Расчеты шума при проектировании шумозащиты в производственных зданиях

А. И. Антонов, В. И. Леденев, 
И. В. Матвеева, И. Л. Шубин 
 
 
 
 
 
 
 
РАСЧЕТЫ ШУМА 
ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ 
ШУМОЗАЩИТЫ 
В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ 
ЗДАНИЯХ 
 
 
 
Монография 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
Москва 
Берлин 
2020 

 

УДК 676.013.5 
ББК 38.721-022 
  А72 

Рецензенты: 
Кочкин А. А. — доктор технических наук, доцент, 
заведующий кафедрой «Промышленное и гражданское строительство» 
ФГБОУ ВО «Вологодский государственный университет»; 
Гусев В. П. — доктор технических наук, старший научный сотрудник, 
заведующий лабораторией НИИСФ РААСН 

Антонов, А. И. 

А72  
Расчеты 
шума 
при 
проектировании 
шумозащиты 
в производственных зданиях : монография / А. И. Антонов, 
В. И. Леденев, И. В. Матвеева, И. Л. Шубин. — Москва ; 
Берлин : Директ-Медиа, 2020. — 273 с. 
DOI: 10.23681/574372

ISBN 978-5-4499-0616-8 

В монографии рассматриваются разработанные авторами математическая модель распределения отраженной звуковой энергии помещений 
производственных зданий и методы ее реализации. Модель получена на 
основе статистического энергетического анализа применительно к условиям формирования отраженных шумовых полей производственных помещений. Изложены основные принципы построения модели, дано обоснование 
границ ее применимости. Описаны аналитические, численный и инженерные 
методы расчета энергетических параметров шумовых нолей помещений, 
разработанные на основе предложенной статистической энергетической 
модели. Предложенные методы расчета и разработанные методики ориентированы на применение современной вычислительной техники. 
Предназначена для научных и инженерно-технических работников, 
занимающихся вопросами оценки шумового режима и проектирования строительно-акустических мер снижения шума в производственных зданиях, полезна студентам и аспирантам, изучающим курс строительной акустики. 
Текст приводится в авторской редакции 

УДК 676.013.5 
ББК 38.721-022 

ISBN 978-5-4499-0616-8
© Коллектив авторов, текст, 2020
© Издательство «Директ-Медиа», оформление, 2020

 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Введение ..............................................................................................7 

1. Проектирование шумозащиты в производственных 
зданиях и роль в этом процессе акустических расчетов ................... 11 

1.1. Шумозащитные мероприятия, используемые в практике 
борьбы с шумом в производственных зданиях ............................. 11 

1.2. Место и роль акустических расчетов в процессе 
проектирования средств шумозащиты в производственных 
зданиях .......................................................................................... 21 

1.3. Требования к методам расчетов энергетических 
характеристик шумовых полей, используемых в системах 
автоматизированного проектирования зданий .............................. 30 

2. Основные расчетные модели, используемые при оценке 
шумового режима в производственных зданиях, и методы 
их реализации .................................................................................... 37 

2.1. Принципы и допущения, используемые при разработке 
расчетных моделей для оценки энергетических характеристик 
шумовых полей производственных помещений ........................... 37 

2.2. Условия и факторы, определяющие процессы 
формирования шумовых полей в производственных 
помещениях ................................................................................... 40 

2.3. Существующие методы расчета прямого звука ...................... 45 

2.4. Расчетные модели отраженного шума, формирующегося 
в помещениях производственных зданий ..................................... 48 

2.4.1. Волновая модель отраженного звукового поля 
помещений ................................................................................. 51 

2.4.2. Расчетные модели отражения шумовых полей 
помещений, реализующие на основе геометрической 
теории акустики зеркальный характер отражения звука ........... 52 

3 

 
2.4.3. Расчетные модели отраженных шумовых полей 
помещений, реализующие рассеянный характер 
отражения звука .........................................................................58 

2.4.4. Расчетные модели отраженных шумовых полей 
помещений, разработанные на основе статистической 
теории акустики .........................................................................61 

3. Методы оценки распространения прямого звука 
в производственных помещениях от источников шума 
с различными геометрическими и акустическими 
параметрами ......................................................................................67 

3.1. Классификация и общая характеристика источнико 
 шума в производственных помещениях .......................................68 

3.2. Обоснование расчетных моделей излучения 
звуковой энергии источниками шума на основе 
волновой теории акустики .............................................................72 

3.3. Фактор направленности и расчетные модели 
излучения звука производственными источниками шума ............78 

3.4. Акустические характеристики точечных источников 
шума ..............................................................................................81 

3.5. Расчеты уровней прямого звука от линейных 
источников шума ...........................................................................86 

