Расчеты шума в гражданских и промышленных зданиях при зеркально-диффузном отражении звука от ограждений

ФГБУ «Научно-исследовательский институт 

строительной физики РААСН»

Тамбовский государственный технический университет

Расчеты шума 
в гражданских 

и промышленных зданиях 
при зеркально-диффузном 

отражении звука 

от ограждений

Монография

Москва

2022

УДК 69:534.835
ББК 38.113.22-02

А72

Авторы:

А. И. Антонов, В. И. Леденев, И. В. Матвеева, И. Л. Шубин

Рецензенты:

Кочкин А. А. — д-р техн. наук, доц., заведующий каф. «Промышленное 

и гражданское строительство» ФГБОУ ВО «Вологодский государственный 

университет»;

Гусев В. П. — д-р техн. наук, старший научный сотрудник, 

заведующий лабораторией НИИСФ РААСН

Антонов, А. И.

А72
Расчеты шума в гражданских и промышленных зданиях 

при зеркально-диффузном отражении звука от ограждений : 
монография / А. И. Антонов [и др.]. — Москва : ДиректМедиа, 2022. — 192 с.

ISBN 978-5-4499-2953-2

В монографии рассматриваются комбинированные расчетные методы 

определения уровней звукового давления в помещениях гражданских и промышленных зданий, разработанные авторами на основе представлений 
о зеркально-диффузном характере отражения звука от ограждений. При разработке методов выполнены исследования параметров и структуры отраженных составляющих звуковых полей, формирующихся в помещениях при 
зеркально-диффузном отражении звука от ограждений. Подробно рассмотрены комбинированные расчетные модели, использующие расчетные методы определения зеркальной и диффузной составляющих отраженной 
звуковой энергии. Предложены комбинированные модели, основанные на 
методе мнимых источников и интегральном уравнении Куттруфа, методе 
прослеживания лучей и интегральном уравнении Куттруфа, методе прослеживания лучей и численном статистическом энергетическом методе. Предложенные расчетные модели и разработанные методики для их реализации 
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 гражданских и производственных зданиях, полезна студентам и аспирантам, изучающим курс строительной акустики.

УДК 69:534.835
ББК 38.113.22-02

ISBN 978-5-4499-2953-2
© Коллектив авторов, текст, 2022 
© Издательство «Директ-Медиа», оформление, 2022 

Оглавление

Введение.........................................................................................................5

1. Процессы формирования шумовых полей в помещениях 
и методы оценки их энергетических параметров.........................................7

1.1. Значение расчетов шума в помещениях при проектировании 
шумозащитных мероприятий....................................................................7

1.2. Условия формирования шумовых полей в помещениях 
и их учет в методах расчета энергетических параметров 
звуковых полей........................................................................................ 11

1.3. Современные требования к методам расчета энергетических 
параметров шума в помещениях и оценка соответствия 
им используемых в практике проектирования расчетных 
моделей и методов................................................................................... 24

2. Параметры и структура отраженных звуковых полей помещений 
при зеркально-диффузной модели отражения звука от ограждений.........32

2.1. Теоретическое обоснование зеркально-диффузной модели 
отражения звука элементами ограждающих конструкций .................... 32

2.2. Средняя длина свободного пробега звука в помещениях 
с диффузным отражением звука от ограждений....................................49

2.3. Характеристики звукового поля помещения 
при зеркальном отражении звука от ограждений ..................................54

2.3.1. Длины свободного пробега звуковых лучей при 
зеркальном отражении ........................................................................55
2.3.2. Представление отраженного звукового поля через 
группы звуковых лучей с близкими характеристиками .................... 59
2.3.3. Исследование среднего коэффициента звукопоглощения 
при зеркальном отражении звука от ограждений .............................. 69

2.4. Исследование процессов нарастания и затухание звуковой 
энергии в помещениях с зеркально отражающими поверхностями......73

2.5. Оценка структуры шумового поля помещений 
с комбинированным отражением звука от ограждений......................... 78

3. Комбинированные расчеты шума в помещениях при зеркальном,
диффузном и зеркально-диффузном отражении звука от ограждений..... 92

3.1. Комбинированные расчеты шума при зеркальном 
и диффузном отражении звука ............................................................... 92

3.2. Приближенные расчетные модели, реализующие 
зеркально-диффузное отражение звука от ограждений ........................ 99

3.2.1. Использование метода прослеживания лучей 
для расчета энергетических характеристик отраженного 
звукового поля при зеркально-диффузном отражении звука ..........101
3.2.2. Приближенные геометрические статистические методы 
расчета энергетических характеристик отраженного звукового 
поля при зеркально-диффузном отражении звука............................103

3.3. Комбинированные расчетные модели, учитывающие переход 
зеркально отражаемой энергии в диффузно-рассеянную энергию......108

3.3.1. Комбинированная расчетная модель, основанная 
на методе мнимых источников и интегральном уравнении 
Куттруфа ............................................................................................110
3.3.2. Комбинированная расчетная модель, основанная 
на методе прослеживания лучей и интегральном уравнении 
Куттруфа ............................................................................................112
3.3.3. Комбинированная расчетная модель, основанная 
на методе прослеживания лучей и численном статистическом 
энергетическом методе......................................................................114

3.4. Исследование коэффициента связи плотности потока 
и градиента плотности диффузно рассеянной звуковой энергии 
в квазидиффузных звуковых полях.......................................................121

3.5. Исследование коэффициентов рассеивания 
зеркальной энергии при зеркально-диффузном характере 
отражения звука от ограждений............................................................141

3.6. Сравнительный анализ расчетных и экспериментальных 
уровней звукового давления в производственных помещениях..........158

Заключение.................................................................................................177

Список использованных источников.........................................................180

Введение

Шум в гражданских и промышленных зданиях относится к ос
новным негативным факторам, влияющим на здоровье людей, повышающим травматизм, снижающим производительность труда. Для 
ограничения шума в зданиях с большими шумовыми воздействиями 
на людей используют архитектурно-планировочные и конструктивные методы шумозащиты. В настоящее время промышленностью 
выпускается широкая номенклатура эффективных звукопоглощающих, звукоизолирующих и экранирующих конструкций. Их применение для борьбы с шумом приводит к существенному удорожанию 
строительства объектов. Затраты на снижение шума могут быть минимальными, если шумозащитные мероприятия будут предусматриваться и разрабатываться на стадии проектирования объекта. В 
случае ошибок, допущенных при выборе и проектировании средств 
снижения шума, реальные уровни шума могут существенно превышать допустимые величины. Последующие расходы на их снижение 
на стадии эксплуатации объектов значительно возрастают, а в некоторых случаях это снижение оказывается невыполнимой задачей.

Степень соответствия шумового режима проектируемого 

объекта санитарным нормам определяется на основе расчетов энергетических параметров шумовых полей в помещениях. Поэтому 
обеспечение точности и надежности методов расчета, используемых 
при определении ожидаемых энергетических параметров шумовых 
полей в гражданских и промышленных зданиях, имеет гигиеническое, социальное и экономическое значение.

Энергетические параметры шумовых полей в помещениях 

определяются энергией прямого звука, непосредственно приходящей от источника шума, и энергией шума, возникающей при отражениях звука от ограждений.

Для расчета прямого звука в настоящее время разработаны 

достаточно надежные методы, учитывающие форму и размеры источников шума, характер излучения ими звуковой энергии и другие 
необходимые для расчетов характеристики источников [1].

Процесс формирования отраженной энергии в помещении 

является более сложным многофакторным процессом. Для его описания требуются математические модели, учитывающие многочисленные условия и факторы, влияющие на формирование и 
распространение отраженной энергии в замкнутых воздушных объемах помещений.

Анализ условий и факторов, влияющих на формирование шу
мовых полей в помещениях, показал, что одним из наиболее важным 
из них является характер отражения звука от ограждений. Характер 
отражения существенным образом влияет на акустические характеристики и структуру отраженных шумовых полей и в конечном 
итоге на их энергетические параметры. Поэтому исследование акустических характеристик и структуры отраженных шумовых полей 
является важной задачей в процессе разработки методов расчета 
энергетических параметров отраженной составляющей шума.

Большинство разработанных в настоящее время методов рас
чета энергетических параметров звуковых полей помещений базируется на представлениях о двух идеальных моделях отражений 
звука от ограждений: зеркальном или диффузном. Однако сравнение
результатов расчетов, полученных
методами, использующими 

зеркальную или диффузную модели отражения, с данными экспериментов показывает, что реальный характер отражения звука 
одновременно несет в себе признаки зеркального и диффузного отражения. В этом случае, как показано в работе, при расчетах следует 
использовать комбинированные расчетные модели. При этом входящие в расчетную модель методы должны учитывать параметры и 
структуру звуковых полей, формирующихся в помещениях при зеркально-диффузном отражении звука от ограждений.

По указанным выше причинам в монографии даны результаты 

исследований параметров и структуры отраженных звуковых полей, 
образующихся в помещениях при зеркальном, диффузном и зеркально-диффузном отражениях звука от ограждений.

В монографии подробно рассмотрены разработанные авто
рами комбинированные методы расчета шума в помещениях при 
зеркально-диффузном отражении звука от ограждений. Предложенные методы в достаточной мере отвечают требованиям современного автоматизированного проектирования зданий.

1. Процессы формирования шумовых

полей в помещениях и методы оценки их 

энергетических параметров

1.1. Значение расчетов шума в помещениях при 
проектировании шумозащитных мероприятий 

Для обеспечения требуемого шумового режима в помещениях 

гражданских и промышленных зданий необходимо применение 
комплекса противошумных мер, в который входят способы ограничения излучения звуковой энергии источником и способы снижения 
звука на путях его распространения (рис. 1.1).

Снижение шума в источнике возникновения и ближней его зоне 

или замена шумного оборудования являются наиболее эффективными 
способами улучшения шумового режима. Однако по техническим 
причинам не всегда удается снизить шум машин и оборудования до 
нормативных уровней. В ряде случаев это уменьшение требует значительных затрат и становится экономически нецелесообразным по 
сравнению с другими методами. Замена оборудования — длительный 
процесс, требующий к тому же значительных материальных затрат, и, 
как правило, может быть выполнен при реконструкции производства. 
В этой связи в практике снижения шума в производственных зданиях 
широкое распространение находят организационно-технологические,
архитектурно-планировочные и строительно-акустические методы. Наряду с методами первой группы они позволяют дополнительно снижать уровни шума на рабочих местах, являясь при этом 
иногда наиболее целесообразными или единственно возможными. К 
основным способам данной группы относятся: рациональное взаимное расположение цехов и отделений с разными уровнями шума; оптимизация по этим условиям объемно-планировочных решений 
помещений; расстановка оборудования и размещения рабочих мест в 
цехах с учетом шумовых характеристик оборудования; обеспечение
надлежащей звукоизоляции ограждений помещений; облицовка стен 
и потолков звукопоглощающими конструкциями и использование 

штучных звукопоглотителей; установка звукоизолирующих кабин, 
акустических экранов и выгородок.

Выбор конкретного мероприятия и его эффективность зависят 

от производственных условий: характера технологического процесса; частотного состава шума; требуемого снижения шума; объемно-планировочного решения помещения и др. Рациональность 
выбора метода зависит также от стадии, на которой он может быть 
применен.

На рис. 1.1 даны основные мероприятия по шумозащите в по
мещениях производственных зданий [1].

Рис. 1.1. Основные мероприятия по снижению воздушного шума

в помещениях производственных зданий [1]

Снижение шума внутри источника и в его ближней зоне до
стигается усовершенствованием конструкций источника, повышением его звукоизоляции путем установки кожухов или боксов, 
снижением излучения звуковой энергии за счет установки глушителей шума в газовоздушных каналах и т. д. [2; 3]. Установка глушителя шума является дорогостоящим мероприятием, эффективность 
которого зависит от правильного выбора конструкции глушителя и 
места его монтажа в тракте в каждом конкретном случае [3]. Для достижения необходимого акустического эффекта при установке глушителя необходимо иметь метод расчета, позволяющий провести 
объективную оценку распространения звуковой энергии в канале до 
выхода из устья и тем самым обеспечить достоверность техникоэкономических расчетов возможных вариантов глушения [4].

Размещение производственного оборудования в специальных 

кожухах или боксах приводит к снижению излучения шума корпусом агрегата и, соответственно, к улучшению шумового режима 
внутри помещения. Закрытое в кожухах и боксах оборудование 
представляет собой объемный источник шума с разными излучающими характеристиками поверхностей. Поэтому при проектировании кожухов необходимо иметь методы расчета шума, объективно 
оценивающие излучение звуковой энергии с этих поверхностей [5].

Разработка противошумных организационно-технологиче
ских и архитектурно-планировочных мероприятий наиболее рациональна на ранних стадиях проектирования объекта. Противошумные 
мероприятия увязываются с технологической частью проекта, в которой решаются вопросы оптимального размещения технологического оборудования внутри отдельных помещений и по зданию в 
целом. 

На стадии технологического проектирования требования по 

снижению шума обеспечиваются группированием источников по 
степени шумности и изолированием в отдельных помещениях мощных источников. На этой же стадии решаются задачи по взаимному 
размещению помещений исходя из условий обеспечения технологического процесса и санитарно-гигиенических требований, в том 
числе и по ограничению проникновения шума в смежные помещения. Оптимизация размещения источников и правильный выбор 
планировки позволяют снижать уровни шума на рабочих местах в 
пределах 5–10 дБ. Эффективность мер напрямую связана с наличием достоверного метода расчета шумовых полей.

Выбор 
объемно-планировочных 
параметров 
помещений

(длины, ширины и высоты) в первую очередь определяется технологическими процессами. Затем принятые параметры уточняются с 
учетом требований санитарного режима, и в частности, по уровням 
шума. Объективность оценки шумового режима в этом случае зависит от степени достоверности учета в принятом методе расчета условий формирования шумовых полей в помещениях с различными 
объемно-планировочными параметрами.

Разработка строительно-акустических мероприятий ба
зируется на обоснованном выборе конструкций зданий с соответствующими звукопоглощающими, звукоизолирующими или 
экранирующими свойствами. 

Анализ роли и места этих конструкций в здании показывает, 

что для части из них функция защиты от шума не является главной, 
например, для стен и перекрытий. Их конструктивное решение определяется основными функциями, а обеспечение условий защиты от 
шума проверяется расчётом при принятом решении. При невыполнении условий разрабатываются дополнительные мероприятия, 
обеспечивающие защиту и от шума, например, устройство на стене 
гибких плит на относе, повышающих ее звукоизоляцию [6], устройство звукоизолирующих прокладок в перекрытиях [7] и т. д.

В случае, если функция защиты от шума является главной 

(звукопоглощающие потолки, экраны, перегородки и др.), конструктивное решение определяется этим условием и проверяется по соответствию другим требованиям (противопожарным, прочности, 
долговечности и т. д.). 

Процесс проектирования конструкций по условиям и с учетом 

защиты от шума имеет циклический характер, требующий многократного повторения расчетов уровней шума [1].

Эффективность применения строительно-акустических мето
дов зависит от различных факторов: планировочных и акустических 
характеристик помещения, особенностей технологического или 
функционального процесса, наличия и расположения оборудования, 
а также расположения рабочих мест и т. д. В большинстве помещений 
производственного и гражданского назначения шумовая обстановка 
определяется различными сочетаниями вышеперечисленных факторов и, следовательно, эффективность применения методов снижения 
шума в различных помещениях неодинакова. Использование