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, отно-
сится шум. Шум снижает производительность труда, увеличивает 
затраты нервной энергии работающих, способствует росту травма-
тизма, ухудшению работы органов слуха, развитию сердечно-
сосудистых заболеваний и т. п. В этой связи создание нормальной 
шумовой обстановки в производственных помещениях является 
важной экологической и социально-экономической задачей, решае-
мой 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 трудно-
сти. В значительной степени это связано со сложностью расчетов 
характеристик шумового режима помещений и оценки эффективно-
сти снижения шума на стадии разработки шумозащитных мероприя-
тий. Большинство существующих в настоящее время методов 
расчета энергетических параметров шумовых полей и разработан-
ных на их основе практических методик, как правило, требуют про-
ведения трудоемких вычислительных операций, не обладают 
необходимой точностью и мало приспособлены к современным тех-
нологиям 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 эко-
номическими причинами и в этой связи для обеспечения требуе-
мых параметров шумового режима широкое применение имеют 
пассивные методы. 
Разработку организационно-технологических, архитектурно-
планировочных и строительно-акустических мероприятий по сни-
жению шума наиболее целесообразно выполнять на всех стадиях 
проектирования объекта, начиная с технологической части проекта, 
выбора объемно-планировочных параметров помещения и объемно-
пространственной структуры здания, установления его конструктив-
ного решения и заканчивая определением отделки поверхностей 
ограждений, эффективной по условиям снижения шума. При таком 
подходе в процессе проектирования должны последовательно ре-
шаться 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 архи-
тектурно-планировочными и строительно-акустическими мероприя-
тиями 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 рабо-
чих местах с дополнительными рекомендациями по снижению воз-
действия шума на рабочего в случае превышения допустимых 
нормами уровней. 
Многовариантное проектирование и, как следствие этого, оп-
тимальный выбор объемно-планировочных решений помещений и 
ограждающих конструкций, обеспечивающих акустический ком-
форт помещений, требует качественно нового подхода к проекти-
рованию. Прогресс в этом направлении связан с расширением и 

8 

 
совершенствованием автоматизации проектирования. Сравнение 
традиционного и автоматизированного способов проектирования 
показывает, что отличительными особенностями последнего явля-
ются: выполнение многовариантных разработок на всех уровнях 
проектирования (технологическое проектирование, выбор объемно-
планировочного 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 объемно-
планировочными 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 соразмер-
ных помещениях) и низкой точности, обусловленной высокой сте-
пенью 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 исполь-
зоваться 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 про-
цессов, протекающих при формировании звукового поля, применить 
принципы статистического энергетического подхода к анализу от-
раженных шумовых полей помещений. В результате этого в по-
следние четыре десятилетия сложилось направление исследований 
формирования и распределения отраженной звуковой энергии 
в помещениях статистическими энергетическими методами. Име-
ющийся в настоящее время опыт показывает, что методы статисти-
ческого энергетического подхода позволяют достоверно оценивать 
энергетические параметры шума при сложных с акустической точ-
ки зрения условиях формирования отраженных шумовых полей 
производственных помещений. Предложенные методы в достаточ-
ной мере отвечают требованиям современного автоматизированного 
проектирования зданий. 
В монографии авторами обобщены результаты в области по-
становки и развития статистической энергетической модели отра-
женных звуковых полей помещений и разработки методов ее 
реализации. 

 

1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ШУМОЗАЩИТЫ 
В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЯХ 
И РОЛЬ В ЭТОМ ПРОЦЕССЕ 
АКУСТИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ 

В производственных зданиях с шумным оборудованием для 
снижения шума применяются различные меры шумозащиты. При 
принятии решения о необходимости и виде шумозащитных меро-
приятий в зданиях, а также в процессе их проектирования произво-
дят многократные расчеты уровней шума. От достоверности 
результатов расчетов напрямую зависит акустическая и экономическая 
эффективность разрабатываемых мероприятий. В главе рассмотрены 

принципы 
проектирования 
средств 
шумозащиты, 
произведена оценка значимости расчетов уровней шума в процессе 
их разработки, определены требования к методам расчета энергетических 
параметров шумовых полей, используемых при выборе и 
проектировании шумозащитных мероприятий. 

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

Все шумозащитные меры, применяемые в практике борьбы с 
шумом в помещениях производственных зданий можно условно 
разделить на три группы: мероприятия по снижению шума в источнике 
возникновения и его ближней зоне; организационно-
технологические и архитектурно-планировочные противошумные 
мероприятия; строительно-акустические меры снижения шума 
(рис. 1.1). Указанные мероприятия могут применяться отдельно или 
комплексно на стадиях проектирования, реконструкции и эксплуатации 
зданий. Выбор мер во многом зависит от вида источников 
шума, места их расположения в зданиях, путей распространения 
шума и других факторов. 
Мероприятия по снижению шума в источнике возникновения 
и его ближней зоне предполагают замену шумных источников, 
снижение шума внутри их или в ближней к ним зоне. Эти меры 
с точки зрения снижения шума являются, как правило, наиболее 

11 

 
эффективными и должны применяться в первую очередь. Они могут 
успешно использоваться на стадиях реконструкции и эксплуатации 
зданий. 
Среди перечисленных мер наиболее кардинальной является 
замена шумного оборудования на менее шумное. Однако в этом случае 
часто возникают значительные сложности, не позволяющие 
найти эквивалентный аналог существующего оборудования, отвечающий 
требованиям действующей технологической схемы и при 
этом имеющий более низкую акустическую мощность. 

 
Рис. 1.1 — Основные мероприятия по снижению воздушного шума 
в помещениях производственных зданий 

12 

 
Снижение шума внутри источника и в его ближней зоне достигается 
усовершенствованием конструкций источника, повышением 
его звукоизоляции путем установки кожухов или боксов, 
снижением излучения звуковой энергии за счет установки глушите-
лей шума в газовоздушных каналах и т. д. [1, 2]. Установка глушите-
ля шума является дорогостоящим мероприятием, эффективность 
которого зависит от правильного выбора конструкции глушителя и 
места его монтажа в тракте в каждом конкретном случае [2, 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 достоверные технико-
экономических расчетов возможных вариантов глушения. 
Размещение производственного оборудования в специальных 
кожухах или боксах приводит к снижению шумов, излучаемых кор-
пусом агрегата, и, соответственно, к улучшению шумового режима 
внутри помещения. Закрытое в кожухах и боксах оборудование 
представляет собой объемный источник шума с разными излучаю-
щими характеристиками поверхностей. Поэтому при проектирова-
нии кожухов необходимо иметь методы расчета шума, объективно 
оценивающие излучение звуковой энергии с их поверхностей [4, 5]. 
Методы снижения шума внутри источника и его ближней зоне 
во многих случаях трудно исполнимы, требуют значительных затрат 
и часто оказываются экономически нецелесообразными по сравне-
нию с другими методами [6]. 
Организационно-технологические и архитектурно-планиро-
вочные противошумные мероприятия включают в себя: зонирова-
ние пространств по шумовому воздействию на людей; обеспечение 
рационального с точки зрения ограничения распространения шума 
взаимного расположения производств с разными уровнями шума; 
расстановку технологического оборудования и размещение рабо-
чих мест внутри цехов с учетом технологических требований 
и шумовых характеристик оборудования; оптимизацию по услови-
ям шумозащиты структуры помещений в зданиях и объемно-
планировочных решений отдельных помещений. Разработка архи-
тектурно-планировочных и организационно-технологических меро-
приятий наиболее рациональна на ранних стадиях проектирования 
зданий. 
Противошумные мероприятия необходимо согласовывать 
с технологическим разделом проекта, в котором решаются задачи 

13 

 
рационального размещения технологического оборудования внутри 
отдельных помещений и в целом по зданию [7, 8, 9]. Учет требова-
ний по снижению шума на стадии технологического проектирования 
обеспечивается группировкой источников по степени их шумности, 
а также изолированием наиболее мощных источников в отдельных 
помещениях [8]. На этой же стадии решаются задачи по разработке 
планировочного решения здания исходя из условий обеспечения 
технологического процесса и санитарно-гигиенических требований, 
одним из которых является ограничение проникновения шума в 
смежные помещения. Последнее достигается группированием по-
мещений по степени шумности за счет разобщения тихих и шумных 
помещений. 
Объемно-планировочные параметры помещений (длина, ши-
рина и высота) при технологическом проектировании определяются 
технологическими процессами здания. Принятые параметры уточ-
няются по санитарно-гигиеническим требованиям и в том числе по 
уровням шума. Для использования критерия шумности в качестве 
показателя качества вариантов объемно-планировочных решений 
здания необходим метод расчета шумовых полей, учитывающий 
особенности формирования шума в помещениях с различными пла-
нировочными характеристиками. 
В целом выбор рациональной планировки и оптимизация размещения 
шумного оборудования может обеспечить уменьшение 
уровня шума на рабочих местах на 5–10 дБ [9]. 
Строительно-акустические 
средства 
снижения 
шума 
включают в себя способы ограничения шума на путях его распространения. 
К ним относятся устройство звукоизолирующих преград, 
звукопоглощающих облицовок и конструкций, акустических 
экранов и выгородок. Зачастую эти методы являются основными, 
и особенно, на стадии эксплуатации зданий. Выбор конкретного 
строительно-акустического средства, его акустическая и экономическая 
эффективность зависят от многих условий, например, от 
характера технологического процесса, от требуемой величины 
снижения шума, от частотного состава шума, от объемно-
планировочного решения помещения и т. п. 
Разработка строительно-акустических противошумных мероприятий 
базируется на обоснованном выборе конструкций зданий с 
необходимыми звукоизолирующими, звукопоглощающими или 
экранирующими свойствами. Требования защиты от шума для таких 

14