3.6. Расчеты уровней прямого звука от плоских 
источников шума ...........................................................................99 

3.7. Расчеты уровней прямого звука 
от объемных источников шума ................................................... 105 

4. Статистическая энергетическая модель отраженного 
шумового поля помещений ............................................................. 109 

4.1. Связь потока и градиента плотности отраженной 
звуковой энергии в квазидиффузных шумовых полях 
помещений................................................................................... 110 

4.2. Уравнение распределения плотности отраженной 
энергии в квазидиффузном шумовом поле ................................. 118 

4 

 
4.3. Граничные и начальные условия краевой задачи ................. 120 

4.4. Оценка границ применимости и точности 
статистической энергетической модели ...................................... 128 

4.5. Параметры статистической энергетической модели 
для помещений с квазидиффузными звуковыми полями ........... 138 

4.5.1. Коэффициенты звукопоглощения поверхностей 
ограждений производственных помещений ............................ 139 

4.5.2. Средняя длина свободного пробега звука 
в помещениях с диффузным отражением звука 
от ограждений.......................................................................... 144 

4.5.3. Коэффициент переноса отраженной звуковой 
энергии в квазидиффузном звуковом поле 
производственных помещений ................................................ 155 

4.6. Методы и средства реализации расчетной модели ............... 164 

5. Методы расчета шума, разработанные на основе 
статистической энергетической модели шумовых полей 
производственных помещений ....................................................... 169 

5.1 Численный статистический  энергетический 
метод расчета шума в производственных помещениях .............. 169 

5.2 Решение краевой задачи о распределении отраженной 
звуковой энергии в квазидиффузных шумовых полях 
помещений методом функции источника ................................... 191 

5.3. Решение краевой задачи о распределении отраженной 
звуковой энергии в квазидиффузных шумовых полях 
помещений методом разделения переменных ............................ 200 

5.4. Сравнительный анализ результатов расчетов шума 
методами функции и источника и методом разделения 
переменных с данными экспериментальных исследований ....... 211 

6. Приближенные методы расчета шума, разработанные 
на основе статистической энергетической модели 
шумовых полей производственных помещений ............................. 222 

5 

 
6.1. Приближенная оценка распределения звуковой энергии 
в коридорах, тоннелях и каналах с использованием метода 
изображений ................................................................................ 222 

6.2. Инженерный статистический энергетический метод 
расчета уровней звукового давления в длинных 
помещениях ................................................................................. 226 

6.3. Инженерный статистический энергетический метод 
расчета уровней звукового давления в плоских 
производственных помещениях .................................................. 236 

6.4. Сравнительный анализ результатов расчетов 
приближенными методами с данными экспериментальных 
исследований ............................................................................... 244 

Заключение ...................................................................................... 255 

Список использованных источников .............................................. 256 

 

 

ВВЕДЕНИЕ 

К основным производственным вредностям на промышленных 
предприятиях, борьба с которыми имеет актуальное значение, относится шум. Шум снижает производительность труда, увеличивает 
затраты нервной энергии работающих, способствует росту травматизма, ухудшению работы органов слуха, развитию сердечнососудистых заболеваний и т. п. В этой связи создание нормальной 
шумовой обстановки в производственных помещениях является 
важной экологической и социально-экономической задачей, решаемой на стадии проектирования зданий. 
В настоящее время для снижения шума в производственных 
зданиях разработаны эффективные методы и средства. Однако, как 
показывает практика, их внедрение встречает определенные трудности. В значительной степени это связано со сложностью расчетов 
характеристик шумового режима помещений и оценки эффективности снижения шума на стадии разработки шумозащитных мероприятий. Большинство существующих в настоящее время методов 
расчета энергетических параметров шумовых полей и разработанных на их основе практических методик, как правило, требуют проведения трудоемких вычислительных операций, не обладают 
необходимой точностью и мало приспособлены к современным технологиям проектирования. 
В современной практике проектирования в связи с внедрени-
ем и совершенствованием средств автоматизации проектных работ 
широкое распространение находит системный подход. За счет системного подхода и компьютеризации проектирования сокращаются сроки разработки проектов. Одновременно с этим, благодаря 
возможности проведения многовариантных разработок и выполнения многокритериальных оценок проектного решения, существенно повышается качество проектной продукции. Системный подход 
позволяет производить разработку объемно-планировочных и конструктивных решений зданий с учетом обеспечения в них всех требуемых параметров среды помещений, включая и шумовой режим. 
Для обеспечения допустимых параметров шумового режима в 
производственных помещениях используется два основных подхода: 
первый базируется на активных методах снижения шума в пределах ближнего поля источника и уменьшения его акустической 

