1) Когда шумовая "атмосфера", окружающая человека, мешает восприятию полезных сигналов, но не вызывает сколько-нибудь существенных изменений в организме человека;

2) Когда шум ухудшает здоровье человека.

С первым случаем нам приходится сталкиваться в зале теат­ра или кинотеатра, когда уровень шумов создаваемых внешними или внутренними источниками, достаточно высок. Принято счи­тать, что если "посторонний" шум меньше собственного шумо­вого фона или полезного сигнала примерно на 20 дБ, то он оста­ется незамеченным. Если это условие не выполняется, то допол­нительный шум будет изменять не только уровень полезного сигнала, но и акустический спектр и, следовательно, например, музыкальное произведение будет восприниматься с искажения­ми. Такими посторонними источниками шумов являются: шум с улицы через двери, стены, окна, шум из фойе и от воздушного потока, выходящего из вентиляционных решеток, разговор в зале. Вообще необходимо напом­нить, что тот шум, который воспроизводится человеком во вре­мя его работы, особенно неблагоприятно воздействует на психи­ку окружающих, в то время как работающий может и не обра­щать на него внимания.

Второй случай более серьезен. Исследования показали, что длительное воздействие интенсивного шума (выше 80 дБА) на слух человека приводит к его частичной или полной потере слу­ха.

Действие шума на организм человека не ограничивается воздействием на орган слуха. Через волокна слуховых нервов раздражение шумом передается в центральную и вегетативную нервные системы, а через них воздействует на внутренние орга­ны, приводя к значительным изменениям в функциональном со­стоянии организма, влияет на психическое состояние человека, вызывая чувство беспокойства и раздражения.

Воздействие шума на нервную вегетативную систему про­является даже при небольших уровнях звука (40-70 дБА) и не зависит от субъективного восприятия шума человеком. Из веге­тативных реакций наиболее выраженным является нарушение периферического кровообращения за счет сужения капилляров кожного покрова и слизистых оболочек, а также повышение ар­териального давления (при уровнях звука выше 85 дБА). В то время как для нервной вегетативной системы характерно четкое соответствие между шумом и реакцией, в области психики такое соответствие отсутствует.

Воздействие шума на центральную нервную систему вызывает увеличение латентного (скрытого) периода зрительно-моторной реакции, приводит к нарушению подвижности нервных процессов, изменению электроэнцефалографических показателей, нарушает биоэлектрическую активность головного мозга с проявлением общих функциональных изменений в организме (уже при шуме 50-60 дБА), существенно изменяет биопотенциалы мозга, их динамику, вызывает биохимические измене в структурах головного мозга.

При импульсных и нерегулярных шумах степень воздействия шума повышается. Изменения в функциональном состоянии центральной и вегетативной нервных систем наступают гораздо раньше и при меньших уровнях шума, чем снижение слуховой чувствительности.

В настоящее время «шумовая болезнь» характеризуется медицинской наукой комплексом симптомов. К объективным с симптомам шумовой болезни относятся: снижение слуховой чувствительности, изменение функции пищеварения, выражающееся в понижении кислотности, сердечнососудистая недостаточность, нейроэндокриновые расстройства.

Исходя из концепции влияния шума на целостный орга­низм, выдвинута гипотеза о том, что шумы средних уровней (ниже 80 дБА), не вызывающие потери слуха, тем не менее ока­зывают утомляющее, неблагоприятное влияние, которое скла­дывается с аналогичным влиянием от категорий тяжести и на­пряженности труда.

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

При оценке шума и шумовых характеристик источников шума важное значение имеют такие понятия, как имиссия и эмиссия.

Имиссия - это воздействие шумов на человека, находящ гося в зоне действия источников шума. Она оценивается и измеряется там, где находится человек, на которого воздейству шум. Оценка имиссии проводится в первую очередь для сопо тавления с нормами допустимого шума. Для решения вопрос защиты от шума в подавляющем большинстве случаев недост точно знать только имиссию шума, поскольку меры по защи от шума в первую очередь должны быть направлены на огран чение эмиссии, т.е. излучения шума. Эмиссия характеризуе непосредственно источник шума. Допустимая эмиссия связана допустимой имиссией через закономерности распространен шума от источника до места нахождения человека.

Для оценки имиссии и эмиссии шума в последние год предложен ряд различных показателей и критериев. Наиболе важными и обоснованными из них являются следующие: дл, оценки действия шума на человека и установления шумовых ха рактеристик мест его пребывания (имиссия) - уровни звуковог давления в октавных полосах частот, уровни звука и лентные уровни звука; для оценки шумовых характеристик ис­точников шума (эмиссия) - уровни звуковых мощностей в ок-тавных полосах частот, корректированные по шкале «А» уровни звуковой мощности и в некоторых случаях уровни звукового давления в октавных полосах частот или уровни звука в предпи­санных точках на определенном расстоянии от источника шума.

Этими стандартами установлена классификация шумов, которая была приведена ранее.

1. УЗД в дБ в октавных полосах частот со среднегеометрическими значениями 31,5; 63;…8000 Гц (всего 9 полос) определяемых по формуле :

Lp = 20 lg ( p / p_O ). (22).

p_O = 2 * 10 ^-5 Па.

2. Допускается в качестве характеристики постоянного широкополосного шума на рабочих местах принимать уровень звука в дБА, измеренный на временной характеристике шумом “медленно”, определенный по той же формуле.

L_А = 20 lg ( p_А / p_O ). (23).

p_А - среднеквадратичная величина звукового давления с том коррекции шкалы “А” шумомера, Па.

Характеристикой непостоянного шума является эквивалентные по энергии уровни звука L _{А экв} , дБ*А, и максимальные уровни звука L_{A мaкс} , дБ*А.

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

5. Максимальный уровень звука L_A, дБ А, уровень звука с ответствующий максимальному показателю измерительно прибора при визуальном отсчете или значение уровня звука, превышаемое в течение 1 % времени при регистрации автомати­ческим устройством.

Строительно-акустические методы по защите от шума

Снижение производственного шума по пути его распространения достигается комплексом строительно-акустических мероприятий, состоящих из акустических и архитектурно-планировочных.

Меры по борьбе с шумом следует предусматривать уже на стадии проектирования генеральных планов промышленных предприятий и планировок помещений в отдельных цехах. Наиболее шумные объек­ты необходимо компоновать в отдельные комплексы. При пла­нировке помещений внутри зданий нужно предусматривать мак­симально возможное удаление тихих и малошумных помещений от помещений с интенсивными источниками шума.

В некоторых случаях целесообразно применение звукоотражаюших экранов, препятствующих распространению звука в атмосферу от оборудования, размещенного на территории про­мышленной площадки.

В газовоздушных трактах установок, излучающих шум в атмосферу (испытательных боксов двигателей, газотурбинных установок и т.д.) необходимо устройство глушителей шума.

При составлении технологических планировок производст­венных участков и цехов необходимо выделять наиболее шум­ное оборудование в отдельные звукоизолированные помещения (либо типа боксов на одну или две единицы оборудования, либо в помещения типа общих залов).

Для шумных помещений, граничащих с тихими помеще­ниями, нужно применять ограждающие конструкции (перекры­тия, стены, двери, ворота, окна) с достаточной звукоизоляцией, обеспечивающей требуемое снижение шума.

Размещение вспомогательного оборудования и участков (машинных залов, насосных, вентиляционных камер и др.) следует производить в изолированных от основных цехов помещениях. Вентиляционные установки не должны создавать шум в производственных помещениях, превышающий уровни, допустимые по нормам.

При установке оборудования с динамическими нагрузками нужно предусматривать мероприятия по его виброизоляции для устранения передачи в соседние помещения вибраций и звука по строительным конструкциям здания (структурного шума).

Передачу структурного шума в другие помещения мо снизить также путем создания виброизоляции в самих строительных конструкциях за счет применения самостоятельных виброизолированных фундаментов под оборудование с динамическими нагрузками и устройствами акустических швов, разрывов в конструкциях здания и пр.

Для уменьшения шума, проникающего в изолируемое помещение нужно применять при проектировании ограждений материалы и конструкции, обеспечивающие требуемую звукоизолирующую способность : использовать двери и окна кабин наблюдения с требуемой звукоизолирующей способностью, устраивать звукопоглощающие облицовки потолков и стен или штучные звукопоглотители в изолируемом помещении; обеспечить акустическую виброизоляцию агрегатов и т.д.

Архитектурно-строительные методы снижения шума.

Шумовой режим в помещении создается звуковой энергией, проникающей в помещение извне от источников шума, находя­щимися за его пределами, а также источниками шума, разме­щенными в самом помещении. Снижение уровней шума до нор­мативных значений может быть достигнуто активными и пас­сивными методами.

Под активными методами компенсации вибрации и звуко­вого поля понимается компенсация, при которой вторичное компенсирующее поле в отличие от пассивных методов, не тре­бующих затрат дополнительной энергии, создается путем нало­жения вторичного поля, специально создаваемого излучателем, для которого используется обычно электрическая энергия.

Компенсация акустических полей, воспринимаемых ушами, достигается за счет того, что используются различные звуко- и виброкомпенсирующие системы, состоящие из нескольких при­емников колебаний (микрофонов, виброприемников), усили­тельных устройств с фазовращателями и излучателей (громкого­ворителей, виброизлучателей), соединенных между собой тем или иным образом в систему.

Эффективность метода компенсации определяется снижением уровня звукового давления и вибрации отдельных точках, либо в пространстве на отдельных частота, либо в полосах частот и составляет 5-30 дБ. Чем уже спектр сигнала и меньше зона компенсации, тем больше эффект компенсации. Метод активной компенсации позволяет подавлять шумы и вибрацию в области низких частот, где пассивные методы (вибро- и звукоизоляция, вибро- и звукопоглощение) мала эффективны.

Пассивные методы снижения шума предполагают их действие все время, не требуют затрат энергии при своей работе, хотя первичные затраты на их применение могут быть достаточно велики.

К пассивным методам относятся способы снижения шума средствами звукопоглощения, звукоизоляции, виброизоляции и вибропоглощения.

2 5. Звукоизоляция. Основные пути передачи шума в изолируемые помещения. Шумы воздушные, ударные и корпусные (структурные). Коэффициент звукопоглощения и звукоизолирующая способность ограждений воздушному шуму.

Если одним из способов снижения шума в помещении с ра­ботающими механизмами является звукопоглощение, то защита от шума источников, находящихся вне помещения осуществля­ется за счет устройства различного рода ограждений. При этом

каждое ограждение может быть охарактеризовано с точки зрения его звукоизоляции.

Звуковое поле в изо­лируемом помещении создается в результате возбу­ждения частиц воздуха осуществляемого различ­ными путями (рис. 16): 1) передача звуковой энер­гии через щели, открытые окна, вентиляционные ре­шетки, т.е. непосредствен­но по воздуху (путь 1); 2)звуковые волны, падая на ограждение со стороны источника звука, вызыва­ют его колебание, которое передается частицам воздуха в изолируемом помещении (путь 2); 3) если механизм (вентилятор, насос) жестко связан с конст­рукцией здания (например с перекрытием), то при отсутствии виброизолирующих средств вибрации механизма будут переда­ваться по элементам здания на конструкции изолируемого по­мещения, а те, в свою очередь, будут возбуждать частицы возду­ха (путь 3); 4) нередко шум в изолируемом помещении создается от ударов по перекрытию, ходьбе, и т.д. (путь 4).

Собственно конечный результат от всех четырех вариантов одинаков - происходит передача звуковой энергии через части­цы воздуха изолируемого помещения к уху человека. Однако по первопричине возбуждения шумы разделили следующим образом:

1. шумы воздушные - категория шумов, возникающих вследствие передачи звуковой энергии из шумного помещения в тихое по воздуху или вследствие возбуждения частиц воздуха внутренней поверхностью колеблющейся конструкции от дающих на нее извне звуковых волн;

2. шумы ударные - возникающие вследствие импульсных воздействий на конструкции;

3. шумы структурные или корпусные - разновидность шумов, первопричиной которых является передача вибраций структурным элементам здания от работающего оборудования.

Коэффициент звукопроницания и звукоизолирующая способность ограждения.

Из рассмотренных ранее видов звуковых полей наибольший интерес в прикладной акустике представляют плоские звуковые волны в виду того, что любое звуковое поле можно представить суперпозицией плоских звуковых волн, получающихся вследствие колебаний стен и перекрытий, которые до некоторой степени можно описать уравнениями колебаний пластин ограниченных размеров с соответствующими граничными условиями. Когда звуковая волна падает на границу раздела двух сред, то в общем случае ее энергия распадается на несколько частей (рис. 17): 1 – падающая энергия; 2 – отраженная звуковая энергия, 3 – энергия, излучаемая возбужденной перегородкой в сторону падающей волны; 4 - энергия, ушедшая по ограждению к другим конструктивным элементам (корпусной шум); 6 - звуковая энергия, трансформировавшаяся в тепловую; 5 – излученная колеблющейся панелью звуковая энергия; 7 – энергия, проникшая по порам и трещинам в изолированное помещение.

Части энергии 2 и 3 на рис. 17 входят в полную отраженную звуковую энергию I₁, а 5 и 7 энергия, прошедшей через ограждение (I₂), которая меньше падающей (I_{1) и,} таким образом, имеет место звукоизолирующий эффект ограждения. Количественно величина этого эффекта может быть выражена через коэффициент звукопроницания, меняющийся в зависимости от угла падения звуковой волны: τ₀=I₂/I₁

С учетом использования децибельной шкалы эффект звукоизоляции оценивается звукоизолирующей способностью ограждения воздушного шума:

R = 10lg(1/τ), где τ =

26. Звукоизоляция шума однослойными ограждениями. Зависимость звукоизоляции воздушного шума однослойными ограждениями от частоты и массы, размеров, упругости панелей, эффекта волнового совпадения. Возможные приемы исправления недостатков.

Наиболее простые соотношения для звукоизоляции от воздушного шума были получены при рассмотрении нормального падения звука, когда любой слой ограждения ведет себя как твердая пластина, так как поперечные волны возникают только при косом падении звука. Если акустическое сопротивление среды, в которой распространяется вначале волна ρ₁с_1, а ограждения ρ₂с₂, толщина пластины δ и выполняется условие δ , где λ – длины падающей звуковой волны, то звукоизолирующая способность однослойного ограждения от воздушного шума оценивается выражением:

R₀ = 10lg [ 1+ )²] (27)

Из данной формулы видно, что звукоизолирующая способ­ность воздушного шума в значительной степени определяется соотношениями между акустическими сопротивлениями сред. В частности, пористые материалы в "чистом" виде использовать не имеет никакого смысла, ибо их акустическое сопротивление не столь уж сильно отличается от акустического сопротивления воздуха и, чтобы получить заметную звукоизоляцию, надо взять очень толстый слой материала (сопоставимый с длиной звуко­вой волны), что для низких частот составляет несколько метров.

Из приведенной выше формулы вытекают два случая, ис­пользующиеся на практике. Первый из этих случаев проявляется тогда, когда акустическое сопротивление преграды во много раз больше, чем воздуха (р₂с₂ » р₀с₀). Это выполняется для обыч­но использующихся материалов при возведении ограждений зданий.

При выполнении этого условия уравнение (27) упрощается:

R₀=10lg[1+(πm.ƒ/ )²] (28)

где т_n — поверхностная масса, кг/м² (т_n = 𝛾*δ,𝛾- плотность материала, кг/м³). Таким образом, видно, что звукоизолирующая способность растет с увеличением частоты звука и поверхност­ной массы ограждения.

Вторая закономерность будет иметь место тогда, когда сре­дой, окружающей ограждение, является не воздух. Если акусти­ческое сопротивление этой среды много больше, чем "преграды" ( » ), то в этом случае формула (4) преобразуется в вы­ражение:

R₀ = 10lg [ 1+((πδƒ/ )²], (29) где k_p — модуль объемной упругости материала второй среды.

Резюмируя, можно сказать, что R₀ растет при уменьшении поверхностной жесткости преграды и это широко используется для звукоизоляции от структурных шумов посредством приме­нения упругих прокладок (например, для губчатой резины р₂с₂ = 1,6*10⁴ кг/(м²с) и, если ее поместить между двумя сталь­ными элементами (переборками корабля), то получим эффект звукоизоляции (виброизоляции).

Для помещений различного назначения звуковые волны па­дают на ограждение под всевозможными углами и, если размеры помещения достаточно велики по сравнению с длинами звуко­вых волн, то звуковое поле можно считать близким к диффузно­му. Тогда для определения эффекта звукоизоляции количествен­но, необходимо в уравнение коэффициента звукопроницания ввести его зависимость от угла падения.

Найдя τ можно затем по формуле (25) вычислить R. В ко­нечном счете, получаем формулу

R = R₀ – 10lg 0,23 R₀, где R_Q - звукоизолирующая способность при нормальном паде­нии, определенная по формуле (28).

Как показали измерения, в среднем величина Л на 5 дБ меньше Rq. В этом случае формула (30) преобразуется в более простую:

R = 20lg m_nƒ – 47,5

Полученная зависимость отражает так называемый "закон массы": увеличение массы или частоты в два раза приводит к росту величины звукоизоляции на 6 дБ.

Однако приведенные выше теоретические положения не полностью реализуются на практике, ибо возникает много об­стоятельств, в результате которых поведение панели не следует "закону массы".

Во-первых, на очень низких частотах передача звука через панель определяется ее упругими свойствами - при медленно меняющемся звуковом давлении панель будет выгибаться при положительном давлении и прогибаться назад при отрицатель­ном (во вторую половину периода). Начиная с некоторой часто­ты падающей звуковой волны, панель начинает излучать боль­шее значение энергии, чем можно было бы ожидать. Объясняет­ся это тем, что частота внешнего периодического сигнала совпа­дает с первой основной частотой собственных колебаний панели (явление резонанса) - звукоизоляционный эффект снижается. Частоты этих резонансных колебаний незакрепленной панели определяются по формуле:

ƒ_k,n=0,45*c_пδ[(k/α)²+(n/b)²], (32) где c_п — скорость распространения продольной звуковой волны в безграничной среде (панели); аиbлинейные размеры сторон панели; кип- целые числа, которые определяют количество полуволн, по которым изгибается пластина по двум взаимно-перпендикулярным направлениям.

Для закрепленной панели (при k = п = 1)

ƒ_1,1= δ∆c_п/α², (33)

∆ = 5,14[1+(а/b)⁴] + 3,115* [а/b]² (34)

К счастью оказывается, что большинство ограждающих элементов в помещении крупноразмерны и найденные частоты панелей лежат близко к нижнему частотному пределу слышимо­сти и из-за этого слабо воспринимаются ухом человека.

Во-вторых, при наклонном падении звуковых волн на пре­граду может иметь место появление изгибных волн, как это изо­бражено на рис. 18. Эти волны совсем иного типа, чем звуковые волны в твердой среде, но и они характеризуются некоторой частотой и длиной волны. При наклонном падении может ока­заться, что длина звуковой волны в воздухе (λ₀) и длина изгибной волны на панели (λ_u) совпадут. Это может быть отражено в формуле:

λ_u = λ₀/sinƟ

Данное явление в литературе называется по-разному: коисциденс, резонанс совпадения, волновое совпадение. Последнее определение кажется более понятным, так как уравнение (35) связывает два вида волн. Наименьшая частота, при которой ста­новится возможным волновое совпадение, получается при паде­нии звуковой волны вдоль панели (Ɵ - 90°), т.е. в этом случае λ_u = λ₀. Такую наименьшую частоту называют граничной и она может быть вычислена по формуле:

ƒ_гр=0,55*с_о²/δ*с_п, (36) где с_п - скорость продольной волны в материале панели.

Для звуковых волн, имеющих частоту большую, чем гра­ничная, прохождение звука через панель при его диффузном па­дении определяется явлением волнового совпадения, так как из формулы (34) видно, что каждой частоте выше критической со­ответствует свой угол падения и панель имеет наибольшую зву­копроницаемость.

Приведенные выше соображения могут быть отражены на графике зависимости звукоизолирующей способности от часто­ты для четырех частотных диапазонов (рис. 19); в первом диапа­зоне звукоизоляция определяется жесткостью панели, во втором - резонансными явлениями на ней, третий диапазон начинается с двух-, трехкратной величины низшей (основной) резонансной частоты панели и подчиняется закону массы. Четвертый диапа­зон начинается с гра­ничной частоты эф­фекта волнового сов­падения и эффект зву­коизоляции уменьша­ется. Провал характе­ристики в этой облас­ти тем больше, чем меньше затухание (непрерывная кривая на рисунке) и тем меньше, чем больше демпфирование пане­ли (пунктирная кри­вая).

О дним из спосо­бов улучшения звукоизоляции является расширение области закона массы путем сдвига резонансных частот в низкочастотную область, а критической частоты либо вниз, либо вверх.

Для однослойных панелей, перегородок, у которых ƒ_гр > 1000 Гц рекомендуется уменьшать жесткость (увеличивать упругость) панели. Это не только уменьшает собственные резо­нансные частоты, но и укорачивает изгибную волну, которая снижает звукоизолирующие свойства панели, т.е. повышается граничная частота.

В случае толстых панелей (l_гр < 300 Гц) следует, наоборот, понижать критическую частоту путем увеличения жесткости па­нели за счет создания ребер жесткости или увеличением массы.

Увеличение массы конструкции выгодно не только в силу закона массы, но и потому, что, не увеличивая упругость, удает­ся снизить резонансные частоты. Наконец, если покрыть резони­рующую перегородку слоем какого-либо пластичного материа­ла, то при каждой деформации перегородки этот слой будет де­формироваться и поглощать звуковую энергию. Однако это эф­фективно только для тонкослойных конструкций из фанеры, ста­ли, алюминия и т.д.

Итак, основные положения при проектировании однослой­ных ограждений сводятся к следующему: для всех частот, кроме самых низких, необходимо увеличивать массу панели на едини­цу ее площади, уменьшать упругость для толстых панелей и увеличивать ее для тонких, создавать условия для применения демпфирующих материалов с высоким затуханием.

Размеры пластины - толщина, ширина и длина влияют на звукоизоляцию в разной степени.

Толщина пластины входит в выражение поверхностной массы и цилиндрической жесткости. При увеличении толщины пластины больших размеров, если рассматривать отдельно об­ласти частот до и после критической, ее звукоизоляция всегда растет. Однако с увеличением толщины уменьшается граничная частота и, соответственно, докритические и за критические об­ласти частот передвигаются по частотной оси. В связи с этим тонкие пластины могут иметь в определенной области частот гораздо большую звукоизоляцию, чем относительно толстые.

На первый взгляд звукоизоляция панели не должна зависеть от ширины и длины панели, исключая, конечно, резонансную область, так как в приведенные выше формулы (28) и (29) они не входят. Однако такое утверждение справедливо лишь для беско­нечных по размерам пластин. Обычно понятие "звукоизоляция пластины" относится к единице площади, и в этом смысле зву­коизоляция не зависит от общей площади пластины, а, следова­тельно, от размеров. Для реальных, ограниченных по площади панелей, зависимость звукоизоляции от общей площади прояв­ляется в большей или меньшей степени.

Проведенные эксперименты показывают, что звукоизоляция пластины будет мало зависеть от ширины и длины, если в ми­нимальной из указанных размеров пластины укладывается больше четырех-пяти длин изгибных волн при ее жесткой задел­ке по контуру и более трех-четырех длин изгибных волн для свободно опертой пластины.

На звукоизоляцию оказывает влияние и способ закрепления пластины по контуру. Установка звукоизолирующей конструк­ции на мягкие прокладки с повышенными потерями звуковой энергии способствует заметному увеличению звукоизоляции тонкой большой пластины, что может быть объяснено частич­ным заглушением свободных изгибных волн, отражаемых от краев. Поэтому контуры звукоизолирующих пластин желательно обрезинивать или заделывать мягкой пластмассой типа эластич­ного пенополиуретана, что опять же возможно только для тон­кослойных конструкций.