acustica constructiilor-fizica constructiilor

Upload: littlepie01

Post on 02-Mar-2018

341 views

Category:

Documents


5 download

TRANSCRIPT

  • 7/26/2019 Acustica Constructiilor-Fizica Constructiilor

    1/21

    Acustica construciilor

    Noiuni fundamentale

    1. Problematica acusticii construciilorAcustica construciilor, ca parte a fizicii construciilor, are ca obiect studiul propagrii

    i recepionrii. energiei acustice, respectiv a sunetului, n cldiri ispaii urbane.Sunetul este forma sub care organismul uman percepe orice perturbaie produs ntr-

    un mediu elastic. Micarea oscilatorie a particulelor mediului prin care se manifest asemeneaperturbaie excit organul auditiv prin intermediul timpanului i este transmis centruluinervos aferent. Prin urmare, n noiunea de sunet poate fi inclus orice vibraie capabil simpresioneze urechea uman.

    In ce privete impactul acestor vibraii asupra vieii i activitii oamenilor se disting:- zgomote, component agresiv, generatoare de stres a mediului interior sau exterior, a

    crei aciune trebuie diminuat de cldire;- sunete, cu efecte pozitive n viaa i activitatea oamenilor, pentru care trebuie asiguratecondiiile unei ct mai bune audiii.

    Corespunztor, apar cele dou probleme ale acusticii construciilor:- protecia acustic a cldirilor care urmrete diminuarea la limite admisibile a

    nivelului de zgomot prin msuri urbanistice sau de izolare fonic;- proiectarea acustic a slilor de audiie, care are n vedere punerea n valoare a

    sunetelor i difuzarea lor pentru obinerea unei audiii corespunztoare destinaiei.Procesul de industrializare i de urbanizare care a determinat creterea traficului,

    apariia unui numr nsemnat de instalaii i aparate generatoare de zgomot, a condus lainstaurarea, n special n localitile urbane, a unei ambiane zgomotoase permanente i

    generale, cu efecte duntoare asupra sntii i randamentului muncii. Aceast cretere anivelului de zgomot constituie una din problemele majore ale lumii contemporane, nmajoritatea rilor avansate existnd prevederi normative riguroase privind protecia laaciunea duntoare a zgomotelor.

    Adoptarea prin proiectare a unor msuri de combatere a zgomotului reprezint caleacea mai judicioas de rezolvare a ace8tet probleme, cu efecte practice maxime i efort minim.ncercarea de aplicare a unor astfel de masuri dup realizarea construciilor prin amenajriulterioare, locale, este mult mai costisitoare, iar eficiena acusticredus.

    In ce privete problemele legate de slile de .audiie, acestea trebuie luate nconsiderare obligatoriu din faza de proiectare, rezolvarea lor ulterioara fiind n unele situaiifoarte dificil dac nu chiar imposibila, ntruct n realizarea unei bune audiii intervin

    dimensiunile, forma n plan i n spaiu, poziia scenei i a balconului etc.Principalele surse de zgomot care pot afecta funcionalitatea cldirilor sunt:

    - zgomote din exterior generate de trafic, instalaii industriale, antiere de construciietc.;

    - zgomote interioare provenite din exploatarea curenta a cldirilor, respectiv a unorspatii tehnice sau comerciale amplasate n subsolul sau parterul acestora (centraletermice, posturi trafo, instalaii de hidrofor, instalaii frigorifice sau de condiionare aaerului etc.).

    2. Zgomotul i confortul acustic2.1. Caracteristici fizice ale cmpului acustic

    Existena unui cmp acustic implic:- funcionarea unei surse de putere acustic;- prezena unui mediu de propagare a undelor acustice.

  • 7/26/2019 Acustica Constructiilor-Fizica Constructiilor

    2/21

  • 7/26/2019 Acustica Constructiilor-Fizica Constructiilor

    3/21

    Surs de putere acustic poate fi orice sistem fizic care se afl n stare de oscilaie sauconine subansamble oscilante i este capabil s radieze energie acustic n mediulnconjurtor. Exist surse naturale cum sunt coardele vocale, zgomotul produs de vnt etc. sauartificiale. Sursele artificiale pot fi create special n scopul emiterii unor sunete n mediulnconjurtor (sirene, instrumente muzicale etc.) sau emiterea sunetelor poate constitui un

    proces secundar rezultat din exercitarea funciunii de baz a unui anumit sistem (motoare,eapamente, instalaii etc.).Sursa sonor emite energie acustic n spaiu sub form de unde, ale cror

    caracteristici depind de puterea sursei i de mediul de propagare.Puterea sursei P reprezint cantitatea de energie transportat de und, n unitatea de

    timp exprimat n wai. Mediul de propagare poate fi fluid sau solid, omogen sau neomogen,limitat sau nelimitat. Dac undele acustice se propag prin aer avem de a face cu zgomoteaeriene, iar dac mediul de propagare este solid sau lichid, este vorba de zgomote structurale.

    In exploatarea cldirilor mai apare i sunetul produs prin lovirea unui element deconstrucie, avnd form de zgomot de impact i care iradiaz n ncepere sub form dezgomot aerian.

    Pentru caracterizarea undelor acustice este necesar cunoaterea urmtoarelor mrimi:viteza de propagare, c, lungimea de und , frecvena de oscilaie, f i densitatea de energieE.

    a. Viteza de propagare a sunetelordepinde de caracteristicile ineriale i elastice alemediului, de temperatura i umiditatea acestuia n aer, la temperatura de 20C iumiditatea relativ de 65%, viteza de propagare a undelor sonore longitudinale este de340 m/s.

    b. Lungimea de und este definit de relaia:

    f

    cTc [m] (1)

    n care: T reprezint perioada oscilaiei n secunde;f, frecvena oscilaiei n Hz.c. Funcie de frecven, undele acustice pot fi:

    - unde sonore cu frecvene cuprinse n domeniul audibil, ntre 20 i 20000 oscilaii pesecund (Hz);- unde infrasonore care nu mai influeneaz organul auditiv, dar care sunt percepute de

    corpul omenesc ca vibraii mecanice;- unde ultrasonore, care se ntind pe un domeniu larg de frecvene, superioare

    frecvenei sunetelor.Producerea unei perturbaii implic o cedare de energie de la surs la mediu, iar

    aceast energie se propag n mediu odat cu unda.

    d.

