29 августа 2011
Некоторые особенности оценки защищённости ВП
(Часть 2)
О минимальном уровне тест-сигнала
Следует отметить, что приведённый в методике метод учёта поправки, требуемой при малом превышении измеряемой смеси сигнала и фонового шума над шумом нарушает требования ряда стандартов в области акустических и вибрационных измерениях. Например ГОСТ 27296-87 Звукоизоляция ограждающих конструкций Методы измерения (действует по настоящее время).
В этом случае, как отмечалось выше, производится попытка подойти к фоновым шумам как к шуму постоянному (имеющему отклонения не превышающие 5 дБА), что ничем не обосновано. В практике, учитывая требование об измерении минимального значения фоновых шумов (выбор минимума по массиву мгновенных значений) и измерения среднеквадратичного значения для смеси сигнал+шум, в любом случае, даже если за оцениваемой конструкцией сигнал не обнаруживается вообще, значение «сигнала» всегда, автоматически, будет меньше значения «шума». Эта ситуация приводит к тому, что при низких значениях тест-сигнала, не проникающего в нужной степени через измеряемую конструкцию, оценка защищённости получается некорректной независимо от реального значения показателя защищённости.
Проведённые эксперименты показали, что при снижении уровня тест-сигнала (например ступенями по 3 дБ), результат расчёта параметра защищённости дверного проёма повторялся с точностью до ±3?7% до тех пор, пока не создавалась вышеописанная ситуация. После снижения уровня тест-сигнала ниже «порогового», несмотря на внесение соответствующих поправок в расчёт, значение показателя защищённости скачком возросло до 0,76 и далее взрастало, хотя и медленнее. Результаты эксперимента и их статистическая обработка приведены в таблице 1. При меньших абсолютных значениях показателя разница получается ещё большая.
Таблица 1
Уровень тест-сигнала
[дБ] |
Значение
показателя |
Стандартное
отклонение |
Отклонение
% |
Среднеквадратичное
значение |
100 |
0,653 |
0,028889 |
100,9525 |
0,646839 |
100 |
0,695 |
107,4456 |
97 |
0,627 |
96,93294 |
96 |
0,67 |
103,5807 |
93 |
0,64 |
98,94272 |
90 |
0,61 |
94,30478 |
87 |
0,629 |
97,24214 |
83 |
0,764 |
|
118,1129 |
|
80 |
0,856 |
|
132,3359 |
|
76 |
0,9 |
|
139,1382 |
|
Таким образом, выявляется отсутствующее в настоящее время в методике, но абсолютно необходимое с точки зрения метрологии требование, что уровень тест-сигнал должен иметь такую величину, чтобы значение порождённого им сигнала (за- или на- исследуемой конструкции) превышало уровень фоновых шумов (их среднеквадратичное значение) в каждой октавной полосе не менее, чем на 10 дБ (ГОСТ 27296-87 Звукоизоляция ограждающих конструкций. Методы измерения. Общие положения, п. 3.1.6).
При невыполнении этого требования конкретное измерение должно считаться метрологически некорректным. Раздел 6 того же ГОСТ допускает снижение соотношения сигнал/шум при измерениях в натурных условиях до, минимум, 3 дБ с внесением коррекции в результаты.
В автоматизированной системе «Шёпот» изложенные в настоящем разделе требования уже реализованы в последних версиях программного обеспечения и продолжается работа по его совершенствования в этом направлении.
Случай, точнее случаи, когда, по независящим от оператора обстоятельствам, такое условие при измерениях не может быть выполнено, необходимо оговорить особо. Например:
Если при выполнении измерений для выполнения требования п. ххх тест-сигнал должен иметь величину, превышающую 110 дБ (ограничение на его максимальную величину обусловлено техническими данными источника тест-сигнала и/или допустимыми санитарными нормами), то считать данную конструкцию защищённой по акустическому (вибрационному) каналам в тех случаях, когда уровень октавных фоновых шумов не менее 25 дБ в любой из октав.
Дополнительно следует ввести в методику понятие измерения и учёта реального затухания в описываемых каналах, разумеется с приложением её изложения. Суть предлагаемого метода, его основные положения и приёмы практической реализации будут рассмотрены ниже.
О выборе контрольных точек
Отдельно необходимо рассматривать вопрос о выборе места расположения и количестве контрольных точек, которые необходимо промерить для объективной оценке помещения.
Практически, единственным элементом ограждающих конструкций ВП, для оценки защищённости которых достаточно (и это, насколько нам известно, никем не оспаривается) одной контрольной точки, являются дверные проёмы. Здесь комментарии не нужны.
Уже при оценке систем инженерных конструкций (радиаторы отопления с отходящими трубами, водоснабжение, канализация и т.д.) возникает рад вопросов и разночтений. Не вдаваясь в вполне очевидное обоснование считаем необходимым дополнить требования методики следующей формулировкой:
Измерениям с целью оценки возможности утечки по вибрационному каналу подлежат все элементы инженерных конструкций (трубопроводы теплоснабжения, водоснабжения, канализации, жёсткие кабельные сооружения и т. Д., выходящие за пределы КЗ), присутствующих в ВП. При этом контрольная точка размещается на каждой оцениваемой конструкции возможно ближе к границе выхода её за пределы контролируемой зоны, но не ближе 15 см от массивных ограничивающих конструкций (стена, капитальная перегородка, фундамент и т.д).
Необходимо в этой связи однозначно определить, что подразумевается в СТР под термином «теплопункт». В области строительства и эксплуатации зданий такой термин отсутствует. В связи с этим возникает многозначное толкование, приводящее к невозможности принять правильное решение. Наличие в пределах КЗ стандартного теплообменника (бойлерной) должно быть однозначно определенно как основание для принятия решения о наличии или отсутствии канала утечки по элементам системы теплоснабжения. С нашей точки зрения наличие теплообменника (бойлерной) в пределах КЗ препятствием для существования вибрационного канала утечки не является.
Особо необходимо определить месторасположения контрольных точек на остеклении окон. Этот вопрос совсем не прост и особенно актуален в связи с появлением требований МВТР.
Во-первых давно назрела необходимость чётко определить, что защищённость остекления окон должна контролироваться (измеряться) на каждой плоскости остекления, минимум, с одной стороны. Для вариантов остекления стеклопакетом (в том числе многокамерным) необходимо, отдельно, оговорить его измерения только на внешних поверхностях каждого пакета (внешних стёклах).
В настоящее время для оценки защищённости поверхности остекления одной фрамуги окна НМД АРР требует выполнения не менее 3 контрольных точек, никак не оговаривая условий их размещения. Очень значительный объём реальных исследований, выполненных в ЦБИ «МАСКОМ», позволяет нам предложить более строго определённые критерии, например:
При выполнении оценки одиночного остекления необходимо выполнить на нём не менее 4 контрольных точек, размещённых в центре остекления (обязательно) и на наибольшем удалении от датчиков САЗ (при её наличии) и не ближе 70 мм от любого края стекла. В том случае, если в любой из этих точек требуемое соотношение сигнал/шум выполняется в каждой октавной полосе с запасом не менее 4,5 дБ или значение показателя защищённости имеет величину не более 0,7 от нормируемой дальнейшие измерения (увеличение числа контрольных точек) допускается не производить. При получении результатов в любой из первоначальных контрольных точек, выходящих за указанные рамки (ухудшение параметра защищённости), выполнять измерения в дополнительных контрольных точках, размещаемых как указано выше. Максимальное количество контрольных точек определяется по количеству узлов условной сетки с шагом 150*150 мм, наложенной на поверхность оцениваемого стекла.
При выполнении оценки остекления, выполненного стеклопакетом (однокамерным или двухкамерным) необходимо выполнить на нём не менее 7 контрольных точек, применяя вышеприведённые критерии с изменением значения запаса для соотношения сигнал/шум до 6 дБ, значения показателя защищённости до 0,45 от нормируемой величины и шага условной сетки до 100*100 мм.
Допускается, при получении результатов параметров защищённости (Ei и/или W) с запасом, превышающим 200%, ограничиваться для одиночного остекления 2?3 контрольными точками и для стеклопакета – 3?5 контрольными точками.
При оценке остекления стеклопакетом и установке датчиков САЗ на одну поверхность, а размещении контрольных точек на другой поверхности стеклопакета количество точек и их размещение устанавливается по согласованию с Заказчиком.
При оценке ограждающих конструкций по акустическому каналу (стены, окна, перегородки, перекрытия потолка и/или пола) достаточно выполнять 1 контрольную точку на всю конструкцию при обоснованной уверенности в её однородности (отсутствии проёмов, щелей, трещин, проломов и т.д). Выявленные неоднородности должны оцениваться каждая отдельно. Оценка вибрационного канала должна выполняться для каждого строительного элемента (монолитная плита) раздельно.
Об установленном методе измерения
Действующая методика предусматривает два метода измерения и вычисления октавных соотношений сигнал/шум.
Один из них заключается в «калибровке» источника тестового акустического сигнала и использования данных калибровки для последующих расчётов. Физический смысл этого метода основывается на предположении, что уровень звукового давления источника будет оставаться неизменным при условии неизменности АЧХ и подводимой к акустической колонке мощности.
Второй метод заключается в прямом измерении для каждой контрольной точки значения тест-сигнала с помощью измерительного микрофона, размещённого на расстоянии 0,5 м от исследуемой конструкции.
В первом методе приведённое допущение возможно, но с рядом ограничений.
Как уже упоминалось выше, распространение акустической волны в свободном пространстве и в помещении различается тем больше, чем больше время реверберации в помещении. Действующая редакция методики никак не рассматривает этот вопрос.
В системе метрологических ГОСТ-ов перечислены методы определения шумовых характеристик (ГОСТ 23941-2002 Методы определения шумовых характеристик. Общие требования. ГОСТ 12.1.050-86 Методы измерения шума на рабочих местах. Общие требования) Для офисных помещений, оценку защищённости которых, как правило, приходится выполнять, наиболее часто, помещение, в котором распространение и затухание акустической волны происходит по законам, приближающемся к законам в свободном пространстве, должно иметь время реверберации не более 0,5 с.
Основываясь на этом целесообразно дополнить методику в части применимости метода калиброванного источника тест-сигнала требованиями соответствующих ГОСТ-ов. Причём условия калибровки источника также должны соответствовать требованиям действующих стандартов.
При этом необходимо ввести в состав НМД и методику измерения времени реверберации в исследуемых помещениях, в противном случае вопрос о применимости метода калиброванного источника вновь будет не определён. Нельзя не отметить, что всё вышеизложенное усложняет процедуру инструментальной оценки защищённости помещений и увеличивает стоимость работ..
Для этого метода особенно важно внимательное отношение к размещению источника тест-сигнала и его строгое нормирование, так как звуковое давление на исследуемую конструкцию будет однозначно зависеть от этого расстояния.
Таким образом, применение метода калиброванного источника требует дополнения методологической части НМД АРР, увеличения объёмов измерительных работ (в части определения свойств конкретного помещения), хотя и уменьшает объём измерений в конкретных контрольных точках (за счёт исключения замера уровня тест-сигнала).
Вопрос о оценке возможных величин ошибки измерений при применении данного метода лежит за рамками данной статьи.
Метод измерения тест-сигнала в каждой контрольной точке (именно этот метод исторически сложился в практике исследований и реализован в ряде специализированных средств измерений) не требует исследования акустических свойств оцениваемого помещения.
Его методологическое обоснование в достаточно полно и укладывается в рамки ГОСТ-ов в области акустической метрологии, за исключением уменьшенного до 30 с времени измерения фоновых шумов и изложенных выше требований о соотношениях сигнал/шум.
Однако при применении этого метода теряют смысл приведённые в методике ограничения на размещение акустического излучателя. Действительно, какая разница, где и на каком расстоянии от исследуемой конструкции находится излучатель, если значение звукового давления падающей тестовой звуковой волны измеряется. Важно лишь оговорить, что излучатель должен быть размещён дальше от конструкции, чем контрольный микрофон. Остальные ограничения метрологического смысла не имеют. Целесообразно снять имеющиеся жёсткие требования методики на размещение излучателя для данного метода, оговорив, например:
Излучатель акустического тест-сигнала размещать в помещении произвольно, но не ближе 1,5 м от исследуемой конструкции и не ближе 1 м от микрофона, измеряющего уровень звукового давления тестового сигнала.
О тональном и шумовом тест-сигналах
Необходимо особо сказать о случае использования в качестве тест-сигнала не шума, а тонального сигнала, что не запрещают требования методики.
В условиях свободного пространства оба вида тест-сигналов равносильны. Но в условиях реального помещения картина меняется принципиально. Если время реверберации в исследуемом помещении больше, чем 0,3?0,5 с, то неизбежно образование пространственной интерференционной картины, создаваемой прямой и, в общем случае несколькими, отражёнными волнами.
В этом случае измерение значения звукового давления в конкретной точке пространства (в частности в 0,5 м от, например, плоскости дверного полотна на высоте 1,5 м от пола) будет говорить о значении давления только в этой точке и никакой другой. Смещение микрофона параллельно плоскости двери на несколько см может привести к изменению измеряемой величины 3?10 раз (на 10?20 дБ). В таких условиях говорить о повторяемости результатов и реальной оценке защищённости просто не имеет смысла. ГОСТ-ы , описывающий аналогичные измерения в строительной акустике требует, при использовании тонального тест-сигнала, выполнение не менее 15 измерений, контрольные точки которых равномерно распределены в плоскости дверного проёма и усреднении полученных результатов. И это на одной частоте. С учётом оценки в пяти октавных полосах необходимо выполнить 75 отдельных измерений. Комментарии в этом случае излишни.
При использовании шумового тест-сигнала, за счёт присутствия в его составе, одновременно, бесконечного (теоретически) числа частот, интерференционная «картина» нивелируется и приведённое выше перемещение контрольного микрофона заметных флуктуаций измеряемой величины не вызывает. Поэтому и однократное измерение октавных значений соотношений сигнал/шум достаточно объективно характеризует уровень падающей акустической волны.
Возможным путём разумного сочетания использования тонального тест-сигнала и практически реализуемости методики может быть применение многочастотного источника тест-сигнала, генерирующего, одновременно, не менее 7-10 тональных сигналов в каждой октавной полосе. Следует, однако, отметить, что такой многочастотный тест-сигнал по своим характеристикам (при независимых фазах каждой из частот) и по восприятию человеческим ухом крайне близок к белому шуму.
Продолжение следует
