Тема 20. Строительная физика

Глава 1. Элементы архитектурной акустики

Основные характеристики звука

1. Уровень силы звука от шепчущего студента на расстоянии 0,5 м от него равен 30 дБ. Будет ли шепот мешать соседям, находящихся на расстоянии 2 м от него? Каково максимальное расстояние, на котором шепот еще будет слышен?

2. Определить снижение уровня силы звука при удалении от точечного источника звука на расстояние от 1 до 12 м. Какова сила звука на расстоянии 1 м от источника, если установлено, что уровень силы звука на расстоянии 12 м от источника 60 дБ?

3. Определить уровень силы звука от лектора на расстоянии 2 и 10 м от него. Звуковая мощность лектора 0,2 мкВт.

4. Определить звуковую мощность мотора грузового автомобиля, если уровень силы звука от него равен 80 дБ на расстоянии 7 м от автомобиля. Мотор считать точечным источником звука.

5. Уровень силы звука от автомобильного гудка на расстоянии 7 м от автомобиля равен 100 дБ. На каком расстоянии от автомобиля гудок будет явственно выделяться на фоне шума проходящего рядом грузового потока с уровнем силы звука 80 дБ? Определить звуковую мощность гудка.

6. Определить снижение уровня силы звука при удалении от точечного источника звука на расстояние от 1 до 10 м. Какова сила звука на расстоянии 3 м от источника, если установлено, что уровень силы звука на расстоянии 12 м от источника 50 дБ?

7. Уровень силы звука от громкоговорителя на расстоянии 7 м от него равен 75 дБ. На каком расстоянии этот звук не будет мешать разговору людей, что соответствует снижению уровня силы звука от громкоговорителя до 50 дБ? Чему при этом будет равна величина амплитуды звукового давления? Источник звука считать точечным.

8. Определить уровень силы звука от певца на расстоянии 5 и 12 м от него, если звуковая мощность его голоса 0,4 мкВт.

9. Уровень силы звука от разговаривающих людей на расстоянии 0,5 м от них равен 50 дБ. Будет ли разговор слышен прохожим, находящихся на расстоянии 2 м от них, если фоновый шум соответствует уровню силы звука в 30 дБ? Каково максимальное расстояние, на котором разговор еще будет слышен?

10. Определить звуковую мощность мотора автомобиля, если уровень силы звука от него равен 100 дБ на расстоянии 5 м от автомобиля. Мотор считать точечным источником звука

11. Определить звуковую мощность динамика громкоговорителя, если уровень силы звука от него равен 120 дБ на расстоянии 10 м от динамика. Динамик считать точечным источником звука. На каком расстоянии звук динамика не будет слышен, если на улице фоновый уровень силы звука равен 60 дБ?

12. Определить уровни силы звука от работающего динамика магнитофона на расстоянии 1 и 10 м от него. Звуковая мощность динамика 2 Вт. На сколько уровень силы звука в этих случаях отличается от уровня силы звука соответствующего болевому порогу?

13. Уровень силы звука от двигателя самолета на расстоянии 10 м от него равен 120 дБ. На каком расстоянии от самолета звук двигателя будет явственно выделяться на фоне шума за окном дома в вечернее время, соответствующего уровню силы звука 40 дБ? Определить звуковую мощность двигателя самолета.

14. Определить звуковую мощность будильника, если уровень силы звука на расстоянии 0,5 м от него равен 60 дБ. На каком расстоянии звук от будильника не будет слышен?

15. Уровень силы звука от громкоговорителя на расстоянии 10 м от него равен 90 дБ. На каком расстоянии этот звук не будет мешать разговору людей, что соответствует снижению уровня силы звука от громкоговорителя до 50 дБ? Чему при этом будет равна величина амплитуды звукового давления? Источник звука считать точечным.

16. Определить звуковую мощность будильника, если уровень силы звука на расстоянии 1 м от него равен 30 дБ. На каком расстоянии звук от будильника не будет слышен?

Ответ: Р = 12,56·10^-9 Вт; r₂ = 32

17. Уровень силы звука от двигателя самолета на расстоянии 7 м от него равен 120 дБ. На каком расстоянии от самолета звук двигателя будет явственно выделяться на фоне шума проходящего рядом грузового потока с уровнем силы звука 80 дБ? Определить звуковую мощность двигателя самолета.

Ответ: r₂ = 700 м; Р = 615 Вт

18. Определить силу звука от работающего динамика магнитофона на расстоянии 1 и 10 м от него. Звуковая мощность динамика 2 Вт. Во сколько раз сила звука в этих случаях отличается от силы звука соответствующей болевому порогу?

Ответ: I₁ = 0,16 Вт/м²; I₂ =0,0016 Вт/м²; I₁/I_max = 63; I₁/I_max = 6300

19. Уровень силы звука от разговаривающих людей на расстоянии 0,5 м от них равен 40 дБ. Будет ли разговор слышен прохожим, находящихся на расстоянии 2 м от них, если фоновый шум соответствует уровню силы звука в 20 дБ? Каково максимальное расстояние, на котором разговор еще будет слышен?

Ответ: будет слышен; r_max = 5 м

20. Определить уровень силы звука от кричащего из окна человека на расстоянии 10 и 20 м от него, если звуковая мощность его голоса 0,4 мкВт

Ответ: L₁ =25 дБ; L₂ =19 дБ;

Реверберация звука

Задачи на расчет времени реверберации можно решать обычным путем или с помощью компьютера [12]. Если рассчитанное время реверберации не соответствует требованиям СНиП, то необходимо внести разумные корректировки в характеристики помещения – такие, чтобы соответствие СНиП выполнялось

21. Определите время стандартной реверберации на частоте 500 Гц для класса, высота которого 3,5 м, длин 7 м, ширина 5 м. Площадь остекления 15 м², стены и потолок – штукатурка, пол – линолеум. Рабочих мест – 30, из которых занято 25. В классе находятся 16 столов с поглощением 0,12 Сэб каждый. Сравните с оптимальным временем реверберации.

22. Определите время стандартной реверберации на частоте 500 Гц для лекционной аудитории высотой 4 м, длиной 10 м, шириной 10 м, на 100 рабочих мест при ее 80 %-ном заполнении. Пол – паркет, стены и потолок – штукатурка, площадь остекления – 24 м². Сравните с оптимальным временем реверберации.

23. Определите время стандартной реверберации на частоте 1000 Гц для жилой комнаты размерами 5x4,5x2,7 м³. Потолок и стены – штукатурка, пол – паркет. В комнате имеется окно площадью 2,7 м². Найдите время реверберации при открытом окне. Сравните с оптимальным временем реверберации.

24. Определите время стандартной реверберации на частоте 1000 Гц в пустом цехе высотой 9 м, длиной 250 м, шириной 100м. Потолок – стекло, пол и стены – бетон. Сравните с оптимальным временем реверберации.

25. Определите время стандартной реверберации на частоте 1000 Гц для кабинета директора завода, в котором находятся 30 мягких кресел и стол для заседаний с поглощением 0,7 Сэб. Размеры помещения 10x6x4 м³. Стены – дерево, пол – паркет, потолок – штукатурка. Площадь окон – 20 м². Как изменится время реверберации во время совещания, когда все кресла заняты? Сравните с оптимальным временем реверберации.

26. Определите время стандартной реверберации на частоте 500 Гц в пустом гараже размером 30x20x5 м³ при закрытых деревянных воротах площадью 54 м². Стены – кирпич, пол и потолок – бетон. Сравните с оптимальным временем реверберации.

27. Определите время стандартной реверберации на частоте 1000 Гц в пустой жилой комнате размером 6x4,5x3 м³. Площадь окон – 6 м², пол – паркет, стены и потолок штукатурка. Чему будет равно время реверберации, если торцевую стену с окнами закрыть шторами из х/б ткани, а на стену повесить ковер площадью 6 м²? Сравните с оптимальным временем реверберации.

28. Определите время стандартной реверберации на частоте 1000 Гц рабочего помещения высотой – 3 м, длиной – 6 м и высотой – 5 м. Пол – паркет, стены и потолок – перфорированы, площадь окна – 8 м², имеется 8 кресел с обивкой. Сравните с оптимальным временем реверберации.

29. Определите время стандартной реверберации на частоте 500 Гц в спортивном зале высотой – 7 м, длиной – 20 м, шириной – 10 м. Площадь окон – 60 м², стены – бетон, пол – дерево. Как изменится время стандартной реверберации, если стены оштукатурить? Сравните с оптимальным временем реверберации.

30. Определите время стандартной реверберации на частоте 1000 Гц в пустом гараже размером 30x20x5 м³ при закрытых деревянных воротах площадью 50 м². Стены – кирпич, пол и потолок – бетон. Сравните с оптимальным временем реверберации.

31. Определите время стандартной реверберации на частоте 500 Гц в пустом цехе высотой 9 м, длиной 150 м, шириной 60м. Потолок – стекло, пол и стены – бетон. Сравните с оптимальным временем реверберации.

32. Определите время стандартной реверберации на частоте 1000 Гц для лекционной аудитории высотой 4 м, длиной 10 м, шириной 15 м, на 100 рабочих мест при ее 70 %-ном заполнении. Пол – паркет, стены и потолок – штукатурка, площадь остекления – 24 м². Сравните с оптимальным временем реверберации.

33. Определите время стандартной реверберации на частоте 1000 Гц для класса, высота которого 3 м, длин 8 м, ширина 5 м. Площадь остекления 20 м², стены и потолок – штукатурка, пол – линолеум. Рабочих мест – 30, из которых занято 25. В классе находятся 16 столов с поглощением 0,12 Сэб каждый. Сравните с оптимальным временем реверберации.

34. Определите время стандартной реверберации на частоте 500 Гц рабочего помещения высотой – 3 м, длиной – 8 м и шириной – 5 м. Пол – паркет, стены и потолок – перфорированы, площадь окна – 8 м², имеется 10 кресел с обивкой. Сравните с оптимальным временем реверберации.

35. Определите время стандартной реверберации на частоте 500 Гц для жилой комнаты размерами 5x6x3 м³. Потолок и стены – штукатурка, пол – паркет. В комнате имеется окно площадью 3 м². Найдите время реверберации при открытом окне. Сравните с оптимальным временем реверберации

36. Определить время стандартной реверберации на частоте 1000 Гц для лекционной аудитории высотой 4 м, длиной 20 м, шириной 10 м, на 200 рабочих мест при ее 100 %-ном заполнении. Пол – паркет, стены и потолок – штукатурка, площадь остекления – 50 м². Сравните результат с оптимальным временем реверберации.

Ответ: ₆₀ = 0,78 с; _опт = 0,70 с;

значение ₆₀ не соответствует требованиям СНиП; после проведения корректировки характеристик помещения (на окна повесили светлые занавеси) соответствие требованиям СНиП достигнуто: ^к₆₀ = 0,75 с

Звукоизоляция помещений

Задачи на расчет звукоизоляции помещений можно решать обычным путем или с помощью компьютера [12]. Если рассчитанные характеристики помещений или ограждений не соответствует требованиям СНиП, то необходимо внести разумные корректировки в характеристики помещения или ограждения – такие, чтобы соответствие СНиП выполнялось

1. Определите звукоизолирующую способность стены столовой размером 10x4 м², выполненной из керамзитобетона ( = 1600 кг/м³) толщиной 20 см с внутренним слоем цементно-песчаной штукатурки толщиной 1 см ( = 1800 кг/м³). Площадь остекления 35 м², его звукоизолирующая способность 40 дБ. Соответствует ли звукоизоляция стены дневной норме?

2. Рассчитайте звукоизолирующую способность трехслойной стены из керамзитобетона ( = 1400 кг/м³, l = 20 см), оштукатуренной снаружи сложным раствором ( = 1700 кг/м³, l = 2 см), изнутри – сухой штукатуркой ( = 800 кг/м³, l = 1,5 см) на частоте 2000 Гц. Каков будет уровень силы звука в помещении, если на улице он равен 100 дБ на данной частоте? Соответствует ли звукоизоляция стены дневной норме?

3. Определите звукоизолирующую способность кирпичной стены ( = 1800 кг/м³, l = 38 см), размером 5x3 м², если в ней имеется окно размером 1,5x1,2 м² с коэффициентом звукопроводности 1,110^-3 и дверь размером 1x2,2 м² с коэффициентом звукопроводности 310^-4. Во сколько раз ограждение уменьшает силу звука? Соответствует ли звукоизоляция стены ночной норме в помещении L = 25 дБ, если на улице играет музыка с уровнем силы звука 70 дБ?

4. Определите звукоизолирующую способность трехслойной стены из кирпича ( = 1800 кг/м³, l = 25 см), облицованного с двух сторон сухой штукатуркой ( = 800 кг/м³, l = 1,5 см). Соответствуют ли акустические свойства стены нормативным требованиям для перегородок R  50 дБ? Каков будет уровень силы звука в помещении, если за перегородкой играет музыка с L = 75 дБ?

5. Панельная стена жилого здания состоит из несущего слоя плотного бетона ( = 2400 кг/м³, l = 6 см), слоя пенобетона ( = 400 кг/м³, l = 17 см), отделочного слоя из цементно-перлитового раствора ( = 1000 кг/м³, l = 1,5 см). Определить звукоизолирующую способность стены на частоте 500 Гц. Рассчитайте звукоизолирующую способность ограждения и коэффициент звукопроводности без учета частоты. Соответствует ли звукоизолирующая способность нормативному значению 55 дБ?

6. Ограждение из газобетона ( = 300 кг/м³, l = 30 см) отделано с двух сторон камышитовыми плитами ( = 200 кг/м³, l = 3 см). Определите звукоизолирующую способность на частоте 3000 Гц. Рассчитайте звукоизолирующую способность ограждения и коэффициент звукопроводности без учета частоты. Соответствует ли звукоизолирующая способность нормативному значению 50 дБ?

7. Стена из железобетона ( = 2500 кг/м³, l = 50 см) отделана с двух сторон цементно-песчаной штукатуркой ( = 1600 кг/м³, l = 1 см). В стене имеется окно размером 1,5x1,8 м² со звукоизолирующей способностью 30 дБ и дверь площадью 2,3 м² с коэффициентом звукопроводности 310^-4. Площадь всего ограждения 30 м². Определите звукоизолирующую способность ограждения. Соответствует ли звукоизоляция дневной норме, если снаружи уровень силы звука равен 90 дБ?

8. Определить звукоизолирующую способность и коэффициент звукопроводности кирпичной стены ( = 1700 кг/м³, l = 51 см), облицованной изнутри сухой штукатуркой ( = 800 кг/м³, l = 1 см). Площадь стены 15 м², в ней имеется окно размером 1.2x1.6 м² со звукоизолирующей способностью 30 дБ. Соответствует ли звукоизоляция дневной норме, если на улице играет музыка с уровнем силы звука 80 дБ?

9. Определить уровень силы звука в помещении, если уровень силы звука снаружи 75 дБ. Площадь ограждения 36 м², в нем имеются 2 окна площадью по 1,7 м² с коэффициентом звукопроводности 210^-3 и дверь площадью 2 м² со звукоизолирующей способностью 34 дБ. Стена состоит из шлакобетона ( = 1600 кг/м³, l = 40 см), оштукатуренного с двух сторон цементно-шлаковым раствором ( = 1400 кг/м³, l = 2 см).

1. Рассчитайте звукоизолирующую способность стены, сравните ее с нормативной, равной 45 дБ.Определить уровень силы звука в помещении, если уровень силы звука за перегородкой – 75 дБ. Площадь перегородки 12 м², в ней имеется дверь площадью 1,8 м² со звукоизолирующей способностью 27 дБ. Перегородка из бетона ( = 1200 кг/м³, l = 30 см) обшита с двух сторон сухой штукатуркой ( = 800 кг/м³, l = 1,5 см). Рассчитайте звукоизолирующую способность стены, сравните ее с нормативной, равной 45 дБ.

1. Стена из пустотного кирпича ( = 1400 кг/м³, l = 64 см) отделана изнутри дубовыми панелями ( = 700 кг/м³, l = 1 см), а снаружи плитами известняка ( = 1600 кг/м³, l = 6 см). Площадь стены 60 м², в ней имеется 2 окна по 5 м² со звукоизолирующей способностью 32 дБ. Определите во сколько раз уменьшает силу звука такое ограждение. Найдите звукоизолирующую способность ограждения и сравните ее с нормативной, равной 50 дБ.

1. Перегородка между домом и верандой выполнена из двух еловых щитов ( = 500 кг/м³, l = 2 см) и утеплителя из пенополиуретана ( = 80 кг/м³, l = 10 см). Между утеплителем и деревом – листы рубероида ( = 600 кг/м³, l = 0,15 см). Площадь перегородки 12 м², в ней имеется дверь площадью 2,2 м² с коэффициентом звукопроводности 410^-4. Соответствует ли уровень силы звука в доме дневной норме, если на веранде идет громкий разговор – 75 дБ. Рассчитайте звукоизолирующую способность перегородки.

1. Ограждение из перлитобетона ( = 1200 кг/м³, l = 21 см) отделано изнутри штукатуркой из сложного раствора ( = 1700 кг/м³, l = 1 см), а снаружи – гранитом ( = 2800 кг/м³, l = 4 см). Определите звукоизолирующую способность и коэффициент звукопроводности такого ограждения площадью 120 м², если в нем имеется 5 окон по 6 м² со звукоизолирующей способностью 33 дБ. Соответствует ли звукоизолирующая способность нормативной, равной 50 дБ?

1. Ограждение из кирпича ( = 1800 кг/м³, l = 64 см) отделано снаружи мрамором ( = 2800 кг/м³, l = 3 см), а изнутри – известково-песчаной штукатуркой ( = 1600 кг/м³, l = 2 см). Определите звукоизолирующую способность и коэффициент звукопроводности ограждения, если его площадь 30 м², имеется дверь площадью 3 м² со звукоизолирующей способностью 39 дБ. Соответствует ли звукоизолирующая способность нормативной, равной 50 дБ?

1. Определите во сколько раз уменьшает силу звука кирпичная стена с засыпкой площадью 16 м² с двумя окнами по 1,5 м² с коэффициентом звукопроводности 1,310^-3. Конструкция стены: 2 слоя кирпича ( = 1600 кг/м³, l = 12 см); засыпка – шлак ( = 800 кг/м³, l = 20 см). Рассчитайте звукоизолирующую способность ограждения и сравните ее с нормативной, равной – 45 дБ.

1. Уровень силы звука на улице – 70 дБ. Будет ли уровень силы звука в квартире первого этажа соответствовать дневной норме 35 дБ? Стена квартиры, выходящая на улицу, имеет размер 4x2,7 м² и сделана из железобетона ( = 2500 кг/м³, l = 20 см) с прослойкой из туфобетона (  = 1400 кг/м³, l = 20 см) и оштукатурена с двух сторон штукатуркой толщиной 1,5 см ( = 1600 кг/м³). В стене имеется окно размером 1,8x1,5 м² со звукоизолирующей способностью 32 дБ. Чему будет равен уровень силы звука в помещении, если открыть створку окна площадью 0,8 м²?

Ответ: 1) уровень силы звука внутри квартиры при закрытом окне: L_внутр= 32 дБ, что соответствует дневной норме;

2) уровень силы звука внутри квартиры при открытом окне: L_внутр= 59 дБ, что не соответствует дневной норме.