7 

 
мощности; второй использует пассивные методы защиты от шума 
на путях его распространения. К последним относятся организационно-технологические, архитектурно-планировочные и строительно-акустические мероприятия. По акустической эффективности 
наиболее предпочтительным является первый подход, однако, его 
использование существенно ограничивается техническими и экономическими причинами и в этой связи для обеспечения требуемых параметров шумового режима широкое применение имеют 
пассивные методы. 
Разработку организационно-технологических, архитектурнопланировочных и строительно-акустических мероприятий по снижению шума наиболее целесообразно выполнять на всех стадиях 
проектирования объекта, начиная с технологической части проекта, 
выбора объемно-планировочных параметров помещения и объемнопространственной структуры здания, установления его конструктивного решения и заканчивая определением отделки поверхностей 
ограждений, эффективной по условиям снижения шума. При таком 
подходе в процессе проектирования должны последовательно решаться задачи по: 
— выбору наименее шумных технологических процессов и 
машин и разработке оптимальных с точки зрения защиты от шума 
технологических линий; 
— локализации источников с высокими уровнями шума архитектурно-планировочными и строительно-акустическими мероприятиями с учетом объемно-пространственной структуры здания; 
— рациональному использованию рабочей площади и объема 
помещений с учетом требований защиты от шума; 
— разработке строительно-акустических мероприятий для 
снижения шума на рабочих местах; 
— окончательной оценке ожидаемых уровней шума на рабочих местах с дополнительными рекомендациями по снижению воздействия шума на рабочего в случае превышения допустимых 
нормами уровней. 
Многовариантное проектирование и, как следствие этого, оптимальный выбор объемно-планировочных решений помещений и 
ограждающих конструкций, обеспечивающих акустический комфорт помещений, требует качественно нового подхода к проектированию. Прогресс в этом направлении связан с расширением и 

8 

 
совершенствованием автоматизации проектирования. Сравнение 
традиционного и автоматизированного способов проектирования 
показывает, что отличительными особенностями последнего являются: выполнение многовариантных разработок на всех уровнях 
проектирования (технологическое проектирование, выбор объемнопланировочного решения, разработка конструктивных решений и 
др.); возможность многофакторного анализа вариантов; циклический 
характер поиска оптимального варианта при возможности корректировки исходных данных или целевых функций. 
Автоматизация проектных работ требует разработки новых 
математических моделей, методов и алгоритмов для описания, синтеза и оценки проектируемых объектов, то есть совершенствования 
математического обеспечения проектирования. При многовариантном проектировании анализируются изменения шумового режима, 
происходящие в результате изменения объемно-планировочных, 
конструктивных и акустических параметров помещения. Эти изменения должны быть в достаточной мере учтены в используемых при 
анализе методах расчета. Разработка таких методов возможна при 
наличии математической модели, объективно описывающей распределение звуковой энергии в помещениях с различными объемнопланировочными параметрами, исходя из реальных условий формирования шумовых полей. 
Как показывает практика использования имеющихся расчетных методов, многие из них ориентированы на традиционную схему проектирования и не могут эффективно использоваться при 
автоматизированном проектировании либо из-за узкой области 
применимости (расчеты только в длинных, плоских или соразмерных помещениях) и низкой точности, обусловленной высокой степенью идеализации условий формирования шумовых полей 
(диффузное поле, зеркальное отражение звука и т. п.), либо из-за 
чрезмерной трудоемкости вычислений (метод Монте-Карло, цепи 
Маркова и т. д.). 
С середины 20-го века в строительной акустике начал использоваться энергетический подход, рассматривающий распределение 
звуковой энергии в здании как в единой энергетической системе. 
Наиболее широко он использован при исследованиях распределения 
энергии звуковых вибраций в структуре здания. 
Накопленный в этой области опыт позволил, основываясь 
на представлениях о распределении отраженной звуковой энергии 

9 

 
в помещениях как конечном о продукте сложных волновых процессов, протекающих при формировании звукового поля, применить 
принципы статистического энергетического подхода к анализу отраженных шумовых полей помещений. В результате этого в последние четыре десятилетия сложилось направление исследований 
формирования и распределения отраженной звуковой энергии 
в помещениях статистическими энергетическими методами. Имеющийся в настоящее время опыт показывает, что методы статистического энергетического подхода позволяют достоверно оценивать 
энергетические параметры шума при сложных с акустической точки зрения условиях формирования отраженных шумовых полей 
производственных помещений. Предложенные методы в достаточной мере отвечают требованиям современного автоматизированного 
проектирования зданий. 
В монографии авторами обобщены результаты в области постановки и развития статистической энергетической модели отраженных звуковых полей помещений и разработки методов ее 
реализации.