    Densitatea de energie E, n J/m3

    , este cantitatea de energie oscilant coninut nunitatea de volum a mediului perturbat.Densitatea de energie acustic este direct proporional cu ptratul presiunii acustice,

    p, i invers proporional cu ptratul vitezei de propagare, c:

    2

    0

    2

    c

    pE

    [Jm3] (2)

    n care: 0este densitatea mediului.e. Pentru caracterizarea unui cmp acustic nelimitat (n exteriorul cldirilor) se definete

    i noiunea de intensitate acustic, mrime ce reprezint cantitatea de energietransportat de und n unitatea de timp (puterea sursei P) prin unitatea de suprafa.

    Intensitatea este o mrime vectorial, exprimat prin relaia:r

    S

    PI

    [W/m2] (3)

  • 7/26/2019 Acustica Constructiilor-Fizica Constructiilor

    4/21

    n care: r

    este vectorul de poziie al punctului considerat;P, puterea sursei acustice, n W.

    Intre intensitatea i densitatea de energie acustic exist relaia:

    cEI

    (4)n care c

    este viteza de propagare a sunetului.

    In cazul unui cmp acustic limitat, cum este o ncpere dintr-o cldire, nu poate fiutilizat noiunea de intensitate acustic deoarece peste unda incident se suprapun numeroaseunde reflectate de suprafeele adiacente. n aceast situaie, pentru caracterizarea cmpuluiacustic este suficient noiunea de densitate de energie.

    2.2. Sunetul ca fenomen fiziologicSenzaia auditiv apare ca urmare a excitrii aparatului nervos auditiv dectre undele

    elastice care, fie prin intermediul urechii, fie prin conducie osoas, ajung n contact cusistemul receptor. Intensitatea senzaiei este determinat de caracteristicile fizice ale cmpuluisonor, analizate anterior dar i de particularitile fiziologice ale organului auditiv.

    Din punct de vedere fiziologic sau subiectiv un sunet este caracterizat n suficientmsur prin nlime, trie i timbru. Sub aspect obiectiv, fizic, acestor caracteristici lecorespund, respectiv, frecvena, intensitatea i componenta spectral.

    a. In funcie denlime, un sunet este perceput de ureche ca fiind mai ascuit sau maigrav. Un sunet ascuit sau nalt este determinat de vibraii cu frecven mare sau nalt, pecnd unui sunet grav i corespund frecvene joase.

    Avnd n vedere vastitatea domeniului frecvenelor audibile, acesta se mparte nintervale dispuse dup o scar exponenial, un interval n care frecvena sunetului s-a dublat,reprezentnd o octav.

    b. Tria sunetului este caracteristica funcie de care un sunet este perceput de urecheca fiind mai slab sau mai puternic i este legat direct de intensitatea acustic. Intensitatea

    celui mai slab sunet perceput de urechea unui om normal din punct de vedere otologic este (I0= 10-12W/m2) pentru frecvena de 1000 Hz, constituind pragul de audibilitate, iar intensitateaunui sunet perceput ca o senzaie dureroas este I = l W/m2, constituind pragul de durere.

    Se observ c domeniul de intensitate al sunetelor audibile este mult prea vast(1012W/m) pentru a putea fi urmrit la scara aritmetic a unitilor energetice. De altfel, niciurechea nu percepe tria sunetelor dup o scar aritmetic ci dup una logaritmic. Astfel,dac dintre dou sunete unul este de dou ori mai puternic dect cellalt, se constat cintensitatea primului este de 10 ori mai mare dect a celui de-al doilea.

    Pentru aprecierea sunetelor funcie de intensitate s-a introdus noiunea de nivel deintensitate sonor, NI, care reprezint la scar logaritmic raportul ntre intensitatea unui suneti o intensitate de referin. Unitatea de msur se numete Bel i arat c intensitatea unui

  • 7/26/2019 Acustica Constructiilor-Fizica Constructiilor

    5/21

    sunet este de 10 ori mai mare dect a sunetului de referin. ntruct urechea poate deosebisunete cu variaii de trie mai mici dect dedou ori, n mod curent, ca unitate de msur anivelului de intensitate sonor se folosete decibelul (dB).

    1 B = 10 dBNivelul de intensitate al unui sunet poate fi determinat cu relaia:

    0IIlog10NI [dB] (5)

    n care I0reprezintintensitatea de referin, care se consider egal cu intensitatea la pragulde audibilitate al unui sunet de frecven egal cu 1000 Hz, respectiv I = 10 -12W/m2. Similar

    se poate defini i nivelul densitii de energie, NE

    :

    0E

    Elog10EN

    [dB] (6)

    ntre intensitatea sunetului (caracteristic fizic) i trie (caracteristic fiziologic)exist o relaie complex, tria sunetului depinznd i de frecven. Astfel, urechea este multmai puin sensibil la frecvenele joase fa de cele nalte, domeniul de maxim sensibilitatefiind cuprins ntre 2000 i 5000 Hz. De asemenea, intensitatea de prag fiind diferit funcie defrecven, conform legii Weber-Fechner, sunete de frecvene diferite, cu acelai nivel deintensitate, provoac senzaii acustice diferite, adic sunt percepute ca fiind mai tari sau maislabe, dup cum intensitatea de prag este mai sczut sau mai ridicat. Acest aspect se reflectn noiunea de nivel de trie, msurat n foni (Ph). Pentru frecvena de1000 Hz nivelul detrie al unui sunet armonic (pur) exprimat n foni este egal numeric cu nivelul de intensitateexprimat n dB. Corespondena ntre nivelurile de trie exprimate n foni i nivelurile deintensitate exprimate n dB se obine cu ajutorul curbelor de egal nivel de trie, curbeleFletcher-Munaon.

    c. Un sunet poate fi efectul unei vibraii simple sau sinusoidale i n acest caz poartnumele de sunet pur, sau/suprapunerii mai multor vibraii, cnd se numete sunet complex.Dac ntre vibraiile componente ale unui sunet complex exist o relaie armonic, respectivdac frecvenele sunetelor componente sunt multipli ai unei anumite frecvene consideratfundamental, atunci sunetul complex este plcut urechii. Acestea sunt sunete muzicale, iarcomponentele superioare sunetului fundamental se numesc armonice.

    Caracteristica dup care se pot deosebi dou sunete cu aceeai trie i aceeai

    frecven fundamental, dar cu una sau mai multe armonice diferite, constituie caracteristicade componensau de structur numit timbru.Dac ntre componentele unui sunet complex nu exist o relaie armonic, atunci

  • 7/26/2019 Acustica Constructiilor-Fizica Constructiilor

    6/21

    acesta este un zgomot.Din punct de vedere fiziologic, noiunea de zgomot se extinde asupra tuturor sunetelor

    nedorite, fiind considerate zgomote chiar i sunetele muzicale dac sunt percepute ntr-unmoment nepotrivit.

    2.3. Confortul acusticEfectele defavorabile ale zgomotului asupra sntii oamenilor sunt cunoscute,

    studiul acestora preocupnd numeroase organisme specializate, inclusiv Organizaia Mondiala Sntii.

    Aciunea duntoare a zgomotului este. cu att mai pronunat cu ct nivelul deintensitate sonor i durata de aciune sunt mai mari. Astfel:

    - zgomotele cuprinse ntre 30 i 65 dB au numai un efect psihic manifestat prinoboseal, insomnie, scderea randamentului intelectual. Acest efect apare atunci cnd sedorete n mod special o atmosfer de linite (somn, odihn meditativ, activitate intelectual)i cnd apare o aversiune condiionat mpotriva sursei de zgomot;

    - zgomotele cu nivel de intensitate cuprins ntre 65 i 90 dB, pe lng efectele de ordin

    psihic menionate pot s produc i afeciuni ale sistemului nervos, mbolnviri ale inimii iaparatului circulator, ale stomacului i bilei;

    - zgomotele cu nivel de intensitate cuprins ntre 90 i 120 dB produc tulburri de auz,cu traumatisme n special la urechea intern, nsoite de surditate temporar sau permanent.n cazul frecvenelor nalte pot s apar i scderi temporare ale capacitii intelectuale, iarsurditatea temporar se poate instaura ncepnd de la un nivel de zgomot de 85 foni.

    La zgomote cu nivelul de intensitate mai mare de 120 dB, leziunile organului auditivcu surditate pronunat apar dup un timp destul de scurt. Este cazul personalului carelucreaz n aeroporturi, la bancurile de prob pentru motoare de avion, n cazangerii, nindustria metalurgic sau textil.

    Conceptul de confort acustic implic asigurarea n interiorul cldirilor a unui nivel deintensitate sonor favorabil desfurrii activitii creia acestea i sunt destinate (inclusivodihna) cu randament maxim. Criteriul de performan privind asigurarea confortului acusticeste nivelul de trie al zgomotului interior datorat unor surse de zgomot exterioare unitiifuncionale. Acest nivel trebuie s fie mai mic sau cel mult egal cu nivelul de trie admisibilexprimat global, n dB (A,B sau C), (uniti de msur ale nivelului acustic ponderat, obinut

    prin corectarea nivelului obiectiv de presiune acustic cu un factor de ponderarece ine seamde modul de percepere al urechii umane, funcie de frecven). Ins n adoptarea unor msurieficiente de combatere a zgomotului fiind necesar cunoaterea compoziiei acestuia, nmajoritatea prescripiilor naionale, condiiile admisibile se exprim printr-o anumit curb deegal nivel de trie,numite curbe de zgomot, indicate prin simbolul Cz.

  • 7/26/2019 Acustica Constructiilor-Fizica Constructiilor

    7/21

    Prescripiile tehnice din ara noastr, referitoare la protecia mpotriva zgomotului,stabilesc limitele admisibile ale nivelului de zgomot echivalent interior n unitile funcionaledin cldiri, datorat unor surse interioare. Valorile sunt exprimate n numrul de ordine alcurbei Czi n dB(A).

    Pentru a aprecia dac este ndeplinit criteriul de confort acustic se reprezint nivelul de

    intensitate al zgomotului care se poate nregistra n unitatea funcional stabilit pe baz decalcule sau msurtori i curba Czcaracteristic destinaiei cldirii. Curba Czefectiv trebuies se situeze sub curba Czstandard pentru orice valoare a frecvenei. Astfel:

    admzz CC (7)este condiia fundamental de asigurare a confortului acustic ntr-o unitate funcional.

    Destinaie Nivel de zgomot admisibilCamere de zi, buctrii 45 dBADormitoare 35dBA

    Nivel de zgomot exteriorziua 55dBA

    noaptea 45 dBA

    Observaie: In accepiunea normelor din ara noastr, prin uniti funcionale se nelegncperi sau grupuri de ncperi care necesit o limitare a nivelului de zgomot

    produs sau declanat din afara lor, de surse ce nu pot fi nlturate saureglementate de cel care folosete unitatea.

    3. Propagarea zgomotului n mediu deschis

    3.1. Zgomotul urban

    Zgomotul urban este un factor poluant care afecteaz n special viaa locuitorilor dinmarile orae, sursa principal fiind traficul (rutier, feroviar i aerian).Recunoaterea zgomotului ca un factor de inconfort major dateaz nc din antichitate,

    mrturie n acest sens fiind msura luat de Iulius Cezar care a interzis circulaia carelor ntimpul nopii, pentru a asigura linitea i odihna cetenilor Romei. De asemeneaSchopenhauer a scris despre "ruinosul i infernalul zgomot" datorat agitaiei pe strzileoraelor germane.

    Astzi nivelul de zgomot urban n marile orae este de dou ori mai mare dect nurm cu 30 de ani icontinu s creasc.

    Traficul intens de autoturisme, autobuze, autocamioane i tramvaie, apropierea deaeroporturi, zgomotul unor instalaii de condiionare a aerului sau a unor agregate frigorifice,

    funcionarea compresoarelor necesare permanentelor lucrri edilitare, constituie cele maiimportante surse de zgomot. Zgomotul produs de vehicule i radiocasetofoane a depitlimitele oraului, ptrunznd n locuri considerate, pn nu demult, refugii n natur.

    Evident c sursa cea mai important de zgomot este circulaia rutier, cercetriefectuate n diverse ri conducnd la concluzia c 66% din zgomotul urban se datoreazvehiculelor i numai 9,8 % industriei.

    Pentru aprecierea aportului diferitelor surse de zgomot n stabilirea nivelului dezgomot urban pot fi luate n considerare urmtoarele valori:

    -fonetul frunzelor 20 dB;-aparat de condiionare a aerului montat n fereastr 55 dB;-conversaia mai multor persoane 60 dB ;-

    descrcarea mrfurilor n zonele comerciale 6080 dB;-orchestrele grdinilor-restaurant la distana de 7 m, 90 dB;-cinematograf n aer liber 90 dB;

  • 7/26/2019 Acustica Constructiilor-Fizica Constructiilor

    8/21

    -traficul urban greu 90 dB;-turboreactor la 200-300 m altitudine 115 dB;-pragul durerii fizice a urechii - 120 dB;-zgomotul produs de racheta Saturn V la rampa de lansare - 180 dB.

    Neplcute nu att prin nivelul lor ct prin caracterul lor de impuls snt zgomotele

    provenite din jocul copiilor, cu valori de 80-85 dB.Cunoaterea valorilor probabile ale nivelului de zgomot urban n diferite zone aleoraului este necesar pentru adoptarea unor msuri de protecie adecvate, n vedereaasigurrii n unitile funcionale a unui nivel de zgomot inferior valorilor admisibile. Desigur,este de dorit ca valorile Cz adm s se realizeze cu ferestrele deschise, iar pe arterele de circulaies existe o ambian acustic acceptabil, ct mai puin poluant. Pentru realizarea acestordeziderate este necesar ca nivelul de zgomot echivalent, Lechiv, la 3 m de cldire i nlimeade 1,3 m s nu depeasc valorile din tabelul urmtor:

    Zona urban protejatLimitele admisibile ale nivelului dezgomot exterior cldirii [dB(A)]

    Curba Cz

    Zona de locuit 50 45Zone de recreare i odihn 45 40Dotri protejate 45 40Centru de cartier 55 50Centru orenesc 60 55

    Lechiv reprezint nivelul de zgomot echivalent ntr-un anumit punct A dintr-o zonurban n care, ntr-o perioad caracteristic se nregistreaz semnale acustice provenind de lan aciuni diferite, i se calculeaz cu relaia:

    n

    1i

    Lq

    3,0

    iech

    Ai

    10tT

    1lg3,0

    qL [dB] (8)

    n care: q este coeficientul de influen caracteristic diferitelor tipuri de zgomot (q = 4 n cazulzgomotului de trafic; q = 3 pentru zgomote provenite din interiorul unor incintecare limiteaz ntreprinderi industriale, coli, spaii comerciale etc.);

    T, perioada de timp caracteristic, n s ;ti, durata de timp corespunztoare aciunii i, n s;A

    iL L, nivelul de zgomot caracteristic aciunii i n punctul considerat.Pentru calcule orientative, nivelul de zgomote echivalent provenite din trafic poate fi

    calculat cu relaia:

    Lechiv= 34 + 10 lg (n1+ n2) [dB] (9)n care: n1este numrul vehiculelor uoare n perioada de timp caracteristic, considerat;n2, numrul vehiculelor grele care trec pe artera de circulaie n aceeai perioad.

    Nivelul de zgomot caracteristic, L., din relaia (8) este influenat de reflexiile repetateale undelor acustice pe suprafeele cu care vin n contact, fapt pentru care se calculeaz diferitn cazul strzilor cu front construit pe o singur parte sau pe ambele pri. De asemenea,valoarea nivelului de zgomot caracteristic este variabil pe vertical, fiind minim la parteasuperioar a cldirii.

  • 7/26/2019 Acustica Constructiilor-Fizica Constructiilor

    9/21

    3.2. Factorii care influeneaz nivelul zgomotului urbann afar de puterea i durata de aciune a sursei sonore , din reflexiile succesive sunt

    auzite ca fiind separate numai atunci cnd ecoul sosete cu o ntrziere mai mare de 1/15 s.

    Deci pentru a fi perceput ecoul, drumul undei reflectate trebuie s fie cu cel puin15

    c,

    respectiv cu 23 m mai lung dect drumul undei directe.Capacitatea de absorbie a sunetelor prin suprafaa pereilor, plafonului, pardoselii

    depinde de coeficientul de absorbie al sunetului , respectiv de coeficientul de reflexie ,pentru fiecare material n parte.

    Coeficientul de absorbie al sunetului reprezint raportul ntre energia absorbit dematerial i energia incident n cmp acustic difuz i se exprim printr-un numr subunitar,conform relaiei:

    i

    ai

    I

    I (10)

    n care; Iaeste intensitatea de energie sonor absorbit de material, n W/m2

    Ii, intensitatea de energie sonora incident, n W/m2.

    Se definete ii SA ca suprafa total de absorbie a ncperii, n m2 .

    Reverberaia este fenomenul de prelungire a duratei sunetului ntr-o ncpere dupncetarea aciunii sursei. Durata de reverberaie T, exprimat n secunde, este durata n care

    energia sonor dintr-o ncpere se reduce la a milioana parte din valoarea, dup ncetareaaciunii sursei, respectiv cu 60 dB. Durata de reverberaie depinde de volumul ncperii iabsorbia acesteia.

  • 7/26/2019 Acustica Constructiilor-Fizica Constructiilor

    10/21

    4.2. Variaia intensitii energiei sonore ntr-o ncpereIn interiorul unei ncperi, energia emis de o surs sonor contribuie parial la

    creterea densitii de energie sonor n ncpere, iar parial este absorbit de suprafeeledelimitatoare, bilanul energetic exprimndu-se sub forma:

    tPEVtP a (11)

    innd seama de valoareaPa:

    4

    cAEPa

    (12)

    i de faptul c fenomenul se desfoar continuu, relaia (11) devine:

    PE4

    cA

    dt

    EdV

    (13)

    cu condiia iniial:

    V

    P

    dt

    Ed

    0t

    (14)

    Soluia acestei ecuaii difereniale neomogene de ordinul I este:

    tV4

    cA

    e1cA

    P4)t(E (15)

    i exprim variaia densitii de energien funcie de puterea sursei, de elementele geometricei de absorbie ale ncperii.

    In relaiile (1115) au fost utilizate urmtoarele notaii:E - creterea de densitate de energie sonor n ncperea de volum V, n J/m3;

    P - puterea sursei, n W ;Pa -puterea absorbit de elementele delimitatoare ale ncperii, n W;E - densitatea de energie sonor din ncpere, n J/m3;

    c - viteza de propagare a sunetului n aer, n m/s;A - suprafaa total de absorbie a ncperii, n m2;t - timpul, n s.

    innd seam de expresia intensitii sonore ntr-un cmp difuz

    4

    cEI

    (16)

    se obine expresia variaiei intensitii sonore ntr-o ncpere:

    t

    V4

    cA

    e1A

    PI (17)

    a crei reprezentare grafic apare n figur.

    Analiznd relaia (17) i reprezentarea ei grafic apar 3 situaii distincte:I- Imediat dup ce sursa ncepe s emit se observ o cretere a intensitii de energie

  • 7/26/2019 Acustica Constructiilor-Fizica Constructiilor

    11/21

    sonor dup o curb exponenial,II- Dup un anumit interval de timp, a crei mrime depinde de capacitatea de

    absorbie a suprafeelor delimitatoare, intensitatea sonor se menine constant la valoarea:

    A

    PIs (18)

    fiind independent de timp i volumul ncperii.III- Dup ce sursa nceteaz (P = 0), ecuaia (11) devine:

    tPEdV a (19)analog cu;

    A4

    cE

    dt

    EdV

    (20)

    Prin integrarea ecuaiei (20) se obine:t

    V4

    cA

    R e

    CA

    P4E

    (21)

    respectiv:t

    V4

    cA

    3

    tV4

    cA

    R eIeA

    PI

    (22)

    Rezult c dup ncetarea sursei intensitatea acustic descrete exponenial, avnd loco prelungire a sunetului n ncpere, ceea ce reflect fenomenul de reverberaie definitanterior. Dac se ia n considerare faptul c durata de reverberaie corespunde intervalului ncare intensitatea sonor descrete cu 60 dB dup ncetarea sursei, se obine expresia duratei dereverberaie, Tr:

    6t

    V4

    cA

    S

    R 10e

    I

    I

    (23)

    A

    V161,0TR [s] (24)

    Relaia [24] este cunoscuta sub denumirea de formula lui Sabine i permite calcululduratei de reverberaie n ipoteza c absorbia se produce n mod continuu.

    In ipoteza absorbiei energiei n mod discontinuu, ori de cte ori undele sonore atingsuprafeele delimitatoare ale ncperii, este valabil expresia duratei de reverberaie stabilitde Eyring:

    )1ln(S

    V161,0T

    (25)

    n care:

    S

    Sii (26)

    reprezint coeficientul de absorbie acustic mediu.ns nici relaia lui Eyring nu d rezultate conforme cu realitatea n toate situaiile

    concrete. Astfel, dac materialul absorbant este dispus neuniform pe suprafeele ncperii,considerarea unui coeficient de absorbie mediu introduce anumite erori. n asemenea situaii,cum ar fi cazul unei ncperi la care numai tavanul este tratat fonoabsorbant, se utilizeazformula lui Bilington care ine seam de coeficientul de absorbie al fiecrei suprafee:

    )1ln(S

    V161,0T

    ii

    r (27)

    Neajunsul acestei relaii const n faptul c dac numai o mic poriune din suprafaaunei ncperi are coeficientul de absorbie egal cu unu, durata de reverberaie devine egal cu

  • 7/26/2019 Acustica Constructiilor-Fizica Constructiilor

    12/21

    zero. In baza acestei relaii, o fereastr deschis ntr-o ncpere, face ca durata de reverberaies devin egal cu zero, ceea ce nu corespunde realitii.

    Cele trei relaii destabilire a duratei de reverberaie, fiecare cu particularitile sale deaplicare, dau rezultate practice satisfctoare n msura n care snt cunoscute valorilecoeficienilor de absorbiepentru diferite materiale de finisaj. In general, erorile apar datorit

    imposibilitii de ncadrare a situaiei reale n formulele menionate sau din neconcordanantre valorile coeficientului de absorbie pentru materiale, stabilite de diferite laboratoare.La cldiri n exploatare, durata de reverberaie poate fi stabilit pe cale experimental

    n ipoteza ncperii goale, ocupate parial sau n ntregime. Spaiul este saturat cu energiesonor produs de un pistol cu gloane oarbe sau de o surs de zgomot etalon. Lanulelectroacustic folosit pentru producerea i msurarea cderii nivelului de zgomot odat cuncetarea sursei este prezentat n figura urmtoare.

  • 7/26/2019 Acustica Constructiilor-Fizica Constructiilor

    13/21

    4.3. Materiale i structuri fonoabsorbanteIntr-un spaiu nchis o parte din energia sonor emis de o surs venind n contact cu

    suprafeele delimitatoarese ntoarce napoi n ncpere datorit fenomenului de reflexie, Er, oparte este transmis prin elementul de separaie, Et, iar altparte este disipat la suprafa,transformndu-se n cldur, Ed.

    E = Er+ Et+ Ed (28)Energia disipat i energia transmis sau, ntr-un cuvnt, energia nereflectat esteconsiderate ea fiind absorbit de suprafeele ncperii, raportul ntre energia absorbit i ceaincident fiind numit coeficient de absorbie acustic, :

    E

    E

    E

    EE atd

    (29)

    Raportul ntre energia reflectat i cea incident caracterizeaz capacitatea de reflexiea suprafeeiprin coeficientul :

    E

    Er (30)

    In general ns, energia transmisprin elementul de construcie este neglijabil i prinurmare, coeficientul de absorbie acustic poate fi definit ca raportul ntre energia disipat icea incident.

    Disiparea energiei este provocat de frecri, iar frecrile cresc odat cu cretereavitezei de deplasare a particulelor de aer. La rndul su, viteza de deplasare a particulelorcrete cu frecvena, aa nct pentru caracterizarea unui material sau sistem din punct devedere al absorbiei acustice este necesar s, se cunoasc coeficientul de absorbie pentru undomeniu larg de frecvene.

    Pentru obinerea absorbiei acustice sunt utilizate douprocedee, bazate pe fenomenefizice diferite:

    - disiparea energiei prin frecare n cadrul unor materiale cu pori deschii -

    absorbani fonici poroi;- disiparea energiei prin punerea n micare a unor sisteme oscilante care la

    rezonan amplific viteza de circulaie a aerului, realiznd o sporire a eficacitii frecrilor.Sistemele oscilante fonoabsorbante snt de dou categorii:

    - membrane vibrante, constnd dintr-un volum de aer care formeaz resortulsistemului oscilant i dintr-o membran care nchide acest volum de aer i a crei masconstituie masa sistemului oscilant;

    - rezonatori, care sunt sisteme mecanice constnd din caviti cu aerdeschise, comunicnd cu exteriorul printr-un orificiu (gt); resortul sistemului oscilant esteconstituit din volumul de aer care umple cavitatea, iar masa oscilant din masa aerului dinorificiu.

    Materialele utilizate ca absorbani fonici poroi sunt: vata mineral, vata de sticl, PFLporos, psla, poliuretanul. Montarea acestora se face direct pe suport sau cu interspaii de aer,iar mascarea se realizeaz cu pnz de sac.

    Membranele vibrante snt plci subiri, alctuite din materiale dense (placaj, PFL dur,sticl, PAL etc.), cu grosime mica i mas redus (sub 10 kg/m ), amplasate la o anumitdistan fa de un perete rigid.

    Absorbia prin rezonatori se obine cu ajutorul unor baterii de rezonatori, formate dinplci rigide perforate, dispuse la o anumit distan fa de perete. Dac n spatele plciiperforate se introduce un material poros, se obine un sistem mixt.

  • 7/26/2019 Acustica Constructiilor-Fizica Constructiilor

    14/21

  • 7/26/2019 Acustica Constructiilor-Fizica Constructiilor

    15/21

    PROTECIA ACUSTIC N CONSTRUCII

    Protecia acustic ansamblul de msuri destinate realizrii unor spaii cu un climatsonor confortabil, adic linitit.

    Scopul final al tuturor msurilor de protecie acustic adoptate n proiectareaconstruciilor l constituie reducerea sub limite admisibile a nivelului de trie al zgomotului ce

    ptrunde n unitatea funcional considerat.Protecia acustic a construciilor are n vedere urmtoarele aspecte eseniale n

    adoptarea mijloacelor de combatere a zgomotului:- scderea nivelului de zgomot la surs prin msuri de ordin tehnologicaplicate instalaiilor i utilajelor generatoare de zgomot;- gruparea surselor de zgomot i a construciilor protejate;

    -

    reducerea nivelului de zgomot prin msuri urbanistice;- distribuia judicioas a ncperilor n cadrul unitii funcionale inndseama de destinaia acestora i exigenele de confort urmrite;

    - izolarea acustic a unitilor funcionale la zgomot aerian i de impact;- reducerea nivelului de zgomot prin absorbie acustic.

    1. Protecia acustic prin msuri de ordin urbanistic i arhitecturalntruct energia undelor acustice scade cu ptratul distanei fa de surs, rezult c

    prima msur de ordin urbanistic, menit a reduce nivelul de zgomot n zonele rezidenialeconst n asigurarea unei distane ct mai mari ntre sursele de zgomot i locuine. In acestscop se impune delimitarea n cadrul oraului de zone acustice i stabilirea aproximativ a

    nivelului de zgomot maxim admis n acestea. La studierea zonrii se ine seama de direciavnturilor dominante, de conformaia natural a terenului, de prezena unor suprafeereflectante etc.

    Atunci cnd nu exist posibilitatea asigurrii unor distane corespunztoare ntre sursei cldirile de locuit se adopt alte msuri urbanistice, cum sunt:

    - scoaterea arterelor de circulaie intens la periferia zonelor de locuit icrearea aa-numitelor centuri sau artere ocolitoare;

    - crearea unor zone verzi ntre sursele de zgomot i zonele rezideniale;- dispunerea judicioas a cldirilor fa de axul strzii; se recomand

    dispunerea blocurilor normal pe axul strzii, retrase cu 23 m fa de aceasta, cu grdini defaad plantate cu arbori capabili s atenueze zgomotul;

    -

    realizarea unor ecrane de protecie acustic constituite din cldiri care nureclam un nivel de zgomot sczut;

    - evitarea dispunerii cldirilor n incinte deschise spre arterele de circulaiecare amplific zgomotul stradal sau cel produs de jocul copiilor;

    - evitarea arterelor de tip coridor care amplific zgomotul stradal datoritreflexiilor multiple.

    Msurile de ordin arhitectural privind protecia acustic se refer la amplasarea optima ncperilor n cldire n raport cu alte ncperi i cu surselede zgomot. Astfel se recomandamplasarea n vecintatea palierului i a liftului a ncperilor auxiliare (bi i buctrii) i nu ancperilor destinate odihnei sau activitii intelectuale. De asemenea, este indicatamplasarea cazanelor pentru instalaia de nclzire sau a instalaiilor de hidrofor n ncperispeciale, protejate acustic, situate n afara cldirilor.

  • 7/26/2019 Acustica Constructiilor-Fizica Constructiilor

    16/21

    2. Izolarea unitilor funcionale mpotriva zgomotului aerian

    2.1. Capacitatea de izolare la zgomot aerian a elementelor de construciiZgomotul aerian se definete ca zgomotul produs ntr-o ncpere dintr-o unitatefuncional, care se propag prin mediul aerian al ncperii respective, pn la elementeledelimitatoare prin intermediul crora este radiat n ncperile vecine.

    Transmisia zgomotului aerian prin elementele de compartimentare i de faad se facentr-o msur mai mare sau mai mic, funcie de capacitatea de izolare acustic a acestorelemente.

    Criteriul de apreciere al capacitii de izolare acustic la zgomot aerian l constituieindicii de atenuare acustic, Ri, determinai prin msurare direct, in situ, n benzi defrecven de 1/3 octav, n domeniul de frecvene cuprins ntre 100 i 3150 Hz (domeniul de

    frecvene care intereseaz n tehnica de izolare acustic)sau prin calcul.Determinarea n laborator sau in situ a capacitii de izolare acustic implic existena

    a dou ncperi - camera de emisie i camera de recepie - separate prin elementul de prob,

  • 7/26/2019 Acustica Constructiilor-Fizica Constructiilor

    17/21

    respectiv elementul de studiat, ncperi n care poate fi msurat nivelul de zgomot emis irecepionat.

    1log10'R [dB]

    Expresia indicelui de atenuare rezultat pe baza ncercrilor este

    2

    1

    E

    Elog10'R [dB] (1)

    n care : 1E reprezint densitatea energiei incidente pe suprafaa elementului de construciedespritor, n camera de emisie, n J/m3;

    2E densitatea energiei radiate de elementul de construcie despritor, n camera derecepie, n J/m3.

    Dac se msoar nivelul de zgomotn cele dou ncperi, indicele de reducie sonorpoate fi exprimat funcie de capacitatea de izolare acustic brut:

    A

    Alg10D'R 0 (2)

    n care: D = L1-L2este diferena ntre nivelul de zgomot msurat n camera de emisie (L1) icea de recepie (L2), n dB;

    A0, suprafaa elementului despritor, n m ;A, suprafaa de absorbie echivalent a ncperii receptoare, n m2U.A.).Evaluarea global a capacitii de izolare la zgomot aerian a unui element despritor

    se face prin intermediul indicelui de izolare la zgomot aerian Ia(EA), care rezult comparndcurba R(f) corespunztoare elementului respectiv, stabilit pe baz de calcul sau msurtoricu o curb etalon.

    Se definete indicele de izolare la zgomot aerian (EA) ca fiind ordonata msurat ndB, cu care trebuie translat curba etalon a indicilor de atenuare pn la obinerea unei abaterinegative medii a curbei reale (Ri) fa de curba etalon n valoare de cel mult 2 dB. Abaterea

    medie negativ reprezint suma abaterilor negative msurate pe abscisele corespunztoarefrecvenelor medii ale treimilor de octav, mprit la 15 (numrul total al treimilor de octavdin intervalul de 100...3150 Hz). Funcie de sensul de deplasare al curbei etalon n sus sau n

    jos, respectiv spre zona rezultatelor favorabile sau defavorabile se nregistreaz semnul + sau- al indicelui EA.

    Satisfacerea exigenei de confort acustic, exprimat prin condiia Cz Cz,admse obinedac pentru fiecare element delimitator al unitii funcionale se asigur un indice de izolare lazgomot aerian Ea real Ea adm.

    Valorile lui Eadmpentru cldiri de locuit sunt prezentate n STAS 6156-80.

  • 7/26/2019 Acustica Constructiilor-Fizica Constructiilor

    18/21

    2.2. Determinarea prin calcul a indicilor de atenuare la zgomot aerian Pentru evaluarea prin calcul a indicilor de atenuare acustic R pentru elemente

    delimitatoare se utilizeaz metode inginereti simplificate, valabile pentru structuri omogenesau neomogene din punct de vedere acustic.

    O ipotez utilizat curent n evaluarea indicelui de atenuare acustic a elementelordelimitatoare este cea fcut de fizicianul german W. Berger, conform creia, elementul deconstrucie poate fi considerat ca o mas rigid rezemat elastic (cu frecare) pe contur care secomport ca un sistem oscilant cu un singur grad de libertate, avnd n vedere deplasrile

    foarte mici care se produc sub aciunea sarcinilor acustice. S-a constatat prin calcul cfrecvena de rezonan, pentru dimensiuni uzuale ale elementului de construcie se situeaztotdeauna n afara domeniului util de frecvene (100...3150 Hz), n cadrul acestuia indicele deatenuare stabilindu-se cu relaia:

    c

    mflg20'R

    [dB] (3)

    n care: f reprezint frecvena sunetului considerat, n Hz;m, masa elementului, n kg/m2;, densitatea aerului, n kg/m3;c, viteza de propagare a sunetului n aer, n m/s.

    Dac se reprezint grafic mrimea R' funcie de frecvena reprezentat la scarlogaritmic, se obine o dreapt cu pant de 6 dB/octav, situat mai sus sau mai jos dup cummasa este mai mare sau mai mic. Rezult c indicele de atenuare acustic a unui element deconstrucie depinde n principal de masa acestuia, relaia (3) fiind cunoscut sub numele delegea masei.

    Reprezentarea grafic a dependenei indicelui de reducie sonor de masa elementuluia fost realizat de Gsele i Schille, prin prelucrarea rezultatelor experimentale ale luiW.Berger.

    O mbuntire a comportrii elementelor de construcie privind izolarea la zgomotaerian se obine prin fragmentarea masei to tale n dou mase separate de un strat de aer.

    Prin fragmentarea masei, la indicele de atenuare corespunztor masei totale m = m1+

    m2se adaug aportul stratului de aer R(f).

  • 7/26/2019 Acustica Constructiilor-Fizica Constructiilor

    19/21

    In cazul elementelor cu goluri de u sau fereastr, care delimiteaz ncperile cetrebuie izolate acustic, indicele de atenuare, R(f), se determina funcie de diferena dintreindicii corespunztori elementului plin i elementului de tmplrie i de raportul ntre

    suprafaa total a elementului i suprafaa golului.

    2.3. Factorii care influeneaz capacitatea de izolare acustic a elementelor deconstrucii

    Capacitatea de izolare acustic a elementelor de construcii, respectiv a pereilordespritori este influenat de urmtorii factori:

    a. Proprietile fizice ale materialelor care intr n alctuirea pereteluidespritor

    - Masa materialului este caracteristica principal care determin capacitatea de izolarela zgomot aerian a elementelor delimitatoare, dup cum rezult din paragraful anterior.Soluiile constructive de perei care rspund exigenelor de izolare la zgomot aerian sunt: din

    beton armat, n grosime de 1618 cm (m = 350 kg/m2), beton uor cu agregate din piatr ngrosime de 1625 cm (m = 250270 kg/m2), ipsos n grosime de 30..35 cm, beton poros30..40 cm.

  • 7/26/2019 Acustica Constructiilor-Fizica Constructiilor

    20/21

    - Porozitatea materialului influeneaz negativ capacitatea de izolare acustic prinreducerea masei. Golurile de aer (n afar de cele cilindrice cu anumite dimensiuni)favorizeaz fenomenul de rezonan.

    b. Rezolvri constructive- modul de fixare a pereilor pe contur influeneaz capacitatea de izolare acustic,

    fixarea elastic prin intermediul unui material deformabil conducnd la creterea capacitiide izolare a peretelui n special la zgomote structurale;

    - etanarea corect a mbinrilor contribuie la creterea capacitii deizolare acustic;- tencuirea pe ambele fete a pereilor despritori din materiale cu pori deschii, pentru

    evitarea fenomenului de rezonan;- evitarea mbinrii uscate la perei despritori.

    3. Izolarea unitilor funcionale la aciunea zgomotului de impact

    Potrivit prescripiilor n vigoare, zgomotul de impact este zgomotul care ia natere prinlovirea unui element de construcie, sub form de zgomot structural i care este iradiat nncpere sub form de zgomot aerian. Zgomotele de impact apar n exploatarea normal acldirilor i sunt determinate de: circulaia pe planeu, jocul copiilor, cderea unor obiecte pe

    pardoseal, micarea mobilierului, funcionarea unor aparate de uz casnic etc.Dac la aciunea zgomotului aerian se impune verificarea tuturor elementelor

    delimitatoare, la zgomotul de impact se dimensioneaz numai planeele.Pentru aprecierea capacitii de izolare acustic la zgomot de impact a unei structuri de

    planeu cu sau fr pardoseal, n condiii de laborator, se produce zgomotul de impact cuajutorul unui dispozitiv standard de lovire aezat pe elementul de studiat. Nivelul zgomotuluirecepionat n ncperea situat sub planeu, cnd pe aceasta acioneaz dispozitivul de lovire,se numete nivelul zgomotului de impact, Li.

    ntruct n ncpere exist i zgomot reverberant care se suprapune peste cel iradiat deplaneu, se folosete noiunea de nivel de zgomot normalizat (Ln) al zgomotului de impact,care se determin cu relaia:

    A

    Alg10LL 0in (4)

    n care: Lireprezint nivelul zgomotului nregistrat;A0, absorbia acustic de referin, A0= 10 m

    2;A, absorbia echivalent a camerei de recepie.

    Indicele de izolare la zgomot de impact (E i) se definete ca ordonat, msurat n dB,cu care trebuie translat curba etalon pentru. a se suprapune peste curba nivelurilornormalizate Ln(f)(msurat sau calculat) corespunztoare elementului de construcie analizat.

  • 7/26/2019 Acustica Constructiilor-Fizica Constructiilor

    21/21

    Aportul pe care l aduce pardoseala la creterea valorii (Ei) poart numele dembuntirea comportrii la zgomot de impact Ii(Ei), difer funcie de structura pardoselii,mbuntirea adus de aceasta fiind cu att mai mare cu ct pardoseala respectiv conduce laun interval de timp corespunztor impactului mai lung. In tabelul ce urmeaz snt prezentatevalorile AE. pentru cteva tipuri de pardoseli, care reflect efectul favorabil al prezenei

    pardoselii n complexul planeu brut-pardoseal. Rezult c indicele total de izolare la zgomotde impact se determin cu relaia:

    Ii(Ei) = Iib(Eib) + Ii(Ei) [dB] (5)n care: Iib(Eib) este indicele de izolare la zgomot de impact a planeului brut, n dB;

    Ii(Ei) - mbuntirea izolrii la zgomot de impact corespunztoare pardoselii, ndB.

    Aportul de izolare acustic al pardoselilor la zgomot de impact

    Tipul de pardoseal

    mbuntireaizolrii la zgomotde impact I (EI)

    [dB]Parchet LU lipit pe plci fibrolemnoase poroase, de 16 mm grosime + 10Parchet LU btut n cuie pe plci din fibrobeton, aezate pe un strat de

    pudret de cauciuc de 25 mm grosime+ 21

    Covoare i dale din PVC, fr suport textil, cu grosimi cuprinse ntre 1,5i 2 mm

    + 7

    Covoare din PVC, cu suport textil, neesut, cu grosimi totale cuprinsentre 2,5 i 3 mm

    + 11

    Covoare din PVC cu substrat fonoizolant din PVC expandat, cu grosimea

    de cel puin 2,5 mm

    + 16

    Mochet neesut + 20Pardoseli din parchet sau covor din PVC, fr suport textil, lipit pe dalflotant din beton, pe strat elastic din vat mineral tip F.I., de 10 cmgrosime

    + 23

    Pardoseli din parchet sau covor din PVC, fr suport textil, lipit pe dalflotant din beton, pe strat elastic din plci poroase tip F.I., de 20 cmgrosime

    +28

    Pardoseli din parchet sau covor din PVC, fr suport textil, lipit pe dalflotant din beton, pe strat elastic din polistiren extrudat de 10 cmgrosime

    + 22

    Din consultarea tabelului reiese aportul deosebit la izolarea mpotriva zgomotului deimpact n cazul utilizrii pardoselilor pe dal flotant, care realizeaz i suprafee de circulaierigide.

    Dalele flotante constituie un sistem oscilant (amortizor) cu un grad de libertate. Practicsistemul trebuie astfel realizat nct ntre dala propriu-zis i elementele de rezisten(planee, perei) s nu se realizeze puni rigide, care ar duce la scderea eficienei sistemuluiamortizor.