Ф едеральное государственное бюджетное учреждение

высшего профессионального образования

«Сибирский государственный университет путей сообщения»

_______________________________________________________________

КАФЕДРА

«Безопасность жизнедеятельности»

Автор: преподаватель Калинеченко Е.А.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по выполнению лабораторных работ по дисциплине

«Безопасность жизнедеятельности»

«Исследование методов защиты от производственных шумов.

Звукоизоляция. Звукопоглощение»

Новосибирск

2013

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

ознакомиться с теоретическими основами строительной акустики, физическими основами звукоизоляции и звукопоглощения, с приборами для измерения шума, нормативными требованиями к производственным шумам, провести измерения уровней шума от модели производственного объекта, оценить эффективность мероприятий по снижению шума средствами звукоизоляции.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Основные характеристики производственных шумов

Звук распространяется в виде переменного возмущения упругой среды, то есть в виде звуковых волн. Звуковыми колебаниями называются колебательные движения частиц среды, под действием этого возмущения. (рис.1). Пространство, в котором они наблюдаются, называется звуковым полем [1, стр. 6].

Основным признаком механических колебаний является повторяемость процесса движения через определенные промежутки времени (рис. 2). Минимальный интервал времени, через который происходит повторение движения тела, называют периодом колебаний (Т), а удельную величину, характеризующую количество периодов за единицу времени - частотой колебаний (f).

f=1/Т (1)

Частота колебаний в секунду определяет высоту тона (рис. 2).

Акустические колебания в диапазоне примерно от 16 Гц – до примерно 20 кГц, воспринимаемые человеком с нормальным слухом, называют звуковыми.

Если частотный спектр разделить на участки (полосы частот) таким образом, чтобы верхняя граница полосы по частоте была в 2 раза больше нижней границы, то такое деление спектра называется октавным делением, а сама полоса считается октавной полосой, т.е. если f₂ = 2f₁; f₃ = 2f₂ и т.д.

В силу различной восприимчивости органами слуха одних и тех же уровней звукового давления, различающихся по частоте в два раза, воспринимаются как один и тот же уровень звука, но на октаву выше. Поэтому частотная шкала — логарифмическая и разделена на 9 октав ([1], стр. 19, [3], стр. 51).

При нормировании шума, исследованиях производственных шумов октавные полосы частот представляют не двумя граничными частотами, а одной среднегеометрической частотой f_СГ (рис 1), которая определяется соотношением:

, Гц (2)

где f₁ и f₂ – нижняя и верхняя граничные частоты.

На среднегеометрических частотах производят измерения фактических уровней шума. Для них же определены нормативные значения предельно допустимых уровней звука (ПДУ).

Амплитуда – смещение частиц среды от их статического положения под действием проходящей звуковой волны (рис. 2). Амплитуда или размах колебаний определяет громкость звуков [2, стр.294].

При распространении звуковой волны происходит перенос энергии.

Средний поток энергии в какой-либо точке среды в единицу времени, отнесенный к единице поверхности, нормальной к направлению распространения волны, называется интенсивностью звука в данной точке, Вт/м².

Звуковым давлением называют разность между значением давления в точке среды при прохождении через нее звуковой волны и статическим давлением в той же точки Р, Па.

Величины звукового давления и интенсивность звука (абсолютные величины), с которыми приходится иметь дело в практике борьбы с шумом, могут изменяться в очень широких пределах. Так человек способен воспринимать звуковые давления в диапазоне величин от P_max (болевой порог слышимости) до P₀ (порог слышимости) отличающихся друг от друга в 108 раз, а по интенсивности этот диапазон J_max/J₀ отличается еще больше – в 1016 раз. Естественно, оперировать такими шкалами величин неудобно, к тому же ощущения человека при воздействии шума пропорциональны логарифму количества энергии раздражителя. Поэтому были введены логарифмические величины – уровни звукового давления Lp и уровни интенсивности LI (относительные величины), которые позволили сократить шкалу измеряемых величин от 0 да 140 децибел. [3, стр. 50]

Уровень интенсивности звука определяют по формуле:

, дБ (3)

Уровень звукового давления определяется по формуле

, дБ (4)

При пороговых значениях J₀ =10-12 Вт/м² и P₀ =2*10^-5 становятся равными уровни L_I =L_P =L – уровень звукового давления.

Человек способен различать изменение уровня звука на 0,1 Бел, поэтому для удобства используют единицу измерения 1 дециБел (дБ).

Шум – это совокупность периодических звуков различной интенсивности и частоты. С физиологической точки зрения шумом называют любой нежелательный звук, оказывающий вредное воздействие на организм, человека.

