Глава 5

ЗАЩИТА ОТ ШУМА

5.1 Физические характеристики шума

Источниками звука являются колеблющиеся твердые, жидкие или газообразные тела. Колебательные возмущения, распространяющиеся от источника звука в окружающей среде, называются звуковыми волнами, а пространство, в котором они наблюдаются, – звуковым полем.

Скорость распространения звуковых волн с, м/с, в звуковом поле (скорость звука) зависит от свойств среды и определяется формулой:

(129)

где Е – модуль Юнга среды, Па;

r – плотность среды, кг/м³.

При нормальных атмосферных условиях (температура воздуха t = 20^оС и атмосферное давление Р = 1013 ГПа) скорость звука в воздухе составляет 344 м/с. При изменении температуры скорость звука в воздухе можно рассчитать по формуле:

(130)

где t – температура воздуха, ^оС.

Длина волны l, м, связана с частотой колебаний f, Гц, и скоростью звука следующей зависимостью:

(131)

В каждой точке звукового поля скорость движения воздуха и давление изменяются во времени. Разность между полным мгновенным давлением и средним, которое наблюдается в невозмущенной среде, называется звуковым давлением. В акустических расчетах и при измерениях пользуются среднеквадратичным значением амплитуды звукового давления р, определяемым из выражения:

(132)

где р_м – мгновенное значение амплитуды звукового давления, Па;

Т_у – время усреднения.

Самое слабое (пороговое) звуковое давление, воспринимаемое человеком с нормальным слухом на частоте 1000 Гц р₀ = 2·10^-5 Па, самое высокое, не вызывающее болевых ощущений – р_max = 2·10² Па. С учетом большого диапазона значений и особенностями слухового восприятия человека физиологическое действие шума удобнее оценивать в относительных логарифмических величинах – децибелах.

Тогда уровень звукового давления L, дБ, составит:

(133)

где р₀ – пороговое звуковое давление, Па.

Определенное значение уровня звукового давления (УЗД) соответствует значению определенной частоты, то есть шум разлагается на спектральные составляющие. Для получения спектра шума звуковой частотный диапазон делят на интервалы: октавные полосы со среднегеометрическими частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц. Зависимость уровня звукового давления от частоты называется спектром шума. График спектра шума изображается в логарифмическом масштабе.

Чувствительность слуха падает с понижением частоты звука. Для того чтобы приблизить результаты измерений (расчетов) к субъективному восприятию, используют понятие корректи-рованного уровня звукового давления. Коррекция заключается в том, что вводятся зависящие от частоты звука поправки к уровню звукового давления L, стандартизированные в международном масштабе. Корректированный уровень звукового давления L_ai в i-той октаве измеряется в децибелах (дБ):

(134)

гдет L_i – УЗД в i-той октавной полосе частот, дБ;

K_ai – корректирующая поправка для i-той полосы частот, дБ.

Стандартные значения коррекции К_аi, дБ приведены в таб- лице 53 [4].

Таблица 53

_{Значение коррекции Kаi}

Частота f, Гц	31,5	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
Коррекция Kаi, дБ	42	26,3	16,1	8,6	3,2	0	-1,2	-1,0	1,1

Для ориентировочной оценки шумового воздействия используют параметр – уровень звука (УЗ), соответствующий слуховому восприятию человека. Значение УЗ, L_A, дБА, получают с помощью приборов для измерения шума, имеющих частотную характеристику ²А² или логарифмическим суммированием спектральных составляющих с учетом коррекции ²А²:

(135)

где i – число октав;

L_ai – скорректированный УЗД в i-той полосе частот, дБ.

Интенсивность звука – это энергия, переносимая звуковой волной в единицу времени, отнесенная к единице поверхности, расположенной перпендикулярно к направлению распространения волны:

, (136)

где I – интенсивность звука, Вт/м²;

W – звуковая мощность источника, Вт;

W – пространственный угол излучения, ср.;

r – расстояние от источника звука, м.

Если источник шума излучает звук во все стороны пространства, то W = 4p, при его расположении на полу W = 2p, у стены – W = p, при расположении источника в двугранном углу W = p.

Для волны, распространяющейся в свободном звуковом поле (поле, свободном от отражения) справедливо выражение:

, (137)

где p – среднеквадратичное значение звукового давления, Па;

r – плотность среды, кг/м³;

с – скорость звука в среде, м/с (для воздуха при температуре 20⁰С с = 344 м/с).

Уровень интенсивности (громкость) звука L_I, дБ:

, (138)

где I₀ = 10^-12 Вт/м² – пороговое значение интенсивности, соответствующее интенсивности едва слышимого звука на среднегеометрической частоте f = 1000 Гц.

Звуковая мощность источника W в ваттах – это общее количество звуковой энергии, излучаемой источником шума в окружающем пространстве за единицу времени:

(139)

где I_n – нормальная к поверхности составляющая интенсивности, Вт/м²;

S – площадь воображаемой замкнутой поверхности, окружающей источник шума, м².

Уровень звуковой мощности источника L_W, дБ, определяется по формуле:

(140)

где W – звуковая мощность источника, Вт;

W₀ – пороговая величина звуковой мощности, W₀ = 10^-12 Вт.

Значения звуковой мощности указываются в техпаспорте оборудования для прогнозирования уровней шума в помещении на стадии проектирования техпроцессов. Справочные данные по некоторым видам оборудования представлены в таблице 54.

Таблица 54

Уровни звуковой мощности производственного оборудования

Оборудование	Уровни звуковой мощности на среднегеометрических частота октавных полос, Гц
	63	125		250	500		1000	2000		4000	8000
1	2	3		4	5		6	7		8	9
Литейное производство
Электропечь ДС-2 Электропечь ДС-5 Бегуны смесительные (УЗТМ) Ленточный транспортер Формовочная машина марки 266 Шаровая мельница типа СМ-15 Шаровая мельница СМ-174 Пескомет 296М Пневматическая выбивная решетка Трамбовка ТР-1 Обдирочно-шлифовальный станок типа 3М634 Очистной барабан Термическая закалочная печь Вибрационное сито плоское СН 50 Молоток типа МР-5 для обработки внутренних поверхностей изложниц Пневматические молотилкиМО-9П или КЕ-28	100 109 106 105 110 99 99 104 108 88 105 101 103 107 115 98	99 111 104 106 109 115 115 110 115 91 99 105 110 111 119 103		98 109 104 107 103 117 117 113 115 93 101 107 108 108 115 103	100 110 113 99 110 123 123 105 113 96 100 113 107 104 113 106		102 110 99 96 111 123 123 100 112 90 105 116 99 101 109 97	101 97 95 92 105 121 121 96 113 93 105 113 89 104 103 93		95 91 86 89 104 117 117 94 106 86 97 106 81 98 97 90	88 85 79 85 102 107 107 91 96 77 84 96 81 94 83 84
Деревообрабатывающее оборудование
Рейсмусовый станок Фуговальный станок Фрезерный станок Ленточная пила Круглопильный станок Кромкофуговальный станок	111 112 93 97 96 98		111 120 95 100 96 102	119 109 98 101 97 101		122 108 102 97 100 99	124 106 102 99 104 108		123 102 101 99 110 105	122 94 95 99 116 100		107 87 93 96 112 87

Продолжение табл. 54

1		2		3		4		5	6		7	8	9
Кузнечно-прессовое производство
Горячештамповочный кривошипный пресс Пресс ДС-135/800 при вырубке штампом: прямым скошенным Холодно высадочный автомат А-163 Обрезной автомат А-233 Кривошипный пресс АМР-30 Кривошипный пресс ГП-1 Прессы кривошипные: К2-124 К2-234 К2-238 Прессы гидравлические: П-333 Д-2238 Проволочно-гвоздильный автомат А-714 Резьбонакатный автомат А-2528 Ковочный молот Гаечный автомат А-411 Холодновысадочные автоматы: М-250 А-231 обрезной 83-ВА 101-ГА 52-ВА АБ-120	115 120 120 105 103 98 102 93 92 93 89 83 104 95 123 102 95 96 94 87 90 90		120 134 119 109 109 104 106 95 94 97 96 83 107 100 124 105 96 95 95 91 92 91		119 135 123 110 112 106 108 99 99 104 100 95 110 104 121 105 98 100 99 95 96 95		118 134 123 111 116 108 110 99 99 104 99 95 115 108 121 109 102 102 98 104 100 100		118 135 123 109 112 105 112 94 95 100 95 93 116 110 121 109 103 102 101 98 102 100	117 131 120 107 109 103 112 93 94 98 91 90 111 108 115 107 102 99 101 93 102 95		113 128 115 103 105 97 109 92 93 96 87 86 110 105 115 104 100 96 100 89 98 94	106 123 108 95 98 93 104 90 91 94 82 86 105 101 106 99 95 93 91 83 94 93

Продолжение табл. 54

1		2			3		4		5		6	7	8	9
Оборудование мясной промышленности
Автоматическая закаточная машина Б4-КЗТ-11 Линия АВЖ-100 Куттер Л5-ФКН Фаршемешалка Л5-ФМ2-М-340 Куттер Л5-ФНК линии ФАБ Шприц ФШ2-ЛМ Барабан моечный БСН-1М Машина для измельчения замороженных мясных блоков Мездрильная машина МГ-320	100 102 89 89 99 79 92 94 89			90 99 87 87 104 93 95 94 91			88 105 90 90 99 94 94 94 94		88 103 88 86 102 84 93 101 95		89 99 85 85 101 82 89 92 94	87 97 80 84 96 78 84 84 90	82 92 75 85 92 81 77 81 86	77 84 77 84 88 68 73 74 82
Оборудование молочной промышленности
Резервуар В6-ОКМ/1 Резервуар А1-ОМС/1 Насос 36-3Ц-3,5-10 Насос П8-ОНБ Насос 50-3Ц-7,1-20 Насос П8-ОНД Сепаратор А1-ОДБ/3 Ванна Б6-ОДБ/10 Резервуар Б6-ОДБ/6 Смеситель Б6-ОДБ-5			84 83 70 83 77 84 63 84 83 83			84 82 71 82 88 83 81 83 81 85		78 79 72 82 84 83 86 84 78 94		77 84 77 93 85 87 94 83 78 90	77 84 82 84 90 85 99 74 77 90	77 75 80 78 89 82 102 70 74 87	67 67 75 71 87 72 96 62 64 81	59 60 69 69 79 62 89 54 60 72

Окончание табл. 54

1	2	3	4	5	6	7	8	9
Металлообрабатывающее и сварочное оборудование
Токарные станки: 1А62 1К36 Горизонтально-фрезерный 6Н83 Вертикально-фрезерный 6М12 Продольно-фрезерный ЭФС Шлифовальный 3А-277 Координатно-расточной Радиально-сверлильный с программным управлением Сварочный аппарат ПХ-464-А Сварочная машина ПС-1000 Газовая сварка	84 96 81 85 98 88 80 90 95 94 94	87 94 84 86 98 91 85 97 97 94 95	90 95 92 92 95 94 93 95 97 94 97	92 98 93 97 99 98 98 90 100 97 92	91 93 92 94 96 99 84 85 105 90 96	87 90 91 83 94 97 80 88 101 91 87	82 90 77 92 86 91 78 82 109 91 102	80 86 75 96 84 86 77 87 110 90 103

Примеры решения задач

ПРИМЕР 5.1. Определить уровень звука L_А, дБА, при известных значениях уровня звукового давления (УЗД) L, дБ, в октавных полосах частот (таблица 55). Графически изобразить спектр шума, скорректированного по характеристике "А".

Таблица 55