ЗАДАЧИ Расчетно-графической (КОНТРОЛЬНОЙ) работы

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СТРОИТЕЛЬНОЙ АКУСТИКИ

Задания и методические указания

к расчетно-графической и контрольной работам

для студентов бакалавриата по направлению 270800 «Строительство»

очной и заочной форм обучения

Брянск 2012

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Брянская государственная инженерно-технологическая академия»

Кафедра «Физика»

Утверждены научно-методическим советом БГИТА

Протокол № от 2012 г.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СТРОИТЕЛЬНОЙ АКУСТИКИ

Задания и методические указания

к расчетно-графической и контрольной работам

для студентов бакалавриата по направлению 270800 «Строительство»

очной и заочной форм обучения

Брянск 2012

УДК 53

Физические основы строительной акустики. Задания и методические указания к расчетно-графической и контрольной работам для студентов бакалаврита по направлению 270800 «Строительство» очной и заочной форм обучения / Брянская гос. инж.-технол. акад. Сост. Е.А. Вощукова,– Брянск: БГИТА, 2012. – 21 с.

Составитель: Вощукова Е.А., к.ф.-м.н., доцент кафедры «Физика»

Рецензент: Алексеева Г.Д., к.ф.-м.н., доцент кафедры «Математика»

Рекомендованы редакционно-издательской и методической комиссиями

строительного факультета БГИТА

Протокол № ___ от _____________2012 года

ЦЕЛИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью освоения дисциплины «Физические основы строительной акустики» является ознакомление студентов с основными законами физической акустики и возможностями их применения при решении задач, возникающих в их последующей профессиональной деятельности.

Задачами изучения дисциплины являются:

- изучение основных понятий и законов физической акустики;

- овладение методами решения научно-технических задач, связанных с созданием акустического комфорта в помещениях и на территории жилой застройки;

- формирование навыков по применению законов физической акустики к грамотному научному анализу ситуаций, с которыми инженеру приходится сталкиваться при проектировании, возведении и эксплуатации зданий;

- освоение основных физических теорий, позволяющих описать процессы излучения, поглощения и распространения звуковых волн, методов расчета звуковых полей в помещениях, способов защиты от шума.

Результатами образования (РО) при изучении дисциплины «Физические основы строительной акустики» должно стать приобретение студентами следующих знаний, умений и навыков, применимых в их последующем обучении и профессиональной деятельности:

- студент должен знать основные параметры звуковых сигналов, понимать, как связаны эти параметры с характеристиками восприятия звука;

- понимать принципы действия источников и приемников звука;

- иметь представление о процессах излучения и распространения звуковых волн в открытом пространстве и в ограниченном объеме (помещении);

- владеть основными методами расчета звукового поля в помещении;

- иметь представление о влиянии шума на организм человека и способах защиты от шума;

- уметь применять изученный материал для решения практических задач.

Перечисленные РО являются основой для формирования следующих компетенций, соответствующих ФГОС ВПО и требованиям к результатам освоения основной образовательной программы (ООП):

- общекультурных

ОК-1 – владение культурой мышления, способностью к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения;

- профессиональных

ПК-1 - использование основных законов естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применение методов математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК–1);

 ПК-2 - способность выявить естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлечь их для решения соответствующий физико – математический аппарат.

МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина «Физические основы строительной акустики» относится к циклу математических и естественнонаучных дисциплин (цикл Б.2, вариативная часть) и является обязательной для изучения.

Требования к входным знаниям, умениям и компетенциям студента, необходимым для изучения дисциплины:

студент должен:

знать основные физические явления, фундаментальные понятия, законы и теории классической и современной физики в объеме курса физики, предусмотренного программой подготовки бакалавров;

уметьприменять полученные знания по математике и физике для решения типовых физических задач;

владетьметодами решения физических задач.

РО, полученные при изучении дисциплины «Физические основы строительной акустики», служат основой для изучения дисциплин «Экология», «Основы архитектуры и строительных конструкций»(математический, естественнонаучный и общетехнический цикл), «Безопасность жизнедеятельности», «Строительные материалы», «Инженерные системы зданий и сооружений» и других дисциплин профессионального цикла.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Раздел 1 «Физические основы акустики»

Дидактическая единица (ДЕ) 1.1 – Звуковые волны в жидкостях и газах

Акустика как наука об излучении и распространении звуковых волн. Задачи прикладной акустики в области борьбы с шумом. Основные разделы курса "Физические основы строительной акустики ".

Волновое уравнение как следствие уравнений гидродинамики. Звуковое давление, колебательная скорость, потенциал скоростей. Скорость звука. Характеристический импеданс (волновое сопротивление) среды.

Плоская гармоническая звуковая волна.

ДЕ 1.2 – Энергия и спектр звуковых волн

Энергиязвуковой волны, Вектор Умова. Интенсивность звука. Логарифмическая шкала силы звука. Децибел.

Негармонические волны. Спектр звуковых сигналов.