На рисунке 3 представлена классификация шумов [3, стр. ].

Воздействие шума на организм

В биологическом отношении шум считается стрессовым фактором, способным вызвать срыв приспособительных реакций. Интенсивный шум на производстве способствует снижению внимания и увеличению числа ошибок при выполнении работы, оказывает влияние на быстроту реакции, сбор информации и аналитические процессы, из-за шума снижается произ­водительность труда и ухудшается качество работы. Акустический стресс может приводить к разным проявлениям: функциональные нарушения ре­гуляции центральной нервной системы, изменение скорости дыхания и пульса, нарушения обмена веществ, сердечно-сосудистые заболевания, ги­пертоническая болезнь, профессиональные заболевания.

При нормировании шума используют два метода:

- нормирование уровней звукового давления в октавных полосах в дБ;

- нормирование уровней звука в дБА, и максимальные уровни звука в дБА.

Первый метод является основным для постоянных шумов. Здесь нормируются уровни звуковых давлений в восьми октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 31,5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц.

Второй метод касается нормирования общего уровня шума, измеренного по шкале шумомера А и называемого уровнем звука в дБА ([1], стр. 23 , [2], стр. 305). Используется метод для ориентировочной оценки постоянного и непостоянного шума (эквивалентному постоянному шуму по энергии).

Шум на рабочих местах не должен превышать допустимых уровней, значения которых приведены в актуализированных ГОСТ 12.1.003-83 с изм. №1 и СН 2.2.4/2.1.8.562-96.

Теоретические основы звукоизоляции и звукопоглощения

Звуковая волна, проходя через конструкцию претерпевает следующие процессы: отражение, поглощение, звукопередача (рис.4).

Рисунок 4 – Путь прохождения волны через конструкцию

Звукоизоляция – снижение уровня шума за счёт установки на его пути звукоизолирующих преград в виде стен, перегородок, перекрытий, кожухов, кабин, экранов.

На практике зачастую возникает необходимость определять прохождение звука через преграду, представляющую собой, например, перегородку между помещениями или звукозащитный кожух, устанавливаемый вокруг источника интенсивного шума. При падении звуковых волн на перегородку через неё проходит лишь часть энергии этих волн, остальная энергия волн, падающих на перегородку, отражается от неё и поглощается в ней (рис. 4). Отражение звуковой энергии от перегородки обусловлено различием сопротивлений перегородки и среды, соприкасающейся с ней. Это отражение тем значительнее, чем существеннее различаются упомянутые сопротивления. Очевидно, что при этом увеличивается и звукоизоляция. [2, стр. 323].

Звукоизоляционные качества ограждений от воздушного шума характеризуются коэффициентом звукоизоляции, равным отношению интенсивностей звуковых волн, падающих не преграду J₁, к интенсивностям прошедших через преграду J₂:

r= J₁/J₂ (5)

Для оценки звукоизоляции используют формулу:

R=10lg(P₁/P₂), (6)

где P₁ - мощность звука, падающего на преграду;

P₂ - мощность звука, излучаемого обратной стороной преграды.

Эта формула справедлива только в тех случаях, когда звукоизолирующая преграда разделяет два помещения одинакового размера. Как правило, рассматриваемая строительная конструкция разделяет два различных помещения. В этом случае при условии возникновения и в том и в другом помещении диффузных звуковых полей расчет следует производить по формуле:

R=L₁-L₂+10lg(S/A₂), (7)

где L₁ – уровень звукового давления в помещении с источником шума;

L₂ - уровень звукового давления в звукоизолируемом помещении;

S – площадь разделяющей помещение конструкции;

A₂ – эквивалентная площадь звукопоглощения в изолируемом помещении.

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

(8)

где: L₁ – октавный уровень звукового давления в помещении с источником шума, дБ;

В - постоянная помещения, защищаемого от шума, м² ;

S₁ - площадь ограждающей конструкции (или отдельного ее элемента), через которую проникает шум в защищаемое помещение;

Lдоп - допустимый октавный уровень звукового давления, дБ, в защищаемом помещении;

n - общее количество ограждающих конструкций или их элементов, через которые проникает шум.

Изоляция воздушного звука зависит в первую очередь от плотности применяемого в

конструкции материала ρ, его модуля упругости Е и коэффициента внутренних потерь η. Основными звукоизолирующими материалами являются: алюминиевые сплавы, асбокартон, базальтовый картон, бетон, гетинакс, медные сплавы, органическое стекло, ПВХ линолеум, пробковые плиты, твердая резина, титановые сплавы, свинец, силикатное стекло, сталь, стеклопластик, фибра и др.

В конструктивном плане различают однослойные и многослойные звукоизолирующие конструкции (рис.5).

•

Рис.5. Примеры звукоизолирующих конструкций:

а) однослойная, б) многослойные

При использовании многослойной конструкции можно добиться значительно более высокой звукоизоляции, чем у однослойной стены равной массы.

Кроме звукоизолирующих экранов могут применяться звукоизолирующие кожухи.

Этот способ защиты от шума является более действенным, чем другие строительно-акустические способы (применение звукопоглощающих облицовок, экранов, выгородок и т.п.), поскольку он предполагает достижение эффекта снижения шума на любую требуемую величину даже в непосредственной близости от источника шума. Для повышения эффективности применения кожухов их внутренние поверхности должны быть облицованы звукопоглощающими материалами.

Звукоизолирующий кожух машины представляет собой всесторонне замкнутую оболочку, внутри которой размешается источник шума. Идеальным конструктивным решением кожуха считается решение, при котором обеспечивается полная герметичность. В этом случае величина требуемой звукоизоляции стенок R_тр может быть определена по эмпирической формуле:

(9)

где: DL_тр – требуемая величина снижения уровня звукового давления кожухом в расчетной точке источником шума, дБ;

S_к – площадь поверхности кожуха, м²;

S_доп – площадь воображаемой поверхности, вплотную окружающей источник шума.

Реальные конструкции кожухов весьма далеки от идеала, так как в условиях их эксплуатации герметичность замкнутого пространства нарушается из-за необходимости подводки внутрь кожуха трубопроводов, устройства каналов для прохода воздуха и отвода избыточного тепла, смотровых окон и открывающихся дверей. Кроме того, наличие обязательных стыковых соединений, неизбежно сопровождающихся щелевыми отверстиями и не плотностями, также ведет к усложнению конструктивных решений и значительным трудностям при попытках обеспечить выполнение требований формулы (9).

Рассмотрим на примере кожуха машины (рис.6) наиболее характерные из путей проникновения шума в защищаемое помещение.

Рис.6 – Возможные пути передачи звука через кожух машины

Основным путем передачи звука в защищаемое помещение является путь, обозначенный на рис.6 символом А - передача через ограждающую конструкцию. Величины снижения проникающих уровней определяются потерями на звукоизоляцию и могут достигать в зависимости от спроектированной конструкции ограждения значений:

(10)

где: R - звукоизолирующая способность ограждающей конструкции кожуха, дБ, определяется по формуле (9);

Sк - площадь поверхности кожуха, м²;

Ак - средний коэффициент звукопоглощения в пространстве под кожухом.

Наличие технологически необходимых отверстий или не плотностей в кожухе или отдельных его деталях приводит к интенсивной передаче воздушного звука по путям, обозначенным на рис.6 символами Б₁ , Б₂ , Б₃. Ещё одним путем передачи звука из-под кожуха машины в помещение является передача структурного звука в местах соприкосновения изолируемой машины с фундаментом или полом помещения (Г₁) либо звука, непосредственно излучаемого выступающими деталями машины (Г₂), излучение кожухом звука, проникающего в его стенки при жестком опирании на корпус (В₁) пол или фундамент машины (В₁) или соприкосновении с выступающими деталями машины (В₂). Если первый из рассматриваемых пулей передачи звука (А) зависит только от конструктивного решения стенок кожуха, то два других требуют выполнения ряда дополнительных операций по устранению возможностей проникновения шума в помещение этими путями, например, установки в местах выхода отверстий специальных глушителей шума или опирание кожуха на ограждающие конструкция через упругие прокладки.

Звукопоглощение. Применяют, когда снижение шума в источнике и звукоизолирующие устройства неосуществимы или снижают шум недостаточно. Ослабление шума этим методом достигается облицовкой внутренних поверхностей (стен, потолка) помещений звукопоглощающими чаще всего пористыми, материалами (аппаратные телеграфа, звукоизолирующие кабины и кожухи, судовые машинные отделения с помещениями небольшого объема, до 400— 500 м). Ослабление шума в этих случаях происходит вследствие поглощения отраженных от поверхности звуков, подобно тому, как уменьшается освещенность в помещении при окраске стен и потолка черной краской.

Снижение шума при таких облицовках не превышает 7—8 дБ, величина эта уменьшается при возрастании объема помещения, поэтому в больших помещениях устройство таких облицовок нецелесообразно [2, стр. 318].

При отражении звуковой волны от преграды часть звуковой энергии теряется: преобразуется в тепло или проходит сквозь преграду. Потери энергии характеризуются коэффициентом звукопоглощения поверхности:

₀=(I_пад-I_отр)/I_пад, (11)

где I_пад – интенсивность падающей звуковой волны;