КЛАССИФИКАЦИЯ И НОРМИРОВАНИЕ ШУМА

В зависимости от характера частотного спектра различают шум широкопо­лосный и тональный. При тональном шуме в спектре имеются ярко выраженные дискретные тона. Широкополосный шум характеризуется наличием звуков раз­личной частоты.

На практике спектры получают с помощью фильтров, которые выделяют в исследуемом сигнале определенные полосы частот.

 

Δ f = f₂ – f₁ , (6.11)

 

где f₂ и f₁ – верхняя и нижняя частота соответственно.

Наибольшее распространение получили октавные фильтры. Октавной по­лосой считается полоса частот, у которых f₂ /f₁ = 2. Обозначается октавная полоса среднегеометрической частотой f_с.г . Принято спектр слышимых звуков делить на 9 октавных полос со среднегеометрическими часто­тами: 31, 5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц.

По временным характеристикам шумы подразделяются на постоянные, уровень звука которых за 8-часовой рабочий день изменяется не более чем на
5 дБ и непостоянные, для которых это изменение более 5 дБ. Непостоянные шумы подразделяются на колеблющиеся, прерывистые и импульсные. Допустимые уров­ни шума установлены ГОСТ 12.1.003-83. Шум. Общие требования безопасности. в зависимости от характера шума для различных помещений, а также СН 2.2 4/2.1.8.562-96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки».

Широкополосный, постоянный шум нормируется предельным спектром (ПС) – это совокупность допустимых уровней звукового давления в октавных поло­сах частот (табл. 6.1).

Таблица 6.1

Предельно допустимые уровни шума

 

Вид трудовой деятельности	Уровни звукового давления, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами	Уровни звука и эквивалентные уровни звука, дБА
31, 5
Творческая деятельность, проектирование, программирование обучение и т.д.
На постоянных рабочих местах в производственных помещениях и на территории предприятий

 

Каждый предельный спектр имеет свой индекс, где цифра указывает допус­тимый уровень звукового давления в октавной полосе 1000 Гц.

Для тонального и импульсного шума допустимый уровень звукового давления принимается на 5 дБ меньше установленной для данной частоты в предельном спектре.

Для ориентировочной оценки шума используются допустимые уровни звука L_А, дБА. Уровень звука измеряется шумомером на частотной характеристике «А». При этом чувствительность прибора на низких частотах ниже, чем на высоких, что позволяет получить как бы среднее значение уровня шума. Уровень звука связан с предельным спектром соотношением

 

L_А=ПС + 5 дБ. (6.12)

 

Для непостоянных шумов допустимое значение устанавливается эквива­лентным уровнем звука Lэкв, дБА. Эквивалентный уровень звука измеряется специальными интегрирующими шумомерами на частотной характеристике «А».

 

АКУСТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

 

Акустический расчет выполняется при проектировании новых предприятий, цехов, жилой застройки и т.п. с целью определения ожидаемых уровней звукового давления. Это позволяет уже на этапе проектирования сравнить расчетные значения с допустимыми и в случае не­обходимости предусмотреть меры по снижению шума.

Когда расчетная точка находится на открытом пространстве, уровни звуко­вого давления определяются во всех октавных полосах частот по формуле:

 

L = L_W +10 × lg Ф – 10 × lgS – Δ L, (6.13)

 

где L_W – уровень звуковой мощности источника шума, дБ, берется из паспорта машины, справочников или определяется расчетом; Ф – фактор направленности, при равномерном излучении шума =1; S – площадь поверхности, на которую распространяется звуковая энергия, определяется расстоянием r от источника шума до расчетной точки. Если источ­ник на ровной поверхности,
S = 2π r², м²; Δ L – потери шума на пути распространения при наличии препятствий и за счет поглощения шума в атмосфере. При отсутствии препятствий и расстоянии до расчетной точки не более 50м величина Δ L равна нулю.

В помещениях расчет уровня звукового давления производится по выражению:

 

, (6.14)

 

где В – постоянная помещения.

 

 

где S_ПОВ – площадь поверхности поглощения, м²; α _СР – средний коэффициент поглощения внутренних поверхностей помещения.

 

СПОСОБЫ СНИЖЕНИЯ ШУМА

Из выражений для акустического расчета следуют основные способы снижения шума: уменьшение шума в источнике, изменение направленности излучения, рациональная планировка, акустическая обработка помещений и уменьшение шума на пути распространения.

Уменьшение шума в источнике – наиболее рациональный способ снижения шума. Для снижения механического шума на этапе проектирования оборудования и технологических процессов рекомендуется заменять ударные процессы и механизмы безударными, например, штамповку – прессованием, клепку – сваркой, возвратно-поступательное движение механизмов – равномерно-вращательным. Применение косозубых зубчатых передач вместо прямозубых дает снижение шума механизмов примерно на 5 дБ. Повышение точности изготовления деталей, уменьшение зазоров снижают шум на 5-10 дБ. Замена подшипников качения на подшипники скольжения уменьшает шум на 10-15 дБ. Заменой металлических деталей на пластмассовые, текстолитовые или капроновые можно уменьшить шум на 10-15 дБ.

При выборе материала для изготовления деталей необходимо учитывать, что внутреннее трение в различных металлах неодинаково, а следовательно, и различна звучность. Например, чугун менее звучный, чем сталь. Сплавы меди, марганца, магниевые обладают высоким внутренним трением. В процессе эксплуатации необходимо исключить вибрацию путем балансировки вращающихся деталей, применением виброизоляции, прокладок и упругих вставок в соединениях и т.д.

Аэродинамический шум, возникающий в результате нестационарных процессов в воздухе, при работе систем охлаждения или пневмосистем уменьшают путем снижения скорости воздушного потока. Это достигается за счет рационального размещения вентиляторов, улучшением их аэродинамических характеристик, уменьшением скорости вращения и т.п.

Электромагнитный шум возникает вследствие колебаний элементов электрических устройств (трансформаторы) под действием переменного магнитного поля. Для снижения шума необходимо уменьшать магнитную индукцию, более плотно прессовать сердечники, применять оптимальные по мощности трансформаторы.

Акустическая обработка помещений – это установка звукопоглощающих облицовок и штучных звукопоглотителей из звукопоглощающих материалов (ЗПМ).

Интенсивность шума зависит не только от прямого, но и от отраженного звука. Рабочее место может оказаться в зоне преимущественно прямого звука, когда I_ПР > > I_ОТР (точка 1). В этом случае звукопоглощающая облицовка не дает эффекта DL = 0 (рис. 6.3).

 

IПР > > IОТР

Рис. 6.3. Схема акустической обработки помещений

 

Когда расчетная точка находится в точке 2, где I_ПР = I_ОТР, можно путем звуко­поглощения снизить шум на 2-3 дБ.

Максимальный эффект акустическая обработка помещений дает, когда рас­четная точка будет в точке 3, где I_ПР < I_ОТР. В этом случае снижение шума определяется по формуле:

Δ L = 10 × lg                                    (6.16)

где B₂ и B₁ – постоянные помещения после и до акустической обработки.

B₁ определяется по СНиП II-23-03-2003.

 

                                                                                   (6.17)

 

Для того, чтобы получить максимальное снижение шума, надо:

1) использовать звукопоглощающие материалы с коэффициентом поглоще­ния a_ОБЛ = 0, 6-0, 2;

2) облицовывать как можно большую площадь (потолок и стены).

Свойствами поглощения звука обладают все строительные материалы. Од­нако ЗПМ принято называть те, у которых α _ОБЛ > 0, 2 (кирпич, бетон имеют α _ОБЛ =0, 01 – 0, 05). Процесс поглощения звука происходит за счет перехода энер­гии колеблющихся частиц воздуха в теплоту вследствие потерь на трение в порах материала. Поэтому ЗПМ должен обладать пористой структурой, поры должны быть открыты со стороны падения звука и соединяться между собой (незамкнутые поры).

Наиболее распространенными звукопоглощающими материалами являются ультратонкое стекловолокно, плиты минераловатные, винипор, различные жест­кие плиты на цементном связующем типа «Акмигран», «Силакпор» и другие.

Звукопоглощающие свойства пористого материала зависят от толщины слоя (в), частоты звука f (рис. 6.4).

 

а) б)

 

Рис. 6.4. Зависимость звукопоглощения от толщины слоя ЗПМ (а) и частоты звука (б):

λ = c_м /f – длина волны; С_м – скорость звука в материале

 

Толщина слоя определяется и должна быть 100 - 200 мм. Максимальное звукопоглощение обеспечивается для звуков средней и высокой частоты
(6-8 дБ). Для увеличения поглощения на низких частотах и для экономии материала между ЗПМ и стеной оставляется воздушный зазор. На эффективность звукопоглощающих облицовок влияет также высота и конфигурация помещения. Облицовка более эффективна при относительно не­большой высоте (4-6 м), в этом случае стены не облицовывают. В помещениях вы­соких и вытянутых облицовка стен дает больший эффект. Кроме того, акустическая обработка помещений меняет спектр шума в по­мещении за счет большей эффективности облицовок на высоких частотах. Шум делается более глухим и менее раздражающим, улучшается слышимость оборудо­вания, речи.

Если потолок и стены выполнены из стекла, для снижения шума применя­ются штучные поглотители различных конструкций, подвешиваемые к потолку равномерно по помещению на определенной высоте.

Уменьшение шума на пути его распространения, реализуется также за счет применения звукоизолирующих ограждений, экранов и глушителей. Шум из помещения 1, где находится источник шума Iпроникает в тихое поме­щение 2 тремя путями (рис. 6.5):

1) через ограждение, которое под дейст­вием переменного давления падающей на него волны излучает шум в тихое поме­щение;

2) через неплотности и отверстия;

3) посредством вибраций, возбуждаемых в строительных конструкциях.

 

 

Рис. 6.5. Звукоизолирующее ограждение

 

В первом и во втором случаях воз­никают воздушные звуки; в третьем – структурные звуки. Сущность звукоизоляции заключается в том, что падающая на ограждение звуко­вая энергия отражается в гораздо большей степени, чем проникает через ­него. Звукоизолирующие свойства ограждения характеризуются коэффициентом звукопроницаемости τ :

 

(6.18)

 

где I_ПР – интенсивность проникающего звука; I_ПАД – интенсивность звука падающего на ограждение.

Эффективность звукоизоляции определяется по формуле

 

(6.19)

 

На основании теоретических и практических исследований установлено, что эффективность звукоизоляции однослойного ограждения можно определить следующим образом:

 

(6.20)

 

где m – масса 1 м² ограждения; f – частота звука, Гц.

Из уравнения следуют два важных вывода:

1) звукоизоляция тем выше, чем тяжелее ограждение, она меняется по так называемому закону массы:

 

(6.21)

 

где m₁ и m₂ – начальная и конечная массы ограждения, т.е. при увеличении массы ограждения в 2 раза эффективность звукоизоляции возрастает на 6 дБ.

2) звукоизоляция одного и того же ограждения возрастает с увеличением частоты. Причем с увеличением частоты вдвое она возрастает на 6 дБ:

 

(6.22)

 

где f₁ и f₂ – частоты звука, на которых определяется эффективность звукоизоляции.

Более эффективным способом повышения звукоизоляции является применение многослойных ограждений. В этом случае ограждение представляет собой конструкцию, составленную из нескольких жестких и упругих слоев. Упругим сло­ем может быть и воздушная прослойка, заполненная ЗПМ. Наличие неплотностей и отверстий в ограждении резко снижает звукоизо­ляцию.

Метод звукоизоляции является более эффективным по сравнению с методом звукопоглощения, когда необходимо снизить шум в помещениях, соседних с поме­щением источника шума. При этом звукоизоляция снижает шум на
25-30 дБ.

Звукоизолирующие кожухи применяются для изоляции наиболее шумных машин и механизмов. Кожухи изготавливаются обычно из дерева, металла и пластмассы. Внут­реннюю поверхность кожуха облицовывают звукопоглощающим материалом. Очень важно исключить при этом все неплотности и отверстия. Кожух должен плотно закрывать источник шума. Для отвода теплоты кожухи снабжают венти­ляционными устройствами с глушителями.

Экраны используются для защиты работающих от непосредственного (прямого) шума. Они устанавливаются между источником шума и рабочим ме­стом (рис. 6.6).

Рис. 6.6. Акустический экран

 

Акустический эффект экрана основан на образовании за ним области тени, куда звуковые волны проникают лишь частично. Эффективность экрана зависит от длины волны: чем больше длина волны, тем меньше область тени за экраном. Поэтому их применяют в основном для защиты от высокочастотных шумов. Важ­но также расстояние от источника шума до экранируемого рабочего места, чем оно меньше, тем больше эффективность экрана. Экран оказывается эффективным тогда, когда отсутствуют отраженные волны (т.е. либо на открытой местности, либо в облицованном помещении). Для повышения эффективности экраны обли­цовывают звукопоглощающим материалом. В шумных цехах пульты управления размещаются в звукоизолированных кабинах.

Для снижения аэродинамического шума применяются глушители шума. Выбор глушителя зависит от спектра шума, величины требуемого снижения шума, конструкции установки и условий ее работы. Применяются глушители двух типов: абсорбционные (активные) и реактив­ные.

Активные глушители – это глушители, в которых используется звукопоглощающий материал (трубчатого типа и пластинчатые) (рис. 6.7).

 

Рис. 6.7. Трубчатый (а) и пластинчатый (б) глушители

 

Абсорбционные глушители обеспечивают снижение шума на 25-30 дБ в широком диапазоне частот. Они применяются в вентиляционных, компрессорных, газотурбинных установках.

Глушители реактивного типа применяются для снижения шума с ярко вы­раженными дискретными составляющими. Это шум ДВС, поршневых компрессо­ров и т.п. Реактивные глушители устанавливаются на трубопроводах сравнительно небольших размеров, когда длина волны звука значительно больше диаметра тру­бопровода (рис. 6.8 и 6.9).

 

 

Рис. 6.8. Камерный глушитель Рис. 6.9. Экранный глушитель

 

Эффективность камерных глушителей зависит от степени расширения (F₁/ F₁). В экранных глушителях звук отражается обратно к источнику.

Для снижения шума в широком диапазоне частот применяют комбиниро­ванные глушители, в конструкции которых имеются элементы активных и реак­тивных глушителей.

Средства индивидуальной защиты (СИЗ)

Средства индивидуальной защиты применяются в тех случаях, когда другие способы защиты малоэффективны, это крайняя мера защиты. Обычно их исполь­зуют на таких операциях, как ковка, штамповка, зачистка, испытание ДВС. К СИЗ относятся: вкладыши (мягкие тампоны) DL =5 – 20 дБ, наушники при f = 1000 Гц – до 22 дБ, шлемы при шуме > 120 дБ. Эффективность СИЗ от шума увеличивается с ростом частоты звука.

ЗАЩИТА ОТ ИНФРАЗВУКА

 

Инфразвук представляет собой колебания, распространяющиеся в упругой среде с частотой < 20 Гц. Распространение инфразвука в воздушной среде проис­ходит на очень большие расстояния от источника из-за малого поглощения его энергии.

Инфразвук характеризуется теми же параметрами, что и слышимый звук. Источниками инфразвука являются аэродинамические установки (мощные вентиляторы, поршневые компрессоры, ДВС, реактивные двигатели), работающие с числом оборотов менее 20 в секунду. Инфразвук возникает при движении боль­ших потоков газов или жидкости. При сильном ветре более 10 м/с возникают инфразвуковые колебания. При обдувании потоком воздуха больших предметов возникают колебания с частотой 2 Гц. При движении с большой скоростью гро­моздких транспортных средств также возникает инфразвук.

Инфразвуковые волны оказывают значительное воздействие на состояние и поведение людей. Диапазон частот 2-17 Гц считается наиболее физиологически активным для человека из-за резонансных явлений со стороны внутренних орга­нов. Частота 7-8 Гц совпадает с ритмом биотоков мозга, что вызывает нервно-психические явления ( ухудшается настроение, появляется ощущение растерянно­сти, тревоги, испуга, страха). При высоких уровнях интенсивности инфра­звука (110 дБ) – чувство слабости, полное безразличие, как после сильного нервного потря­сения.

Даже очень слабые инфразвуки, порождаемые городским транспортом, служат одной из причин нервной усталости жителей больших городов.

Различные внутренние органы человека имеют собственные частоты коле­баний в диапазоне 6-9 Гц. При уровнях инфразвука 120-125 дБ происходит на­рушение вестибулярного аппарата. При уровне 130 дБ возникает ощущение тря­ски, вибрации внутренних органов. Инфразвуки с уровнями более 150 дБ совер­шенно не переносятся человеком и могут привести к смертельному исходу.

Допустимые уровни инфразвука установлены санитарными нормами СН 2274-80 и составляют для октавных полос частот 2, 4, 8, 16 Гц – 105 дБ, и для октавы 32 Гц – 102 дБ. Защита от инфразвука включает следующие мероприятия:

· изменение режима работы технологического оборудования;

· увеличение его быстроходности;

· ограничение скорости движения транспортных средств;

· снижение скорости истечения в атмосферу сжатых газов (авиа- и ракетные дви­гатели, ДВС и т.д.);

· применение глушителей шума (реактивных), настроенных на низкую частоту.

Применение звукоизоляции для защиты от инфразвука является весьма сложной инженерной задачей, поскольку требуются весьма мощные строительные конструкции с массой одного квадратного метра 10⁵ -10⁶ кг.

 

ЗАЩИТА ОТ УЛЬТРАЗВУКА

 

Ультразвук – это механические колебания упругой среды частотой более 20 кГц. Низкочастотный ультразвук довольно хорошо распространяется в воздухе, а высокочастотный – практически не распространяется. В упругих средах (воде, металле) ультразвук мало поглощается и способен распространяться на большие расстояния.

Особенностью ультразвука является способность распространения звуковых волн направленными пучками. Это обеспечивает на относительно небольшой площади очень большое ультразвуковое давление, что нашло практическое применение. Ультразвук применяется для очистки и обезжиривания деталей, при сварке и пайке, в дефектоскопии, при техническом контроле и т.д.

Промышленные ультразвуковые установки работают с частотами
18-30 кГц и создают интенсивность 60-70 кВт/м². При обслуживании таких установок рабочие подвергаются воздействию ультразвука, распространяющегося по воздуху или непосредственно (контактное воздействие) при соприкосновении с твердыми и жидкими телами. Контактное воздействие является наиболее опасным, так как ведет к поражению нервной и сосудистой систем в местах контакта. При длительной работе на ультразвуковых установках могут произойти функциональные изменения центральной нервной системы, сердечно-сосудистой системы, слухового и вестибулярного аппарата. Ультразвук неблагоприятно влияет на обмен веществ и терморегуляцию. Он воздействует не только через слуховой аппарат, но и способен проникать через тело человека.

Допустимые уровни ультразвука установлены ГОСТ 12.1.001-89.Ультразвук. ОТБ. Они нормируются в третьоктавных полосах частот (табл. 6.2).

Таблица 6.2

⇐ Предыдущая9101112131415161718Следующая ⇒

Поделиться: