків. Вважається, що всі елементарні хвилі поля некогерентні і,
отже, в дифузному полі відсутні стійкі інтерференційні явища. Середні енергії всіх
26

хвиль, що проходять через кожну точку простору, складаючись арифметично,
визначають сумарну енергію звуку в цих точках. Дифузне поле має дві основні
властивості: однорідність і ізотропність.
Однорідність визначається як рівність усередненої за часом щільності
звукової енергії у всіх точках поля, а ізотропність визначається як рівноймовірність
надходження звукової енергії з усіх можливих напрямків в будь-яку точку поля
приміщення.
У своїй роботі [52] Ф. Морзе виходячи з ідей хвильової теорії акустики на
основі статистичного аналізу отримав основні енергетичні формули дифузного поля.
Проблеми дифузії відбитих звукових полів були розглянуті в роботах авторів
[49,58]. У [68] М. Шредер показав, що поняття дифузного поля може бути
використано для оцінки розподілу енергії в частотних інтервалах з високою
щільністю частот.
Статистична теорія акустики, заснована на понятті дифузного звукового поля,
широко використовується в практиці розрахунку шумового режиму приміщень.
Практично всі розрахункові формули, наведені в раніше діючих СНиП II-12-77, які
необхідні для визначення рівнів звукового тиску, розроблені з використанням цього
підходу.
При багаторічному практичному використанні формул статистичної теорії
було встановлено, що результати розрахунків енергетичних параметрів шуму в
зонах приміщень, де переважає відбита енергія, показують значні відхилення від
даних вимірювань.
Розрахункові рівні шуму занижені в найближчій до джерела шуму зоні і
завищені в дальній зоні. Як показали дослідження, основною причиною
недостатньої точності формул статистичної теорії є прийнята ідеалізація умов
формування відбитого звукового поля. Умови, що забезпечують дифузність поля,
і перш за все, однорідність розподілу відбитої енергії, виконуються в пропорційних
приміщеннях і тільки при певних акустичних характеристиках огорож. У [38]
встановлено, що група приміщень, в яких величина рівня відбитого звуку
змінюється в об’ємі до 1 дБ при середньому коефіцієнті звукопоглинання
27

поверхонь, рівному 0,05, обмежується відношенням найменшого до найбільшого
розміру приміщення в межах до 1:8 – 1:10, а при ці співвідношення
збільшуються до 1:4 – 1:5. Однак на практиці статистичні формули дифузного поля
рекомендується використовувати для пропорційних приміщень з відношеннями
найменших і найбільших розмірів не більше ніж 1:5.
Як показали численні дослідження, в реальних приміщеннях відбита звукова
енергія розподіляється нерівномірно по об'єму приміщення, а монотонно
зменшується при віддаленні від джерела.
У відбитих полях порушується принцип однорідності, тому їх не можна у
повній мірі вважати дифузними. Такі поля називаються квазідифузними. Вперше
таке визначення відбитих звукових полів було введено М. Шредером в [68]. У
квазідифузних звукових полях зберігається друга умова дифузії поля - ізотропність
або рівна ймовірність надходження відбитої звукової енергії з різних напрямків.
В.І. Лєдєнєвим було показано, що при наявності ізотропії і монотонності
зниження щільності відбитої звукової енергії при віддаленні від джерела шуму
розподіл відбитої звукової енергії в квазідифузному полі приміщення можна
розрахувати на основі статистичного енергетичного підходу [41,42,43]. При його
застосуванні, як і в методах дифузного поля, використовуються узагальнені
статистичні характеристики відбитих звукових полів (дифузні коефіцієнти
звукопоглинання, середня довжина вільного пробігу), але при цьому враховується і
наявність зниження відбитої звукової енергії при віддаленні розрахункової точки від
джерела шуму.
Однією з найбільш важливих спроб використання енергетичного підходу є
робота [2], в якій були отримані прості аналітичні вирази для розрахунку розподілу
густини енергії відбитих звукових полів в непропорційних приміщеннях. Аналогічні
спрощені формули для опису розподілу щільності відбитої енергії в приміщеннях
різних пропорцій, в тому числі і при наявності в них рівномірно розподілених
розсіюючих звук елементів, були отримані і в інших роботах. Перевірка отриманих
формул показала, що в багатьох випадках розраховані рівні звукового тиску не
узгоджуються з експериментальними значеннями [18].
28

Цікаву ідею щодо використання статистичного енергетичного підходу містить
робота Ф. Олендорфа [55], в якій він пропонує розглядати відбите звукове поле
приміщення як кінцевий результат дії нескінченно великого числа «частинок»
енергії, що поширюються в приміщенні подібно броунівському руху молекул.
Використовуючи положення кінетичної теорії газів, автор роботи пропонує
встановити залежність між щільністю потоку ‾ і градієнтом густини відбитої енергії
у вигляді
‾ , (1.6)
де - коефіцієнт дифузії, прийнятий за аналогією з молекулярною теорією
газів, рівним
‾ , (1.7)
де ‾ - середня довжина вільного пробігу в приміщенні.
Далі було показано, що при виконанні умови (1.6) розподіл щільності відбитої
енергії під дією нестаціонарного джерела звуку можна описати диференціальним
рівнянням

, (1.8)

де - коефіцієнт, що враховує поглинання звуку в повітрі.
При стаціонарному режимі роботи джерела рівняння (1.8) переводиться в
рівняння Лапласа.
У роботах Ф. Олендорфа наведені приклади вирішення завдань з
використанням рівнянь (1.6) - (1.8) для приміщень різних пропорцій при різних
граничних умовах.
Розглянутий підхід до оцінки відбитих звукових полів є дуже перспективним.
Однак запропонований метод було використано Ф. Олендорфом лише для
вирішення конкретних проблем архітектурної акустики і не отримав ним
подальшого розвитку. Слід зазначити, що перенесення рівняння для визначення
коефіцієнта дифузії газу з молекулярної теорії не зовсім правомірно. Це показано в
роботах В.І. Лєдєнєва.
29

Статистичний енергетичний принцип оцінки розподілу відбитої звукової
енергії найбільш повно використовується в роботах В.І. Лєдєнєва [44,46]. На основі
феноменологічного підходу було визначено залежність між щільністю потоку ‾, що
виникає в квазідифузному звуковому полі, і градієнтом густини відбитої звукової
енергії в цьому полі
‾ (1.9)
де - коефіцієнт зв'язку між щільністю потоку і градієнтом щільності, що
визначається як
‾, (1.10)
Беручи до уваги (1.10), вираз (1.9) має вигляд
‾ ‾ , (1.11)
Використовуючи цей зв'язок, була розроблена математична модель для
розрахунку розподілу щільності відбитої звукової енергії в квазідифузних звукових
полях приміщень [35].
У разі стаціонарних умов збудження системи (джерело звуку з постійною в
часі потужністю) рівняння має вигляд
(1.12)
де - знаходиться оператор Лапласа, - коефіцієнт звукопоглинання
поверхні в конкретних точках, ‾ - середня довжина вільного пробігу звукових
променів, що визначається з урахуванням відсутності або наявності в приміщеннях
предметів, що розсіюють звук.
Для реалізації рівняння (1.12) у приміщеннях правильної геометричної форми
використовується також метод поділу змінних. У цьому випадку вираз
перетворюється у вигляд

∑ ∑ ∑
‾ ( ) (1.13)

де - відстань від джерела до точки розрахунку.
Вираз (1.13) дає можливість оцінити розподіл щільності відбитої енергії в
приміщеннях правильної геометричної форми типу паралелепіпеда з усередненими
звукопоглинаючими властивостями в межах кожної з шести поверхонь огорожі. У
30

випадку складних форм огорожі був запропонований чисельний статистичний
енергетичний метод розрахунку відбитої звукової енергії.
Слід зазначити, що для реалізації рівняння (1.12) В.І. Лєдєнєв, С.І. Кришов,
І.В. Матвєєва [49] запропонували інші спрощені методи розв'язання. Зокрема, для
приміщень правильної форми і з незначними відмінностями в коефіцієнтах
звукопоглинання поверхонь пропонується використовувати метод зображень для
вирішення рівняння (1.12). При виведенні рівнянь цього методу розрахунку був
використаний формальний метод для заміни поглинання відбитої енергії на
границях еквівалентним поглинанням в середовищі. Наявність розподіленого по
об’єму обладнання та інших звукорозсіювальних об'єктів в методі враховується за
допомогою використання середнього коефіцієнта звукопоглинання приміщення.
Межі застосовності методу визначаються обмеженнями, що встановлюються при
його розробці, і він може служити лише приблизним методом.
Наближені інженерні методи, отримані І.В. Матвєєвою [50], дозволяють
оцінити розподіл відбитої звукової енергії в довгих і плоских приміщеннях з досить
рівномірним розподілом на звукопоглинальних поверхнях. При локальному
розміщенні звукопоглинання методи призводять до значних похибок в розрахунках.
Слід також зазначити, що у всіх перерахованих вище способах, відбита енергія
вводиться в місці розташування джерела. В реальності енергія перших відбиттів
відбувається розосереджено з усіх огорож з урахуванням їх віддаленості від джерела
і звукопоглинальних характеристик. Неврахування цієї обставини також призводить
до певних похибок.

31

1.3.5 Комбіновані методи розрахунку

Всі методи, розроблені на основі статистичного енергетичного підходу,
передбачають дифузне відбиття звукової енергії від поверхонь. Ця обставина
істотно впливає на точність розрахунків статистичними енергетичними методами.
Помічено, що розрахункові рівні шуму в площі приміщень, віддалених від джерела
шуму, в значній кількості випадків виявляються нижчими за експериментальні рівні.
В основному це пов'язано з тим, що реальний характер відбиття звуку від поверхонь
не відповідає дифузному характеру, прийнятому в розрахункових методах. Як було
показано раніше, у значній кількості приміщень відбиття звукової енергії має
змішаний характер, при якому частина енергії відбивається дифузно, а інша частина
дзеркальна. Це в основному визначає похибки в методах геометричної і
статистичної теорій акустики.
З метою зменшення похибок розрахунків, що виникають внаслідок
неправильного вибору характеру відбиття звуку, були запропоновані різні
комбінації спільних рішень задач розподілу відбитої звукової енергії різними
методами.
Вперше цей прийом був використаний С.Д. Ковригіним, С.І. Кришовим і В.І.
Ледєнєвим [32]. Метод уявних джерел і метод дифузного поля використовувалися
разом. При цьому при оцінці розподілу відбитої енергії за допомогою
геометричного методу враховувалася енергія перших декількох уявних джерел, а
енергія від інших джерел визначалася дифузним методом, припускаючи
рівномірний розподіл по приміщенню відбитої енергії як для ідеального дифузного
поля. Видно, що метод не відповідає змішаному відбиттю звуку. У той же час він
має всі основні недоліки вихідних методів уявних джерел і дифузного поля. Однак
вона дозволяє скоротити час обчислень і в деякій мірі підвищити їх точність за
рахунок формального перерозподілу енергії між дзеркальною і дифузною
складовими.
Більш висока точність забезпечується комбінованим методом, в якому замість
дифузного методу використовується метод відбиттів, в якому реалізується
32

статистична енергетична модель. Вона також має властиві недоліки в оригінальних
методах уявних джерел і зображень. Комбінований підхід може бути використаний і
в методі трасування променів, де деякі з ранніх відбиттів променів простежуються з
дзеркальним відбиттям, а наступні - з дифузним відбиттям.
Видно, що у всіх цих методах поділ дзеркальної і дифузної відбитої енергії
здійснюється дуже формально. Однак в реальності процес переходу дзеркальної
енергії в дифузну відбувається безперервно при кожному відбитті променів, і в
зв'язку з цим необхідно покращувати методи розрахунку.

33

Висновки

1. Виявлено, що розрахункові рівні звукового тиску в точках віддалених
від джерела шуму, в значній кількості випадків є нижчими за експериментальні
значення. Це пов'язано з тим, що реальний характер відбиття звуку від поверхонь не
є тільки дифузним, який використовується в багатьох в розрахункових методах.
2. Виявлено, що в приміщеннях відбиття звукової енергії часто має
змішаний характер, при якому частина енергії відбивається дифузно, а інша частина
дзеркальна. Це суттєво впливає на похибки в розрахунках.
3. Для уточнення існуючих методів розрахунку необхідно більш детально
дослідити фактори, що впливають на структуру відбитих звукових хвиль, і
врахувати їх в інженерних методах розрахунку систем звукопоглинання в
приміщеннях.
Виходячи з поставленої мети роботи та з урахуванням вищевикладеного,
основними напрямками дослідження є:
˗ зробити розробку моделі відбитих звукових полів, що може підвищити
ефективність розрахунку систем звукопоглинання;
˗ провести теоретичне дослідження структури відбитої звукової хвилі при
різних геометричних і акустичних умовах відбиття;
˗ виконати експериментальні та теоретичні дослідження факторів, що
впливають на коефіцієнт розсіювання відбитої енергії в приміщенні;
˗ врахувати коефіцієнт розсіювання відбитої енергії в інженерному розрахунку
систем звукопоглинання для приміщень;
˗ реалізувати запропонований інженерний розрахунок системи звукопоглинання
в Microsoft Excel і дати оцінку його ефективності.

34

РОЗДІЛ 2
ДОСЛІДЖЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ВІДБИТИХ ЗВУКОВИХ ПОЛІВ В
БУДИНКАХ, ЩО ВПЛИВАЮТЬ НА ЕФЕКТИВНОСТЬ РОЗРАХУНКУ
ЗНИЖЕННЯ ШУМУ ЗВУКОПОГЛИНАННЯМ

Практичні методи розрахунку звукових полів приміщень базуються на двох
ідеальних моделях відбиття звуку від огорож: дзеркальної та дифузної. Аналіз
результатів розрахунків, отриманих методами з використанням моделей
дзеркального та дифузного відбиття з експериментальними даними, показує, що
реальний характер відбиття звуку має риси дзеркального та дифузного моделей
відбиття одночасно. У розділі проведені дослідження параметрів і структури
звукових полів при дзеркально-дифузному відображенні звуку від огорож для
урахування їх впливу на ефективність розрахунку зниження шуму
звукопоглинанням.

2.1 Теоретичне обґрунтування дзеркально-дифузної моделі відбиття звуку
елементами огороджувальних конструкцій

Відбиття звуку від огорож здійснюється за допомогою складних просторових
залежностей, що визначаються формою поверхні, структурою матеріалу, кутом
падіння звуку та іншими параметрами. Як було показано в розділі 1, при розробці
методів розрахунку можуть використовуються кілька моделей відбиття звуку.
Дзеркальне відбиття звуку є похідним від рішення хвильового рівняння для
певного класу відбиваючих поверхонь, які мають відповідні геометричні та
акустичні параметри (рисунок 2.1, а). На основі моделі дзеркального відбиття звуку
в рамках геометричної теорії акустики приміщень розроблено в даний час велика
кількість методів розрахунку. Їх точність безпосередньо залежить від ступеня
відповідності реального відображення звуку ідеальній моделі дзеркального
відображення, причому в більшості випадків вона недостатньо висока: час
35

реверберації завищений, а спади звукової енергії в міру віддалення від джерела
шуму набагато менше, ніж реальні.
У багатьох випадках, особливо у виробничих приміщеннях, кращий збіг
розрахункових і експериментальних даних досягається при використанні
розрахункових методів на основі моделі дифузного відбиття звуку (рис. 2.1, г).
Дифузне відбиття звуку реалізовано в статистичних методах розрахунку шуму.
Моделі дзеркального і дифузного відбиття є ідеальними моделями, які не
повністю відповідають реальному характеру відображення. Насправді відбиття
звуку відбувається за складними схемами, коли частина енергії відбивається
дзеркально, а інша частина розсіюється дифузно (рис. 2.1 б, в). З цієї причини для
розрахунку відбитих звукових полів приміщень з певним співвідношенням між
дзеркальною і дифузною складовими відбитої енергії у вигляді коефіцієнта слід
використовувати комбіновані дзеркально-дифузні моделі відбиття (рис. 2.1, е).
Коефіцієнт розсіювання впливає на рівень постійного шуму, а також на загасання
звукової енергії при реверберації. Точність установки коефіцієнта розсіювання .
при розрахунках багато в чому визначає точність розрахунків енергетичних
характеристик шуму і, відповідно, надійність проектування систем
звукопоглинання.
На величину коефіцієнта розсіювання впливають три групи факторів:
 хвильові особливості дифракції і відбиття звуку;
 складність форми приміщення і ступінь різниці між огороджувальними
поверхнями і плоскими поверхнями;
 наявність звукорозсіюючих елементів на шляху поширення.
Оцінити дзеркальну і розсіяну складові звукового поля при відбитті звуку від
поверхонь можна на основі теоретичних досліджень відбиття енергії від локальних
ділянок огорож.

36

Рисунок 2.1 – Схеми відбиття звуку
naд - інтенсивність падаючої енергії; - коефіцієнти звукопоглинання і
розсіювання; - кут падіння (відбиття) звукової енергії.
У роботі [30] відзначається, що не вся енергія відбивається дзеркально від
елемента огорожі. Існує також вираз для оцінки похибки використання дзеркальної
моделі відбиття звуку від огорожі

( ) при √ ( ) √ ( ) (2.1)

де - довжина звукової хвилі. Позначення інших змінних можна побачити на
рисунку 2.2.
Результати даної роботи дозволяють оцінити похибки при використанні
дзеркальної моделі відбиття звуку. Їх можна трактувати, як обґрунтування появи
розсіяного відбиття, що, відповідно, вказує на необхідність використання
комбінованої дзеркально-дифузної моделі відбиття звуку від елементів огорожі.

Рисунок 2.2 – Схема до розрахунку похибки використання дзеркальної моделі
відображення від елемента огорожі
37

На основі хвильової теорії акустики можна розрахувати необхідні просторові і
часові параметри відбитої звукової хвилі, такі як звуковий тиск, амплітуда і фаза
коливань, інтенсивність і щільність звукової енергії, а також співвідношення
дзеркальної і розсіяної відбитої енергії.
Відображення звуку від елемента огорожі зручніше представляти у вигляді
випромінювання від уявного джерела через отвір з розмірами відбиваючого
елемента в акустично непрозорому огородженні (рисунок 2.3).

Рисунок 2.3 - Схема для розрахунку відбиття звуку від елемента огорожі

Загальне уявлення про процеси відбиття шуму джерелами пропонується
отримати на основі дослідження процесу випромінювання звукових хвиль поршнем,
вставленим в плоский екран. Аналогічний підхід використано і в [31]. Розрахунок
відбитої звукової хвилі заснований на принципі Гюйгенса-Френеля, згідно з яким
формування відбитої хвилі в точці спостереження відбувається в результаті
інтерференції вторинних хвиль, які породжуються в кожній точці фазового фронту
первинної падаючої хвилі. Розрахунок відбитого звукового збурення в
розрахунковій точці проводиться на основі формули дифракції Френеля-Кірхгофа,
яка застосовується по відношенню до плоскої хвилі має вигляд

∫ , (2.2)

де – амплітуда звукового тиску; - поверхня поршня; - кругова частота;
- час; – хвильове число; - відстань від випромінювального елемента до
38

розрахункової точки ; - кут між і нормаллю до елементу поверхні; - кут
падіння звукової хвилі.
Коли фронт падаючої хвилі досягає точки то зручніше приймати початкову
фазу рівною нулю (рис 2.4).

Рисунок 2.4 - Схема для обчислення інтеграла Френеля-Кірхгофа

Метод дозволяє розраховувати параметри в дзеркальному центруванні (див.
Рисунок 4.5).

Рисунок 2.5 - Схема відбиваючого елемента із зазначенням зони геометричних
відбиттів

39

Результати розрахунків показали, що в безпосередній близькості до елемента
огорожі, що відбиває, форма розподілу відбитої енергії зберігає фронт падаючої
хвилі. У міру віддалення від відбиваючого елемента фронт відбитої хвилі
змінюється за рахунок явища інтерференції. З'являються ділянки концентрації і
спадів звукового тиску. Параметри відбитої хвилі залежать від співвідношення
наступних величин: довжина хвилі, розмірів елемента, ступені віддаленості
розрахункової площини від огороджувального елемента.
Як приклад на рисунку 2.6 показані параметри відбитої плоскої хвилі на
відстані 3 м від квадратного елемента розміром 1,5х1,5 м при частоті 1000 Гц.
Амплітуда звукового тиску в падаючій хвилі приймається рівною одиниці. На
графіку (рис. 2.6, а) показані значення звукового тиску в відбитій хвилі. Видно
чотири зони локальних максимумів і локального мінімуму тиску в центральній точці
відбитого звуку. У центрі відбитої звукової хвилі знаходиться максимум
інтенсивності відбитої енергії (рис. 2.6, б). В результаті інтерференції рівень
звукового тиску в центральній точці відбитої хвилі на 4 дБ вище, ніж в падаючій
хвилі (рис. 2.6, в).
Метод дозволяє розрахувати відбиту енергію звуку в межах дзеркальної зони
відбиття. Всю іншу не дзеркальну енергію можна вважати дифузною або дифузно
відбитою. У розглянутому прикладі 48% відбитої енергії поширюється в бік
дзеркального відбиття і, відповідно, 52% енергії можна вважати розсіяно відбитою.
Таким чином, на підставі хвильового аналізу відбитої звукової хвилі можна
розрахувати параметри комбінованого дзеркально-дифузного відбиття звуку від
огорожі. При розрахунку параметрів відбитої хвилі зручніше використовувати
лінійну (б), а не полярну (а) діаграму (рис. 2.7). При розрахунку параметрів відбитої
хвилі на рисунку 2.7 і при подальшому отриманні коефіцієнта розсіювання не
враховується звукопоглинання відбиваючого елемента . Використання
абсолютно відбиваючої поверхні дозволяє сконцентрувати увагу на структурі
відбитої хвилі, не відволікаючись на поглинену складову звуку при виведенні
формул.

40

Рисунок 2.6 - Характеристика відбитої хвилі від елемента 1,5х1,5 м на відстані
3м: а) звуковий тиск в певний момент часу; б) інтенсивність звукової енергії;
в) зміна рівнів звукового тиску відносно рівня звуку в падаючій хвилі

41

Рисунок 2.7 - Розрахункова дзеркально-дифузна модель відбиття звуку:
а) сферична; б) лінійна
Сектор дзеркальних відбиттів в прямокутному відбивачі задається кутами

( ) и ( ), (2.3)

Величини, що використовуються у формулі (2.3), показані на рисунку 2.5. На
рисунку 2.7 показаний кут , під яким від центру відбиваючого елемента
визначається дзеркальна зона відбиття в площині падаючої хвилі. У випадку з
круговим відбивачем діаметр елемента слід використовувати в формулах (2.3)
замість розмірів (рис. 2.5).
На рисунку 2.8 показано розподіл відбитої звукової хвилі при нормальному
падінні (а) і при падінні хвилі під кутом до поверхні (б), розрахованому на
основі формули (2.2) і дзеркально-дифузної моделі. На підставі порівняння графіків
можна зробити висновок про допустимість використання комбінованої дзеркально-
дифузної моделі відображення. При нормальному падінні звуку графіки добре
збігаються. У разі похилого падіння похибки у використанні комбінованої моделі
будуть вище.
Не вся звукова енергія, що відбивається в межах області , є дзеркально
відбитою, вона також включає в себе частину розсіяної енергії. Для виведення
формул для обчислення коефіцієнта розсіювання записані вирази для
інтенсивності відбитої енергії в межах дзеркального сектору п , а також
п дзеркальна і розсіяно відбита енергія п , де п -
42

інтенсивність падаючої енергії; – частка відбитої енергії в зоні дзеркального
відбиття. Баланс енергії в межах дзеркально відбитої частині хвилі становить

, (2.4)

З (2.4) отримаємо вираз

(2.5)

Коефіцієнт не може приймати значення більше одиниці. При
дзеркальна складова настільки мала, що повністю «затуляється» розсіяною
складовою. В цьому випадку потрібно використовувати модель дифузного відбиття
.

Рисунок 2.8 - Діаграма розподілу енергії відбитої хвилі на основі розрахунку і
за дзеркально-дифузною моделлю відбиття: а) при нормальному падінні хвилі;
б) під кутом падіння; ___ за розрахунком; ...... дзеркальне відображення; ーー
розсіяне відбиття.
Вищенаведені методи розрахунку доцільно використовувати для аналізу
відбиття звуку і вивчення його структури при відбитті плоскої звукової хвилі від
різних відбиваючих елементів для підвищення ефективності проектування
звукопоглинаючих систем.

43

2.2 Дослідження структури відбитої звукової хвилі при різних
геометричних і акустичних умовах відбиття

У дослідженнях були використані наступні основні характеристики звукової
хвилі і відбиваючого елемента: звукова хвиля плоска, гармонійна з амплітудою
звукового тиску 1 Па з частотою 1000 Гц, що падає нормально на квадратний
елемент огорожі зі стороною 2 м. У разі зміни одного з параметрів інші вихідні
характеристики залишаються постійними.
Найбільш істотним фактором, що впливає на величину і співвідношення
дзеркально відбитої і дифузно відбитої енергії звукової хвилі, є співвідношення
розмірів відбиваючого елемента і відстані до розрахункової точки .

Рисунок 4.11 - Залежність коефіцієнта розсіювання відбитої енергії від
співвідношення розмірів елемента і відстані до розрахункової точки

При малих значеннях співвідношення відбиття можна вважати
абсолютно дифузним. Зі збільшенням співвідношення збільшується частина
відбитої енергії в зоні сектора дзеркального відбиття, яка охоплює більшу частину
просторового кута. У міру наближення розрахункової точки до відбиваючого
44

елементу частка дзеркальних відбиттів збільшується, але деяка частина дифузного
відбиття залишається помітною (рис. 2.11).

Рисунок 2.12 - Залежність коефіцієнта розсіювання відбитої енергії від
частоти звуку в падаючій хвилі

Рисунок 2.13 - Залежність коефіцієнта розсіювання відбитої енергії від кута
падіння звукової хвилі
45

Графік на рисунку 2.12 підтверджує залежність структури відбитої звукової
хвилі від частоти звуку або довжини хвилі. Дзеркальна складова збільшується зі
збільшенням частоти звуку.
На рисунку 2.13 показана залежність частки розсіяної складової відбиття
звуку від кута падіння звукових хвиль. При кутах падіння хвилі до ця
залежність незначна. Зі збільшенням кута падіння звукової хвилі
дзеркальна складова починає зменшуватися і, відповідно, збільшуються не
дзеркальні відбиття.
Розрахунки хвильовими методами структури відбитого сигналу від елемента
огорожі скінченних розмірів дозволили обґрунтувати та отримати кількісні
характеристики дифузної складової відбитого звукового поля.
Робимо висновок, що в звуковому полі є дві складові (дзеркальна і розсіяна),
які різко відрізняються за умовами утворення, розповсюдження і затухання. Було
проведено порівняльний аналіз параметрів дзеркальної та розсіяної складових
звукового поля, а також досліджено структуру відбитого поля за комбінованою
моделлю відбиття. В результаті було встановлено, що повне або часткове дифузне
відбиття звуку від огорож призводить до утворення розсіяної відбитої звукової
енергії з високим ступенем змішування енергії звукових хвиль. Дифузне відбиття
сприяє утворенню звукового поля, яке характеризується узагальненими
статистичними характеристиками.

46

2.3 Оцінка структури шумового поля приміщень з комбінованим
відбиттям звуку від огороджуючих конструкцій

При комбінованому відбитті звуку від огорож в структурі звукового поля
приміщення є дві складові (дзеркальна і дифузна), які відрізняються
характеристиками. Згідно з комбінованою моделлю відбиття звуку, при кожному
відбитті частина дзеркальної енергії безповоротно переходить в розсіяну складову і
заповнює її. Зворотний перехід дифузної енергії в дзеркальну неможливий. У цьому
розділі розраховується структура відбитого поля за допомогою комбінованої моделі
відбиття звуку.
Розрахункова схема комбінованої моделі наведена на рисунку (2.1, д).
Значення інтенсивностей поглиненої пог , дзеркально відбитої і сумарної
дифузно відбитої енергії взаємопов'язані з виразами
пог пад пад пад (2.6)
де пад - інтенсивність падаючої на елемент огорожі хвилі; - коефіцієнт
звукопоглинання огорожі; - частка дифузної складової у відбитій енергії.
Розподілимо порцію енергії, що випромінюється джерелом звуку, між
променями або групами променів з певним вільним пробігом ‾
, (2.7)
де інтервал часу дорівнює ‾ .
Всі промені, що випромінюються джерелом, спочатку вважаються такими, що
відносяться до групи дзеркально відбитих променів. Після першого акту відбиття
дзеркально відбита складова порції енергії дорівнює

‾
‾ , (2.8)
Частина відбитої енергії перейде в розсіяну складову

‾ ( ‾ ) , (2.9)
Дифузна складова має свою довжину вільного пробігу ‾, тому змінюється
тривалість порції енергії для розсіяної складової ‾ .
Після другого акту відбиття порція енергії складе
47

‾ ( ‾
)

‾ ‾ ( ‾ ) , (2.10)
‾

( ‾ ) ‾ ‾( ‾ )
Розсіяна енергія затухає за рахунок поглинання при кожному акті відбиття,
але при цьому вона постійно підживлюється енергією з дзеркальної складової.
У загальному випадку після актів поглинання і відбиття енергія
розраховується за формулами

‾ ( ‾ )
, (2.11)

‾
∑
( ‾ ) ‾
Процес затухання і перерозподілу енергії частини променів між дзеркальною і
розсіяною складовими при комбінованому відбитті звуку проілюстрований на
рисунку 2.14.
З рисунку видно, що дзеркальна і розсіяна складові поля можуть затухати з
різною швидкістю внаслідок різної довжини вільного пробігу, а також за рахунок
різниці в коефіцієнтах звукопоглинання поверхонь, з якими взаємодіють промені.
У виразах (2.7) - (2.11) символами ‾ і ‾ позначені середній коефіцієнт
звукопоглинання поверхонь, з яким стикається промінь, і середня довжина вільного
пробігу променя або групи променів.
Середня щільність відбитої звукової енергії, що виробляється дзеркальною
складовою, обчислюється за виразом
‾
( ‾ ) ‾ ( ‾ )
∑ , (2.12)
( ‾ ‾ )
Для обчислення розсіяної складової відбитого стаціонарного поля зручніше
переписати вираз (2.11) у вигляді
‾
∑
( ‾ ) ∑
‾ , (2.13)

48

Рисунок 2.14 - Схема затухання порції енергії при комбінованому відбитті

У виразі (2.14) в порівнянні з початковим варіантом, змінено порядок
підсумовування. Після обчислення сум рядів, отримаємо
‾( ‾ )
, (2.14)
‾ ( ‾ ‾ )
49

Сумарна щільність відбитої звукової енергії, що створюється групою
променів, дорівнює
‾ ( ‾ ) ‾

( ), (2.15)
( ‾ ‾ ) ‾
Підсумувавши внески усіх променів, можна отримати значення середньої для
приміщення щільності відбитої енергії стаціонарного поля.
∑
, (2.16)
Запишемо вирази для затухання звукової енергії після відключення джерела
звуку постійної акустичної потужності
‾
∑ ‾
( ‾ ) (2.17)
‾ ‾ ‾
c (2.18)
∑ ( ‾ ∑ ∑ ( ‾ ) ‾ )

Вираз (2.18) враховує перехід частини дзеркальної складової поля в розсіяну
під час кожного акту відбиття.
На рисунку 2.15 показаний процес реверберації звукової енергії при
комбінованому характері відбиття звуку в приміщенні з розмірами 9х9х3 м, з
‾ ‾ і коефіцієнтами розсіювання та .
Порівнюючи результати розрахунків реверберації в приміщенні з дзеркальним
і комбінованим відбиттям, можна побачити, що навіть незначна ступінь розсіювання
. призводить до значного зменшення дзеркальної складової і графік
затухання енергії наближається до залежності Ейрінга. У випадку більш значного
розсіювання затухання енергії відбувається майже за виразом Ейрінга,
дзеркальна складова стає незначною.
У приміщеннях зі звукопоглинаючим облицюванням потрібна більш висока
ступінь розсіювання, щоб затухання звукової енергії відбувалося за виразом
Ейрінга.
На рисунку 2.17 показані графіки реверберації в пропорційному приміщенні
9х6х3 м, яке має звукопоглинаючу стелю з і при різному ступені
50

розсіювання звуку. При ступені розсіювання графіки загатухання звукової
енергії наближається до виразу Ейрінга для дифузного поля. Відзначимо зближення
результатів розрахунку реверберації за допомогою методу простежування променів
і при збільшенні ступеня розсіювання звуку.
У разі облицювання бічних і торцевих поверхонь ефективним
звукопоглинаючим матеріалом вже при ступені розсіювання затухання
звукової енергії відбувається відповідно до графіка Ейрінга.
- Ейрінг
- дзеркальний
- розсіяний
Х - розрахунковий

Рисунок 2.16 - Графік реверберації в приміщенні 9х9х3 м з комбінованою
моделлю відбиття звуку від огорож: а) при коефіцієнті розсіювання ;
б) при .
Результати дослідження звукового поля при комбінованому відбитті
дозволяють розрахувати частку дзеркальної складової в стаціонарному звуковому
полі
∑

, (2.18)
∑
Для пропорційних приміщень з однаковими коефіцієнтами звукопоглинання
всіх огорож можна отримати прості вирази для оцінки структури звукового поля.
51

Рисунок 2.17 - Реверберація в сорозмірному приміщенні 9х6х3м з
звукопоглинаючою стелею: а) - при відсутності розсіювання ; б) - при
; в) – при ; г) – при ; д) – при ; е при .

52

Перепишемо вираз (2.10) для середньої щільності відбитої звукової енергії,
виробленої однією порцією енергії, заданою виразом для ‾

‾

(2.19)
∑
‾

Виконаємо розрахунок структури стаціонарного відбитого звукового поля, для
цього у вирази (2.14), (2.15) та (2.16) підставляємо , ‾ ‾ і ‾ ‾

‾
(2.20)
‾ ‾
‾
(2.21)
‾ ‾ ‾
‾

(2.22)
‾

Формула для сумарної (дзеркальної та розсіяної) середньої густини відбитої
енергії (2.22) співпадає з формулою для середньої енергії дифузного поля. Отримані
вирази дозволяють визначити частку дзеркальної складової у відбитому звуковому
полі приміщення
‾

(2.23)
‾ ‾

На графіку (рис. 2.18) показані розрахункові значення частки відбитої енергії
при різних значеннях ‾ і . Розрахунки показали, що при середніх коефіцієнтах
звукопоглинання огороджуючих конструкцій до значення 0,25, достатньо
розсіювання 15-20% відбитої енергії, щоб частка дзеркальної енергії в структурі
відбитого поля була менше 50%. Таким чином, навіть незначне розсіювання
відбитої енергії різко зменшує частку дзеркальної складової і збільшує внесок
розсіяної.

53

Рисунок 2.18 - Частка дзеркальної складової у відбитому полі приміщення.

Порівняння результатів розрахунку частки дзеркальної складової за формулою
(2.18) для приміщень різних пропорцій з розрахунками за виразом (2.23) для
пропорційних приміщень показало, що розбіжності в результатах не
перевищують 1,5%. Таким чином, вираз (2.23) і графік (рис. 2.18) можуть бути
використані для приміщень різних пропорцій з однаковими звукопоглинаючими
властивостями огорож. Оцінка частки дзеркальної складової в приміщеннях з
акустичним облицюванням наведена нижче.
Отримані співвідношення між дзеркальною і дифузною складовими енергії
дозволяють розрахувати шумові поля пропорційних приміщень при комбінованій
моделі відбиття звуку, розподіляючи акустичну потужність джерела звуку між
дзеркальною і дифузною складовими пропорційно отриманим значенням показаним
на графіку (рис. 2.18). Після поділу акустичної потужності виконується незалежний
розрахунок дзеркальної та розсіяної складових будь-яким методом, а результати
підсумовуються між собою.

54

Висновки

У розділі:
˗ зроблено розробку моделі відбитих звукових полів, що може підвищити
ефективність розрахунку систем звукопоглинання;
˗ проведено теоретичне дослідження структури відбитої звукової хвилі при
різних геометричних і акустичних умовах відбиття.
˗ Отримані наступні результати:
1. Отримано метод розрахунку, який доцільно використовувати для
аналізу структури відбитої звукової хвилі.
2. Отримано залежність коефіцієнта розсіювання відбитої енергії від:
частоти звуку в падаючій хвилі; кута падіння звукової хвилі.
3. Отримані вирази, що дозволяють розраховувати значення частки
відбитої енергії при різних значеннях ‾ і .

55

РОЗДІЛ 3
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ФАКТОРІВ, ЩО ВПЛИВАЮТЬ
НА ЕФЕКТИВНОСТЬ РОЗРАХУНКУ ЗНИЖЕННЯ ШУМУ
ЗВУКОПОГЛИНАННЯМ У ПРИМІЩЕННІ

3.1 Методика експериментального визначення коефіцієнта розсіювання

При використанні комбінованої дзеркально-дифузної моделі відображення в
приміщенні формуються дзеркальна і дифузна відбита складові звукового поля.
Розрахунок дзеркальної складової, заснований на принципах геометричної теорії
акустики, ґрунтовно розроблений, добре алгоритмізований і реалізований різними
розрахунковими методами. Дифузну відбиту звукову енергію розрахувати набагато
складніше, особливо в непропорційних приміщеннях. У разі дифузного відбиття
звуку від огорож рекомендується розраховувати звукові поля приміщень
статистичними енергетичними методами, теоретична основа яких ґрунтується на
взаємозалежності енергетичних характеристик щільності потоку і градієнта
щільності відбитої звукової енергії. У зв'язку з цим в даному розділі роботи
проводяться детальні дослідження енергетичних характеристик постійних звукових
полів в приміщеннях з різними геометричними і акустичними характеристиками на
основі чисельного моделювання.
Теоретичні дослідження структури відбитої хвилі від елемента корпусу (див.
Розділ 2) показали, що відбиваючі елементи кінцевих розмірів не відображають всю
звукову енергію в дзеркальному вигляді. Частина звукової енергії, причому іноді
дуже значна, відбивається розсіяно.
Однією з причин утворення розсіяного відбиття звуку є дифракційні процеси
при відбитті звуку від дрібних елементів огороджуючих конструкцій.
Більш істотною характеристикою, що впливає на формування дифузних і
дифузних відображень, є складність форми приміщення і ступінь його відмінності
від правильних геометричних форм. У міру ускладнення форми збільшується
кількість відбивачів, кожен з яких сприяє утворенню розсіяного звуку. З іншого
56

боку, навіть при значній частині дзеркального відбиття по-різному орієнтовані
елементи огорож викликають порушення фронту відбитої хвилі, аж до утворення
зустрічних потоків звукової енергії. Зі збільшенням числа актів відбиття різко
зменшується ступінь упорядкованості і дзеркальної складової звукового поля.
Формування розсіяної відбитої енергії при одночасній наявності дзеркальної
складової поля передбачає використання ідеальної дзеркально-дифузної моделі
відбиття. У той же час коефіцієнт розсіювання, що визначає частку дифузного
відбиття, є важливою величиною, яку необхідно визначити. подальші дослідження
коефіцієнта дисперсії.
Дослідження планувались відповідно до вимог нормативних документів.
Основні методичні вимоги (ГОСТ 12.1.050-86 «Методи вимірювання шуму на
робочих місцях»), яких слід дотримуватися під час вимірювання рівнів звукового
тиску у приміщеннях з метою розробки (проектування) системи звукопоглинання та
оцінки акустичних характеристик приміщення:
1. Використовувати шумомір не нижче II класу точності.
2. Перед проведенням серії вимірювань та після їх закінчення обов’язково
перевірити калібрувати шумомір за допомогою акустичного калібратора.
3. Під час вимірювань у приміщенні повинні бути забезпечені стабільні умови:
 Відсутність зайвих джерел шуму, не пов’язаних з об’єктом дослідження.
 Якщо фонова завада присутня (кондиціонери, вентиляція тощо), слід або
вимкнути/зменшити її, або зафіксувати рівні фонового шуму, щоб за
зробити поправки (використати методику віднімання фонового рівня).
 У разі суттєвих відмінностей температури та вологості від нормальних
умов вимірювання варто це задокументувати, оскільки це може
впливати на результати (особливо на високих частотах).
Розташувати точки вимірювання (позиції мікрофона) з урахуванням геометрії
приміщення, висоти (1,2–1,5 м від підлоги) та специфіки розміщення джерел шуму й
майбутніх звукопоглинальних конструкцій.
Кількість точок має бути достатньою для статистично надійного уявлення про
просторовий розподіл звукового тиску.
57

У кожній точці необхідно робити не менше 3 повторних вимірювань, щоб
оцінити похибки та розрахувати середнє значення рівня звукового тиску.
Тривалість кожного вимірювання (інтеграційний час шумоміра) має бути
10…30 с, щоб усереднити можливі коливання шуму.

Рисунок 3.1 - Вимірювач шуму та вібрації ВШВ-003-М2.
Вимірювач шуму та вібрації ВШВ-003-М2, має 1 клас точності і призначений
для вимірювання: рівня звуку з частотними характеристиками А, В, С; рівня
звукового тиску в діапазоні частот 2 Гц...18 кГц; звукового тиску в октавних смугах
у діапазоні частот від 2 Гц до 8 кГц у вільному та дифузних полях.

Рисунок 3.2 – Джерело шуму: акустична система «JBL Link Sfera».
58

Джерело шуму: акустична система «JBL Link Sfera». Має діаграму
спрямованості – 360 град., потужність, Вт - 20 Вт, частотний діапазон - 60-20000
Гц, підключення – бездротове.
Обробка результатів вимірювань. Найбільш достовірним способом визначення
розсіюючих властивостей приміщення є експериментальні дослідження, коли для
групи приміщень результати розрахунку спадів звукової енергії при різних
коефіцієнтах розсіювання порівнюються з результатами вимірювань спадів рівнів
звукового тиску.
Розрахунки рівнів звукового тиску в розрахункових точках, що збігаються з
точками вимірювання, проводяться комбінованим методом.
Розрахунки проводилися при різних значеннях коефіцієнта розсіювання
, {0, 0.1, 0,2 0.3, 0.4, 0.6, 0.8, 1}. При необхідності застосовувався більш дрібний
крок коефіцієнта відбиття в більш вузькому діапазоні.
Середньоквадратичне відхилення може бути показником збігу
розрахункових і виміряних даних

√ ∑
( ) (3.1)

де . - розбіжність між розрахунковим і виміряним рівнями звукового тиску
в розрахунковій точці приміщення;
-кількість пунктів обчислення;
‾ ‾- середня різниця в рівнях звукового тиску між розрахунковим і
експериментальним значеннями.
Стандартне відхилення корисно для оцінки ступеня розбіжності між
розрахунковими і експериментальними даними в межах одного приміщення при
порівнянні різних методів розрахунку.
У разі використання виразу (3.1) для порівняння розподілу рівнів звукового
тиску в різних приміщеннях необхідно переконатися в сумірності вихідних даних:
виключити з порівняння прямий звук, переконатися в рівномірності розташування
розрахункових точок і точок вимірювання. Можливо використовувати енергетичне
усереднення розбіжності між розрахунковими і експериментальними даними.
59

3.2 Експериментальні та теоретичні дослідження факторів, що впливають
на коефіцієнт розсіювання відбитої енергії в порожньому приміщенні

Заміри рівнів звукового тиску проводив у коридорі. Розрахункова схема
приміщення показана на рисунку 3.1.

Рисунок 3.3 - Розрахункова схема приміщення коридорного типу: ДШ -
джерело шуму; РТ - точка вимірювання рівня звукового тиску.

Висота коридору – 3,5м. Дослідження проводилися в з геометричною
середньою частотою звуку 1000 Гц. При розрахунках були використані наступні
звукопоглинаючі характеристики огороджуючих конструкцій: бетонне покриття
підлоги ; штукатурені і пофарбовані стіни ; стеля з перфорованих
гіпсових плит .
Джерело шуму була акустична колонка з генератором тестових сигналів, яка
має форму кулі, з рівнем акустичної потужності 93 дБ. Перша точка вимірювання
рівнів звукового тиску знаходилась на відстані 1м від джерела, інші розташовуються
з інтервалом в 2 м.
Для проведення досліджень була виконана головна умова - приміщення
коридору повинно бути порожнім. Результати вимірювань і розрахунків рівнів
звукового тиску наведені на рисунку 3.4.
З графіків видно, що найкращий збіг розрахункового і вимірювального
графіків спостерігається в діапазоні коефіцієнта розсіювання.
Розрахунок коефіцієнту показав, що найменша середньоквадратичне розбіжність
між виміряними і розрахунковими значеннями рівнів звукового тиску
60

дБ спостерігається при . Результати розрахунків показали
досить низьке значення коефіцієнта розсіювання, що пояснюється кількома
причинами.

Рисунок 3.4 - Експериментальні (----) та розраховані рівні звукового тиску
при різних коефіцієнтах розсіювання.
В приміщенні відсутні звукорозсіюючі елементи, такі як меблі або
обладнання. Аналіз результатів розрахунків показав, що модель дзеркального
відображення звуку в даному випадку краща за дифузну модель
.
Профіль стін коридору досить нерівний. Виступаючі і западають елементи
стін викликають локальні зустрічні потоки звукової енергії. При цьому величина
коефіцієнта визначається дифракційними процесами при відбитті звукових хвиль
від окремих ділянок огорожі.

3.3 Експериментальні та теоретичні дослідження факторів, що впливають
на коефіцієнт розсіювання відбитої енергії в порожньому приміщенні
спрощеної форми

Приміщення складної форми перетворюємо в рівноцінне приміщення
прямокутної форми. Причиною використання умовно спрощеної форми приміщення
61

є велика рельєфність і складність поверхні огороджувальних конструкцій багатьох
реальних приміщень, і як наслідок висока трудомісткість або неможливість точного
опису форми приміщення за допомогою набору геометричних елементів в цифрових
моделей.
Еквівалентні параметри спрощеної форми приміщення у вигляді
прямокутного паралелепіпеда можуть бути засновані на умові рівності об’єму
приміщення, рівності площі огороджувальних поверхонь або еквівалентного
звукопоглинання.
Для пропорційних приміщень досить рівності еквівалентного
звукопоглинання. В непропорційних приміщеннях вибір рівноцінного приміщення
набагато складніше, так як форма і характерні розміри приміщення мають значний
вплив. Проведено дослідження приміщення з розмірами м, при
цьому зберігається довжина, висота, об’єм, площа підлоги і стелі. Також збереглась
еквівалентна площа звукопоглинання стелі, як елемента приміщення з найвищим
коефіцієнтом звукопоглинання і найважливіший з точки зору впливу на розподіл
звукової енергії.

Рисунок 3.5 - Експериментальні (----) та розраховані рівні звукового тиску при
різних коефіцієнтах розсіювання (паралелепіпед).

Порівняння результатів розрахунків з експериментальними даними (рис. 3.5)
показало, що в приміщенні простої форми зниження рівнів звукового тиску зі
62

збільшенням відстані від джерела звуку менше на 3-5 дБ. Найкращий збіг
розрахунку і експерименту спостерігається при коефіцієнті розсіювання .
Перетворення складної форми приміщення в більш просту виражається в
заміні ламаних поверхонь на плоскі. При цьому змінюються траєкторії руху частини
відбитих променів. Для компенсації цього процесу в приміщенні у вигляді
прямокутного паралелепіпеда необхідно використовувати більш високе значення
коефіцієнта розсіювання .
Ступінь збільшення коефіцієнта розсіювання можна порівняти зі ступенем
зміни форми приміщення. Площа огорож приміщення становила , а
після замінили форми приміщення на паралелепіпед м . У розглянутому
приміщенні зменшення площі огорож за рахунок спрощення форми поверхонь
склало 0,08, що практично відповідає ступеню зміни коефіцієнта розсіювання.
З проведеного аналізу можна зробити важливий висновок: величина
коефіцієнта розсіювання в комбінованій моделі визначається не тільки процесами
відбиття і розсіювання звукових хвиль, на його значення також впливає ступінь
збігу реальної форми приміщення і використовуваної при розрахунку геометричної
цифрової моделі. Чим точніше геометрична модель повторює контури приміщення,
тим нижче коефіцієнт розсіювання.

3.4 Експериментальні та теоретичні дослідження факторів, що впливають
на коефіцієнт розсіювання відбитої енергії в приміщенні з дифузними
елементами

У приміщенні коридору рівномірно розміщені 12 і 23 навчальних столи з
розмірами 1,2х0,5х0,9м. Розрахунки проводились для реальної форми приміщення і
у вигляді прямокутного приміщення (Рисунок 3.3).
Коефіцієнт звукопоглинання підлоги був скоригований для врахування
додаткового звукопоглинання столами, до п (при 12 столах) і п
(при 23 столах) (при 12 і 23 столах) відповідно.
63

Додавання в приміщення розсіюючих елементів помітно вплинуло на
параметри звукового поля. Вимірювання показали зниження рівня шуму в
розрахункових точках, віддалених від джерела шуму на 6-9 дБ в порівнянні з
приміщенням без дифузних елементів.

Рисунок 3.6 - Експериментальні (----) та розраховані рівні звукового тиску при
різних коефіцієнтах розсіювання з 12 і 23 звуковими розсіювачами:
а) - існуюча геометрія приміщення; б) – спрощена геометрія приміщення у
вигляді паралелепіпеда.

64

Середнє значення коефіцієнта розсіювання збільшилося при додаванні 12
столів з до (Рис. 3.6, а), і в приміщенні у вигляді паралелепіпеда
від до . Таким чином, розташування столів збільшило коефіцієнт
розсіювання в середньому на 0,2.
У випадку з 23 столами, розташованими в приміщенні початкової форми,
коефіцієнт розсіювання досягає і в спрощеній прямокутній формі
приміщення .
Вплив розсіювачів на коефіцієнт досить великий, його можна приблизно
2
оцінити геометричними методами. Площа поверхні столу становить 1,2м , тому
збільшення загальної площі поверхонь приміщення за рахунок площі столів
незначне, воно становить 2 і 4% при 12 і 23 встановлених столах відповідно.
Зменшення об’єму приміщення практично не відбувається. Зменшення середньої
довжини вільної смуги пробігу також становить кілька відсотків і не може пояснити
існуючий вплив дифузорів на зміну параметрів звукового поля.
Високу ефективність розсіюючих елементів можна пояснити їх впливом на усі
групи звукових променів: косі, осьові, дотичні. Ще одним фактором є рівномірний
розподіл дифузорів по всьому приміщенню, в тому числі і в центральних зонах
приміщення, які є найбільш важливими з точки зору впливу на всі звукові хвилі. З
аналогічної причини, у зв'язку з високою ефективністю об'ємних і кулісних
звукопоглинаючих елементів, прийнято підвищувати їх звукопоглинаючі
характеристики. Наприклад, звукопоглинання споруд кулісного типу в порівнянні з
плоскими облицюванням тієї ж площі має більш високу ефективність, в 1,5-2,5 рази
[61]. Ефект «додаткового» звукопоглинання від дифузорів показаний також в [62].
Таблиця 3.1 - Складові коефіцієнта розсіювання
Порожнє приміщення 12 розсіювачів 23 розсіювачів
Складові
коефіцієнта Форма Форма Форма Форма Форма Форма
розсіювання без праралеле- без праралеле- без праралеле-
спрощ піпеда спрощ піпеда спрощ піпеда
Розрахунок 0.15 0.25 0.35 0.45 0.45 0.60
Дифракція 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10
Форма 0.05 0.15 0.05 0.15 0.05 0.15
Розсіювачі - - 0.20 0.20 0.30 0.35
Фактори
65

В якості приблизної оцінки ступеня збільшення розсіювання звуку візьмемо
відношення збільшеної вдвічі площі розсіювання елементів до площі приміщення в
плані. При 12 столах збільшення коефіцієнта розсіювання складе
, а при 23 столах . Ці значення приросту коефіцієнта
розсіювання узгоджуються з експериментальними даними.
Проведені дослідження дозволили встановити вплив різних факторів на
величину коефіцієнта розсіювання. Результати досліджень зведені в таблицю 3.1.

66

Висновки

В розділі виконані експериментальні та теоретичні дослідження факторів, що
впливають на коефіцієнт розсіювання відбитої енергії в приміщенні.
Результати:
1. Отримані експериментальні та розраховані рівні звукового тиску при різних
коефіцієнтах розсіювання.
2. Чим точніше модель повторює контури приміщення, тим нижче коефіцієнт
розсіювання .
3. Збільшення кількості об’єктів, які розсіюють звук з 0 до 12 і потім з 12 до 23,
збільшило коефіцієнт розсіювання в середньому на 0,2.
4. Порівняння результатів розрахунків з експериментальними даними (рис. 3.5)
показало, що в приміщенні простої форми зниження рівнів звукового тиску зі
збільшенням відстані від джерела звуку менше на 3-5 дБ. Найкращий збіг
розрахунку і експерименту спостерігається при коефіцієнті розсіювання
.

67

РОЗДІЛ 4
ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ІНЖЕНЕРНОГО РОЗРАХУНКУ
ЗНИЖЕННЯ ШУМУ В ПРИМІЩЕННІ ЗВУКОПОГЛИНАЛЬНИМ
ОБЛИЦЮВАННЯМ

4.1 Загальні положення для розрахунків

Для розрахунку зниження рівнів звукового тиску звукопоглинальним
облицюванням для висікальної дільниці поліграфічного підприємства «Типографія
Україна». Використовуємо результати досліджень проведених в розділах 2 і 3.
Для вдосконалення інженерної методики розрахунку, наведеної в
нормативних документах: ДСТУ-Н Б В.1.1-32:2013 «Настанова з проектування
захисту від шуму в приміщеннях засобами звукопоглинання та екранування»;
ДСТУ-Н Б В.1.1-35:2013 «Настанова з розрахунку шуму в приміщеннях і на
територіях» використовуємо програму «Microsoft Excel».
В залежності від співвідношення геометричних розмірів (висоти Н, ширини G
і довжини D) всі приміщення з джерелами шуму поділяють за акустичними
властивостями на три типи: пропорційні, у яких відношення найбільшого розміру до
найменшого становить не більше ніж 5; непропорційні плоскі, у яких відношення
D/H > 5, G/H ≥ 4; непропорційні видовжені, у яких D/H > 5, G/H < 4.
У приміщеннях непрямокутної форми у розрахунках використовують
усереднені розміри Н, G і D, визначені за правилом рівних площ у розрізі.
Необхідність і доцільність застосування акустичного облицювання приміщень
для зниження шуму визначають на основі попереднього акустичного розрахунку, в
результаті якого визначають величини необхідного зниження рівнів звукового тиску
нх
в октавних смугах частот ΔL і акустичні характеристики приміщення до його
облицювання, зокрема середній коефіцієнт звукопоглинання ‾ в приміщенні.
Застосування звукопоглинального облицювання є ефективним, коли середній
коефіцієнт звукопоглинання у приміщенні після облицювання ‾ збільшується у
порівнянні з коефіцієнтом ‾ не менше ніж у 2 рази.
68

Теоретично максимально можливе зниження рівнів звукового тиску в даному
приміщенні ΔLмакс, дБ, при облицюванні всіх його поверхонь конструкцією з
коефіцієнтом звукопоглинання, що дорівнює одиниці (тобто, за відсутності в
облицьованому приміщенні поля відбитого звуку), визначають в октавних смугах
частот за формулою:
ΔLмакс = 10 lg (1 + Q), (4.1)
де Q - величина акустичного відношення в розрахунковій точці приміщення,
безрозмірна.
У зоні відбитого звуку (Q > 1) зниження рівнів звукового тиску може досягати
досить великих значень, а в точках, які знаходяться поблизу джерела шуму в зоні
прямого звуку (Q < 1), зниження рівня звукового тиску є обмеженим.
Величина акустичного відношення залежить від акустичних характеристик
приміщення, до яких в першу чергу відноситься середній коефіцієнт
звукопоглинання в приміщенні. Чим меншим буде початковий середній коефіцієнт
звукопоглинання (до улаштування в приміщенні звукопоглинального облицювання)
і чим більшим буде кінцевий (після улаштування акустичного облицювання), тим
більшим буде зниження шуму.
Розрахунок за формулою (4.1) дозволяє надати попередню оцінку самої
нх
можливості зниження шуму на величину ΔL за рахунок застосування лише засобів
звукопоглинання і позбавляє при проєктуванні від спроб, перебираючи всі відомі
звукопоглинальні конструкції, досягти неможливого зниження.
Розрахунок зниження рівнів звукового тиску ΔL в розрахункових точках
приміщень потрібно виконувати в октавних смугах з середньогеометричними
частотами 31,5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц. Остаточний результат
обчислень заокруглюють до десятих часток децибела.
За відсутності необхідних вихідних даних для виконання розрахунку в
октавній смузі із середньогеометричною частотою 31, 5 Гц (наприклад, за
відсутності акустичної характеристики застосовуваних звукопоглинальних
конструкцій в даній октавній смузі) допускається на період створення необхідної
69

бази даних для цієї октавної смуги розрахунок виконувати в октавних смугах з
середньо-геометричними частотами від 63 Гц до 8000 Гц.

4.2 Визначення акустичних характеристик приміщення

Акустичними характеристиками приміщень є: середній ревербераційний
коефіцієнт звукопоглинання огороджувальних поверхонь приміщення а; середній
коефіцієнт звукопоглинання в приміщенні, що враховує затухання звукової енергії у
повітрі середня довжина вільного пробігу звукових хвиль в приміщенні тип
приміщення відповідно до класифікації; акустична постійна приміщення, що
характеризує його повне звукопоглинання В; еквівалентна площа звукопоглинання
приміщення А; показник звукопоглинання в приміщенні а.
Акустичну постійну пропорційних приміщень без звукопоглинального
2
облицювання В0, м , визначають в октавних смугах частот за формулою:

(4.2)

де огор - сумарна площа огороджувальних поверхонь приміщення (підлоги,
стелі, стін), м²; - еквівалентна площа звукопоглинання приміщення в октавних
смугах частот, м²; ‾ - середній коефіцієнт звукопоглинання в приміщенні,
безрозмірний, який визначають в октавних смугах частот за формулою:

‾
(4.3)
де - середній ревербераційний коефіцієнт звукопоглинання
огороджувальних поверхонь приміщення в октавних смугах частот, безрозмірний;
m - стала затухання звукової енергії у повітрі в октавних смугах частот, ;
l - середня довжина вільного пробігу звукових хвиль у приміщенні, м, яку
визначають за формулою:

(4.4)

70

- об'єм приміщення, м ;
де
огор - площа огороджуючих конструкцій.
Величини коефіцієнта у формулі (4.3) слід приймати відповідно до в
залежності від призначення приміщення і октавної смуги частот; величини сталої
затухання ‾ - відповідно до ДСТУ-Н Б В.1.1-32:2013.
У загальному випадку середній ревербераційний коефіцієнт звукопоглинання
огороджувальних поверхонь приміщення визначають за формулою:
∑ ∑
(4.5)

де - ревербераційний коефіцієнт звукопоглинання даного елемента
огороджувальної поверхні приміщення з площею S; n - кількість елементів
огороджувальних поверхонь з різними .
Акустичну постійну пропорційних приміщень із облицюванням поверхонь
2
звукопоглинальними конструкціями В1, м , визначають в октавних смугах частот за
формулою:
‾

(4.6)
‾ ‾
де - еквівалентна площа звукопоглинання приміщення із
звукопоглинальним облицюванням в октавних смугах частот, м²;
‾ - середній коефіцієнт звукопоглинання в приміщенні із звукопоглинальним
облицюванням, безрозмірний, який визначають в октавних смугах частот за
формулою:

‾
(4.7)
де ‾ - те саме, що у формулі (4.3); - середній рөвербераційний коефіцієнт
звукопоглинання огороджувальних поверхонь приміщення із звукопоглинальним
облицюванням, безрозмірний, який визначають в октавних смугах частот за
формулою:
( )
(4.8)

71

де огор i - те саме, що у формулах (4.2) та (4.3) відповідно; обл - площа
огороджувальних поверхонь приміщення, зайнята звукопоглинальними
конструкціями, м²; - величина еквівалентної площі звукопоглинання в октавних
смугах частот, внесена в приміщення звукопоглинальними конструкціями, м².
Якщо в приміщенні застосовані звукопоглинальні конструкції тільки із
плоских елементів, то величину визначають за формулою:
∑
(4.9)
де - площа -ої плоскої звукопоглинальної конструкції, м², з
ревербераційним коефіцієнтом звукопоглинання обл ; - кількість типів
застосованих плоских звукопоглинальних конструкцій з різними величинами
ревербераційного коефіцієнта звукопоглинання обл .
Якщо облицювання виконане із однотипних плоских звукопоглинальних
конструкцій з коефіцієнтом nкп , то величину визначають за формулою:
(4.10)
де обл - те саме, що у формулі (4.8).
Якщо в приміщенні застосовані конструкції із плоских і
об'ємних звукопоглинальних елементів, причому акустична характеристика
об'ємних звукопоглиначів надана у вигляді еквівалентної площі вукопоглинання окр
емого звукопоглинача S, то величину визначають за формулою:
∑
(4.11)
де обл і обл – те саме, що у формулі (4.9); шт - еквівалентна площа
звукопоглинання окремого об'ємного звукопоглинача, м²; – кількість об'ємних
звукопоглиначів.
Якщо в приміщенні застосовані конструкції із плоских і об'ємних
звукопоглинальних елементів, а акустична характеристика даної системи об'ємних
звукопоглиначів надана у вигляді умовного ревербераційного коефіцієнта
звукопоглинання системи , с , то величину визначають за формулою:
∑
, (4.12)
72

де обл i обл те саме, що у формулі (4.9); - площа стелі, на якій
розміщена дана система об'ємних звукопоглиначів, м².
За необхідності, акустична постійна B існуючого приміщення може бути
визначена експериментально за результатами вимірювань в ньому часу реверберації
звуку. При цьому величину В визначають за формулою:

(4.13)

де oro - те саме, що у формулі (4.2); A - еквівалентна площа звукопоглинання
приміщення, , яку визначають за формулою:

(4.14)

де - об'єм приміщення, м; T - виміряні значення часу реверберації звуку в
приміщенні в октавних смугах частот, с.

4.3 Розрахунок зниження рівнів звукового тиску звукопоглинальним
облицюванням для висікальної дільниці поліграфічного підприємства
«Типографія Україна»

Розрахунок зниження рівнів звукового тиску звукопоглинальним
облицюванням у пропорційних приміщеннях з джерелами шуму
Зниження рівнів звукового тиску , дБ, в розрахункових точках
пропорційних приміщень при застосуванні звукопоглинального облицювання
визначають в октавних смугах частот за формулою:

( )
( ) (4.15)

де - акустична постійна приміщення в октавних смугах частот до
улаштування в ньому звукопоглинального облицювання, м²; - акустична
постійна приміщення в октавних смутах частот після улаштування в ньому
звукопоглинального облицювання, м²; n - величина акустичного відношення в
розрахунковій точці пропорційного приміщення, безрозмірна;
73

Величину акустичного відношення в розрахункових точках пропорційного
приміщення з кількома джерөлами шуму визначають в октавних смугах частот за
формулою:
∑

(4.16)
∑ (

Якщо в приміщенні знаходиться одне джерело шуму, то формула (4.16)
набуває такого вигляду:

(4.17)

Якщо в приміщенні усі джерел характеризуються приблизно однаковими
шумовими характеристиками (з різницею рівнів звукової потужності не більше ніж
5 дБ в кожній октавній смузі), то величину по допускається визначати за
формулою:

(4.18)
∑

де - те саме, що у формулі (25);
- рівні звукової потужності в октавних смугах частот -го джерела шуму,
дБ; - площа уявної поверхні правильної геометричної форми, яка оточує дане
джерело шуму і проходить через розрахункову точку, ; - коефіцієнт
спрямованості випромінювання шуму даним джерелом в напрямку розрахункової
точки в октавних смугах частот, безрозмірний; визначається за експериментальними
даними (для джерел з рівномірним в усіх напрямках випромінюванням або за
відсутності даних приймають ); m - кількість джерел шуму, ближніх до
розрахункової точки (кількість джерел, які заходяться на відстані , де
- відстань від розрахункової точки до акустичного центра найближчого джерела
шуму, м); n - загальна кількість джерел шуму в приміщенні з урахуванням
середнього коефіцієнта одночасно працюючого устаткування.
За акустичний центр джерела шуму, розташованого на поверхні (підлозі, стелі
або стіні), приймають проекцію геометричного центра джерела шуму відповідно на
горизонтальну чи вертикальну площину. Для джерела, розташованого у просторі
74

приміщення (віддаленого від огороджувальних конструкцій), акустичний і
геометричний центри збігаються.
Розрахунок зниження рівнів звукового тиску звукопоглинальним
облицюванням у непропорційних приміщеннях з джерелами шуму
Зниження рівнів звукового тиску , дБ, в розрахункових точках
непропорційних (плоских і видовжених) приміщень при застосуванні
звукопоглинального облицювання визначають в октавних смугах частот за
формулою:

(4.19)

де ипр і нпр - величини акустичного відношення в розрахунковій точці
непропорційного приміщення відповідно до і після улаштування в ньому
звукопоглинальних конструкцій, безрозмірні.
Величину акустичного відношення нпро в розрахунковій точці
непропорційного приміщення з кількома джерелами шуму визначають в октавних
смугах частот за формулою:

∑
(
)

(4.20)

∑

де те саме, що у формулі (4.16); ‾ - середній
коефіцієнт звукопоглинання в приміщенні до обробки; - відстань розрахункової
точки до -го джерела шуму, м; G, H - відповідно ширина і висота приміщення, м;
- функція в октавних смугах частот для -го джерела шуму, яка характеризує
поле відбитого звуку в непропорційному приміщенні, безрозмірна.
Якщо в приміщенні знаходиться одне джерело шуму, то формула (4.20)
набуває такого вигляду:

( )
, (4.21)

Функцію в приміщенні без звукопоглинального облицювання визначають
для -го джерела шуму за формулою:
75

, (4.22)

де ‾ - те саме, що у формулі (4.3); - приведена відстань, безрозмірна;
визначається для -го джерела шуму за формулою:

(4.23)

де L - те саме, що у формулі (4.14); - відстань розрахункової точки від
акустичного центра -го джерела шуму, м; показник звукопоглинання в
приміщениі, безрозмірний, який визначають за формулою:

( ) (4.24)
Величину акустичного відношення в тій самій розрахунковій точці після
влаштування звукопоглинального облицювання шо1 визначають також згідно з
формулою (4.19) при заміні в ній середнього коефіцієнта звукопоглинання ‾ на
коефіціснт ‾ і функцї на функію
Якщо в приміщені усі джерел характеризуються приблизно однаковими
шумовими характеристихами (з різницею рівнів звукової потужності до 5 дБ в
кожній октавній смузі), то величина нпр і in допуссається визжачати за
формупою:

∑
(
)

(4.25)
∑

де всі позначення ті самі, що у формулі (4.20).
У формулі (4.25) коефіцієнт ‾ і функція приймають відповідно значення ‾ i
при визначенві нпр i значення ‾ і при визначенні нпр .

Розрахунок необхідної площі звукопоглинального облицювання в
приміщеннях

Для розрахункових точок у пропорційних приміщеннях, в яких необхідне
зниження рівнів звукового тиску ВК не перевищує у відповідних смугах частот
76

величин ax, визначених згідно з формулою (4.1), то необхідну величину
акустичної постійної НХ
, що забезпечує зниження рівнів звукового тиску на
величину НК , визначають в октавних смугах частот за формулою:

(4.26)
( )

де - те саме, що у формулі (4.15).
Величину необхідної еквівалентної площі звукопоглинання , , яка
Н
забезпечує величину , визначають в октавних смугах частот за формулою:

, (4.27)
(

)
де oro і - те саме, що у формулі (4.2); - середній ревербераційний
коефіціснт звукопоглинання огороджувальних поверхонь приміщення до його
облицювання, безрозмірний.
Якщо для зниження шуму застосовують звукопоглинальні конструкції із
НХ
плоских елементів, то необхідну площу облицювання
, , яка забезпечує
величину НХ , визначають за формулою:

(4.28)

де обл - ревербераційний коефіцієнт звукопоглинання застосованої плоскої
конструкції облицювання, безрозмірний.
Якщо для зниження шуму застосовують лише об'ємні звукопоглиначі,
причому їх акустична характеристика надана у вигляді еквівалентної площі
звукопоглинання окремого звукопоглинача м шт , то необхідну їх кількість

визначають формулою:

(4.29)

Якщо для зниження шуму застосовують конкретну систему об'ємних
звукопоглиначів з умовним ревербераційним коефіцієнтом звукопоглинання ,
НХ
то їнеобхідну площуу , м , визначають за формулою:
77

(4.30)

Якщо в результаті розрахунку необхідна площа облицювання плоскими
звукопоглинальними конструкціями виявиться більшою ніж та, на якій ї можна
розмістити в даному приміщенні, то її приймають наявною обл і додатково
застосовують об'ємні звукопоглиначі.
Необхідну додаткову кількість об'ємних звукопоглиначів визначають за
формулою:

(4.31)

де обл - те саме, що у формулі (4.28);
шт - те саме, що у формулі (4.29).
Визначені в результаті розрахунку величини

вибираються при
проєктуванні найбільшими із отриманих серед усіх октавних смуг.

Розрахунок зниження рівнів звукового тиску звукопоглинальним
облицюванням для висікальної дільниці поліграфічного підприємства «Типографія
Україна» по формулах 4.1 - 4.31 виконуємо з використанням програми Microsoft
Excel для 15 розрахункових точок, які показані на плані висікальної дільниці
(рисунок 4.1). Розрахункові точки вибрані в межах робочої зони постійних робочих
місць.
78

Рисунок 4.1 – План висікальної дільниці поліграфічного підприємства з
розташуванням обладнання, постійних робочих місць і розрахункових точок для
проектування системи звукопоглинання.

Рисунок 4.2 – « ISIONCUT 1.6 | 1.6 PR» висікальний прес Auto laten®

79

Вибір звукопоглинаючого матеріалу для стін дільниці

На рисунку 4.3 показані, можливі варіанти плит Cleaneo Classic, з суцільною
круглою перфорацією.

Рисунок 4.3 – Плити Cleaneo Classic – суцільна кругла перфорація

На рисунках 4.4 – 4.6 показані, можливі варіанти перфорації плит Cleaneo
Classi з відповідними коефіцієнтами звукопоглинання.

80

Рисунок 4.4 – Плити з круглою перфорацією (12,5 мм) Cleaneo Classic і
звукопоглинальним флізеліном і коефіцієнти звукопоглинання
81

Рисунок 4.5 – Плити з квадратною перфорацією (12,5 мм) Cleaneo Classic і
звукопоглинальним флізеліном і коефіцієнти звукопоглинання

82

Рисунок 4.6 – Плити з розсіяною перфорацією круглої і прямокутної форми
Cleaneo Classic і звукопоглинальним флізеліном і коефіцієнти звукопоглинання

В програмі Microsoft Excel вводимо параметри для розрахунків і для вибору
матеріалу, налаштовуємо фільтр по частотам з по яким необхідно найбільше
знизити рівні шуму. Це частотні діапазони від 500 до 8000 Гц. Обираємо плиту з
83

квадратною перфорацією 12/25 Q, тому, що у неї найвищі коефіцієнти
звукопоглинання в тих частотних діапазонах в яких необхідно забезпечити
максимальне зниження шуму в розрахункових точках

Рисунок 4.7 – Параметри приміщення для розрахунків в Microsoft Excel

Рисунок 4.8 – Параметри матеріалів для розрахунків в Microsoft Excel

84

Рисунок 4.9 – Налаштування фільтру в Microsoft Excel з метою максимального
зниження рівнів шуму, вартості матеріалів і робіт.

Параметри ізоляційного шару для стінових панелей

Частотний аналіз показав (рис. 4.9), що найкращим варіантом буде
розташування плити на відносі від стіни 60 мм. При цьому товщина наповнювача
буде становити 40 мм (рис. 4.10).

Рисунок 4.10 – Параметри ізоляційного шару для стінових панелей

Вибір системи звукопоглинання для стін дільниці

Обираємо систему облицювань Cleaneo Akustik, які складаються з металевого
каркаса, який обшивається в зоні звукопоглинання – плитами Cleaneo Classic для
покращення акустичних показників приміщення.
85

Рисунок 4.11 – Система облицювання W623.ua з плитами Кнауф Cleaneo
Akustik і профілем CD 60/27

Облицювання складаються з металевого каркаса та одношарової обшивки з
плит КНАУФ з одного боку каркаса.
У порожнині каркаса (60 мм) розміщуються матеріали для звуко- і
теплоізоляції, інженерні комунікації (електричні, санітарні, ...), а також несучі
стійки для санітарного обладнання. Облицювання забезпечують поліпшення
показників звукоізоляції і звукопоглинання існуючих стін.
Облицювання Cleaneo Akustik виконується на каркасі з металевих профілів
CD 60/27, які закріплюються до базової стіни за допомогою підвісів Direktabhänger.
Таким чином забезпечується тонка конструкція.
Обшивка у зоні розташування плит Cleaneo Classic виконується із
застосуванням додаткових смуг із плит Dia ant або Titan закріплених до профілів
каркаса.
У неперфорованій зоні обшивка має складатися з двох шарів плит Dia ant або
Titan товщиною 12,5 мм.
Відстані між осями стійок: до 312,5 мм. Висота конструкції: до 10,00 м. На
рисунках 4.12 – 4.19 показані вибрані вузли системи облицювання W623.ua КНАУФ
з профілем CD 60/27, пряме кріплення.

86

Рисунок 4.12 – Параметри системи W623.ua - облицювання КНАУФ
Металевий каркас CD 60/27, пряме кріплення з прямими антивібраційними
підвісами - обшивка в один / два шари

Рисунок 4.13 – Система W623.ua, пряме кріплення

Вузли системи облицювання W623.ua КНАУФ з профілем CD 60/27,
пряме кріплення

Рисунок 4.14 – Системи облицювання W623.ua КНАУФ з профілем CD 60/27.
87

Рис. 4.15 – W623.ua- M1 Середина стіни / стик плит. Вертикальний перетин.

Рис. 4.16 – W623.ua- U1 Примикання до підлоги. Вертикальний перетин.

Рис. 4.17 – W623.ua-A1 Внутрішній кут. Горизонтальний перетин
88

Рис. 4.18 – W623.ua-E1 Зовнішній кут. Горизонтальний перетин

Рис. 4.19 – W623.ua-BFU1 Деформаційний шов. Горизонтальний перетин

Важливо врахувати умови застосування внутрішньої теплоізоляції існуючої
стіни:
 Зовнішня стіна має бути сухою.
 Захист стіни від зливи (наприклад, штукатурка) повинна виконувати свої
функції, в іншому випадку необхідно розрахунковим методом
перевірити баланс вологості стіни.
 В існуючих стінах слід за необхідності видалити або перфорувати шари,
що перешкоджають дифузії (наприклад, масляні фарби).
89

 Особливо ретельно слід планувати заходи з внутрішньої теплоізоляції
для зовнішніх фахверкових стін щоб уникнути пошкодження особливо
чутливих фахверкових конструкцій під дією вологи.
 За наявності пошкоджень від впливу вологи / ураження цвіллю перед
влаштуванням внутрішньої теплоізоляції необхідно провести
висушування і санацію стіни.
Ізоляційний шар
Ізоляційний шар слід розташовувати між облицюванням і зовнішньою стіною
або стіною, що відокремлює неопалюване приміщення. Ізоляційний матеріал слід
щільно притиснути один до одного на стиках і зафіксувати, щоб уникнути
зісковзування.
Профіль
Довготривала повітронепроникність (герметичність) важлива не тільки для
мінімізації теплових втрат будівлі, але, перш за все, є передумовою запобігання
пошкодження будівельних конструкцій. Для забезпечення повітронепроникності
слід звертати увагу на ряд конструктивних правил і вузлів.
Особливо в разі влаштування внутрішньої теплоізоляції необхідно уникати
проникнення повітря під шар ізоляційного матеріалу, оскільки відсутність
герметичності (наявність конвекції) призводить до появи більшої кількості
конденсату, ніж це відбувається в разі дифузії. Наявність конвекції запобігається
завдяки довговічним герметичним примиканням до суміжних конструктивних
елементів на рівні повітронепроникності.
Облицювання
При влаштуванні облицювань повітронепроникність зазвичай забезпечується
за рахунок укладання паронепроникної мембрани або шарів герметично
зашпакльованих гіпсокартонних плит.
Ділянки з'єднань на рівні повітронепроникності необхідно виконувати
непроникними для повітря (мембрану слід герметично закріпити або зашпаклювати
стики гіпсокартонних плит зі стрічкою КНАУФ Kurt).
90

Схема укладання W623.ua - шари плит вертикально. Diamant / Titan /
будівельна плита КНАУФ (ширина плит 1200 / 1250 мм). Відстані між осями стійок
300 мм.

Конструкція покрівлі дільниці

В існуючій конструкції даху були використані покрівельні панелі KS FF K-
Roc® з ізоляційним шаром K-Roc® і трапецієподібним профілем. Внутрішнє
покриття з оцинкованого сталевого листа становить 0,5 мм. Тому при розрахунках
системи звукопоглинання в дільниці використовуємо коефіцієнти звукопоглинання і
розсіювання для металевих поверхонь.

Рис. 4.20 – Покрівельні панелі KS FF K-Roc® з ізоляційним шаром K-Roc® і
трапецієподібним профілем

Рис. 4.21 – Поперечний розріз покрівельної панелі KS FF K-Roc® з
ізоляційним шаром K-Roc® і трапецієподібним профілем

91

Конструкція підлоги на дільниці

Існуюча конструкція підлоги на дільниці зроблена з бетону з топпінгом.
Замовником не передбачена реконструкція підлоги. При розрахунках системи
звукопоглинання в дільниці використовуємо коефіцієнти звукопоглинання для
щільної і гладкої бетонної поверхні.

Кулісні звукопоглиначі

Кулісні звукопоглиначі (вертикальні або нахилені «плити», виготовлені з
легкого звукопоглинального матеріалу у жорсткому або текстильному каркасі,
покриті перфорованою тканиною чи плівкою.
Кожна куліса підвішується до стелі чи нижнього поясу ферми на
тросах/шпильках, при цьому залишаються достатні проміжки між елементами для
проходу повітря, розташування вентиляції, світильників, систем протипожежного
захисту.
Переваги кулісних звукопоглиначів: мінімальне навантаження на дах – один
елемент має незначну масу, куліси монтуються по декілька штук на одну ферму чи
балку. Не блокують вентиляцію – повітря може вільно циркулювати між
акустичними панелями. Простота монтажу – підвіска на троси дозволяє швидко
регулювати висоту та розташування, обминати повітропроводи й освітлення. Добре
знижують загальну реверберацію – «розривають» звукові хвилі в просторі.
Для кулісних звукопоглиначів у формі пластин важливим параметром є
відстані між елементами в системі кулісних звукопоглиначів та коефіцієнт
щільності nщ, який являє собою відношення сумарної односторонньої площі куліс в
системі (nшт х Sк, де nшт - кількість куліс у системі; Sк - площа однієї бокової
2
поверхні куліси, м ) до площі стелі Sc, на якій розміщена ця система куліс nщ = nшт Sк
/Sc.
Цей параметр не залежить від геометричних розмірів куліси і деталей її
форми. У випадку, коли nщ = 1, куліси, розташовані на площі Sc, можна при їх
92

розвертанні в горизонтальне положення перетворити у плоску звукопоглинальну
конструкцію з тією ж площею Sc.
Експериментально встановлено, що ефективність системи кулісних
звукопоглиначів починає перевищувати ефективність плоскої конструкції, утвореної
із тієї ж кількості куліс, при коефіцієнті щільності nщ ≥ 0, 4.
Оптимальна щільність розміщення кулісних звукопоглиначів у системі
знаходиться (в залежності від частотного діапазону, в якому необхідно отримати
найбільше звукопоглинання) в межах величин коефіцієнта щільності від nщ = 0,5 до
nщ = 1,0.
Для отримання максимальної величини умовного коефіцієнта
звукопоглинання αшт, с системи кулісних елементів на даній частоті висоту hк куліс
слід визначати за умови 0,5λ < hк ≤ 0,75λ, (де λ - довжина звукової хвилі на частоті,
що відповідає максимальному значенню αшт).
Сумарне звукопоглинання системи об'ємних елементів залежить не тільки від
їх щільності в системі, але у деякій мірі і від конфігурації самої системи. Зокрема,
розташування куліс у двох взаємно перпендикулярних площинах (у вигляді клітин)
є більш доцільним ніж розташування паралельними рядами внаслідок більш плавної
залежності коефіцієнта звукопоглинання αшт, с системи від кутів падіння на неї
звукових хвиль. Схеми з роздільно розташованими кулісами вигідніші від схем, в
яких куліси безпосередньо стикуються торцями одна з одною, завдяки більш
повному використанню крайових ефектів кожної із куліс. Обираємо кулісний
поглинач баффл КНАУФ MINERAL Baffle Ele ent Arc

Кулісний поглинач баффл КНАУФ MINERAL Baffle Element Arc

Вигнуті мінеральні баффли для окремого або групового монтажу.
Безкаркасний вигнутий акустичний баффл з мінералу із гладкою ламінованою
поверхнею.

93

Обираємо стандартний розмір 1800×400 мм і вертикальний стельовий монтаж.
В поліграфічному цеху доцільно розміщувати бафли над зонами з шумним
обладнанням та над робочими місцями, де працівники перебувають тривалий час.

Рис. 4.22 – Кулісний поглинач баффл КНАУФ MINERAL Baffle Ele ent Arc

Рис. 4.23 – Параметри кулісного поглинача баффл КНАУФ MINERAL Baffle
Element Arc

94

Виконуємо розрахунки
На рисунках 4.24 – 4.26 наведені фрагменти розрахункових таблиць.

Рис. 4.24 – Фрагмент розрахункової таблиці.

Рис. 4.25 – Приклад (фрагмент) обрахування ефективних коефіцієнтів
звукопоглинання з використанням коефіцієнтів розсіювання по кожному виду
матеріалу, який обраховується.

95

Рис. 4.26 – Приклад (фрагмент) обрахування ефективних коефіцієнтів
звукопоглинання з використанням коефіцієнтів розсіювання по кожному виду
матеріалу, який обраховується.

Розрахунки виконувались для дільниці до встановлення звукопоглинальних
матеріалів і після їх встановлення. Окремо виконувались розрахунки з коефіцієнтом
розсіювання.
В результаті розрахунків отримуємо результати по наступним параметрам:
 Рівні звукового тиску (дБ) в розрахункових точках Р1 – Р16.
 Евівалентний рівень звукового тиску (дБА) в розрахункових точках Р1 –
Р16.
 2
Загальну площу матеріалів і по кожному виду матеріалів, м .
 Загальну вартість матеріалів і робіт та по кожному виду матеріалів, грн.

96

Рис. 4.27 – Результати розрахунків – рівні звукового тиску: нормативний,
відповідно санітарним нормам, виміряний від обладнання, розрахунковий з
урахуванням звукопоглинання (приклад – точка Р15)

Рис. 4.28 – Графіки рівнів звукового тиску. Результати вимірювань:
допустимий рівень, відповідно санітарним нормам; виміряний від обладнання до і
97

після встановлення звукопоглинання; розрахункові рівні звукового тиску: до і після
встановлення звукопоглинання (приклад – точка Р15).

Рис. 4.29 – Графіки площ по кожному виду матеріалу, який обраховується
(приклад – точка Р15). По матеріалам, які в поточному розрахунку не задіяні –
нульові значення.

Рис. 4.30 – Графіки вартості матеріалів і робіт по кожному виду матеріалу,
який обраховується (приклад – точка Р15). По матеріалам, які в поточному
розрахунку не задіяні – нульові значення.
Таблиця 4.1 Розрахункові рівні шуму на робочих місцях.
Розрахункові Р1 Р2 Р3 Р4 Р5 Р6 Р7 Р8
точки
Еквівалентний 85,2 85,2 86,4 86,3 85,4 86,3 86,2 84,8
рівень, дБА
Розрахункові Р9 Р10 Р11 Р12 Р13 Р14 Р15 Р16
точки
Еквівалентний 85,2 84,7 85,1 84,3 78,9 77,2 76,0 75,3
рівень, дБА

98

В результаті розрахунків необхідне зниження шуму вдалось досягти при:
2
1. площі облицювання стін (П 127 Кнауф Акустика С2 12/25 КВ) - 814 м
2. розміщенні над джерелами шуму (висікальними пресами « ISIONCUT 1.6 /
1.6 PR» Auto laten®) куліс КНАУФ MINERAL Baffle Element Arc, 1800х400
– 136 шт (120 куліс вздовж верстатів в 10 рядів з кроком 0,3 м і 16
перпендикулярно цим рядам по торцях, для формування «уловлювача»
звукових хвиль, які розповсюджуються в бік стелі дільниці - на висоті).
3. на віддалених робочих місцях вдалось забезпечити еквівалентні рівні
звукового тиску в нижче 80 дБА.
4. за рахунок введення коефіцієнта розсіювання вдалось отримати результати
розрахунків на 1-3 дБ більші ніж розраховані баз коефіцієнта, але більш
наближеними до експериментальних.
Підвищити ефективність розрахунків вдалось за рахунок комплексу
рішень:
1. Реалізації функціонального середовища для розрахунків, яке реалізовано
Microsoft Excel. Яке дає можливість гнучко і покроково виконувати
оптимізацію за потрібними критеріями.
2. Отримання рівнів шуму на робочих місцях одразу в дБА дає можливість
бачити головний критерій ефектвності при змінах площі і заміні матеріалу.
3. Налаштування фільтрів при виборі кожного типу звукопоглинаючих
матеріалів в Microsoft Excel, з метою максимального зниження рівнів шуму на
потрібних частотах.
4. Зручно оптимізовувати витрати на матеріали та роботи, при налаштуванні
фільтрів і візуального контролю показників на графіках.

На рисунку 4.31 наведена довідникова форма від виробника матеріалів для
обрахування витрат матеріалів на 1 м² облицювання без урахування втрат і відходів.
Кількості наведені для площі облицювання: H = 2,75 м; L = 4,00 м; A = 11,00 м².

99

Рис. 4.31 – Форма для обрахування витрат матеріалів на 1 м² облицювання без
урахування втрат і відходів. Кількості наведені для площі облицювання: H = 2,75 м;
L = 4,00 м; A = 11,00 м². Умовні позначення: п.В. = за необхідності.

100

Висновки

1. Врахувані коефіцієнти розсіювання відбитої енергії в інженерному розрахунку
систем звукопоглинання для приміщень;
2. Реалізовано запропонований інженерний розрахунок системи
звукопоглинання в Microsoft Excel і дати оцінку його ефективності.
3. Зроблено розрахунок зниження рівнів звукового тиску звукопоглинальним
облицюванням для висікальної дільниці поліграфічного підприємства
«Типографія Україна».

101

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

Проведені дослідження дозволяють зробити наступні висновки:
1. Виявлено, що розрахункові рівні звукового тиску в точках віддалених від
джерела шуму, в значній кількості випадків є нижчими за експериментальні
значення. Це пов'язано з тим, що реальний характер відбиття звуку від
поверхонь не є тільки дифузним, який використовується в багатьох в
розрахункових методах.
2. Виявлено, що в приміщеннях відбиття звукової енергії часто має змішаний
характер, при якому частина енергії відбивається дифузно, а інша частина
дзеркальна. Це суттєво впливає на похибки в розрахунках.
3. Розроблено модель відбитих звукових полів, що може підвищити
ефективність розрахунку систем звукопоглинання.
4. Проведено теоретичне дослідження структури відбитої звукової хвилі при
різних геометричних і акустичних умовах відбиття:
 Отримано метод розрахунку, який доцільно використовувати для
аналізу структури відбитої звукової хвилі.
 Отримані залежності коефіцієнта розсіювання відбитої енергії від:
частоти звуку в падаючій хвилі; кута падіння звукової хвилі.
 Отримані вирази, що дозволяють розраховувати значення частки
відбитої енергії при різних значеннях ‾ і .
5. Виконані експериментальні та теоретичні дослідження факторів, що
впливають на коефіцієнт розсіювання відбитої енергії в приміщенні.
6. Отримані експериментальні та розрахункові рівні звукового тиску при різних
коефіцієнтах розсіювання:
 Чим точніше модель повторює контури приміщення, тим нижче
коефіцієнт розсіювання .
 Збільшення кількості об’єктів, які розсіюють звук з 0 до 12 і потім з 12
до 23, збільшило коефіцієнт розсіювання в середньому на 0,2.
102

 Порівняння результатів розрахунків з експериментальними даними (рис.
3.5) показало, що в приміщенні простої форми зниження рівнів
звукового тиску зі збільшенням відстані від джерела звуку менше на 3-
5 дБ. Найкращий збіг розрахунку і експерименту спостерігається при
коефіцієнті розсіювання .
7. Враховані коефіцієнти розсіювання відбитої енергії в інженерному розрахунку
систем звукопоглинання для приміщень.
8. Реалізовано запропонований інженерний розрахунок системи
звукопоглинання в Microsoft Excel і дано оцінку його ефективності.
9. Зроблено розрахунок зниження рівнів звукового тиску звукопоглинальним
облицюванням для висікальної дільниці поліграфічного підприємства
«Типографія Україна».

103

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1. Абрамов А. А. Акустичні панелі для промислового будівництва : монографія.
– Київ : НТУУ «КПІ», 2018. – 220 с.
2. Андрущенко П. П. Математичне моделювання процесів шумопоглинання у
приміщеннях : дис. ... канд. техн. наук : 05.02.09. – Харків, 2020. – 185 с.
3. Антонюк Г. М. Підвищення ефективності шумоізоляції у гіпсокартонних
конструкціях // Будівельні конструкції: Зб. наук. пр. – 2021. – Вип. 28. – С. 10–
16.
4. Бабенко В. В. Сучасні рішення для підвищення акустичного комфорту в
житлових будинках // Будівництво України. – 2020. – № 5. – С. 22–27.
5. Баранов Ю. М. Акустична оптимізація стінових огороджувальних конструкцій
// Наукові вісті НТУУ «КПІ». – 2017. – № 4. – С. 34–39.
6. Барсуков Д. О. Застосування волокнистих матеріалів у звукопоглинальних
системах : монографія. – Одеса : ТЕС, 2016. – 198 с.
7. Бойко І. В. Аналіз вібраційних характеристик сталевих перегородок із
звукопоглинальними вставками // Вісник Вінницького політехнічного
інституту. – 2022. – № 1. – С. 59–64.
8. Бровар В. С. Використання нанонаповнювачів у легких акустичних панелях //
Технічна акустика та вібрація: Зб. наук. пр. – 2021. – Вип. 9. – С. 13–20.
9. Буряк Л. П. Звукоізоляційні характеристики стін з різними типами
наповнювачів // Матеріали Всеукр. наук.-практ. конф. «Інновації в
будівництві» (Київ, 21–23 травня 2021 р.). – Київ : КНУБА, 2021. – С. 32–35.
10. Василенко Н. І. Шляхи зниження шуму при проектуванні будівель //
Промислова теплоенергетика. – 2018. – № 3. – С. 27–31.
11. Василечко В. П. Пористі полімери як ефективний матеріал для
звукопоглинання: методи дослідження // Науковий вісник Чернівецького
університету. – 2021. – Вип. 817. – С. 40–47.
104

12. Вербицький О. М. Архітектурно-акустичні вимоги до проектування
концертних залів // Український архітектурний журнал. – 2020. – № 6. – С. 18–
24.
13. Гаврилюк Ю. В. Дослідження звукопоглинальних шарів на основі
базальтового волокна : дис. ... д-ра техн. наук : 05.02.09. – Львів, 2021. – 320 с.
14. Гончар І. Р. Використання фібробетону з акустичними добавками //
Матеріалознавство та механіка конструкцій. – 2022. – Т. 15, № 2. – С. 71–78.
15. Гуменюк Т. С. Методика розрахунку ефективності звукопоглинальних
панелей у житлових приміщеннях // Наукові записки Тернопільського нац.
техн. ун-ту. – 2019. – № 3. – С. 99–104.
16. Демченко С. О. Формування звукопоглинальних елементів на основі волокон
льону // Вісник Національного університету «Львівська політехніка». – 2020. –
№ 4. – С. 52–58.
17. Дзюба О. М. Полімер-композитні системи для внутрішнього оздоблення зі
звукоізоляційними властивостями : монографія. – Харків : Технологія, 2017. –
210 с.
18. Довгий О. О. Чисельне моделювання процесів шумопоглинання в
багатошарових перегородках // Вісник Харківського національного
автомобільно-дорожнього університету. – 2018. – № 83. – С. 36–42.
19. Євдокимов М. Г. Оптимізація конструкцій звукопоглинальних перегородок //
Сучасні технології в машинобудуванні та будівництві: Зб. наук. пр. – 2021. –
Вип. 14. – С. 14–19.
20. Жамров А. О. Методи експериментального дослідження шумоізоляційних
систем // Наука та прогрес транспорту. – 2019. – № 2. – С. 74–80.
21. Жук М. І. Застосування акустичних бар’єрів у житлових районах : матеріали
міжнар. наук.-практ. конф. «Акустика і середовище» (Полтава, 10–12 вересня
2019 р.). – Полтава : ПолтНТУ, 2019. – С. 56–59.
22. Задорожний С. М. Контроль якості волокнистих звукопоглинальних
матеріалів // Вісник Сумського державного університету. – 2022. – № 5. – С.
11–17.
105

23. Іваненко Р. Г. Системний аналіз методів зниження шуму у вентиляційних
каналах // Інженерія та будівництво: Зб. наук. пр. – 2020. – Вип. 2(28). – С. 88–
92.
24. Іванов Ю. О. Акустичні властивості композитних матеріалів для будівельних
конструкцій : монографія. – Київ : Наук. думка, 2017. – 350 с.
25. Калюжний В.В. Математичне моделювання поширення шуму в будівлях / В.В.
Калюжний, В.І. Ледєнєв // Рішення інженерних задач методами
математичного моделювання: збірник наукових праць. - К.: Наукова думка. -
1988. - С.100-107.
26. Калюжний В.В. Досвід комплексного вирішення питань боротьби з шумом на
підприємствах // Матеріали Республіканської конференції "Боротьба з
шкідливим впливом шуму і вібрації". - Київ. - 1989. - С. 111-115.
27. Калюжний В.В. Узагальнена математична модель поширення шуму в будівлях
/ В.В. Калюжний, В.І. Лєднєв // Боротьба з шумом і звуковою коливанням
(матеріали семінару). - М.: МДНТП. - 1989. - С.51-57.
28. Карпенко О. М. Аналіз впливу геометричних параметрів
звукопоглинальних елементів // Вісник Придніпровської держ. академії
будівництва та архітектури. – 2018. – № 6. – С. 24–30.
29. Ковригін С.Д., Кришев С.І., Лєдєнєв В.І. Аналіз звукових полів виробничих
приміщень. - Братислава, Чехословаччина. 1980. - С.116-119.
30. Ковригін С.Д. Архітектурно-будівельна акустика: Учеб. Д. Д. Акустика:
Підручник для вищих навчальних закладів] / С.Д. Ковригін, С.І. Кришов. - 2-ге
вид., перероблене і доповнене - М.: Виш. Шк., 1986. - 256 с.
31. Ковригін С.В. Д., Дьомін О.Б., Горін В.А. Використання принципів
геометричної акустики для аналізу звукового поля в приміщенні / С.Д.
Коврігін, О.Б. Дьомін, В.А. Горін // I акустична конф. - Будапешт. - 1996. - С.
49-52.
32. Ковригін С.Д., Кришев С.І., Лєднєв В.І. Статистичні енергетичні методи
розрахунку звукових полів у виробничих приміщеннях / С.Д. Ковригін, С.І.
Кришов, В.І. Ледєнєв // Тр. ін-та інг. ж.-д. пер. - К.: МІІТ, 1990.- С.32-47.
106

33. Корн Г., Т.Корн - К.: Наука, 1973. - 831 с.
34. Кобилянська О. В. Синтез та дослідження пористих структур для покращення
акустичних характеристик // Вісник Одеської державної академії будівництва
та архітектури. – 2021. – № 7. – С. 42–47.
35. Коваль Н. М. Акустичні методи вимірювання поглинальної здатності
будівельних матеріалів // Технічна акустика. – 2022. – № 1(35). – С. 7–13.
36. Кравець П. Г. Зниження рівня шуму в офісних центрах шляхом використання
звукоізоляційних перегородок // Будівництво і цивільна інженерія. – 2019. – №
4. – С. 39–44.
37. Крисюк Б. М. Науково-методичні основи проектування матеріалів з
підвищеною звукопоглинальною здатністю : дис. ... д-ра техн. наук : 05.17.11.
– Дніпро, 2017. – 410 с.
38. Кучер С. С. Комбіновані методи оброблення поверхонь для підвищення
акустичного комфорту // Вісник Черкаського державного технологічного
університету. – 2021. – № 2. – С. 22–29.
39. Лазаренко І. Л. Удосконалення акустичних панелей для будівель громадського
призначення // Проектування та експлуатація будівель і споруд: Зб. наук. пр. –
2020. – Вип. 11(2). – С. 55–62.
40. Лисяк А. О. Акустичні покриття на основі целюлозних волокон // Вісник
Хмельницького національного університету. – 2022. – № 3. – С. 14–19.
41. Леденєв В.І. Автоматизація проєктування акустичного поліпшення
виробничих будівель / В.І. Лєдєнєв, А.І. Антонов: Підручник. М.: : МІХМ,
1989. - 74 с.
42. Леденьов В.І., Матвєєва І.В., Вліяніє характер відбиття звуку від поверхонь
огорож на розподіл відбитої звукової енергії в приміщеннях / В.І. Леденєв, І.В.
Матвєєва, Є.О. Соломатін // Проблеми та шляхи розвитку енергозбереження
та захисту від шуму в будівництві та житлово-комунальному господарстві:
матеріали Міжнародної науково-практичної конференції. - НІІСФ - Будва,
2011. - С.148-153.
107

43. Ледєнєв В.І., Жданов А.Є., Антонов А.І. Межі застосовності дифузного
методу в оцінці акустичної ефективності звукопоглинальних облицювань у
виробничих будівлях // Сучасні проблеми будівництва та реконструкції
будівель і споруд: матеріали міжнародної науково-технічної конференції. - В,
2003. - С. 130-133.
44. Леденьов В.І., Прищенко Н.Г. Використання будівельних та акустичних
методів зниження шуму на підприємствах / В.І. Леденєв, Н.Г. Прищенко //
Фізико-технічні та функціональні питання проєктування будівель
залізничного транспорту: Праці МІІТ. - К: - 1988. - Випуск 60. - С. 403.
45. Леденєв В.І. Дослідження шумового режиму в будівлях залізничного
транспорту на основі енергетичного методу розрахунку шумових полів. - К. -
1988.
46. Леденєв В.І., Антонов А.І., Жданов А.Є. Про оцінку зони впливу
звукопоглинання стелі на зменшення відбитого шуму в розрахункових точках
виробничих приміщень /В.І. Леденєв, А.І. Антонов, А.Є. Жданов // Акустика.
Архітектурно-будівельна акустика. розд. Вип. Акустичні. К, 2004. - Т.ІІІ. -
С. 131-135.
47. Маляр Є. П. Вплив щільності шаруватих композитів на звукоізоляційні
властивості // Східноєвропейський журнал передових технологій. – 2018. – Т.
1, № 7. – С. 25–31.
48. Мартинюк Т. Д. Моделювання роботи акустичних пасток у виробничих
приміщеннях // Вісник Національного університету водного господарства та
природокористування. – 2019. – № 2. – С. 90–96.
49. Матвєєва І.В., Воронков А.Ю., Леденєв В.І., Антонов А.І. Інженерний метод
оцінки розподілу звукової енергії в довгих приміщеннях / І.В. Матвєєва, А.Ю.
Воронков, В.І. Леденєв, А.І. Антонов А.І. // Труди ТСТУ: Сб. научних держав.
- Тамбов. - 1997. - С. 293-300.
50. Матвєєва І.В., Дьомін О.Б., Макаров А.М. Практичний метод оцінки шуму в
плоских виробничих приміщеннях з обладнанням / І.В. Матвєєва, О.Б. Дьомін,
108

А.М. Макаров // Акустика. Архітектурно-будівельна акустика. Шум і вібрації.
Аероакустика. I сесія. Вип. Акустичні. К, 2005. - Т.3. - С.206-209.
51. Мельник П. В. Інноваційні звукоізоляційні конструкції на основі
перероблених полімерів // Ресурсозбереження. Енергозбереження.
Раціональне природокористування. – 2021. – № 4. – С. 33–40.
52. Морзе Ф. Вібрації і звук / Ф. Морзе. - Л: Гостехтеориздат, 1949. – 496 с.
53. Назаренко Г. О. Удосконалення модульних звукопоглинальних екранів для
міських автомагістралей : матеріали міжнар. конф. «Інновації в транспортному
будівництві» (Київ, 15–16 травня 2020 р.). – Київ : КНУБА, 2020. – С. 101–105.
54. Опанасенко Л. П. Дослідження шумозахисних бар’єрів у приміщеннях
аеропортів // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та
архітектури. – 2022. – № 3. – С. 81–86.
55. Оллендорф, Ф. Diffiisionstheorie des Schallfeldes im Strassentunnel
//Acústica,1976. - Т.34. - No 2. - С. 311-315.
56. Павленко С. М. Оптимізація конструкції звукопоглинальних модулів із
перфорованим покриттям // Технічна механіка та звукоізоляція: Зб. наук. пр. –
2018. – Вип. 16. – С. 15–21.
57. Паламарчук В. Г. Шумоізоляційні системи на основі вторинної сировини :
монографія. – Київ : Центр навч. літ., 2021. – 276 с.
58. Петренко І. І. Акустичні властивості дерев’яних перегородок з екологічними
утеплювачами // Вісник Полтавської державної аграрної академії. – 2022. – №
2. – С. 63–69.
59. Рибак О. М. Полімерні панелі для зниження шуму вентиляційних систем //
Матеріали Міжнар. наук.-практ. конф. «Сучасні технології в
промисловості» (Харків, 22–24 вересня 2021 р.). – Харків : ХПІ, 2021. – С.
141–145.
60. Романюк Д. С. Комп’ютерне моделювання поширення звуку в офісному
приміщенні з використанням панельних звукопоглинальних елементів //
Системні дослідження та інформаційні технології. – 2020. – № 3. – С. 114–120.
109

61. Савчук М. М. Звукопоглинальні системи з перфорованими металевими
оболонками : дис. ... канд. техн. наук : 05.23.01. – Вінниця, 2019. – 220 с.
62. Семенов В. П. Аналіз ефективності композитів на основі бавовняних волокон
// Праці Одеського політехнічного університету. – 2021. – № 4. – С. 50–57.
63. Сорока П. Д. Акустичний моніторинг промислового обладнання та заходи
шумозниження // Вісник Таврійського державного агротехнологічного
університету. – 2022. – № 2(30). – С. 37–42.
64. Тарасов А. О. Архітектурно-акустичні умови проектування
багатофункціональних залів // Містобудування та територіальне планування. –
2018. – Вип. 67. – С. 29–34.
65. Удовиченко С. С. Модульні конструкції для звукопоглинання на відкритих
майданчиках // Матеріали наук.-практ. семінару «Актуальні проблеми тепло-
та звукоізоляції» (Запоріжжя, 10 квітня 2021 р.). – Запоріжжя : ЗДІА, 2021. –
С. 18–21.
66. Федоренко І. Г. Дослідження ефективності багатошарових звукопоглинальних
матеріалів на основі льону та вівсяної соломи // Агроінженерія та екологія. –
2020. – № 3. – С. 11–17.
67. Чабан М. Ю. Застосування вакуумно-пористих структур у конструкціях
звукопоглинання : монографія. – Полтава : ПолтНТУ, 2019. – 190 с.
68. Шредер М.Р. Комп'ютерні моделі для акустики концертного залу / М.Р.
Шредер // AJP. - 1973. - Т.41, No4. - С.461-471.

110

АННОТАЦІЯ
на кваліфікаційну роботу магістра
Здобувача вищої освіти: Черкаського державного технологічного університету
факультету: технологій, будівництва та раціонального природокористування, кафедри
промислового та цивільного будівництва,
спеціальності: 192 – «Будівництво та цивільна інженерія»;
освітня програма – «Промислове і цивільне будівництво»
________________Цікановського Володимира Леопольдовича___________
(Прізвище, імя, по батькові)
на тему: «Дослідження ефективності розрахунку зниження шуму в приміщеннях
звукопоглинальним облицюванням»
Ключові слова: захист від шуму, рівні шуму, розрахунок звукопоглинання.
Актуальність магістерської роботи. Необхідність зниження рівнів шуму в
житлових приміщеннях і на виробництві виходить далеко за рамки простої
зручності – це питання: безпеки, здоров'я, втомлюваності, комфорту та якості життя
і роботи. Шум може викликати професійні захворювання, знижувати
продуктивність праці та викликаючи стрес, втому, помилки в роботі. Для захисту від
шуму широко використовуються архітектурно-планувальні та будівельно-акустичні
методи захисту. Серед них важливу роль відіграють системи звукопоглинання тому,
що вони доповнюють і підвищують ефективність усього комплексу заходів по
зниженню шуму. Інформація про рівні звукового тиску до і після розроблених
заходів визначає вибір і ефективність прийнятих рішень. Акустична ефективність
розроблених заходів по захисту від шуму залежить від точності і універсальності
розрахункових методів.
Актуальність теми. Можливості комп'ютерного моделювання докорінно
змінили підходи до розробки засобів захисту від шуму. Для професійного
проєктування будівельних систем шумозахисту в будівництві найчастіше
використовують програми SoundPLAN, Odeon, CadnaA, EASE, INSU. Вартість для
одного робочого місця коливається приблизно від 1000–1500 USD (INSUL) до
більше 5000 євро (EASE, Odeon, CadnaA, SoundPLAN) в залежності від
комплектації. Підтримка (річна / щорічна підписка на оновлення) найчастіше
становить 10–20% від вартості початкової ліцензії. На практиці сучасні математичні
програми не завжди отримують розповсюдження з багатьох причин: висока вартість
по відношенню до кількості можливих проєктів по шуму на рік, додаткові вимоги
до математичних компетентностей проєктувальника, не завжди є відповідність
прийнятим національним стандартам, складний інтерфейс, який відрізняється в
залежності від версії програми, не бажання перенавчатись роботі з іншим
111

програмним продуктом та інше. Таким чином, підвищення ефективності добре
відомих інженерних методів розрахунку систем звукопоглинання з використанням
Microcoft Excel є доцільним з практичної точки зору. Частині проектувальників
простіше використовувати знайому нормативну базу, формули, таблиці, графіки,
свої напрацювання і вносити туди зміни, які підвищують ефективність розробки
заходів систем звукопоглинання.
Мета і задачі дослідження є підвищення ефективності розрахунку зниження
шуму в приміщеннях звукопоглинальним облицюванням.
Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити такі задачі:
˗ проаналізувати моделі розрахунку відбитих звукових хвиль в приміщеннях;
˗ зробити розробку моделі відбитих звукових полів, що може підвищити
ефективність розрахунку систем звукопоглинання;
˗ провести теоретичне дослідження структури відбитої звукової хвилі при
різних геометричних і акустичних умовах відбиття;
˗ виконати експериментальні та теоретичні дослідження факторів, що
впливають на коефіцієнт розсіювання відбитої енергії в приміщенні;
˗ врахувати коефіцієнт розсіювання відбитої енергії в інженерному
розрахунку систем звукопоглинання для приміщень;
˗ реалізувати запропонований інженерний розрахунок системи
звукопоглинання в Microsoft Excel і дати оцінку його ефективності.
Обʼєктом дослідження є розрахунок зниження шуму в приміщеннях
звукопоглинальним облицюванням.
Предметом дослідження є метод розрахунку зниження шуму в приміщеннях
звукопоглинальним облицюванням з урахуванням основних параметрів
звукопоглинаючих матеріалів та характеристик огороджувальних конструкцій.
У першому розділі кваліфікаційної магістерської роботи зроблено огляд
проблем моделювання звукопоглинання при прєктуванні в будівництві. Виявлено,
що в приміщеннях відбиття звукової енергії часто має змішаний характер, при
якому частина енергії відбивається дифузно, а інша частина дзеркальна, що суттєво
впливає на похибки в розрахунках систем звукопоглинання.
У другому розділі досліджено параметри відбитих звукових полів в будинках,
що впливають на ефективность розрахунку зниження шуму звукопоглинанням.
Отримані залежності коефіцієнта розсіювання відбитої енергії від: частоти звуку в
падаючій хвилі; кута падіння звукової хвилі. Отримані вирази, що дозволяють
розраховувати значення частки відбитої енергії.
У третьому розділі було експериментально досліджено фактори, що
впливають на ефективность розрахунку зниження шуму звукопоглинанням у
приміщенні. Отримані експериментальні та розрахункові данні для їх врахування в
інженерному розрахунку системи звукопоглинання.
112

У четвертому розділі представлено запропонований інженерний розрахунок
системи звукопоглинання в Microsoft Excel. На прикладі розрахунку зниження
рівнів звукового тиску звукопоглинальним облицюванням для висікальної дільниці
поліграфічного підприємства «Типографія Україна» було показано підвищення
ефективності запропонованого інженерного розрахунку.
Наукова новизна полягає у підвищенні ефективності розрахунку зниження
шуму в приміщеннях звукопоглинальним облицюванням:
˗ запропоновано процес розрахунку зниження шуму в приміщеннях
звукопоглинальним облицюванням;
˗ отримано нову інформацію про вплив геометричних та акустичних параметрів
приміщень на величину коефіцієнта розсіювання звукової енергії, що
використовується при дзеркально-дифузному відбитті звуку;
˗ підвищена ефективність розрахунку зниження шуму в приміщеннях
звукопоглинальним облицюванням.
Практичне значення:
˗ розроблені рішення для підвищення ефективності розрахунку зниження шуму
в приміщеннях звукопоглинальним облицюванням;
˗ підвищена ефективність розрахунку зниження шуму в приміщеннях
звукопоглинальним облицюванням.

ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets