Решение проблемы снижения шума на селитебных территориях и рабочих местах в помещениях акустическими экранами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.06 ВАК РФ

На правах рукописи

ТЮРИНА НАТАЛЬЯ ВАСИЛЬЕВНА

РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ СНИЖЕНИЯ ШУМА НА СЕЛИТЕБНЫХ ТЕРРИТОРИЯХ И РАБОЧИХ МЕСТАХ В ПОМЕЩЕНИЯХ АКУСТИЧЕСКИМИ ЭКРАНАМИ

01.04.06 - Акустика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

15 ЯНВ 2015

С анкт-Петербург 2014

005557312

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Согласно данным Всемирной организации здравоохранения состояние здоровья населения на 20% зависит от состояния окружающей среды в целом и, в частности, от уровня шума, как одного из доминирующих неблагоприятных факторов окружающей среды. Одним из распространенных средств защиты от шума на пути его распространения от источника до защищаемого объекта (жилая застройка, рабочее место и пр.) являются акустические экраны (АЭ). Среди ученых, которые внесли существенный вклад в решение проблемы снижения шума акустическими экранами в нашей стране и за рубежом, следует отметить: В.А. Аистова, В.П. Гусева, Н.И. Иванова, Г.Л. Осипова, П.И. Поспелова, Б.Г. Пруткова, Л.Н. Пятачкову, И.Л. Шубина, а также А. Андерсона, Д. Аренаса, Е. Котабринска, М. Крокера, Дж. Курце, Д. Маекаву, С. Редферна, М. Ретингера.

Большинство методов расчета эффективности экранов, представленных в научной литературе, базируется на оптнко-дифракционной теории, в которой используется подход с применением числа Френеля, учитывающего разность хода звуковых лучей при наличии АЭ. Этот подход не позволяет учитывать акустические свойства материала АЭ, устанавливая строгие допущения (например, о звуконепроницаемости АЭ и о бесконечной длине АЭ), что снижает точпость расчетов. Для повышения точности расчетов было необходимо искать другой подход к описанию физических процессов при распространении звука за АЭ.

До недавнего времени в нашей стране основным научным и нормативным документом для проектирования акустических экранов являлся СНиП П-12-77 "Защита от шума", разработанный в 70-х годах XX века, положения которого частично устарели или оказались недостаточными для выполнения комплексного проектирования современных АЭ. Для обеспечения требуемого снижения шума путем эффективного использования экранов необходимо было решить целый комплекс проблем: разработать нормативно-техническую документацию по методам расчёта и испытаний АЭ, разработать нормативные требования к конструкциям, а также разработать новые конструкции АЭ, удовлетворяющие поставленным требованиям. В последние годы появился ряд нормативных документов, разработанных техническими комитетами по стандартизации, НИИСФ РААСН, МАДИ, БГТУ «Военмех» и др., в которых были даны основы расчетов транспортного шума, изложены методы испытаний акустических экранов. Во всех этих документах указывалась актуальность применения АЭ, но не были сформулированы комплексные рекомендации для акустического проектирования АЭ. Отсутствие комплексных рекомендаций по акустическому проектированию АЭ в нормативных документах объясняется

тем, что исчерпывающих исследований по выявлению связи акустической эффективности АЭ с их конструктивными параметрами не проводилось. С целью разработки комплексных рекомендаций для проектирования акустических экранов автором разработан новый методический подход к оценке звуковых полей при распространении звука за экран, выполнены теоретические и экспериментальные исследования, созданы опытные стенды, позволяющие в натурных условиях выполнить проверку полученных теоретических результатов, а также исследовать основные закономерности распространения звука при наличии экрана, и разработаны практические рекомендации для эффективного проектирования АЭ.

Цель работы - решение важной научно-технической и социально-экономической задачи, заключающейся в разработке научных основ акустического проектирования, расчётов эффективности и выбора конструктивных параметров акустических экранов широкого назначения для снижения шума на селитебных территориях и на рабочих местах в помещениях.

Для достижения цели в работе поставлены и решены следующие основные задачи:

- разработка теории акустических экранов, базирующейся на представлении о квазидиффузном характере звуковых полей при наличии АЭ;

- разработка расчетных схем и математических моделей отражающих и отражающе-поглощающих транспортных, технологических и офисно-производственных АЭ, без надстройки и с Г-образной надстройкой на верхнем ребре АЭ с учетом расположения в пространстве, конструктивных и акустических параметров для двух типов источников: линейного и точечного;

- выполнение теоретических и экспериментальных исследований акустических свойств АЭ в зависимости от основных конструктивных параметров, материала и расположения АЭ в пространстве;

- разработка акустических стендов для испытаний транспортных, технологических, офисно-производственных АЭ с возможностью изменения конструктивных параметров, расположения измерительных точек и тина источника шума;

- разработка методик измерений на стендах и в натурных условиях;

- проведение на стендах экспериментов, позволяющих установить связь высоты АЭ, его звукопоглощающих и звукоизолирующих свойств, расположения измерительных точек с акустической эффективностью АЭ и проверить разработанные методы расчета эффективности АЭ;

- разработка комплексных рекомендаций по проектированию АЭ для снижения шума в жилой застройке и на рабочих местах в помещениях;

- апробация разработанных рекомендаций и методов расчета на практике.

Научная повил т:

- предложена классификация акустических экранов по их назначению, конструктивному исполнению и области применения;

- разработана теория акустических экранов, описывающая процессы отражения, поглощения, дифракции и дивергенции звука с применением статистической и геометрической теорий акустики;

- разработаны методы расчета акустических экранов и инженерные методики, в которых, в отличие от существующих методов (основанных на оптико-дифракционной теории), учитываются, кроме расположения АЭ в пространстве, наличие близрасположенных отражающих (поглощающих) поверхностей, акустические свойства материала АЭ, высота и длина АЭ, его конструктивные особенности, а также тип источников (точечный, линейный);

получены экспериментальные результаты, устанавливающие зависимость эффективности АЭ от материала, геометрических размеров, формы, расположения АЭ относительно точечного или линейного источника шума и расчётной точки;

исследована связь между конструктивным исполнением, акустическими свойствами, расположением в пространстве и эффективностью АЭ;

- разработаны научные основы акустического проектирования новых конструкций АЭ для установки вдоль автомобильных и железных дорог, изложенные в разработанных, с участием автора, ГОСТах и стандартах предприятий.

Достоверность разработа1шых решений. Достоверность принятых допущений и теоретических моделей подтверждена серией экспериментов, выполненных на разработанных опытных стендах и в натурных условиях. Корректность экспериментальных результатов подтверждается использованием прецизионной акустической аппаратуры, а также современных методик акустических испытаний и обработки информации.

Практическая ценность работы:

- разработаны рекомендации по проектированию транспортных, технологических и офисно-производственных АЭ для различных условий их использования;

- разработаны конструкции АЭ для установки вдоль автомобильных и железных дорог в различных реальных условиях, новизна и полезность которых подтверждена 3 патентами;

- разработаны конструкции АЭ для снижения шума стационарных источников шума;

- разработаны методики испытаний АЭ, установленных в свободном пространстве и в помещениях, изложенные в трех ГОСТах;

- разработаны требования к проектированию, конструктивному исполнению и эксплуатации АЭ, изложенные в ГОСТах, а также в СТО РЖД и СТО АВТОДОР.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на российских и международных симпозиумах, конференциях и конгрессах: First Joint CEAS/AIAA Aeroacoustic Conference, Munich, Germany, June 12-15, 1995; IV Международном конгрессе по звуку и вибрации, 24-27 июня 1996, Санкт-Петербург, Россия; V Международном конгрессе по звуку и вибрации, 15-18 декабря 1997, Аделаида, Австралия; 104th Convention of AES, Amsterdam, The Netherlands, May 16-19, 1998; 1-ой, 2-ой, 3-ей Всероссийских научно-практических конференциях с международным участием "Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности", Санкт-Петербург (1996, 1997, 1998); научно-практической конференции с международным участием "Защита населения от повышенного шумового воздействия", Санкт-Петербург, 21-22 марта, 2006; конференции акустического общества Италии "Prorettare il Rusanamento Acústico", 30 марта 2006, Флоренция; 8-ом международном симпозиуме "Transport-noise 2006", 2-6 июня 2006, Санкт-Петербург; XIII Международном конгрессе по звуку и вибрации ICSV13, 2-6 июля 2006, Вена; научно-практической конференции "Строительная физика в XXI веке", Москва, 2006; международной научно-практической конференции "Применение акустических экранов для снижения шума и увеличения безопасности на железных дорогах", 14 декабря 2006, Москва; IV Всероссийской школы-семинара "Новое в теоретической и прикладной акустике", 21 ноября 2006, Санкт-Петербург; XIV Международном конгрессе по звуку и вибрации, 5-9 июля 2008, Корея; Второй и Третьей Всероссийских научно-практических конференциях с международным участием "Защита населения от повышенного шумового воздействия", март (2009, 2011), Санкт-Петербург; XIX Международном конгрессе по звуку и вибрации, 8-12 июля 2012, Вильнюс, Литва; Четвертой Всероссийской научно-практической конференции "Защита от повышенного шума и вибрации", 26-28 марта 2013, Санкт-Петербург, научно-практическом семинаре «Защита от шума и вибрации при проектировании объектов железнодорожного транспорта», 1819 сентября 2013, Москва, XXVII сессии Российского акустического общества, 16-18 апреля 2014, Санкт-Петербург.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 107 работ, в т.ч. 3 патента и монография, из них 13 работ в списке, рекомендованном ВАК.

На защиту выносятся:

- теория акустических экранов, базирующаяся на представлении о квазидиффузном характере звуковых полей при наличии АЭ, учитывающая процессы отражения, поглощения, дифракции и дивергенции звука;

методы расчётов акустической эффективности транспортных, технологических и офисно-производственных АЭ;

- методики испытаний АЭ, установленных в свободном пространстве и в помещениях, и результаты экспериментальных исследований, в которых установлена взаимосвязь акустической эффективности АЭ с их конструктивным исполнением, акустическими свойствами и расположением в пространстве;

- рекомендации по акустическому проектированию и выбору конструктивных параметров АЭ для снижения шума в жилой застройке и в помещениях.

Реализация результатов работы. По результатам выполненных исследований с участием автора разработаны пять государственных стандартов и два стандарта предприятий. Рекомендовашгые автором АЭ установлены вдоль кольцевой автомобильной дорога вокруг г. Санкт-Петербург, вдоль автомобильной дорога М4 «Дон», вдоль Западного скоростного диаметра, федеральной автомобильной дорога М20 и ряда других автомагистралей, общей длиной свыше 25 км, для снижения шума нескольких чиллеров (например, на гостинице "Англетер" и здании музыкального театра им. М.П. Мусоргского в г.Санкт-Петербург), на участках железной дорога Санкт-Петербург-Выборг, Москва-Санкт-Петербург, а также ещё на ряде объектов (общее число экранов составляет более 30).

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка литературы из 279 наименований, приложений на 23 страницах. Основной текст изложен на 298 страницах, содержит 83 таблицы и 113 рисунков.

Краткое содержание работы

Во введетш отражены актуальность техмы исследования, степень ее разработанности, цели и задачи, научная новизна, теоретическая и практическая значимость работы, методология и методы исследования, положения, выносимые на защиту, степень достоверности и апробация результатов.

В первой главе проанализировано состояние проблемы, обоснованы основные направления исследования.

Предложена классификация АЭ по назначению, области применения, конструктивным и функциональным особенностям, согласно которой АЭ подразделяются на:

- транспортные экраны (монолитные и сборно-разборные), которые устанавливаются для снижения шума автомобильных и железных дорог;

- технологические экраны, которые используются для снижения шума стационарных источников, технологического оборудования (чиллеров, трансформаторов и др.);

- офисно-ироизводственные экраны, которые устанавливаются в помещениях для снижения шума на рабочих местах, чаще всего, в офисах и цехах.

Особенностью транспортных АЭ является то, что они располагаются в свободном пространстве. Звук распространяется от источника вдоль опорной поверхности перед АЭ и вдоль поверхности АЭ, отражается от данных поверхностей, частично поглощаясь ими, дифрагирует за АЭ через свободные рёбра АЭ (верхнее и боковые). Свободное ребро АЭ, являясь вторичным источником звука, рассматривается как линейный источник звука, излучающий цилиндрическую звуковую волн}', распространение которой наблюдается за АЭ, в том числе в зоне звуковой тени. Наличие множественных отражений от движущихся автомобилей или подвижного состава ж.д. транспорта, с учетом близкого расположения АЭ, создаёт сложный характер звукового поля. Используется допущение о высокой звукоизоляции АЭ, позволяющей не учитывать долю звука, проходящего через АЭ.

Технологические АЭ, как правило, располагаются вне помещений, звуковое поле формируется технологической установкой, которая может быть аппроксимирована как точечный источник сферических звуковых волн, имеют место множественные отражения. Основной вклад в звуковое поле у защищаемого объекта формируется дифрагированным звуком, огибающим свободные рёбра АЭ (вторичные излучатели звука) за счет дифракции. Используется допущение о высокой звукоизоляции АЭ, позволяющей не учитывать долю звука, проходящего через АЭ.

Учитывая, что офисно-производственные АЭ располагаются в помещениях, необходимо учитывать наличие отраженного звукового поля и следующие особенности его формирования. Источники шума в помещении, как правило, характеризуются небольшими размерами и могут быть аппроксимированы как точечные источники сферических звуковых волн, в помещении имеют место множественные отражения, АЭ применяются для снижения прямого звука источника. На рабочем месте, которое защищает от шума акустический экран, наблюдается вклад не только дифрагированного звука, огибающего свободные рёбра экрана, являющиеся вторичными излучателями звука, за счет дифракции, но частично и звука, отражённого от поверхностей (как помещения, так и находящихся в нем предметов), поэтому для достижения наибольшего эффекта снижения шума следует располагать АЭ

максимально близко к источнику звука. Однако, при этом в случае недостаточной звукоизоляции АЭ, часть звука может проходить в расчётную точку через поверхность АЭ, поэтому в математической модели учтена звукоизоляция АЭ.

Во второй главе разработки и теория АЭ, выполнены теоретические исследования

В разработанной теории акустический экран (АЭ) рассматривается как система, преобразующая исходное звуковое поле источника на пути его распространения до защищаемого объекта в зависимости от характера звукового поля источника, отражающих и поглощающих свойств близрасположенных поверхностей, акустических свойств и геометрических размеров самого АЭ и расположения АЭ в пространстве.

Основные положения теории:

1. В разработанной теории АЭ использованы положения геометрической и статистической теорий акустики. Математические модели разработаны в соответствии с принципом Гюйгенса, согласно которому каждую точку среды можно считать центром расходящейся или вторичной звуковой волны, интенсивность которой пропорциональна первичному возмущению в этой точке. Характер звукового поля, образующегося между источником и АЭ, определяется типом источника (линейный, точечный), а также наличием множественных отражений звука между АЭ и источником шума (корпус автомобиля, подвижной состав поезда, и тд). С учетом множественных отражений вблизи АЭ звуковое поле принимается квазидиффузным. Отражение звука учтено с использованием метода мнимых источников.

2. Акустический экран рассматривается как набор вторичных излучателей звука: линейных - свободные ребра АЭ и плоского -поверхность АЭ, по всей длине или площади которых расположены точечные некогерентные излучатели. Шум в расчетной точке определяется энергетическим суммированием вкладов от этих источников. При распространении звука за АЭ учитываются явления отражения, поглощения, дифракции и дивергенции звука.

3. В разработанной теории рассматриваются точечные, линейные и плоские источники шума; учитываются дифракция звука на свободном ребре полубесконечного АЭ, а также дифракция на свободных боковых рёбрах АЭ конечной длины, отражение звука от близрасположенных поверхностей, поглощение звука АЭ и опорной поверхности. Для офисно-производственных АЭ, установленных в помещении, учтено прохождение звука через АЭ с заданной звукопроводностью и влияние звука, отражённого от поверхностей помещения.

4. Для учета явления дифракции на свободных ребрах АЭ введено понятие - показатель дифракции (ПД).

5. В теории не учитываются интерференционные явления за АЭ. Прохождение прямого звука через АЭ учитывается только для офисно-производственных АЭ.

Для анализа особенностей разработанной теории АЭ выполнено сравнение расчетных схем и параметров АЭ согласно теориям Дз. Маекавы и предложенной автором. Расчетные схемы показаны на рис. 1.

В расчетной схеме, предложенной Дз. Маекавой (рис. 1 а), звук огибает свободное ребро экрана, эффективность экрана зависит от взаимного расположения АЭ, ИШ и РТ (угла дифракции), акустические свойства АЭ не учитываются. В разработанной автором теории (рис. 16) предлагается другой подход. Согласно новому подходу введены допущения о расположении источника шума вблизи опорной поверхности АЭ и о преимущественном распространении шума вдоль опорной поверхности к нижней части АЭ с учетом отражения или поглощения звука опорной поверхностью. Распространение звука вдоль АЭ происходит по направлению от нижнего ребра АЭ к верхнему ребру АЭ, при этом учитывается звукопоглощение АЭ. При переходе звука через верхнее свободное ребро АЭ (вследствие дифракции) происходит изменение направления движения звука и изменение пространственного угла излучения. Процесс дифрагирования звука на верхнем ребре определяется коэффициентом дифракции АЭ (Рдифр), который выражается через показатель дифракции (ПД), при этом звуковое поле формируется вторичным излучателем цилиндрических звуковых волн (свободным ребром АЭ). Правомерность введенных допущений доказана автором экспериментально.

Рис. 1 Расчетные схемы АЭ по оптико-геометрической теории (а) и предлагаемой автором (б): 1 - точечный источник шума (ИШ), 2 - АЭ, 3 - опорная поверхность между ИШ и АЭ, 4 - свободное ребро АЭ, 5 - расчетная точка (РТ), 6 - линейный ИШ, 0 - угол дифракции

Автором разработаны 11 расчетных схем, описывающих распространение звука при наличии АЭ различного конструктивного исполнения в типовых условиях эксплуатации.

Для транспортных АЭ разработано 7 расчетных схем, в которых учтено прохождение звука от точечного ИШ (отдельное транспортное средство), прохождение звука от линейного ИШ (автотранспортный поток, поезд), прохождение звука при наличии Г-образной надстройки на верхнем свободном ребре АЭ; прохождение звука через свободный проем в АЭ, защищенный контр-экраном; прохождение звука при установке двух параллельных АЭ (основного АЭ большей высоты и дополнительного АЭ меньшей высоты) и прохождение звука при наличии АЭ, установленного на искусственном сооружении (эстакаде или насыпи). Особенностью расчетной схемы, описывающей прохождение звука, установленного на искусственном сооружении, является рассмотрение эффективной высоты сооружения (Лдф), которая находится в пределах (/1экр + Ьэ)>кэф>кэкр, где Л.Э1ф - высота АЭ, /гэ - высота искусственного сооружения (эстакады).

Для технологических АЭ разработаны две расчетные схемы. В первой -одно из свободных боковых ребер АЭ дополнено надстройкой, называемой боковым отгоном; во второй - источник шума (в плане) со всех сторон окружен фронтальным АЭ и боковыми АЭ, примыкающими к замыкающей поверхности (как правило, стене здания), сверху данное сооружение остается открытым, звук дифрагирует через открытый верхний проем (рис.2).

Вид сбоку Вид сверху

Рис. 2. Схема расчета технологического АЭ: 1 - источник шума; 2 - фронтальный АЭ; 3 - замыкающая поверхность; 4 - боковые АЭ;

5 - основание; 6 - пол сооружения; 7 - поддерживающие конструкции;

8 — расчетная точка Для офисно-производственных АЭ разработаны две расчетные схемы, учитывающие наличие реверберации в помещении за счет отражений звука от поверхностей помещения, а также наличие отражений от плоских отражающих поверхностей конечных размеров, расположенных в помещении (АЭ размещен вблизи ИШ, обеспечивая снижение прямого шума).

Для предложенных расчетных схем разработаны математические модели.

Транспортный протяженный АЭ, точечный ИШ

Расчетная схема, описывающая прохождение звука при наличии транспортного протяженного АЭ и точечного ИШ показана на рис. 3.

Рис. 3 Расчетная схема протяженного транспортного экрана для точечного

источника шума (ИШ): 1 - ИШ, 2 - АЭ, 3 - РТ, 4 - опорная поверхность между РТ и АЭ, 5 - опорная поверхность между ИШ и АЭ

В расчетах здесь и ниже, если это не указано специально, принимаем АЭ звуконепроницаемым (звукоизоляция АЭ более, чем на 10 дБА выше, чем максимальная эффективность АЭ, прямой звук не проникает через АЭ). Корректность этого допущения, а также поправки на конечную звукоизоляцию определены путем экспериментальных исследований. Допущением математической модели, разработанной для протяженного АЭ, является значительная длина АЭ, при которой звук не проходит через боковые ребра АЭ, свободное (верхнее) ребро является линейным излучателем цилиндрических звуковых волн.

Акустическая эффективность протяженного транспортного экрана при наличии точечного источника шума рассчитывается по формуле:

Ь(К+г)2г0 Л ¡}дифр * ^

I I 0)

-101е( 1 -«,,„„) -101ё ага& — 101в йгс/я -2. +101ё 2ж2. дБ,

где: X - длина звуковой волны; г0 = 1м;

г, И - расстояния от ИШ до АЭ и от АЭ до РТ, соответственно, м, показанные на рис. 2;

^экр - высота АЭ, м;

1ЭЧ>- длина АЭ, м;

Рдифр- коэффициент дифракции АЭ;

аэкр - коэффициент звукопоглощения акустических панелей АЭ;

ос„ов-коэффициент звукопоглощения поверхности между ИШ и АЭ.

Транспортный протяженный АЭ, линейный ИШ

Расчетная схема, описывающая прохождение звука при наличии транспортного протяженного АЭ и линейного ИШ, показана на рис.4.

У

X

\

ч

X

X

ч

ч

ч

3 ?

Рис. 4 Расчетная схема протяженного транспортного экрана для линейного ИШ: 1 - линейный ИШ, 2 - АЭ, 3 - РТ, 4 - опорная поверхность между РТ и АЭ, 5 - опорная поверхность между ИШ и АЭ

Акустическая эффективность протяженного транспортного экрана при наличии линейного источника шума рассчитывается по следующей формуле:

дг, = 101а—-— + 10^^ + 10^ —

•1018(1 -«_)-

-101а(1-а ) + 10^агс/£——--

6 ™ 2(й + г) 2 г

ДБ, (2)

-10\garctg

I.

2 К

-т%агс1ё-г,„ г + 10^ —

2Дл/4 Я2+/2+Л2 2

Условные обозначения приняты те же, что и в формуле (1).

Транспортный Т-образный АЭ с надстройкой на свободном ребре

Расчетная схема, описывающая прохождение звука при наличии транспортного протяженного Г-образного АЭ и точечного ИШ показана на рис. 5.

>

Г-

Рис. 5 Схема Г-образного транспортного АЭ: 1 - ИШ, 2 - АЭ, 3 - полка (надстройка на верхнем ребре экрана), 4 - РТ

Акустическая эффективность протяженного Г-образного транспортного экрана рассчитывается по формуле:

-1015(1 - аэкр) - 101ё(1 - ап) - 101даг<Лд^~

^ "экр

-Шдагид1^--Шдагс1д1^+Шд-п\ дБ, (3)

¿Оп 4

где ^д„фр - коэффициент дифракции на свободном ребре (полке) АЭ;

Ьц и ап- ширина и коэффициент звукопоглощения полки, соответственно;

И] - расстояние от РТ до свободного ребра АЭ; прочие условные обозначения, если не показаны на рис. 5, приняты теми же, что и в формуле (1).

Транспортный АЭ ограниченной длины

Расчетная схема АЭ ограниченной длины (со свободным боковым ребром), в которой рассмотрена дифракция на свободном боковом ребре, показана на рис. 6. В качестве допущения данной расчетной схемы примем, что ИШ, свободное боковое ребро и РТ находятся на одной линии, т.е. на границе между светлой зоной и зоной акустической тени, при этом свободное боковое ребро принято вторичным линейным ИШ, а источник шума - точечным.

1

Рис. 6 Расчетная схема АЭ со свободным боковым ребром (вид в плане): 1 - ИШ (отдельное транспортное средство), 2 - АЭ, 3 - РТ, 4 - защищаемый объект (жилая застройка), 5 - свободное боковое ребро АЭ

Акустическая эффективность транспортного экрана со свободным боковым ребром рассчитывается по формуле:

ДЬ = 1018, + 10 -^пов) +

(гг + Яц г0 АЬ0

+ Ю1 ё^г ~ ШдагсЛд^ + 1(%4я2, дБ, (4)

Рдифр 2К1

где Рдафр - коэффициент дифракции на свободном боковом ребре АЭ;

И0 = 1м; прочие условные обозначения, если не показаны на рис. 6, приняты теми же, что и в формуле (1).

Предложенный метод расчета транспортного АЭ со свободным боковым ребром используется для проверки правильности выбора длины АЭ.

Контр-экран для снижения шума транспорта

При необходимости обеспечения технологических проходов в конструкции АЭ, при устройстве проходов к остановкам общественного транспорта и в ряде других случаев в конструкции АЭ предусматриваются разрывы. Для снижения шума, проходящего через разрыв необходимо устанавливать контр-экраны. Схема расчета эффективности контр-экрана, установленного вдоль свободного проема основного АЭ, показана на рис. 7. Высота контр-экрана принята равной высоте основного экрана. Условные обозначения, если не показаны на рис. 7, приняты тем же, что и в формуле (1).

Рис.7 Расчетная схема контр-экрана: 1 - ИШ, 2 - основной АЭ, 3 - проем в основном АЭ, 4 - контр-экран, 5 - защищаемые объекты, 6 - РТ

Акустическая эффективность контр-экрана рассчитывается по формуле: = lOlg fR + 1СUg lf - Ю lg(l - аю) + 10lg +

VK3 + «) Г0 Л А'дифр

+I0lgarctg-^-lOlgarctg^-lOlgarctg^-

2гэкр 2 Гкэ кз

-Wlgarctg^-lQlgn2, дБ, (5)

где 1КЭ - длина контр-экрана, м; ^.„-высота контр-экрана, м;

акэ - коэффициент звукопоглощения материала контр-экрана;

Рдифр ~~ коэффициент дифракции бокового свободного ребра контр-экрана.

Транспортные параллельные АЭ, линейный ИШ

Рассмотрены два параллельных АЭ одинаковой длины, один из которых основной (большей высоты), а другой дополнительный (меньшей высоты) (рис. 8).

54 ЕЛО

1 Г ¿11 ""Л ОЙ 3 I \|

юсп 1

1 гпгл 4 1

1

6 Я! г2 г.

Рис. 8 Расчетная схема параллельных АЭ: 1 - линейный ИШ (транспортный поток), 2 - дополнительный АЭ, 3 - основной АЭ, 4 - РТ, 5 - защищаемый объект, 6 - опорная поверхность

Акустическая эффективность транспортных экранов, установленных параллельно вдоль участков автодороги, рассчитывается по формуле:

Мэкр = 101д (г.1+^+д) + 10/0/1ЭКР1 + 101дкэщ,2 - 101 - аэкр1) -

-101* 1 - аэкр2) + +

Шдагс1д^--Х01дагад-^--тдагид— 'зкрЛ - Шдатг.д

2"экР1 2/1экрг 2Я,/4Я2+А2+/2 2г»

V

101дагЛд- 'зкрЛ^ + 101дп\ дБ, (6)

гъ^+Л'+Ъ

где Иэкр1, Иэкр2 — высота основного и дополнительного АЭ, м; ^кр!» аэкр2 _ коэффициенты звукопоглощения основного и дополнительного экрана, соответственно;

РдифР1 >Ё>дифр2 - коэффициенты дифракции основного и дополнительного АЭ; прочие условные обозначения, если не показаны на рис. 8, приняты теми же, что и в формуле (1).

Акустический экран, установленный на искусственном сооружении

Расчетная схема акустического экрана, установленного на искусственном сооружении (эстакаде, насыпи и тд), приведена на рис. 9.

Введение этой схемы в рассмотрение объясняется тем, что эффективность АЭ, установленного на искусственном сооружении, выше, чем АЭ этой же высоты, установленного на одинаковом уровне с защищаемым объектом, но ниже, чем эффективность АЭ, высота которого была бы равна суммарной высоте АЭ и эстакады.

Рис. 9 Расчегная схема АЭ, установленного на эстакаде: 1 - линейный ИШ, 2 - АЭ, 3 - эстакада, 4 - защищаемый объект, 5 - РТ, 6 - опорная поверхность, на которой расположены эстакада и защищаемый объект, 7 - условный защищаемый объект, 8 - условная РТ, 9 - поверхность между ИШ и АЭ

д, 1А, ЪЙ ,1П1 М'пр?2 - (¿О +/гэ,ф Ыэкр = Шд — +Шд----

1

-1010(2 -<ов) - 101е( 1 - аэкр) + Шд-^—

Рдифр

+101§агс^ - Шдагад£ - Шдагс1д1^--

- Шдагад Гь . '3|ф , „ , + Шдп2 дБ,

(7)

где - расстояние от ИШ до АЭ; Рдифр " коэффициент дифракции;

кпов _ коэффициент звукопоглощения отражающей поверхности; Ьэ - высота эстакады, м; прочие условные обозначения, если не показаны на рис. 9, приняты теми же, что и в формуле (1).

Технологический экран с закрытым боковым ребром

Расчетная схема технологического экрана с закрытым боковым ребром (боковым отгоном) показана на рис. 10. Условные обозначения, если не показаны на рис. 10, приняты теми же, что и в формуле (1).

Рис. 10 Расчетная схема технологического экрана с боковым отгоном: 1 - ИШ (точечный), 2 - фронтальный АЭ, 3 - боковой АЭ или боковой отгон, 4 - РТ, 5 - боковое закрытое ребро, —> - путь движения звука

Эффективность бокового ребра (отгона) экрана рассчитывается по формуле: Д¿бок = 2010 101г(1 - абок) + 10(0-4-

Рдифр

-2018згс1в£2.+ 1О(07Г, дБ, (8)

^ 'бок

где абок - коэффициент звукопоглощения бокового АЭ; 1бок - длина бокового отгона; Нэкр- высота АЭ, м; - коэффициент дифракции

бокового отгона.

Замкнутый технологический АЭ

Во многих практических случаях технологический АЭ со всех сторон окружает PULI или примыкает к стене сооружения. Таким образом, звук проходит через верхние свободные ребра АЭ, а вокруг ИШ за счет множественных отражений в полузамкнутом объеме образуется квазидиффузное звуковое поле. Расчетная схема замкнутого технологического АЭ показана на рис. 11. Расчет ведется в предположении, что РТ расположена напротив фронтального АЭ.

Рис. 11 Расчетная схема замкнутого технологического АЭ: 1 - ИШ, 2 - фронтальный АЭ, 3 - боковые АЭ, 4 - замыкающая поверхность (например, стена здания), 5 - РТ

18

Эффективность замкнутого технологического экрана рассчитывается по следующей формуле:

А4Рр = Шд ^ - 101g(^ + ¿L-) ■- 10 lg( 1 - аэкр)+

h. 1 I

+ 101g^ + 10/5 — - mgarctg ^ -

А Дэкр /ЛэкР

-mgarctg ^ + Шдп - 3, дБ, (9)

где Воб - акустическая постоянная полузамкнутого объема, м2; фоб - коэффициент, учитывающий характер неравномерности звукового поля; - коэффициент дифракции на верхнем свободном ребре фронтального АЭ; прочие условные обозначения, если не показаны на рис. 11, приняты теми же, что и в формуле (1).

Офисно-производственный акустический экран в помещении

Расчетная схема акустического экрана в помещении показана на рис. 12. Учитывая близкое расположение АЭ, ИШ и РТ в помещении, в математической модели учтены акустические свойства АЭ, в частности, звукопроводность АЭ. Условные обозначения, если не показаны на рис. 12, приняты теми же, что и формуле (1).

/ 'отр

/ 2 \Ко •

\ / 'npOLU

.........>

'1 Ч

Рис. 12 Расчетная схема АЭ в помещении: 1 - ИШ, 2 - АЭ, 3 - РТ, 4 - помещение, 5 - опорная поверхность; 1отр - отраженный звук в помещении, •дифр - звук, дифрагирующий за АЭ, 1прош - звук, прошедший через АЭ

Эффективность офисно-производственного экрана рассчитывается по следующей формуле:

ЛЬ™ =

Хист

101§

\2п( гг+г2У

+

^ПОМ^ПОМ'

Ю1е[-

^пом^пом

• +

+ /исТ(1 «экр)т3|ф аШ

2тг2г2 У

^экр^экр

■ +

агс1д агсСд —],

2ПЭ1Ш 2Г2

2713Г12/гЭКрГ2 ¿-«акр

где Хист ~ коэффициент, учитывающий размеры ИШ;

ДБ

(Ю)

иэкр

- коэффициент звукопроводности АЭ;

Вцом ~ акустическая постоянная помещения, м2;

Ф пом ~ коэффициент, учитывающий неравжт^шость звукового поля в помещении;

Ьэкр - ширина АЭ, м.

Офисио-производствеиный акустический экран в помещении с единичной отражающей поверхностью

Расчетная схема офисно-производственнош акустического экрана в помещении с единичной отражающей поверхностью показана на рис. 13. В математической модели принято допущение о том, что единичная отражающая поверхность (ЕОП) стилизована прямоугольником.

5

Рис. 13 Расчетная схема акустического экрана в помещении при наличии единичной отражающей поверхности: 1 - ИШ, 2 - АЭ, 3 - единичная отражающая поверхность (ЕОП), 4 - РТ, 5 - помещение

АЬ°Э" = 101§

Хист

+

ПОМ

2гопч/4г ОП'^ОП^Ьоп

-101§

экр

2п2 г\

arctg

ггг^^+Ь^р+^кр

+

(1 «экр)ХхнсгХ|з°"ифр'экрРДифр arctg-kp.arctgkp + + (i — аоп) х

2и3г12ЬЭКрГ2 2h3Kp 2г2 Впонфпом v 0ПУ

arctg—arctg a°nb'

2гР^гР+аоп+ьоп

дБ (11)

где Хнст _ коэффициент, учитывающий размеры ИШ; тэкр - коэффициент звукопроводности АЭ; Впом - акустическая постоянная помещения, м2;

Фпом ~ коэффициент, учитывающий неравномерность звукового поля в помещении;

аоп< bon ~~ размеры отражающей поверхности,м;

аоп - коэффициент звукопоглощения единичной отражающей поверхности (ЕОП); Рдифр ~~ коэффициент дифракции АЭ при наличии ЕОП, прочие условные обозначения, если не показаны на рис. 9, приняты теми же, что и в формуле (1).

Теоретические исследования

Влияние расположения АЭ в пространстве. Для анализа влияния расположения АЭ относительно системы «источник шума-расчетная точка» на эффективность АЭ выполнены теоретические исследования. Влияние

расположения АЭ в пространстве определяется членами 101g—— 11

(R ' ) г„

101g—--, учитывающими в разработанных математических моделях

(.R + r)

процессы дивергенции шума для точечного и линейного источников, соответственно. Как следует из результатов расчетов, увеличение расстояния от АЭ до РТ (R) приводит к уменьшению величины вычисленного соотношения. Для примера на рис. 14 представлено изменение эффективности экрана при увеличении расстояния от экрана до защищаемого объекта для линейного ИШ. При наличии линейного источника шума увеличение расстояния (R) от АЭ до РТ от 7,5 м до 100 м, т.е. более чем в 10 раз, приводит к росту поправки на расстояние до 10 дБ (в зависимости от расстояния (г) от ИШ до АЭ). При этом, чем больше расстояние R, тем меньше приращение поправки.

Рис. 14. Зависимость 1015—— от величины расстояния от АЭ до РТ (К.), для

/? + г

разных значений расстояния от ИШ до АЭ (г): 1 - 8 м, 2 - 5 м; 3 - 3 м

Влияние высоты. Влияние высоты экрана на его эффективность

определяется членом \ojg~s-- Как следует из результатов расчетов (рис. 15),

Л

зависимость акустической эффективности от высоты носит нелинейный характер. Например, при увеличении высоты от 1 м до 2 м акустическая эффективность АЭ возрастает на 3 дБ, при увеличении высоты с 2 м до 3 м -примерно на 2 дБ, а с 5 м до 6 м - примерно на 1 дБ. Это означает, что с увеличением высоты АЭ приращение акустической эффективности АЭ замедляется. В среднем, к возрастанию эффективности АЭ на 3 дБ приводит увеличение высоты АЭ в 2 раза. С увеличением частоты акустическая эффективность экрана возрастает на 3 дБ на октаву.

'¡Л

к

Рис. 15 Изменение вычисленного значения при увеличением высоты

экрана : 1 - кэкр=\ м, 2 - Ьэкр=2ы, 3 - Иэкр=3м, 4 - 4м, 5 - кэкр =6м

Влияние звукопоглощающих свойств материалов АЭ и поверхностей. Акустические панели АЭ могут иметь наряду со звукоотражающими свойствами (для отражающих АЭ), звукопоглощающие свойства (для отражающе-поглощающих АЭ). Влияние звукопоглощения материала АЭ учитывается в формулах членом 101^1 -а^), а звукопоглощающие свойства поверхности, на которой размещаются АЭ и ИШ, - членом 1018(1-<0.

Значения коэффициента звукопоглощения для отражающе-поглощающих АЭ практически находятся в диапазоне ссжр= 0,4-0,8, поэтому приращение акустической эффективности за счет звукопоглощения АЭ достигает 2-7 дБ. Коэффициент звукопоглощения мягких поверхностей (песок, трава и пр.) лежит в пределах 0,05-0,3, соответственно вклад составляющей, учитывающей звукопоглощающие свойства опорной поверхности, в общее снижение шума экраном, достигает величин 0,2-1,5 дБ.

Влияние конструктивных параметров и расстояния до расчетной точки при расположении АЭ на искусственном сооружении (эстакаде). Основные конструктивные параметры, которые приняты в данном рассмотрении - это высота АЭ (11экр) и эстакады (Ьэ) с учетом различных расстояний от эстакады (Я). Некоторые результаты расчетов показаны на рис. 16. Из анализа полученных данных следует несколько важных практических выводов, перечисленных ниже.

1. Эффективность АЭ при его расположении на эстакаде заметно возрастает по сравнению с эффективностью АЭ, установленного в том же уровне, что и защищаемый объект. Например, если АЭ высотой Ьэкр = 3 м расположен на эстакаде высотой Ьэ = 10 м, то акустическая эффективность сооружения, представляющего собой совокупность АЭ и эстакады, на 3 дБ выше, чем эффективность АЭ, установленного в том же уровне, что и защищаемый объект. При высоте эстакады 20 м увеличение акустической эффективности составит 7 дБ по сравнению с АЭ, расположенным на одной плоскости с защищаемым объектом (рис. 16).

2. Акустическая эффективность сооружения (эстакада и АЭ) заметно ниже, чем АЭ такой же высоты. Например, при равной высоте сооружения (эстакада и АЭ) с высотой АЭ (по 6 м каждый) разница в акустической эффективности между ними составляет 5 дБ. Данная зависимость объясняется разницей в углах дифракции, так как угол дифракции при наличии АЭ больше, чем угол дифракции сооружения (эстакада плюс АЭ) такой же высоты.

3. С увеличением расстояния от экрана до расчетной точки (при уменьшении угла дифракции) акустическая эффективность сооружения

снижается. Например, для сооружения, где Ьэкр=4 м, Иэ=] 5 м увеличение расстояния от 25 м до 200 м приводит к снижению акустической эффективности более чем на 4 дБ.

при различных значениях высоты АЭ (к^) и высоты эстакады (к,): 1 - = 3 мА = 0; 2 - = 3 мА = Ю м; 3 - кэкр = 3 м, к, = 20 м

В третьей главе изложены методы и средства экспериментальных исследований.

При выполнении экспериментальных исследований решались следующие основные задачи:

- определение акустической эффективности АЭ в натурных условиях с целью подтверждения или уточнения разработанных методов расчета;

- исследование акустической эффективности экранов в зависимости от их конструктивного исполнения, условий расположения и др. свойств с целью разработки практических рекомендаций по проектированию, монтажу и эксплуатации АЭ различного конструктивного исполнения.

Первая задача решалась с использованием нормативно-технической документации, которая была разработана автором настоящей работы, в том числе:

- ГОСТ Р 51943-2002 "Экраны акустические для защиты от шума транспорта. Методы экспериментальной оценки эффективности";

- ГОСТ 30690-2000 "Экраны акустические передвижные. Методы определения ослабления звука в условиях эксплуатации";

- ГОСТ 549320-2012 "Экраны акустические для железнодорожного транспорта. Методы контроля".

Основные измерительные схемы акустической эффективности АЭ показаны на рис. 17.

Вторая задача решалась созданием специальных акустических стендов. Были созданы три вида стендов, на которых выполнялись испытания транспортных АЭ, технологических АЭ и офисно-производственных АЭ.

Схема стенда для испытаний транспортных АЭ и расположение точек измерения приведены на рис. 18. Стенд состоял из двух основных элементов: испытываемая конструкция и обустройства к ней (стационарная часть стенда); источники шума (условно переносная часть стенда). Стационарная часть стенда представляла собой П-образную в плане конструкцию экрана. Длина экрана - 48 м, высота варьировалась от 1 м до 6 м.

ГОСТ Р 51943-2002

ГОСТ 30690-2000

г

ГОСТ Р 549320-2012

К: -Ч

V *

Расположение контрольной и опорной

точек: 1 - источник шума; 2 -акустический экран; 3 -

опорная точка; 4 - контрольная точка

• • • »

Схема измерений. 1 - акустический экран; 2- опорная точка;

3- контрольная точка в середине акустического

4- железнодорожный

состав

Схема размещения контрольных точек. 2-экран; 1-источник шума; 3-контрольные точки; 4-рабочая зона;

Рис. 17. Измерительные схемы для определения эффективности АЭ

з

шшлж

7,5 м

б

Рис. 18. Расположение источника шума (ИШ) и измерительных точек при измерении эффективности транспортных АЭ: 1 - ИШ; 2 - место расположения АЭ; 3 - стойки АЭ; 4-7 - измерительная точка

25

На стенде выполнены следующие виды испытаний: натурные замеры акустической эффективности, звукоизоляции и показателя дифракции деревянного и металлического экранов. Высота экранов варьировалась для определения закономерностей распространения звука за экран. Дополнительно к экспериментам, описанным выше, выполнены исследования звукопоглощающих свойств (коэффициент звукопоглощения) АЭ и распределения уровней звукового давления вдоль поверхности АЭ.

Схемы измерений звукоизоляции, звукопоглощения, показателя дифракции экрана и звукового поля вдоль поверхности экрана показаны на рис. 19.

а) 1 б) в) г)

Рис. 19. Схемы измерений звукоизоляции (а), показателя дифракции (б), звукового поля (в) и звукопоглощения (г): 1 - акустическая панель, 2 - стойка, 3 - АЭ, —>• направление распространения звука от ИШ;

4 - перфорированный слой; 5 -ЗПМ, б - звукоизолирующий слой АЭ без перфорации(^)-(17) - точки измерений

Все видов измерений транспортных АЭ выполнены для отражающих и отражающе-поглощающих АЭ. Замеры УЗД и УЗ выполнены на следующих расстояниях от экрана: эффективность - 7,5м; 15м; 25м; 50м; 100 м; звукоизоляция и показатель дифракции - на расстоянии 0,1 м от экрана.

Состав выполненных экспериментальных исследований эффективности технологических АЭ показан в табл. 1.

Максимальная высота конструкции для испытаний технологических АЭ составила 4м, размеры конструкции в плане 1м х 1м. В конструкции были предусмотрены поперечные уголки для крепления испытываемых экранирующих конструкций, внутри располагался искусственный источник шума «Брюль и Къер» типа НР 1000. Испытания выполнялись в точках, расположенных на расстояниях 2 м и 7,5 м от испытываемого источника.

Стенд для испытаний офисно-производственных АЭ приведен на рис. 20. Испытания проводились в полузаглушенном помещении. Состав выполненных экспериментальных исследований приведен в табл. 2.

Таблица 1 - Испытанные конструкции и материалы технологических АЭ

№ п/п Наименование испытываемой конструкции АЭ Условная схема Испытанные материалы и размеры АЭ при испытаниях, м

Брезент Звукопоглощающие маты Металлические с ЗИМ* Металлические без ЗПМ

1 Плоский 4 4 1,2,3,4 1,2,3,4

2 Г-образный 4 4 1,2,3,4 1,2,3,4

3 П-образный 4 4 1,2,3,4 1,2,3,4

4 Замкнутый 4 4 1,2,3,4 1,2,3,4

*ЗПМ - звукопоглощающий материал

Рис. 20. Стенд для определения эффективности офисно-производственных акустических экранов: 1- полузаглушенное помещение; 2-измерительный микрофон; 3-источник шума; 4-акустический экран

Таблица 2 - Перечень экспериментальных исследований офисно-производственных АЭ

1 йарь«ру~ : емый ? «йрзмегр СХЕМА ЭКСПЕРИМЕНТА У со;! днфра-кино 13 !50"

[ | экрана ИШ * 1 * в ИШ • 2 1 * ИШ[ 3 к и та | * 11 * I 6 та * 5 РТ * 6

! ! Угол яхфртиш.) ! имИ * РТ ки/ (Ч . \ и тж I 14 да 90" ПО" Ш" иг 130* 1 50'

йл-КОЙОГД*»- тжршие 7 нш| * 1 1 ГУ 1 * ¡1 е ии| • | 7 1 РТ 1 * 1 6 7 иш. | * 1 7 1 * 1 в 8 иш 1-. 7 йш « * 1 3 7 м * 1 6

попсрхткш ИШ 1 • [ 1>Т 9 ИШ ! РТ • ИШ : * РТ * —.9 ИШ * • ¡__9 ИШ 11 ст I **

ИШ - исюттк хпуыщ И1 - радчешая гочт ф - угом \ *■ юпивд "2 - -р&тщ 3 - ф»й«рз-;. 4 - ?тн.ь АЗТС; 5 -яоянзтдаод; 6 - ноя; 7 - ^укояогдещакш^ее яокрытшг 0С1«>«»МХ здзд&рхнос^ей экрана; в - зйукопт-дойшощес покрытие ребер зкраш*; Ф - С»хх<>йеиш*я шражаюшая йов^хностк 10 - ед»иич«аа отражающая яеов^хя^ть конечных раушер^а.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований транспортных, технологических и офисно-производствеиных АЭ.

Транспортные АЭ

Показатель дифракции. В табл.3 приведены значения показателя дифракции (ПД) отражающе-поглощаюгцих АЭ, измеренные на стенде и в натурных условиях эксплуатации для нескольких АЭ. Анализ показал следующий характер изменения УЗ и УЗД на свободном ребре АЭ, определяющих показатель дифракции. Показатель дифракции возрастает с увеличением частоты (табл. 3): например, для АЭ высотой 3 м величина показателя дифракции: в октавной полосе со среднегеометрической частотой 63 Гц - 4 дБ, 1000 Гц - 11 дБ, 8000 Гц - 14 дБ. Изменение показателя дифракции АЭ зависит от высоты АЭ: для АЭ высотой 1 м увеличение показателя дифракции составляет приблизительно 1 дБ/на октаву, а для АЭ высотой 3 м - в среднем 1,5 дБ/на октаву, а для АЭ высотой 6 м - в среднем 2 дБ/на октаву.

Таблица 3 - Значения показателя дифракции

Условия измерений Высота АЭ, м Показатель дифракции, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц ПД, дБА

63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

Стенд 1 4 6 7 8 9 9 10 11 6

3 4 7 7 9 11 12 13 14 11

6 5 8 9 11 13 14 16 18 15

Натурные условия 4 6 8 9 10 13 15 18 20 13

5 5 7 8 10 14 15 18 20 14

С увеличением высоты АЭ показатель дифракции возрастает от 6 дБА (1 м) до 14 дБА (6 м). При этом, в случае изменения высоты экрана от 1 м до 4 м показатель дифракции возрастает в среднем на 2-3 дБА на каждый 1 м высоты, то в случае изменения высоты экрана от 4 м до 6 м изменение показателя дифракции составляет в среднем 1 дБА на каждый 1 м высоты.

Полученные значения показателя дифракции могут быть использованы при расчетах акустической эффективности транспортных АЭ, в которых член Ю^Рдафр может быть заменен полученными в экспериментах значениями (ПД= 101ёрдафр).

Исследование звукоизоляции АЭ. При выполнении исследований звукоизоляции обнаружено, что звукоизоляция сборно-разборных АЭ в натурных условиях (на стенде и в условиях эксплуатации) отличается от значений звукоизоляции акустических панелей того же АЭ, замеренных в акустической камере. На основании многочисленных испытаний сделан вывод о снижении звукоизоляции АЭ в натурных условиях в связи с особенностями конструкции или монтажа сборно-разборных АЭ, и влиянием щелей между элементами АЭ на звукоизоляцию конструкции в целом. Для ряда акустических панелей звукоизоляция АЭ, измеренная на стенде, в диапазоне частот 250-4000 Гц на 5-14 дБ ниже данных, полученных в акустической камере. Сравнение величин звукоизоляции, определённых в акустической камере в лабораторных условиях и в натурных условиях эксплуатации АЭ представлено на рис. 21.

Для более глубокого понимания природы обнаруженных процессов были выполнены измерения звукоизоляции в натурных условиях на месте эксплуатации трех сборно-разборных АЭ: два АЭ состояли из металлических панелей со звукопоглощающим слоем разных производителей, третий АЭ был выполнен из армированного щепоцемента. Результаты экспериментальных исследований звукоизоляции в натурных условиях эксплуатации описанных выше АЭ показаны на рис. 22.

Согласно результатам серии экспериментальных исследований, фактическая звукоизоляция (ЗИ) трех АЭ, установленных вдоль автодорог оказалась, в среднем, на 7-13 дБ ниже ЗИ, замеренной в акустической камере в диапазоне частот 250-4000 Гц. При этом звукоизоляция монолитного АЭ за счет его большей поверхностной массы и меньшей площади щелей на 3-7 дБ (4-6 дБА) больше звукоизоляции сборно-разборных АЭ, состоящих из металлических панелей со звукопоглощением. На основании полученных результатов, сделан вывод о том, что при высоких требованиях к акустической эффективности (свыше 18 дБА) монолитные АЭ предпочтительнее сборно-разборных.

Зависимость акустической эффективности от высоты АЭ. Испытывались металлический и деревянный отражающе-поглощающие АЭ при изменении высоты от 2 м до 6 м. Значения акустической эффективности, измеренные на расстоянии 25 м от экрана, металлического АЭ различной высоты приведены в табл. 4, а деревянного АЭ - в табл. 5.

Для обоих испытанных АЭ характерно: чем больше высота АЭ, тем меньше приращение эффективности при дальнейшем увеличении высоты. Например, увеличение высоты с 2 м до 3 м обеспечивает приращение

эффективности на 4 дБА, тогда как увеличение высоты АЭ, например, с 5 м до 6 м, приводит к росту эффективности всего на 1 дБА.

ЗИ, дБ

2

з

Т гц

63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

Рис. 22. Сравнительные значения усредненной звукоизоляции АЭ в натурных условиях эксплуатации: 1 - АЭ изготовленный из армированного

щепоцемента (монолитные крупные блоки), 2 - металлические со звукопоглощением сэндвич-панели, 3 - металлические со звукопоглощением сборно-разборные панели

Таблица 4 -Акустическая эффективность металлического АЭ на расстоянии 25 м

Высота АЭ, м Эффективность, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц Эффективность АЭ, дБА

63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

2 2*/!** 4/3 6/5 9/8 9/8 12/10 17/14 20/18 11/9

3 3/2 7/5 10/8 13/10 12/10 17/13 20/15 25/20 14/11

4 7/5 10/6 13/8 16/10 15/10 20/13 23/19 29/21 16/11

5 9/1 13/5 15/8 19/9 18/9 23/15 26/17 31/21 17/13

6 10/3 14/7 17/10 20/12 20/13 25/16 29/20 32/23 18/14

* в числителе указаны значения для АЭ со звукопоглощающим материалом (ЗПМ)

** в знаменателе указаны значения для АЭ без ЗПМ

Таблица 5 - Акустическая эффективность деревянного АЭ на расстоянии 25 м

Высота АЭ, м Эффект ивность, дБ, в октавных полосах, со среднегеомегрическими частотами, Гц Эффективность, ДБА

63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

2 2*/о** 5/3 9/7 12/10 11/9 13/11 17/15 21/18 12/10

3 4/3 10/9 14/12 15/14 14/13 17/15 22/19 26/23 16/13

5 8/6 14/12 17/13 20/16 18/15 21/19 27/25 31/29 19/15

6 11/10 15/13 20/18 21/17 19/17 22/20 28/25 33/30 20/17

* в числителе указаны значения для АЭ со ЗПМ

** в знаменателе указаны значения для АЭ без ЗПМ

В подтверждение теоретической зависимости описанные эксперименты позволили выявить важную для практического использования АЭ закономерность: чем больше высота АЭ, тем меньше прирост абсолютной величины эффективности АЭ, т.е. увеличение высоты от 2 м до 3 м дает приблизительно вдвое большее приращение эффективности, чем увеличение высоты от 5 м до 6 м практически во всем рассматриваемом диапазоне частот.

При удвоении высоты АЭ возрастание эффективности составляет до 4-5 дБА.

Также отметим общую закономерность повышения акустической эффективности с увеличением частоты в диапазоне частот 63-8000 Гц.

Влияние звукопоглощения на акустическую эффективность. На рис. 23 представлено влияние звукопоглощения на акустическую эффективность отражающего АЭ и отражающе-поглощающего АЭ высотой 4 м и высотой 6 м при измерениях, выполненных на расстоянии 25 м от экрана до расчетной точки.

1?Б -

10 8 6 4 2 О

63 125 250 500 1000 2000 4000 80&ГЧ

Рис. 23. Разница в акустической эффективности отражающе-поглощающих и отражающих металлических АЭ (полученная расчетом (1) и экспериментом (2,3): 2 - высота АЭ 4 м, 3 - высота АЭ 6 м

Из анализа экспериментальных данных следует, что дополнительное снижение УЗД за счет звукопоглощения составляет от 2 дБ до 8 дБ для АЭ высотой 4 м и от 5 дБ до 10 дБ для АЭ высотой 6 м, т.е. с увеличением высоты экрана эффект звукопоглощения увеличивается за счет увеличения эквивалентной площади звукопоглощения (Аэкр).

Технологические экраны

Влияние формы технологического экрана на акустическую эффективность. С целью установления влияния формы технологических экранов на их эффективность были выполнены экспериментальные исследования плоских, Г-образных, П-образных и замкнутых технологических АЭ высотой 2 м каждый (таблица 1). Результаты измерений показаны на рис. 24.

Рис. 24 Зависимость акустической эффективности технологических АЭ от формы: 1 - плоские, 2 - Г-образные, 3 - П-образные, 4 - замкнутые

Форма технологического экрана оказывает заметное влияние на его акустическую эффективность. В полученных результатах прослеживается определенная закономерность: каждый этап усложнения конструкции (например, переход от Г-образной к П-образной конструкции и пр.) обеспечивает увеличение акустической эффективности, в среднем, на 2 дБА. В частотном диапазоне 250-8000 Гц наблюдается увеличение акустической эффективности от 1-2 дБ до 4-5 дБ при каждом этапе усложнения конструкции.

Влияние размеров на акустическую эффективность. С целью установления влияния размеров технологических экранов на их эффективность были выполнены эксперименты с акустическими экранами, представляющими собой ограждающую конструкцию П-образной формы из металлических панелей со звукопоглощением. При распространении через П-образные ограждения звук

дифрагирует в большей степени через их верхние ребра и в гораздо меньшей степени через боковые (при отсутствии замыкающей поверхности). Связь эффективности АЭ с размерами проверялась последовательно для АЭ высотой 1 м и площадью 3 м2 (1x3), высотой 2 м и площадью 6 м2 (2x3), высотой 3 м и площадью 9м2 (3x3) и, наконец, высотой 4м и площадью 12м2 (3x4). Данные испытаний показаны на рис. 25.

ЛЦдБ

Рис.25 Эффективность П-образного металлического со ЗПМ ограждения на расстоянии 2 м в зависимости от его площади: 1 - 3 м2; 2 - 6 м2; 3 - 9 м2; 4 - 12 м2

Согласно экспериментальным данным, просматривается закономерность, что при каждом удвоении площади ограждения эффективность АЭ возрастает в 1,5 раза. Например, при высоте ограждения 1м эффективность достигает 2-11 дБ в диапазоне частот 125-8000 Гц (9 дБ А). При увеличении высоты ограждения до 2 м его эффективность достигает 2-13 дБ в диапазоне частот 125-8000 Гц (13 дБА). При максимальной величине площади экрана (12м2, экран высотой 4 м) снижение уровней звукового давления (УЗД) составляет 5-19 дБ в диапазоне частот 125-8000 Гц (или 18 дБА).

Офисно-производственные экраны для защиты рабочих,мест в помещении

Влияние материала экрана на акустическую эффективность АЭ. С целью анализа влияния акустических характеристик материала офисно-производственного экрана на его эффективность исследованы АЭ из твердых и мягких материалов (табл. 2). Измерения проведены в зоне глубокой акустической тени (для углов дифракции свыше 130 градусов). Все исследованные офисно-производственные АЭ по акустическим характеристикам можно разделить на две группы. К первой группе относятся АЭ, изготовленные из твердых материалов, обладающие достаточно

высокой поверхностной массой и низкой звукопроводностью. Ко второй группе относятся АЭ, изготовленные из мягких материалов, обладающих высокой звукопроводностью.

Результаты экспериментальных исследований эффективности офисно-производственных АЭ, изготовленных из стали толщиной 2 мм, фанеры толщиной 3 мм, резины толщиной 5 мм, армированной ткани типа АЗТС и брезента толщиной 2 мм и полиэтилена толщиной 0.1 мм, показаны на рис. 26.

ЛЬ дБ

Рис. 26 Сравнительная акустическая эффективность офисно-производственных АЭ из различных материалов: 1 -брезент, 2 - армированная ткань типа АЗТС, 3 - полиэтилен, 4 - фанера, 5 - резина, 6 - сталь

Как следует из результатов экспериментальных исследований, акустическая эффективность легких экранов составила 1,5-15 дБ в диапазоне частот 250-8000 Гц. Применение звукопоглощающей облицовки легких материалов увеличивает их акустическую эффективность на 2-7 дБ в среднечастотном и до 10 дБ в высокочастотном диапазонах. Акустическая эффективность тяжелых твердых АЭ составила 13-25 дБ в диапазоне частот 250-8000 Гц.

На основании выполненных экспериментальных исследований, а также с учетом появления большого количества армированных материалов на тканевой и полимерной основе, значительно более легких и удобных в эксплуатации, а зачастую и более дешевых по сравнению с традиционными твердыми, тяжелыми материалами, используемыми для снижения шума, сделан вывод о целесообразности их применение для многих практических случаев.

Влияние угла дифракции АЭ на его акустическую эффективность. Экспериментальные исследования влияния расположения офисно-производственных экранов относительно источника шума и защищаемого объекта, определяющего величину угла дифракции, на их акустическую

эффективность проводились на опытном стенде в соответствии с перечнем, представленным в таблице 4.

Согласно анализу результатов экспериментов, отражающих зависимость акустической эффективности АЭ от угла дифракции, в низкочастотном диапазоне, в основном, отмечается отсутствие эффекта снижения шума АЭ (рис. 27).

41..ДБ

У/

/л» ¿г

>Чц. .... о

63 125 250 500 Мве 2580 4«М 5000

Рис. 27 Зависимость акустической эффективности АЭ от угла дифракции: 1 - 50", 2 - 90", 3 - 110°, 4 - 130", 5 - 150°

В средне- и высокочастотном диапазонах получена ярко выраженная зависимость роста акустической эффективности при увеличении угла дифракции, имеющая практически линейный характер. Отмечено возрастание эффективности экрана на 1,2 дБА при увеличении угла дифракции на каждые 10 градусов. Таким образом, чем ближе АЭ находится к источнику шума или защищаемому объекту, тем больше угол дифракции и выше эффективность АЭ.

В пятой главе даны рекомендации по применению акустических экранов и описание апробации предложенных решений.

Рекомендации по акустическому проектированию АЭ (кратко)

При проектировании акустического экрана конструкция и параметры экрана должны выбираться на основании технико-экономического сравнения нескольких вариантов конструктивных решений, комплексном учете требований к экранам и оптимизации конструкции АЭ по стоимостному критерию.

Акустический экран и его элементы должны обеспечивать запроектированный уровень снижения шума, обладать достаточной механической прочностью, стойкостью к деформации и устойчивостью при воздействии расчетных весовой и прочих нагрузок, а также обладать

36

долговечностью, огнестойкостью, ремонтопригодностью и удобством в обслуживании.

Акустические панели должны быть сертифицированы по акустическим характеристикам. Звукоизоляция, обеспечиваемая иаиелыо АЭ, должна быть не менее чем на 10 дБ больше требуемой акустической эффективности экрана для предотвращения прохождения прямого звука, проникающего к защищаемому объекту непосредственно через конструкцию экрана.

Материал акустического экрана следует выбирать на основании акустического расчета с учетом нагрузок.

Для транспортных акустических экранов:

— предпочтительно устанавливать отражающе-поглощающие АЭ, которые в сравнении с отражающими АЭ обеспечивают большую эффективность (увеличение до 3-5 дБА);

— при высоких уровнях требуемого снижения шума (свыше 18 дБА) использовать монолитные конструкции вместо сборно-разборных;

— высоту АЭ выбирать исходя из закономерности: значительного прироста эффективности АЭ можно достичь при удвоении высоты АЭ;

— предпочтительно использовать Г-образные конструкции, обеспечивающие в сравнении с вертикальными АЭ той же высоты до 3 дБА дополнительного снижения шума;

— материал АЭ следует выбирать с учетом обеспечения визуализации при наличии градостроительных регламентов, обеспечения инсоляции при близком расположении защищаемого объекта, обеспечения безопасности, снижения монотонности при движении вдоль протяженных АЭ, обеспечения архитектурного решения и благоприятного восприятия акустических экранов участниками дорожного движения и жителями, а также с учетом наличия двухсторонней жилой застройки и прочих факторов.

Для технологических акустических экранов:

— рекомендуется располагать АЭ максимально близко к ИШ;

— предпочтительно использовать сборно-разборные отражающе-поглощающие АЭ;

— наиболее эффективны П-образные или замкнутые (в плане) конструкции.

Для офисно-протводственных акустических экранов:

— размеры и расположение АЭ должны обеспечивать максимально возможный угол дифракции,

— при невысоких требованиях по снижению шума, допошппельной необходимости обеспечения тепло-, электро- и иожароизоляции рекомендовано применение офисно-производсгвенных АЭ, изготовленных из легких материалов, обладающих данными свойствами;

— допускается изготавливать АЭ из мягких материалов с использованием звукопоглощающих покрытий,

— рекомендуется устанавливать АЭ вплотную к отражающей поверхности и облицовывать последнюю ЗПМ.

Методика расчета акустической эффективности АЭ

На основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований были разработаны полуэмпирические формулы расчета акустической эффективности АЭ для наиболее распространенных схем установки АЭ.

Транспортный отражающе-поглощающий АЭ, ИШ- точечный Д1экр = 10+ Шд^- ПД - АЗИэкр - 101я(1 - аЭкр) -

-Ю/0(1-апов) + 9,дБ (12)

где ДЗИэкр - поправка на прохождение звука через АЭ вследствие недостаточной звукоизоляции (выбирается на основании данных эксперимента); ПД - показатель дифракции.

Транспортный отражающе-поглощающий АЭ, ИШ-линейный

к

(г + ю • л

-1010(1 - аэкр) - 10/0(1 - апов) + 3, дБ (13)

Транспортный Г-образный отражающе-поглощающий АЭ, ИШ - точечный

Мэкр = 10^¿^г + 1010/0у - ПД- ДЗИэкр - 10/0(1 - аэкр) -

10^0(1 - О + 3, дБ (14)

Контрэкран (к/э) на свободный проем АЭ

= г„ + 1(%Т " 101В^ ~ " ПД - ДЗИЮ + 6, дБ (15)

АЭ, установленный на эстакаде,

МЭ 1П) Г1К . - ф!) + /1экр

Д/4р = 10/0 —+10/0---£ - 10^(1 - аэкр)

-ПД - ДЗИэкр + 6, дБ (16)

Мэкр = 10/0 + 10/0 ^ - ПД - ДЗИэкр

Замкнутый технологический АЭ

= ЮН, -lo ig (¿j ■+ -lo ig(i - аэкр)

+10^-ПД-ДЗИэам-2, дБ (17)

Отклонение результатов экспериментальных исследований от результатов расчетов по предложенным формулам не превышает 2 дБ.

Апробация предложенных решений

Транспортные акустические экраны, установленные на железной дороге. Рекомендованные автором АЭ. в основном, устанавливались на Октябрьской железной дороге. На ст. Тосно был устаношген АЭ фирмы "BongarcT высотой 4 м, изготовленный из алюминиевых акустических панелей. Результаты измерений представлены на рис. 28, эффективность АЭ составила 5-14 дБ в средне- и высокочастотном диапазоне, после установки АЭ шум на территории жилой застройки соответствует требованиям санитарных норм.

Транспортные акустические экраны, установленные на автомобильных дорогах. В качестве примера приведены результаты испытаний АЭ высотой 3 м, установленного на эстакаде на участке транспортного обхода г. Сочи (рис. 29). АЭ изготовлены из нержавеющей стали, сборно-разборные, отражающе-поглощающие высотой 3 м. Согласно результатам испытаний эффективность АЭ составляет 8-15 дБ в средне- и высокочастотном диапазонах, уровни шума с учетом АЭ ниже предельно-допустимых уровней, установленных санитарными нормами.

1.,ДБА

Рис.28 Спектры шума, измеренные на ст. Тосно, до (2) и после (3) установки АЭ, 1 - предельно-допустимые уровни звукового давления

ЛЬ, дБ

Рис. 29 Спектры шума, измеренные у фасада здания в г.Сочи до установки АЭ (2) и после установки АЭ (3), 1 - норма шума

Технологические АЭ. По рекомендации автора были разработаны технологические АЭ, в том числе, для снижения шума чиллеров, установленных на крыше театра имени М.П. Мусоргского и гостиницы "Англетер", снижения шума дизель-электростанций, трансформаторных подстанций и др. Результаты натурных замеров уровней звукового давления до установки металлических сборно-разборных АЭ, высотой Зм, вокруг чиллеров гостиницы "Англетер" (в г. Санкт-Петербурге) и после их установки представлены на рис. 30.

S3 125 250 500 IOCS 2£>!!G 4BBS $№в

Рис. 30. Спектры шума в помещении 208 института " Гипрорыбфлот " при отсутствии (1) и при наличии (3) технологического АЭ вокруг чиллеров, установленных на крыше гостиницы "Англетер", 2 - норма шума

Измерения шума выполнены в помещениях близрасположенного учреждения института "Гипрорыбфлот". Согласно данным натурных замеров

после установки АЭ шум технологического оборудования снижен до нормы во всём нормируемом диапазоне частот (эффективность АЭ составила 15-25 дБ в средне- и высокочастотном диапазоне).

Офисно-производсгтенные АЭ. С целью проверки предложенных автором рекомендаций были выполнены измерения при установке мягких АЭ в цехах механической обработки АО «Росгсельмаш» (рис. 31).

—•— рабочее место без АЭ -норма шума

—в— рабочее место с установленным АЭ Рис. 31. УЗД на рабочем месте оператора токарно-револьверного станка до и после установки АЭ

Наиболее эффекгивными и удобными в использовании на рабочих местах операторов токарно-револьверных и фрезерных станков оказались АЭ размером 2.0м х 1.5м, изготовленные из армированной ткани типа АЗТС толщиной 2 мм со звукопоглощающей облицовкой по всей поверхности АЭ из поролона толщиной 10мм.

Снижение шума, обеспечиваемое АЭ из армированной ткани типа АЗТС, составило 8-19 дБ в частотном диапазоне 500-8000 Гц. Согласно спектру шума на рабочем месте оператора токарно-револьверных станков в цехе механической обработки до и после установки АЭ, представленному на рис. 31, после установки АЭ шум на рабочем месте оператора во всем нормируемом диапазоне частот не превышает норму.

Масштабы внедрения результатов исследований

Основные результаты работы автора учтены при разработке новых конструкций акустических экранов и при проектировании шумозащиты. По рекомендациям автора были установлены АЭ общей площадью свыше 100 тыс. м2 более чем на 30 объектах.

Основные результаты исследований использованы при разработке, с участием автора, следующих нормативных документов:

-ГОСТ Р 54931-2012 «Экраны акустические для железнодорожного транспорта. Технические требования»;

-ГОСТ Р 54932-2012 «Экраны акустические для железнодорожного транспорта. Методы контроля технических требований»;

-ГОСТ Р 54933-2012 «Методы расчета уровней шума, излучаемого железнодорожным транспортом»;

- ГОСТ Р 51943-2002 «Экраны акустические для защиты от шума транспорта»;

-ГОСТ 30690-2000 «Экраны акустические передвижные. Методы

определения ослабления звука в условиях эксплуатации»;

- СТО РЖД 1.07.007-2010 «Экраны акустические для железнодорожного транспорта. Правила приемки, ввода в эксплуатацию и обслуживания в процессе жизненного цикла»;

- СТО АВТОДОР 2.9-2014 «Рекомендации по проектированию, строительству и эксплуатации акустических экранов на автомобильных дорогах государственной компании».

Основные выводы и результаты

1. Выполненный анализ технической литературы позволил разработать подробную классификацию АЭ по назначению (транспортные, офисно-производственные, технологические), принципу действия (отражающие и отражающе-поглощающие), конструктивным особенностям (сплошные сборно-разборные, составные, комбинированные и т.д.), форме верхнего свободного ребра (Г - образные, Т - образные, У - образные и др.), характеру дифракции на свободном ребре (двойная, одинарная), материалу акустических панелей и пр. Для исследований были выбраны транспортные и технологические АЭ, обеспечивающие снижение шума на селитебной территории, а также офисно-производственные экраны, обеспечивающие снижение шума на рабочих местах в помещениях.

2. Разработана теория АЭ, основанная на положениях статистической и геометрической теорий акустики; АЭ рассматривается как набор вторичных излучателей звука (плоского и линейных), по всей площади и длине которых расположены точечные некогерентные излучатели; для учёта явления дифракции на свободных рёбрах АЭ вводится показатель дифракции; учитываются явления отражения, прохождения и дивергенции звука при наличии АЭ, а также отражение звука от близрасположенных поверхностей и ограждений помещения при использовании офисно-производственных АЭ.

3. Разработаны 11 схем расчета эффективности транспортных, офисно-производственных и технологических АЭ. Рассмотрены транспортные АЭ

при наличии точечного и линейного источников, как вертикальные, так и с надстройкой на свободном ребре (Г-образные). Разработаны также схемы, показывающие прохождение звука через свободное боковое ребро, через свободный проем в АЭ с использованием контр-экрана, через систему параллельных АЭ, а также через верхнее свободное ребро при расположении АЭ на эстакаде. Для технологических АЭ рассмотрены схемы с боковым отгоном, а также с закрытым со всех сторон точечным ИШ. Для офисно-производственных АЭ рассмотрены схемы с единичной отражающей поверхностью и без нее при наличии помещения. Для всех расчетных схем разработаны математические модели, в которых учтены конструктивные параметры АЭ, расположение АЭ в пространстве по отношению к ИШ и РТ, акустические свойства АЭ для точечных и линейных ИШ; изучены процессы дивергенции при наличии АЭ, дифракции на АЭ, а также поглощение и прохождение звука при наличии АЭ.

4. Выполняй теоретические исследования зависимости акустической эффекгавносги АЭ в средне- и высокочастотном диапазонах (250-8С1С0 Гц) от основных конструкшвньк параметров, материала, расположения в пространстве, которые показали:

- основной фактор, влияющий на акустическую эффекгавносгь - угол дифракции, зависящий от расстояний между' ИШ, АЭ и РТ, а также их высот, снижение акустической эффективности АЭ в пределах рассмотренных расстояний достигает 10 дБ;

- теоретическое увеличение акустической эффективности отражающе-поглощающих АЭ по сравнению с отражающими составляет от 2 до 7 дБ в зависимости от значения коэффициента звукопоглощения экрана;

- влияние коэффициента звукопоглощения поверхности перед АЭ может составить от 0,5 до 1,5 дБ;

- теоретически акустическая эффективность АЭ возрастает на 3 дБ при каждом удвоении частоты; увеличение высоты экрана не показывает линейного роста акустической эффективности: так, при увеличении высоты экрана с 1 до 2 м эффективность возрастает на 3 дБ, с 2 м до 3 м - на 2 дБ, а с 5 м до б м - приблизительно на 1 дБ, т.е. заметное возрастание акустической эффективности (до 3 дБ) происходит только при удвоении высоты;

- акустическая эффективность АЭ заметно (до 5 - 10 дБ) возрастает при установке АЭ на эстакаде и при расположении расчетной точки в зоне глубокой акустической таш, но эффект уменьшается при увеличении расстояния до РТ;

- на акустическую эффективность влияет тип ИШ, при прочих равных условиях при наличии линейного ИШ акустическая эффективность по сравнению с точечным снижается на 4-5 дБ;

- снижение акустической эффективности АЭ за счет влияния ограждений помещения составляет 1 -7 дБ в зависимости от расстояния до источника шума.

5. Разработаны методики акустических испытаний АЭ, основные положения которых изложены в 3-х государственных стандартах (ГОСТ 30690-2000, ГОСТ Р 51943-2002, ГОСТ Р 54932-2012). Разработаны методики определения основных акустических характеристик экранов (звукоизоляции, звукопоглощения, показателя дифракции). Разработаны опытные стенды для проведения акустических испытаний транспортных, офисно-производственных и технологических АЭ, где выполнены обширные натурные исследования, позволяющие проверить основные положения и допущения разработанной теории АЭ, а также подробно исследовать зависимость акустической эффективности от конструктивного исполнения и формы АЭ, расположения АЭ в пространстве и свойств его материала.

6. на основании экспериментальных исследований акустических характеристик транспортных АЭ получены следующие выводы и результаты:

- измерены значения показателя дифракции (ПД) на стенде и в условиях эксплуатации АЭ: ПД изменяется с высотой (в пределах исследованных параметров) от 6 до 15 дБА, показатель дифракции имеет частотно-зависимый характер и увеличивается с высотой экрана. Полученные экспериментальные значения предложено использовать в расчетах взамен члена Ю^рдлфр (где коэффициент дифракции);

- исследование свойств сборно-разборных АЭ показало, что звукоизоляция АЭ в натурных условиях, в среднем, на 6-10 дБА меньше, чем измеренная в реверберационных акустических камерах звукоизоляция панелей, из которых экраны изготовлены. При больших значениях требуемого снижения шума (АЬэкр>18 дБА) в расчеты эффективности АЭ должна вводиться поправка на прямое прохождение звука через АЭ;

- исследована связь акустической эффективности с изменением высоты АЭ: отмечен характерный рост акустической эффективности с ростом частоты; установлено, что акустическая эффективность не находится в линейной зависимости от высоты АЭ. Эта связь имеет сложный характер и гарантированное увеличение эффективности наблюдается только при удвоении высоты АЭ (приводя к увеличению эффективности АЭ на 3-4 дБ), что подтверждает теоретические выводы;

- выявлено существенное влияние звукопоглощения на акустическую эффективность АЭ: для отражающе-поглощающих металлических экранов дополнительное снижение шума по сравнению с отражающими составило до 4 дБА (7-19 дБ в исследуемом частотном диапазоне); несколько меньшая разница получена для деревянных АЭ (до 2 дБА), что объясняется тем, что дерево обладает более выраженными звукопоглощающими свойствами, чем металл.

7. Исследованы зависимости акустической эффективности технологических АЭ от формы для плоских, Г-образных, П-образных и замкнутых АЭ: каждый

переход от одной формы к другой обеспечивает не менее 2 дБА дополнительной акустической эффективности; удвоение площади обеспечивает не менее 4 дБА дополнительной акустической эффекпгвности.

8. Установлено, что основной фактор, влияющий на акустическую эффективность офисно-производственных АЭ, - угол дифракции. В пределах исследованного диапазона изменения угла дифракции (50-150°) при его увеличении на каждые 10° отмечен рост эффективности АЭ на величину до 1,2 дБА.

9. Исследовано влияние традиционных, твердых материалов (стали и фанеры), а также новых легких армированных материалов на тканевой и полимерной основе (резины, стеклоткани, полиэтилена и др.) и звукопоглощения на эффективность офисно-производственных АЭ. Согласно экспериментальным исследованиям эффективность офисно-производственных АЭ из стали и фанеры достигает 13-25 дБ в диапазоне частот 250-8000 Гц, эффективность АЭ из легких материалов составляет 2-15 дБ в указанном диапазоне частот. Применение в офисно-производственных АЭ звукопоглощающих материалов увеличивает их акустическую эффективность не менее чем на 3 дБА. При невысоких требованиях по снижению шума и дополнительной необходимости обеспечения тепло- атектро-и пожароизоляции рекомендовано применение офисно-производствешгых АЭ, изготовленных из легких материалов, обладающих указанными свойствами.

10. На основании проведенных исследований получены экспериментальные поправки, которые предложено использовать для инженерных расчетов по разработанным формулам.

11. Сравнение результатов экспериментов с данными инженерного расчета эффективности АЭ показало хорошую сходимость результатов (отклонение не превышает 2 дБ).

12. Выполнена апробация предложенных решений при проектировании АЭ различного назначения, проведены испытания свыше 30 акустических экранов, установленных вдоль автомобильных и железных дорог, в помещениях, вблизи чиллеров, котельных и др. технологических установок. С учетом рекомендованных автором АЭ шум в жилой застройке и на рабочих местах снижен до требований санитарных норм.

13. На основании выполненных исследований предложены, с участием автора, комплексные рекомендации по алогическому проектированию АЭ, использованные при разработке ГОСТ Р 54931-2012, ГОСТ Р 54933-2012, СТО АВТОДОР 2.9-2014.

14. Основные положения настоящей работы учтены при разработке 5 Государственных стандартов, 2 стандартов предприятий, внедрены более чем в 30 проектах, новизна и оригинальность предложенных технических решений подтверждена 3 патентами.

Основные положения диссертации изложены в 107 публикациях, основные из которых следующие:

1. Тюрина H.B, Иванов Н.И, Самойлов М.М. Экспериментальные и теоретические исследования малых акустических экранов на рабочих местах // Сборник докладов 1-ой Всероссийской конференции "Новое в безопасности жизнедеятельности и экологии", Санкт-Петербург, 14-16 октября, 1996.-с.181-185.

2. Тюрина Н.В., Иванов Н.И., Самойлов М.М., Омельченко A.B., Усков В. H. Optimisation of acoustical shields // Proceedings of the Fifth International Congress on Sound and Vibration, Adelaide, South Australia, December 15-18, 1997. -Vol. 3. -p.1651-1658.

3. Тюрина H.В., Иванов Н.И., Шубин И.Л. Влияние звукопоглощения на эффективность акустических экранов, устанавливаемых в помещении // Сборник докладов III Всероссийской научно-практической конференции с международным участием "Новое в экологии и БЖД", 18-21 июня 1998, Санкт-Петербург, -т.2, -с.374-378.

4. Тюрина Н.В, Иванов Н.И. Влияние угла дифракции на эффективность акустических экранов // Сборник докладов IV Всероссийской научно-практической конференции с международным участием "Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности", СПб, июня, 1999. -т. 2. -с-389-392.

5. Тюрина Н.В. Методы экспериментальной оценки эффективности акустических экранов для автодорог // Сборник трудов международного семинара «Экологическое планирование кольцевой автодороги и устойчивое развитие транспорта», СПб, 5 октября, 2001. -с.66-76.

6. Тюрина Н.В. Классификация акустических экранов //Сборник трудов 2-ой Всероссийской школы-семинара «Новое в теоретической и прикладной акустике», под ред. Н.И. Иванова, Санкт-Петербург, 17-18 октября, 2002. -с.115-122.

7. Тюрина Н.В. Стандарты ИСО и новый ГОСТ Р по экспериментальной оценке эффективности акустических экранов для автодорог //Сборник трудов научно-технического семинара «Применение акустических экранов при строительстве автомобильных дорог для снижения шума в жилой застройке», Павловск, 17-19 декабря 2002. - с. 47-54.

8. Тюрина Н.В. Расчет эффективности акустических экранов для снижения транспортного шума // Сборник трудов научно-технического семинара «Применение акустических экранов при строительстве автомобильных дорог для снижения шума в жилой застройке», Павловск, 17-19 декабря 2002.-с. 55-63.

9. Тюрина Н.В., Иванов Н.И., Самойлов М.М., Никифоров A.C., Осипов Г.Л., Шубин И.Л. и др. Экраны акустические передвижные. Методы определения ослабления звука в условиях эксплуатации. ГОСТ 30690-2000, М: Издательство стандартов. 2000. -19с.

10. Тюрина Н.В., Иванов Н.И., Самойлов М.М., Никифоров A.C., Осипов Г.Л., Шубин И.Л. Экраны акустические для защиты от шума транспорта. Методы экспериментальной оценки эффективности. ГОСТ Р 51943-2002. М: Издательство стандартов. 2002. -21с.

11. Тюрина H.B.Application of acoustical barriers for reduction of environmental noise emitted by ventilation systems // Proceedings of the Tenth International Congress on Sound and Vibration, Stockholm, Sweden, 7-10 July 2003, Vol. 5, pp.2781-2788.

12. * Тюрина H.В., Иванов Н.И. Снижение технологического шума акустическими экранами. // Безопасность жизнедеятельности, 2003, (6), 19-24.

13. Тюрина Н.В. Снижение шума строительства путем применения акустических экранов // Сборник трудов 3-ей Всероссийской шкалы-семинара с международным участием «Новое в теоретической и прикладной акустике», под ред. Н.И. Иванова, СПб, 23-2Ф октября, 2003. -с.182-187.

14. Тюрииа Н.В. Акустические экраны как универсальное средство экологической безопасности автомобильных дорог // Сборник трудов II Всероссийский научно-практический семинар с международным участием «Экологизация автомобильного транспорта: передовой опыт России и стран Европейского Союза», под ред. В.Н. Денисова, СПб, 7-9 апреля, 2004. -с.112-118.

15. Тюрина Н.ВNoise baniers for St Petersburg ring road design featores and parameters // Proceedings of 1he Eleventh International Congress on Sound and Vibration, 5-8 July 2004, St Petersburg, Russia, Vol. 3, pp. 1377-1382.

16. Тюрина Н.В., Элькин Ю.И. Investigation of efficiency of vehicles noise reduction providing by shielding constructions // Proceedings of the Eleventh International Congress on Sound and Vibration, 5-8 July 2004, St. Petersburg, Russia, Vol. 4, pp. 2177-2182.

17. * Тюрина H.B, Иванов Н.И. Проблема акустического загрязнения в Российской Федерации и пути его решения. // Сборник трудов «Известия Самарского научного центра Российской академии наук». Спец. выпуск «ELPIT-2005». - Тольятти, 2005. - Т.1. - с. 119-120.

18. * Тюрина Н.В., Бугорина М.В. Акустическая защита на кольцевой автодороге вокруг Санкт-Петербурга // Сборник трудов «Известия Самарского научного центра Российской академии наук». Спец. выпуск «ELPIT-2005». - Тольятти, 2005. -Т.2.- с. 27-33.

19. * Тюрина Н.В., Иванов Н.И., Минина Н.Н. Расчет и мероприятия по снижению строительного шума // Сборник трудов «Известия Самарского научного центра Российской академии наук». Спец. выпуск- «ELPIT-2005». - Тольятти, 2005. -Т.2. - с. 34-38.

20. * Тюрина Н.В, Элькин Ю.И. Расчёт эффективности акустических экранов сложной формы // Сборник трудов «Известия Самарского научного центра Российской академии наук». Спец. выпуск "«ELPIT-2005». - Тольятти, 2005. -Т.2. - с. 86-88.

21. Тюрина Н.В, Минина Н.Н., Элькин 10.И., Иванов Н.И. Noise barriers for community noise reduction. // Proceedings of the Twelfth International Congress on Sound and Vibration, 11-14 July 2005 - Lisbon - Portugal, CD-ROM.

22. * Тюрина H.B., Иванов Н.И. Применение акустических экранов для защиты от шума автомобильного и железнодорожного транспорта // Безопасность жизнедеятелыюсти.-2005.-№8,- с. 13-18.

23. * Тюрина Н.В., С. А. Грибов, Н. И. Иванов, Н. Н. Минина, Д. А. Куклин, Ю. И. Элькин Снижение шума при строительстве // Безопасность жизнедеятельности - 2005.- № 8 - с.22-25.

24. * Тюрина НВ, Бугорина М. В. Оце[жа акустического загрязнешга от автомобильных дорог и выбор мероприятий по снижению шума // Безопасность жизнедеятельности.- 2005.- № 10.- с. 21 - 25.

25. * Tiopraia H.B, Бугорина М.В, Иванов Н.И. Снижение шума при проектировании транспортного обхода вокруг Санкт-Петербурга // Безопасность жизнедеятельности - 2006 - № 1.- с. 30-35.

26. Тюрина Н.В., Н. И. Иванов, Ю. И. Элькин Experimental study of shielding constructions to be used for noise reduction in vehicles // Proceedings of the conference "Progettare il Risanamento Acustico", March 30, 2006, Frorence, Italy/- 2006,- c. 227-229.

27. Тюрина H.B. Применение акустических экранов для снижения шума в жилой застройке // Сборник трудов научно-практической конференции с международным участием «Защита населения от повышетюго шумового воздействия» (21-22 марта 2006 г., г.Санкт-Петербург).- Санкг-Петербург,- 2006.- с.97-112.

28. Тюрина H.BPrediction and design of noise barriers for stationary noise sources //Proceedings of the International Congress on Sound and Vibration, Vienna, Austria, 2-6 July, 2006, CD-ROM.

29. Тюрина H.B. Новейшие нормативные документы для оценки эффективности акустических экранов // Сборник трудов научно-практической конференции «Строительная физика в XXI веке» НИИСФ РААСН, 23-25 сентября 2006г.- Москва,- 2006,- с392-395.

30. Тюрина Н.В., Элькин Ю.И. Влияние размеров и формы на эффективность акустического экрана. //Сборник трудов Четвёртой Всероссийской школы-семинара с международным участием «Новое в теоретической и прикладной акустике», 21 ноября 2007т, БГТУ «ВОЕНМЕХ».- Санкт-Петербург. -2007,- с. 66-75.

31. Тюрина Н.В., Иванов Н.И, Бобровских В.П. О коэффициенте дифракции акустических экранов /'/ Сборник трудов Четвёртой Всероссийской школы-семинара с международным участием «Новое в теоретической и прикладной акустике», 21 ноября 2007г, БГТУ «ВОЕНМЕХ».-Санкт-Петербург. -2007,- с. 141-147.

32. * Тюрина Н.В, Куклин Д.А. Исследования акустических экранов для снижения шума поездов// Безопасность жизнедеятельности.- 2009.- № 8.-е. 30-34.

33. Тюрина Н.В., Гуринович Г.Л, Куклин Д.А. Натурные испытания эффективности шумозащитных акустических экранов ООО «Руукки» в Финляндии // Сборник трудов Второй Всероссийской научно-практической конференции с международным участием

«Защита населения от повышенного шумового воздействия» (17-19 марта 2009 г., г.Санкт-Петербург).- Санкт-Петербург. -2009.- с. 615-622.

34. * Тюрина Н.В., Иванов Н.И., Куклин Д.А. Влияние звукоизоляции на эффективность акустических экранов. // Сборник трудов «Известия Самарского научного центра Российской академии наук». - Тольятти, 2010. -Т.12. - №1(9), (33). - с. 2223-2228

35. Тюрина Н.В, Иванов НИ, Семёнов Н.Г. Акустические экраны для снижения шума в жилой застройке // Безопасность жизнедеятельности. Приложение к журналу- 2012 - № 4,- с. 1-24.

36. * Тюрина Н.В., Минина H.H. Снижение шума акустическими экранами, установленными на эстакадах // Безопасность жизнедеятельности - 2012 - № 6,- с. 26-27.

37. Тюрина Н.В., Иванов Н.И., Минина H.H. Sound attenuation provided by barriers installed at flyovers // Proceedings of the Nineteenth International Congress on Sound and Vibration, Vilnius, Lithuania, 8-12 July 2012, CD-ROM.

38. * Тюрина H.B., Иванов Н.И., Семёнов Н.Г. Расчет и конструирование акустических экранов для снижения шума в жилой застройке // «Жилищное строительство». Научно-технический и производственный журнал. -2013. -№6. -с.10-12.

39. Тюрина Н.В. Исследование акустических экранов // Труды XXVII сессии Российского акустического общества, посвященная памяти ученых-акустиков ФГУП «Крыловский государственный научный центр» А. В. Смольякова и В. И. Попкова, Санкт-Петербург, 16-18 апреля 2014 г., CD-ROM.

40. Иванов Н.И., Куклин ДА, Дариенко И.Н., Сидоров А.Ю, Тюрина Н.В. Пат. RU 2405082 Cl, МПК Е 01 F 8/00 (2006.01). Способ изготовления шумозащишого экрана Опубл. 27.11.10. -Бюл. №33

41. Соколенко Ф.В, Сахно С.С., Семенов Н.Г, Тюрина Н.В. и др. Пат. 104943 РФ, МПК Е 01 F 8/00 (2006.01). Устройство для защиты от шума Опубл. 27.05.11. - Бюл. № 15.

42. Соколенко Ф.В, Сахно С.С, Семенов H .Г, Тюрина Н.В. и др. Пат. 105311 РФ, MIIKE01F8/00 (2006.01). Строительная шумозащитная панель. Опубл. 10.06.11. - Бюл. № 16.

43. Иванов Н.И, Дроздова Л.Ф, Куклин Д.А, Цукерников И.Е, Тюрина Н.В. и др. Экраны акустические для железнодорожного транспорта Технические требования. ГОСТ Р 549312012 М: Издательство стандартов. 2012. -15с.

44. Иванов Н.И, Дроздова Л.Ф, Куклин ДА, Цукерников И.Е, Тюрина HB. и др. Экраны акустические для железнодорожного транспорта Методы контроля. ГОСТ Р 54932-2012 М: Издательство стандартов. 2012. -23с.

45. Иванов Н.И, Буторина М.В, Дроздова Л.Ф, Куклин Д.А, Курцев Г.М, Цукерников И.Е, Тюрина Н.В. и др. Шум. Методы расчета уровней внешнею шума, излучаемого железнодорожным транспортом. ГОСТ Р 54933-2012 М: Издательство стандартов. 2012. -36с.

46. Иванов Н.И, Куклин ДА, Курцев Г.М, Тюрина Н.В, Олейников А.Ю, Дариенко И.Н. СТО РЖД 1.07.007-2010 «Экраны акустические для железнодорожного транспорта. Правила приемки, ввода в эксплуатацию и обслуживания в процессе жизненного цикла».

47. Тюрина Н.В. Снижение шума на селитебных территориях и рабочих местах в помещениях акустическими экранами. СПб.: БГТУ «ВОЕНМЕХ». -2014. -79с.

48. Тюрина Н.В, Иванов Н.И, Митина H.H., Шашурин АЕ, Цукерников И.Е и др. СТО АВТОДОР 2.9-2014 «Рекомендации по проектированию, строительству и эксплуатации акустических э!фанов на автомобильных дорогах Государственной компании» (стандарт организации)

* - работы из перечня БАК

Сдано в набер 06.11.14. Издательство Бшшйсхсгогос}'дарс1веннсго'гехническсго университета «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Усганэва. 190005, г. Санкт-Петербург, 1 -я Красноармейская ул., д 1. Фермат 60х9(У1 б. Бумага офсетная Печап. трафаретная. Ти}мж 130 жз. Заказ № 25. Отпечатано в шпографии БГТУ 190С05, г. Санкт-Петербург, 1-я Красноармейская ул., д. 1