Лабораторная работа №1. Измерение шумовой характеристики рабочих мест в лаборатории ИЗОС

Введение

Все более возрастающий интерес к защите окружающей среды вовлекает все больше и областей науки, способных помочь в решении данной задачи.

Являясь одной из областей физики – акустика (от греч. ἀκούω (аку́о) — слышу) была внедрена в огромное число новейших разработок и нашу повседневную жизнь. Проезжающий мимо автомобиль с громко включенной музыкой, неисправный прибор или же скопление людей – всё это источники шума, и как они влияют на нас с вами – задача технической акустики.

Медицина, неразрушающий контроль, музыкальные инструменты и компьютерные технологии не смогли бы существовать без этой дисциплины.

В курсе лабораторных работы по технической акустике и защите от шума рассмотрены основные государственные стандарты и нормы, распространяющиеся на шумы и вибрации для формирования у студентов представления способов их контроля и анализа.

 

 

Лабораторная работа №1. Измерение шумовой характеристики рабочих мест в лаборатории ИЗОС

Цель работы

1. Измерить характеристики шума на рабочих местах.

2. Определить эквивалентный уровень шума.

3. Дать рекомендации по снижению уровня шума.

Основные понятия

Звук — колебания частиц упругой среды, которые воспринимаются органами слуха человека, в направлении их распространения.

Шум — наложение различных по частоте и силе звуков от разных источников.

Слышимый шум — 20 - 20000 Гц, устойчивый слышимый звук — 1000 Гц - 3000 Гц.

Звуковое давление - переменная составляющая давления воздуха или газа, возникающая в результате звуковых колебаний, Па.

Эквивалентный /по энергии/ уровень звука, LА_экв., дБА (Децибел по шкале А), непостоянного шума - уровень звука постоянного широкополосного шума, который имеет такое же среднеквадратичное звуковое давление, что и данный непостоянный шум в течение определенного интервала времени.

Бел (сокращение: Б) — безразмерная единица измерения отношения (разности уровней) некоторых величин (например, энергетических — мощности и энергии или силовых — напряжения и силы тока) по логарифмической шкале. Отношение двух величин P1 и P2, выраженное в белах, определяется как десятичный логарифм отношения этих величин.

Бел впервые был введён в использование инженерами из телефонной лаборатории Белла и в 1923—1924 гг. был назван в честь основателя лаборатории и изобретателя телефона Александра Грэма Белла (Alexander Graham Bell). Обратите внимание, что при образовании названия единицы по его фамилии, последнее «л» было отброшено.

В акустике 1 бел фактически принят за единицу громкости звука. Это логарифм отношения мощности звука к некоторой начальной мощности, в качестве которой взят порог слышимости для человеческого уха, который составляет 10⁻¹² Вт/м².

Но, поскольку для повседневного использования 1 бел оказался слишком большой величиной, то на практике вместо него применяется величина равная 0,1 бела — децибел (дБ).

Применение децибел в акустике оказывается очень удобным, так как слуховое восприятие и оценка интенсивностей звуков при этом находятся в строгой связи и, к тому же, изменение интенсивности звука на 1 дБ улавливается ухом как едва заметное изменение громкости.

Окта́ва (от лат. octava — восьмая) — музыкальный интервал, в котором соотношение частот между звуками составляет 1 к 2. Субъективно на слух октава воспринимается как устойчивый, базисный музыкальный интервал. Два последовательных звука, отстоящие на октаву, воспринимаются очень похожими друг на друга, хотя явно различаются по высоте.

Предельно допустимый уровень (ПДУ) шума - это уровень фактора, который при ежедневной (кроме выходных дней) работе, но не более 40 часов в неделю в течение всего рабочего стажа, не должен вызывать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений. Соблюдение ПДУ шума не исключает нарушения здоровья у сверхчувствительных лиц.

Допустимый уровень шума - это уровень, который не вызывает у человека значительного беспокойства и существенных изменений показателей функционального состояния систем и анализаторов, чувствительных к шуму.

Максимальный уровень звука, LА_макс, дБА - уровень звука, соответствующий максимальному показателю измерительного, прямопоказывающего прибора (шумомера) при визуальном отсчете, или значение уровня звука, превышаемое в течение 1% времени измерения при регистрации автоматическим устройством.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1) Привести шумомер ШИ-01В в рабочее состояние, подключив соединительный кабель, микрофон. Под контролем преподавателя настроить прибор для измерений: диапазон измерений, тип шкалы и т.д.

2) Включить источники шума (согласно заданию преподавателя для каждой из подгрупп), отметив данный пункт в отчёте по лабораторной работе.

3) Произвести троекратное измерение уровня шума в каждой из точек аудитории, соответствующих рабочему месту (согласно схемы – рис. 2). Измерение проводить следующим способом: установив микрофон на рабочее место при работающих источниках шума нажать кнопку «пауза», записать результат отображаемый на ЖК - дисплее, спустя время (около 20-30 секунд) вновь нажать клавишу «пауза» и т.д. Результаты измерений записать в таблицу №2.

4) По формуле (2) рассчитать среднеквадратичную величину звукового давления. Результат расчёта занести в таблицу 2.

5) По формуле (1) рассчитать эквивалентный уровень шума. Результат расчёта занести в таблицу 2.

6) Повторить п. п. 1-5 для другой комбинации работающих источников шума.

7) Сделайте заключение. Оцените полученные результаты измерений, сравнив их с допускаемыми уровнями шума. Предложите методы по снижению уровня шума при использовании лабораторного оборудования.

 

Таблица 2 – Результаты измерения уровня шума

Источник шума -
Параметр, дБА
№ измерения   № рабочего места	LA1,	LA2	LA3	L	P	LAЭКВ
…

Контрольные вопросы

1) Понятие шум, звук, звуковое давление.

2) Децибел. Определение. Какова причина применения данной единицы измерения для описания уровня звукового давления.

3) Эквивалентный уровень звука.

4) Предельно допустимый уровень (ПДУ) шума.

5) Допустимый уровень шума.

6) Максимальный уровень звука.

7) Классификация шумов по характеру спектра.

8) Классификация шумов по временным характеристикам.

9) Классификация непостоянных шумов.

10) Шумомер-виброметр ШИ-01В. Назначение и основные компоненты.

11) Методика расчёта эквивалентного уровня шума.

Цель работы

1) Измерить характеристики шума на рабочих местах от источника непрерывного шума в различных полосах октавных частот.

2) Дать рекомендации для увеличения качества шумозащиты.

Основные понятия

Звук — колебания частиц воздушной среды, которые воспринимаются органами слуха человека, в направлении их распространения.

Шум — сочетание различных по частоте и амплитуде звуков.

Экспериментальная установка

Прибор ШИ-01В предназначен для измерений уровней звука с частотными характеристиками А, С, общего уровня звукового давления звукового и инфразвукового диапазонов с частотной характеристикой ЛИН, уровней звукового давления в октавных и третьоктавных полосах; уровней виброускорения с частотной характеристикой ЛИН, уровней виброускорения в октавных и третьоктавных полосах, корректированных уровней виброускорения.

Измерение параметров шума основано на преобразовании звуковых колебаний в электрические с их последующей обработкой в соответствии функциональной схемой прибора.

В режиме измерения уровней звукового давления в октавных полосах частот состав цифрового вывода входят значения Leq (крупный шрифт), S, Smax, Smin и средней геометрической частоты фильтра, отмеченного мар­ке­ром вывода. Результаты измерения детектором S дополнительно пред­ставлены в виде аналоговых индикаторов для всех фильтров, рисунок 3.

За максимальный уровень звука L_Amax, дБА, при проведении измерения шума шумомером следует принимать наибольшее значение уровня звука за период измерения шума (MAX).

Порядок выполнения работы

1) Измерительный микрофон должен быть направлен в сторону источника шума и удален не менее, чем на 0,5 м от оператора, проводящего измерение.

2) Переключатель частотной характеристики шумомера при проведении измерения октавных уровней звукового давления - в соответствии с инструкцией к прибору (по указанию преподавателя).

3) Переключатель временной характеристики измерительной аппаратуры должен быть установлен в положение "медленно". Значения октавных уровней звукового давления постоянного шума следует принимать по показаниям прибора и считывать с точностью до 1 дБА (дБ).

4) Установить частоту звука на звуковом генераторе в соответствии с указанием преподавателя.

5) Произвести пятикратное измерение уровня шума для каждой октавной полосы частот источника постоянного шума. Полученные результаты заносить в таблицу №1 Отчёта по лабораторной работе.

6) Изменить частоту звукового генератора по указанию преподавателя и повторить п. 5. Результаты занести в таблицу №1 Отчёта.

7) По формуле (4) рассчитать среднеквадратичную величину звукового давления. Результат расчёта занести в таблицу №1 Отчёта.

8) По формуле (3) рассчитать уровень звукового давления для каждой из среднегеометрических частот. Результат расчёта занести в таблицу №1 Отчёта.

9) По полученным данным постройте график измеренного спектра постоянного шума с его наложением на предельный спектр (разными цветами).

10) Сделайте заключение. Оцените полученные результаты. Предложите методы по снижению уровня шума при использовании лабораторного оборудования.

 

Контрольные вопросы

1) Понятие шум, звук.

2) Понятие длины волны, периода колебаний.

3) Понятие частоты, октавы, октавных полос частот.

4) Понятие спектра, предельного спектра, границы среднегеометрических частот.

5) Разделение спектра по принадлежности к частоте звука.

6) Понятие тонального, широкополосного шума. Приведите примеры.

7) Понятие интенсивности звука, звукового давления. Их взаимосвязь.

8) Параметры волны: длина волны, частота, период. Их взаимосвязь.

9) Способы нормирования шума.

10) Действие шума на человека. Первая и вторая ступени действия.

11) Действие шума на человека. Третья и четвёртая ступени действия.

12) Принцип действия шумомера ШИ-01В. Основные компоненты.

 

Цель работы

Экспериментальное определение логарифмических уровней виброускорений от электроинструмента и коллективного действия источников общей вибрации в лаборатории ИЗОС.

Основные понятия

Вибрация (лат. Vibratio — кoлебание, дрожание) — механические колебания.

Колеба́ния — повторяющийся в той или иной степени во времени процесс изменения состояний системы.

Основными физическими характеристиками вибрации являются амплитуда и частота колебаний. Амплитуда вибросмещения измеряется в м или см, а частота колебаний – в герцах.

Учитывая, что при любом колебательном движении непрерывно изменяется скорость и ускорение (наибольшие на осевой линии колебания и наименьшие в крайних позициях), вибрацию оценивают по скорости и ускорению.

Для вибрации отсчет децибел ведется от условной опорной (пороговой) виброскорости, равной , виброускорения – . Пороговое вибросмещение - .

Виброскорость и виброускорение оцениваются в пределах стандартных октав со среднегеометрическими частотами – 1; 2; 4; 8; 16; 31,5; 63; 125; 250 Гц и выше. Вибрация с частотой до 32 Гц относится к низкочастотной, а более 32 Гц – к высокочастотной.

Вибрация точки бывает плоскостной (по плоской траектории), пространственной (по пространственной траектории), поступательной (линейной) (вибрация твердого тела при его поступательном движении и угловая (крутильная) вибрация (при вращательном движении).

Среднеквадратическое значение колеблющейся величины -квадратный корень из среднего арифметического или среднего интегрального значения квадрата колеблющейся величины в рассматриваемом интервале времени. Если имеется дискретных значений колеблющейся величины, то среднее квадратическое значение:

Спектр колебаний (вибрации) - Совокупность соответствующих гармоническим составляющим значений величины, характеризующей колебания (вибрацию), в которой указанные значения располагаются в порядке возрастания частот гармонических составляющих. Периодическим и почти периодическим колебаниям соответствует дискретный спектр, непериодическим - непрерывный спектр.

Дискретный, непрерывный, амплитудный, фазовый, энергети­ческий спектры - спектры колебаний или частот, в котором частоты гармонических составляющих колебаний образуют дискретное (или, соответственно, непрерывное, спектр амплитуд, спектр начальных фаз, удельная энергия колебаний) множество.

Спектральный анализ колебаний (вибрации) - Определение спектра колебаний (вибрации) или спектра частот.

Октавная полоса частот - Полоса частот, у которой отношение верхней граничной частоты к нижней равно 2: , где — нижняя граничная частота, Гц; — верхняя граничная частота, Гц

Полуоктавная полоса частот - Полоса частот, у которой отношение верхней граничной частоты к нижней равно : .

Третьоктавная полоса частот - Полоса частот, у которой отношение верхней граничной частоты к нижней равно : .

Среднегеометрическая частота полосы (Среднегеометрическая частота) - Квадратный корень из произведения граничных частот полосы: .

Стоячая волна - Состояние среды, при котором расположение максимумов и минимумов перемещений колеблющихся точек среды не меняется во времени. Стоячую волну можно рассматривать как результат наложения двух одинаковых бегущих волн, распространяющихся навстречу одна другой.

Классификация вибрации

По источнику возникновения вибраций различают:

Ø локальную вибрацию, передающуюся человеку от ручного механизированного инструмента (с двигателями), органов ручного управления машинами и оборудованием;

Ø локальную вибрацию, передающуюся человеку от ручного немеханизированного инструмента (без двигателей), например, рихтовочных молотков разных моделей и обрабатываемых деталей;

Ø общую вибрацию 1 категории - транспортную вибрацию, воздействующую на человека на рабочих местах самоходных и прицепных машин, транспортных средств при движении по местности, агрофонам и дорогам.

Ø общую вибрацию 2 категории - транспортно-технологическую вибрацию, воздействующую на человека на рабочих местах машин, перемещающихся по специально подготовленным поверхностям производственных помещений, промышленных площадок, горных выработок. К источникам транспортно-технологической вибрации относят: экскаваторы (в том числе роторные), краны промышленные и строительные; горные комбайны и т.д.

Ø общую вибрацию 3 категории - технологическую вибрацию, воздействующую на человека на рабочих местах стационарных машин или передающуюся на рабочие места, не имеющие источников вибрации (станки металло- и деревообрабатывающие, кузнечно-прессовое оборудование, литейные машины, электрические машины и др.).

 

Общую вибрацию категории 3 по месту действия подразделяют на следующие типы:

а) на постоянных рабочих местах производственных помещений предприятий;

б) на рабочих местах на складах, в столовых, бытовых, дежурных и других производственных помещений, где нет машин, генерирующих вибрацию;

в) на рабочих местах в помещениях заводоуправления, конструкторских бюро, лабораторий, учебных пунктов, вычислительных центров, здравпунктов, конторских помещениях, рабочих комнатах и других помещениях для работников умственного труда;

Ø общую вибрацию в жилых помещениях и общественных зданиях от внешних источников: городского рельсового транспорта (мелкого залегания и открытые линии метрополитена, трамвай, железнодорожный транспорт) и автотранспорта;

Ø общую вибрацию в жилых помещениях и общественных зданиях от внутренних источников: инженерно-технического оборудования зданий и бытовых приборов (лифты, вентиляционные системы, насосные, пылесосы, холодильники, стиральные машины и т.п.), предприятий коммунально-бытового обслуживания, котельных и т.д.

По направлению действия вибрацию подразделяют в соответствии с направлением осей ортогональной системы координат:

Ø локальную вибрацию подразделяют на действующую вдоль осей ортогональной системы координат X_л, Y_л, Z_л, где ось X_л параллельна оси места охвата источника вибрации (рукоятки, ложемента, рулевого колеса, рычага управления, удерживаемого в руках обрабатываемого изделия и т.п.), ось Y_л перпендикулярна ладони, а ось Z_л лежит в плоскости, образованной осью X_л и направлением подачи или приложения силы (или осью предплечья, когда сила не прикладывается);

Ø общую вибрацию подразделяют на действующую вдоль осей ортогональной системы координат X_о, Y_о, Z_o, где Х_о (от спины к груди) и Y_o (от правого плеча к левому) - горизонтальные оси, направленные параллельно опорным поверхностям; Z_o - вертикальная ось, перпендикулярная опорным поверхностям тела в местах его контакта с сиденьем, полом и т.п.

Направления координатных осей приведены на рис. 4.

По характеру спектра вибрации выделяют:

Ø узкополосные вибрации, у которых контролируемые параметры в одной 1/3 октавной полосе частот более чем на 15 дБ превышают значения в соседних 1/3 октавных полосах;

Ø широкополосные вибрации - с непрерывным спектром шириной более одной октавы.

По частотному составу вибрации выделяют:

Ø низкочастотные вибрации (с преобладанием максимальных уровней в октавных полосах частот 1 - 4 Гц для общих вибраций, 8 - 16 Гц - для локальных вибраций);

Ø среднечастотные вибрации (8 - 16 Гц - для общих вибраций, 31,5 - 63 Гц - для локальных вибраций);

Ø высокочастотные вибрации (31,5 - 63 Гц - для общих вибраций, 125 - 1000 Гц - для локальных вибраций).

 

Рисунок 4 – Направление координатных осей при действии вибрации

По временным характеристикам вибрации выделяют:

Ø постоянные вибрации, для которых величина нормируемых параметров изменяется не более чем в 2 раза (на 6 дБ) за время наблюдения;

Ø непостоянные вибрации, для которых величина нормируемых параметров изменяется не менее чем в 2 раза (на 6 дБ) за время наблюдения не менее 10 мин при измерении с постоянной времени 1 с, в том числе:

а) колеблющиеся во времени вибрации, для которых величина нормируемых параметров непрерывно изменяется во времени;

б) прерывистые вибрации, когда контакт человека с вибрацией прерывается, причем длительность интервалов, в течение которых имеет место контакт, составляет более 1 с;

в) импульсные вибрации, состоящие из одного или нескольких вибрационных воздействий (например, ударов), каждый длительностью менее 1 с.

Источники вибрации

Вибрация возникает в самых разнообразных технических устройствах вследствие несовершенства их конструкции, неправильной эксплуатации, внешних условий (например, рельеф дорожного полотна для автомобилей), а так же специально генерируемая вибрация.

Источниками вибрации в технике могут быть:

Ø работающие электродвигатели, особенно плохо сбалансированные;

Ø дерево-, и металлообрабатывающее оборудование;

Ø ГТ двигатели самолетов и др. транспортных средств;

Ø вибрации металлоконструкций;

Ø низкочастотные вибрации музыкальных установок;

Ø природные вибрации — землетрясения, атмосферные разряды;

Ø плохое состояние дорожного покрытия;

Ø вибрации башен, дымовых труб, антенн, при знакопеременных ветровых нагрузках;

Ø вибрации ручного электроинструмента: дрели, отбойные молотки и др.

Защита от вибрации

Вибрационная защита -Совокупность средств и методов уменьшения вибрации, воспринимаемой защищаемыми объектами. Примечание. Под уменьшением вибрации понимают уменьшение значений каких-либо определенных величин, характеризующих вибрацию

Основными методами борьбы с разного рода шумами и вибрацией являются:

Ø уменьшение шума и вибрации в источнике их возникновения: совершенствование конструкции (расчёт фундамента, системы амортизаторов или виброизоляторов).

Ø звукопоглощение и виброизоляция.

Ø установка глушителей шума и вибрации, экранов, виброизоляторов.

Ø рациональное размещение работающего оборудования и цехов.

Ø применение средств индивидуальной защиты (виброгасящие рукавицы – см. рис. 5).

Ø вынесение шумящих агрегатов и устройств от мест работы и проживания людей, зонирование.

Рисунок 5 – Средства защиты рук от воздействия вибрации

Нормируемые параметры

Гигиеническая оценка постоянной и непостоянной вибрации, воздействующей на человека, должна производиться следующими методами:

· частотным (спектральным) анализом нормируемого параметра;

· интегральной оценкой по частоте нормируемого параметра;

· интегральной оценкой с учетом времени вибрационного воздействия по эквивалентному (по энергии) уровню нормируемого параметра.

Нормируемый диапазон частот устанавливается:

· для локальной вибрации в виде октавных полос со среднегеометрическими частотами: 8; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000, 2000, 4000 Гц;

· для общей вибрации в виде октавных или 1/3 октавных полосах со среднегеомет­рическими частотами 0,8; 1; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,15; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0; 10,0; 12,5; 16,0; 20,0; 25,0; 31,5; 40,0; 50,0; 63,6; 80,0 Гц.

Экспериментальная установка

Используемый шумомер выполнен в виде малогабаритного блока с автономным питанием. Конструктивно прибор состоит из блока измерительного (БИ), микрофонного предусилителя (ПУ), МК, адаптера вибропреобразователя (АВП) для ШИ-01В или адаптера-коммутатора вибропреобразователя (АКВП) для ШИ-01В(03), вибропреобразователя (ВП). На лицевой панели АКВП расположен переключатель каналов ВП. Переключатель имеет три положения, соответствующие оси, вдоль которой измеряется виброускорение. Маркировка положения переключателя соответствует маркировке осей ВП. При измерении уровней звука и звукового давления к БИ кабелем соединительным предусилителя подключается ПУ с МК. При измерении уровней виброускорения к БИ подключается ВП через АВП (АКВП). Внешний вид БИ представлен на рисунке 6.

Рисунок 6 - Внешний вид БИ

В режиме измерения локальной вибрации VhaX, VhaY, WhaZ одновременно измеряются уровни виброускорения в октавных полосах частот 8-4000 Гц и корректированный уровень виброускорения Wh. Для ШИ-01В(03) режим измерения должен соответствовать положению переключателя АКВП. Например, при установке переключателя в положение «Y» выбирается режим измерения VhaY Для всех величин измеряются среднеквадратичные значения уровней с постоянными усреднения 1 с, 5 с или 10 с и эквивалентные уровни. Определяются максимальные и минимальные значения за время измерения. Результаты измерения представлены в виде числовых значений и аналоговых индикаторов. Индикаторы с 1 по 8 отображают уровни в октавных полосах частот, индикатор 9 отображает корректированный уровень. В цифровом виде представлены значение эквивалентного уровня (крупный шрифт), постоянная времени усреднения, текущее, максимальное и минимальное значения среднеквадратичного уровня, значение средней геометрической частоты (для фильтров) или обозначение Wh (для корректированного уровня).

В режимах измерения общей вибрации VwbX, VwbY, VwbZ одновременно измеряются уровни виброускорения в третьоктавных полосах частот 0,8-80 Гц и корректированный уровень виброускорения Wk в режиме VwbZ или Wd в режимах VwbX, VwbY. Положение оси ВП должно соответствовать режиму измерения. Режим VwbZ предполагает, что ось ВП направлена по оси Z. Режим VwbY предполагает, что ось ВП направлена по оси Y. Для всех величин измеряются среднеквадратичные значения уровней с постоянными усреднения 1 с, 5 с или 10 с и эквивалентные уровни. Определяются максимальные и минимальные значения за время измерения. Результаты измерения представлены в виде числовых значений и аналоговых индикаторов. Так как число третьоктавных фильтров в режимах VZ и VXY равно 21 на ЖКИ показан участок третьоктавного спектра, шириной в 9 фильтров из 21. Числовые данные относятся к полосе, на которую установлен маркер. При перемещении маркера вывода правее или левее крайних полос в окне происходит сдвиг спектра относительно окна индикатора. Таким образом в окно индикатора для просмотра можно установить любой участок третьоктавного спектра. Шаг сдвига спектра относительно окна составляет 4 полосы. Если в окне установлен крайний правый участок спектра то последний аналоговый индикатор отображают значение Wd или Wk. Соответственно, при установке на него маркера вывода, вместо значения центральной частоты выводится обозначение Wd или Wk. В цифровом виде представлены значение эквивалентного уровня (крупный шрифт), постоянная времени усреднения, текущее, максимальное и минимальное значение среднеквадрати чного уровня с указанной постоянной времени усреднения.

Интерфейсы работы ЦСП с АЦП, ЖКИ и другими периферийными устройствами реализованы на ПЛМ. Для хранения результатов измерений и калибровок используется энергонезависимая память. Вывод результатов измерений в ПК осуществляется через порт.

Порядок выполнения работы

Цель работы

1) Ознакомиться с теорией производствен­ных шумов, физической сущностью и инженерным расчетом звукоизоляции, с прибо­рами для измерения шума, нормативными требованиями к производственным шумам.

2) С помощью установки лабораторной "Звукоизоляция и звукопоглощение БЖ 2МП" и шумомера Актаком АТТ-9000 провести измерения шума объекта, оценить эффективность мероприятий по сниже­нию шума средствами предоставленной звукоизоляции.

3) Дать характеристику типу наблюдаемого шума и предложить мероприятия по увеличению шумозащиты.

Общие сведения

1.1 Основные понятия и определения

Шум — сочетание различных по частоте и амплитуде звуков.

Частотный состав шума характеризует его спектр. Спектром шума называют зависимость уровня звукового давления в частотных полосах от средних частот этих полос. Спектр можно представить либо в виде таблицы, либо графически в виде ломаной линии. В качестве средней частоты октавной полосы принимают среднегеометрическую частоту:

где и - крайние частоты полосы.

Спектр, а, следовательно, и шум, которому он соответствует, может быть низкочастотным (максимум уровня звукового давления находится в области частот ниже 300 Гц), среднечастотным (область частот от 300 до 800 Гц) и высокочастотным (область частот более 800 Гц).

Звук с частотами ниже 20 Гц называют инфразвуком, а с частотами выше 20 кГц — ультразвуком. Эти звуки не слышимы для человека.

Шум называют тональным, если в нем прослушивается звук определенной частоты. В противном случае он будет широкополосным. Пример тонального шума — сигналы локомотивов, а широкополосного — шум водопада, шум подвижного состава.

Важной характеристикой звукового (шумового) поля (т. е. области пространства, в которой наблюдается шум), помимо звукового давления и частоты, является интенсивность звука Она представляет собой поток энергии, переносимой звуковыми волнами в единицу времени через площадку единичной площади, ориентированную перпендикулярно направлению звукового луча. Интенсивность звука — векторная величина, измеряемая в ваттах на метр квадратный (Вт/м²). С точки зрения охраны труда интерес представляет лишь средняя во времени величина интенсивности.

Звуковое давление - переменная составляющая давления воз­ду­ха или газа, возникающая в результате звуковых колебаний, Па.

Интенсивность и звуковое давление р связаны между собой соотношением:

где — средний квадрат звукового давления. Па²; р — плотность среды, в которой распространяется звук, кг/м³; С — скорость звука в данной точке среды, м/с.

Для воздуха независимо от атмосферного давления: , где Т — абсолютная температура воздуха, К.

Уровень интенсивности звука определяют по формуле (в дБ):

где — стандартное пороговое значение интенсивности, Вт/м².

1.2 Физическая сущность звукоизоляции

Звукоизолирующая способность преграды (коэффициент звукоизоляции) r равна отношению интенсивностей звука J₁₁ в падающих на преграду волнах к интен­сивности звука J₂₁ в волнах, прошедших через преграду:

(8)

Коэффициент прохождения δ связан с коэффициентом рассеяния ε и с коэффи­циентом отражения τ соотношением, выражающим закон сохранения энергии:

(9)

Звукоизоляция R, Дб, - десятикратный логарифм отношения (1) выражается разностью соответствующих значений интенсивности уровней звука:

(10)

Интенсивность звука в падающих на преграду под углом звуковых волнах определяется по формуле:

В прошедших за преграду под углом звуковых волнах:

Звукоизолирующая способность границы раздела двух разных сред при паде­нии на нее звуковой волны из средств с акустическим сопротивлением в среду с акустическим сопротивлением равна:

(11)

Рассмотрим прохождение волн через плоскую границу раздела двух полубес­конечных сред (, ), в которых продольные волны могут распространяться без потерь. Звуковые давления p₁₁, p₁₂, p₂₁ соответственно в волнах, падающих на грани­цу, отраженных от границы и прошедших через нее, будут иметь вид:

В этих граничных условиях используются нормальные акустические импедансы:

Отношение звуковых давлений в падающих и прошедших волнах:

Это так называемая формула Френеля, после подстановки которой в формулы (10) и (11), определяется звукоизоляция границы раздела двух сред:

(12)

Обобщенное понятие звукоизоляции преграды выражается формулой:

(13)

Соотношение (13) свидетельствует о том, что физическая сущность звукоизоляции обусловлена как отражением потока звуковой энергии от преграды в соответствии с принципом рассогласования импедансов, так и поглощением звуковой энергии в этой преграде.

1.3 Расчет требуемой звукоизолирующей способности от воздушного шума

Многие практические задачи защиты от шума решаются применением строи­тельно-акустических мер, в частности, увеличением звукоизоляции между помеще­ниями. В зависимости от способа возбуждения колебаний в строительных конструк­циях различают изоляцию воздушного и структурного звуков. К последнему случаю относится изоляция ударного звука перекрытием. Под изоляцией воздушного звука ограждающей конструкцией понимают свойство последней передавать в соседнее помещение только часть падающей на нее мощности воздушного звука. Для оценки звукоизоляции используют формулу:

(14)

где: Р ₁ - мощность звука, падающего на преграду (строительную конструкцию); Р ₂ - мощность звука, излучаемого обратной стороной преграды (строительной конструкцией).

Эго формула справедлива только в тех случаях, когда справа и слева от звуко­изолирующей преграды (строительной конструкции) находятся два помещения оди­накового размера. Как правило, рассматриваемая строительная конструкция разделяет два различных помещения.

В этом случае при условии возникновения в том и другом помещении диффуз­ных звуковых полей из формулы (14) следует:

(15)

где: L ₁ - уровень звукового, давления в помещении с источником шума; L ₂ - уровень звукового давления в звукоизолируемом помещении; S -площадь разделяющей помещение конструкции; А ₂ - эквивалентная площадь звукопоглощения в изолируемом помещении.

Требуемая величина звукоизоляции R _mp, дБ, ограждающей конструкции в октавной полосе частот, при проникновении шума из одного помещения в другое опре­деляется по формуле:

(16)

где: L ₁ - октавный уровень звукового давления в помещении с источником шума, дБ, В - постоянная помещения, защищаемого от шума, м²; S ₁ - площадь ограждающей конструкции (или отдельного ее эле