ДЕ 1.3 – Восприятие звука человеком

Высота тона. Инфразвук. Ультразвук.

Уровень громкости. Кривые громкости. Порог слышимости. Болевой порог. Область слышимости.

Спектральный состав звука. Музыкальные звуки. Тембр. Речь. Шум.

ДЕ 1.4 – Источники и приемники звука

Излучение звука колеблющимися телами. Гидродинамические излучатели звука.

Микрофоны. Шумомеры. Способы записи звука.

ДЕ 1.5 – Отражение и преломление звуковых волн

Отражение звуковой волны от плоской границы при нормальном падении. Граничные условия. Коэффициент отражения, коэффициент поглощения. Акустический импеданс поверхности.

Отражение и преломление при наклонном падении.

Прохождение звука через плоский слой. Коэффициент звукоизоляции.

Раздел 2 «Элементы архитектурной акустики»

ДЕ 2.1 – Волновая теория распространения звука в ограниченном пространстве

Колебания внутри прямоугольного параллелепипеда. Нормальные волны (моды). Собственные частоты. Резонансные явления.

ДЕ 2.2 – Статистический метод расчета звукового поля в помещении

Критерии применимости статистических методов расчета. Диффузное звуковое поле.

Расчет временной зависимости средней плотности звуковой энергии в помещении. Реверберация. Время реверберации.

Время реверберации как основная характеристика акустических качеств помещения.

Раздел 3 «Проблемы борьбы с шумом»

ДЕ 3.1 - Источники шума. Классификация шумов

Общий подход к классификации источников шума: механизм возникновения шума, уровень шума, спектральный состав, временные характеристики, возможность снижения шума в источнике.

Источники шума на производстве, в жилых помещениях, на транспорте.

ДЕ 3.2 – Действие шума на организм человека. Контроль уровня шума

Действие шума на организм человека. Шум как фактор загрязнения окружающей среды. Экологический аспект борьбы с шумом.

Требования к шумовым характеристикам жилых помещений и рабочих мест. Контроль уровня шума.

ДЕ 3.3 – Методы и средства борьбы с шумом

Снижение уровня шума в источнике. Строительно-акустические мероприятия по защите от шума. Использование звукопоглощающих материалов и конструкций. Звукоизоляция. Индивидуальные средства защиты.

ФОРМЫ КОНТРОЛЯ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

А) Очное обучение

Контроль освоения дисциплины производится в соответствии с Положением о рейтинговой аттестации текущей успеваемости студентов БГИТА.

Контроль усвоения материала студентами производится в дискретные временные интервалы лектором и преподавателями, ведущими практические занятия, в следующих формах:

защита расчетно-графической работы (РГР);

контрольное тестирование (2 раза в семестр)

Отдельно оцениваются личностные качества студента (аккуратность, исполнительность, инициативность) – работа на занятиях, своевременная защита задач РГР.

Текущая аттестациястудентов производится в сроки рейтинговой аттестации по совокупности следующих показателей:

- посещаемость лекций и практических занятий;

- качество выполнения и результаты защиты РГР;

- результаты тестирования.

Формаитогового контроляпо дисциплине «Физические основы строительной акустики» в четвертом семестре – зачет.

Формирование суммарного рейтингового балла проводится в соответствии с прилагаемыми графиками учебного процесса и контроля текущей успеваемости по дисциплине «Физические основы строительной акустики».

Б) Заочное обучение

Контроль усвоения материаластудентами производится лектором и преподавателями, ведущими практические занятия, в следующих формах:

собеседование на практических занятиях и консультациях;

проверка контрольной работы (КР).

Форма итогового контроля по дисциплине «Физические основы строительной акустики» - зачет.

ВЫПОЛНЕНИЕ РГР И КР

Студенты очной формы обучения выполняют расчетно-графическую работу, содержащую семь задач (задачи 1-7 из раздела 6). Вариант задания определяет преподаватель на первом практическом занятии. Защита РГР проходит в форме собеседования на практических занятиях.

Студенты заочной формы обучения выполняют контрольную работу, содержащую четыре задачи (задачи 1, 2, 5, 6 из раздела 6). Вариант задания определяет преподаватель на установочной лекции. Защита контрольной работы проходит в форме собеседования на консультациях в течение семестра или на практических занятиях во время зачетно-экзаменационной сессии.

ЗАДАЧИ Расчетно-графической (КОНТРОЛЬНОЙ) работы

6.1 Задача 1. Плоская звуковая волна в воздухе с частотой f при температуре t^оC имеет уровень звукового давления L _p(дБ) (см. табл.1).

Вычислить:

- скорость звука с и волновое сопротивление среды r_ос,

- длину звуковой волны l,

- амплитуду звукового давления p_max(Па),

- амплитуду колебательной скорости v_max и смещения x_maxчастиц воздуха в волне,

- амплитуду колебаний температуры в волне dT_max,

- уровень громкости в фонах.

Принять порог слышимости p_о=2×10^-5Па.

Таблица 1

Вариант	f, Гц	t, ^оС	L_p, дБ






		-5
		-10
		-15
		-20





		-5
		-10
		-15
		-20

6.2 Задача 2. Определить суммарный уровень звукового давления для четырех источников шума: L₁, L₂, L₃и L₄(см. табл.2).

Таблица 2

Вариант	L₁, дБ	L₂, дБ	L₃, дБ	L₄, дБ

6.3 Задача 3. Плоская звуковая волна падает под углом j на плоскую поверхность с импедансом Z₁= R₁+Y₁, выраженным в единицах волнового сопротивления воздуха r_оc (см. табл.3). Построить графики зависимости коэффициента отражения r(j) и коэффициента поглощения a(j) в пределах от 0^о до 90^о.

Таблица 3

Вариант	R₁	Y₁
	1,50	0,50
	0,48	-0,65
	1.04	0,40
	0,30	0,30
	2,15	-0,04
	5,50	1,50
	0,60	0,08
	3,25	-0,12
	0,80	0,02
	1,80	1,25
	1,50	-0,65
	0,38	0,40
	1,04	0,30
	0,30	-0,04
	2,15	1,50
	5,50	0,08
	0,60	-0,12
	3,25	0,02
	0,80	1,25
	1,80	0,50
	2,5	-0,3
	3,0	0,2
	1,2	0,12
	1,6	-0,2
	2,0	0,2

6.4 Задача 4. Построить графики зависимости коэффициента прохождения звуковой волны через слой материала и звукоизоляции слоя (в дБ) от частоты звука в пределах от 100 Гц до 1000 Гц. Толщина слоя d, плотность материала r₂, скорость звука в материале c₂ (см. табл.4).

Таблица 4

Вариант	d, м	r₂, кг/м³	с₂, м/с
	0,3
	0,1
	0,25
	0,8
	0,35
	0,15
	0,05
	0,4
	0,02
	0,12
	0,2
	0,4
	0,35
	0,45
	0,25
	0,45
	0,2
	0,5
	0,55
	0,65
	0,55
	0,65
	0,3
	0,4
	0,65

6.5 Задача 5. Построить спектр собственных частот помещения, имеющего форму прямоугольного параллелепипеда длины l, ширины b и высоты h (см. табл.5) в пределах от 0 до 100 Гц.

Таблица 5

Вариант	l, м	b, м	h, м


		5,5	3,5
			3,5


			3,5








			3,5






			3,5
			3,5

6.6 Задача 6. Определить время реверберации для пустой аудитории размерами l x b x h ( см. табл. 6) на частотах 125, 500 и 2000 Гц.

Пол аудитории – паркет по деревянному основанию.

Потолок и верхняя часть стен (с высоты 2 м) – сухая штукатурка.

Стены (до высоты 2 м) – оштукатурены и покрашены масляной краской.

Количество окон в аудитории при l = 6 м и 7 м – 2, при l = 8 м, 9 м и 10 м – 3, при l = 12 м и 15 м – 4. Ширина окна 1,5 м, высота 2 м. Высота подоконника над полом 0,5 м.

Как изменится время реверберации, если аудитория заполнена слушателями на жестких стульях? Принять удельную площадь 1,5 м²/чел.

Сравнить полученные значения времени реверберации с оптимальными и дать рекомендации по изменению эквивалентной площади звукопоглощения в данном помещении.

Таблица 6

Вариант	l, м	b, м	h, м


		5,5	3,5
			3,5


			3,5








			3,5






			3,5
			3,5

6.7 Задача 7. Резонансный звукопоглотитель представляет собой жесткую, перфорированную круглыми отверстиями панель, отстоящую от жесткой стенки на расстояние l. Толщина панели t, диаметр отверстия d, шаг перфорации a (см. табл.7).

Рассчитать резонансную частоту поглотителя и построить зависимость коэффициента звукопоглощения a от частоты в пределах от f_рез/2 до 3f_рез/2.

Таблица 7

Вариант	l, см	t, см	d, см	a, см
	1,1	0,18	0,8
	2,0	0,2	0,25
	1,0	0,2	0,2
	2,5	0,14	0,35	1,8
	1,5	0,15	0,8
	0,8	0,15	0,2
	1,0	0,25	0,3
	3,0	0,18	0,8
	4,0	0,5	0,35	1,8
	1,0	0,3	0,5
	1,3	0,18	0,8
	2,2	0,2	0,25
	1,2	0,2	0,2
	2,7	0,14	0,35	1,8
	1,7	0,15	0,8
	1,0	0,15	0,2
	1,2	0,25	0,3
	3,2	0,18	0,8
	3,5	0,5	0,35	1,8
	1,3	0,3	0,5
	1,8	0,25	0,25	2,5
	2,4	0,15	0,35
	3,5	0,35	0,25	1,5
	0,9	0,12	0,2
	0,9	0,15	0,15

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: