Методическое пособие 436

передвижные (применяются в составе шумозащитного комплекса на транспортных машинах);

дополнительные (используются как дополнительные элементы шумозащитных конструкций, например звукоизолирующих капотов).

Каждый вид АЭ имеет свою специфику, связанную с конструктивным

исполнением и местом расположения.

Наибольшее распространение получили транспортные АЭ и экранирующие сооружения, используемые в десятках стран мира. Транспортный АЭ можно определить как твердое звуконепроницаемое препятствие, которое блокирует линию прямой видимости от источника звука до точки наблюдения и создает акустическую тень (при этом шум в точке наблюдения уменьшается).

По конструктивному исполнению и достигаемому эффекту шумоглушения все АЭ и экранирующие сооружения можно свести к следующим классам:

1.плоские экраны-барьеры;

2.широкие экраны;

3.экраны-тоннели;

4.комбинированные экраны и сооружения.

Плоским (или тонким) называется АЭ, в котором дифракция происходит на одной грани (рис. 3.1, а). Такие экраны (барьеры) в основном изготавливаются высотой от 2 до 6 м. По форме или положению они могут быть Г-образными, Т-образными, наклонными и др. Чем сложнее форма свободного ребра плоского АЭ, тем он эффективнее.

Широким называется такой АЭ, проходя через который звук дифрагирует на двух гранях (рис. 3.1, б). Поэтому эффективность широких АЭ при одинаковой высоте выше, чем тонких.

а) б)

Рис. 3.1. Схема дифракции на тонком (а) и широком АЭ (б): 1 – источник шума (ИШ); 2 – плоский (тонкий) АЭ; 3 – расчетная точка (РТ); 4 – опорная поверхность; 5 – широкий АЭ; 6 – условная высота тонкого АЭ, который образуется увеличением длины лучей на широком АЭ; А и В – расстояния от края АЭ до ИШ и РТ соответственно; d и dl – расстояния между ИШ и РТ; – угол дифракции на ребре АЭ (образованный направлениями луча от ИШ к ребру АЭ и луча от ребра АЭ к РТ); bэкp – ширина АЭ

31

Примером широких АЭ являются насыпи, земляные валы, здания и другие сооружения. Высота широких АЭ, как правило, 2–3 м.

Если акустический экран имеет ширину bэкp 3 м, он считается широким для любых рассматриваемых случаев; если bэкp 3 м, то АЭ может считаться

широким только на частотах, при которых bэкp .

5

АЭ-тоннели – сложные сооружения, в которых звук не проходит через стенки, а дифрагирует на элементах входа и выхода, поэтому эффективность АЭ-тоннеля зависит от его длины и звукоизоляции стен. Уменьшение звука на входе и выходе из тоннеля достигается путем применения звукопоглощающей облицовки.

Комбинированные АЭ применяются для достижения высокой эффективности снижения шума. Они могут состоять из плоских, Г-образных и прочих экранов, которые усиливают действие друг друга. Комбинированные сооружения имеют различное конструктивное исполнение (в частности, это может быть сочетание насыпи и плоского барьера) и более эффективны, чем каждый отдельный элемент.

Физические принципы работы АЭ

Работа акустического экрана основана на нескольких принципах акустической защиты, главными из которых являются отражение и поглощение звука. Эффект шумоглушения с помощью АЭ достигается за счет образования звуковой тени: за экраном звук снижен. Звуковая тень образуется вследствие дифракции звука на свободном ребре АЭ.

Рис. 3.2. Схема расчета эффективности акустического экрана:

1 — источник шума (ИШ); 2 — АЭ; 3 — область звуковой тени; 4 — расчетная точка (РТ); 5 — близко расположенная поверхность (отражающая или поглощающая); А и В — расстояния от ребра АЭ до ИШ и РТ соответственно; d

— расстояние между ИШ и РТ

32

На рис. 3.2 приняты следующие обозначения: Iпадпов и Iотрпов – соответственно

интенсивности звука, падающего на поверхность перед АЭ и отраженного от нее; Iпадэкр , Iïð , и Iотрэкр – интенсивности звука, падающего на АЭ, прошедшего

через АЭ и отраженного от него; Iдиф – интенсивность звука, дифрагирующего

на свободном ребре АЭ; – угол дифракции на ребре АЭ.

Звуковая энергия на пути от источника шума к расчетной точке перераспределяется и уменьшается в результате следующих процессов. Сначала звук частично затухает, попадая на звукопоглощающую поверхность, если таковая имеется (на рис. 3.2 – поверхность 5). Звуковая энергия, падающая на АЭ, вычисляется следующим образом:

где пов – коэффициент звукопоглощения поверхности.

Звуковая энергия падает на физическую преграду – акустический экран. Эта энергия частично проходит через экран, а частично поглощается им, если он покрыт звукопоглощающей облицовкой, или отражается от него. Часть звуковой энергии дифрагирует на свободном ребре АЭ. При этом, если экран отражающий, то к падающей энергии добавляется энергия отраженного от АЭ звука. Эти составляющие определяются коэффициентами звукопроницаемости

– экр , звукопоглощения – экр и дифракции – дифэкр и выражаются следующим образом:

Звукоизоляцию более удобно выражать через коэффициент звукопроницаемости, который связан с ней соотношением

Принципиальным является вопрос о соотношении прошедшей через АЭ и дифрагирующей на АЭ энергии. По измерениям в акустических камерах, которые выполняются с целью сертификации АЭ, известно, что для плоских АЭ ЗИэкр 28÷35 дБА. В то же время предельно возможная эффективность

акустических экранов-барьеров не превышает 15÷18 дБА. Если вклад одного канала (прохождение через АЭ) на 10 дБА ниже, чем вклад другого (дифракция на ребре АЭ), то вклад первого может не учитываться. Акустический экран, правильно спроектированный и установленный без щелей и проемов, всегда обеспечит достаточно эффективную звукоизоляцию. Это означает, что

33

нецелесообразно стремиться к увеличению эффективности АЭ-барьера путем увеличения его толщины и массы.

Важным элементом в конструкции АЭ является звукопоглощающее покрытие, располагаемое со стороны источника звука, которое заметно повышает эффективность экрана.

Отраженная от АЭ звуковая энергия минимальна, когда коэффициент звукопоглощения материала АЭ близок к единице. Дополнительная эффективность АЭ за счет применения покрытия с хорошим звукопоглощением зависит от многих условий, но максимальное значение ее может достигать 4÷6 дБА.

Конструкции некоторых типов АЭ включают резонаторы Гельмгольца, которые увеличивают эффективность на 1÷5 дБ на отдельных частотах в низкочастотном диапазоне.

Изложенное выше приводит к выводу, что основной эффект применения АЭ состоит в уменьшении доли дифрагирующего звука и создании зоны акустической тени за экраном. В литературе [4, 5, 6, 7] существуют многочисленные подходы к определению эффективности АЭ, базирующиеся на оптико-дифракционной теории акустики. Обратимся к самому простому и, пожалуй, наиболее известному подходу, предложенному японским ученым З.Маекавой. Формула Маекавы, определяющая эффективность АЭ в области чисел Френеля N 1, выглядит следующим образом

где N 2 A B d , размеры А, В и d приведены на рис. 3.2.

Рис. 3.3. Снижение шума барьерами в функции N (по Маекаве)

Формула (3.14) показывает, что эффективность АЭ имеет частотнозависимый характер. С увеличением частоты эффективность АЭ возрастает, как

34

это показано на рис. 3.3. Анализируя формулу (3.14), можно видеть пути повышения эффективности АЭ:

1.уменьшитьрасстоянияотисточникашумадоАЭиотАЭдозащищаемогообъекта;

2.увеличить высоту и (или) длину АЭ.

Приближение АЭ к источнику – не всегда реализуемая мера. Например, АЭ широко используется для снижения шума от подвижного состава железнодорожного транспорта и автомобильных дорог. Основной путь повышения эффективности АЭ, устанавливаемых, например, на автодорогах, – это увеличение их высоты и протяженности.

Описание лабораторной установки

давления в октавных и 1/3-октавных полосах частот 25 Гц-16 кГц с временными характеристиками S, F, I, a также эквивалентные (по энергии) уровни.

В режиме «Инфразвук» прибор позволяет в реальном времени одновременно видеть на экране октавный и l/3-октавный спектр 1,6 Гц – 20 Гц.

Результаты измерений можно сохранить в энергонезависимой памяти, а впоследствии выдать опять на жидкокристаллический графический индикатор или передать в компьютер по интерфейсу RS-232.

Питание прибора осуществляется от встроенной аккумуляторной батареи или от сетевого блока питания. Для специальных приложений, требующих

35

проведения измерения вибрации, прибор ОКТАВА–110A может быть доукомплектован вибродатчиком со специальным переходником.

Таблица 3.1 Технические характеристики прецизионного шумомера и анализатора спектра

ОКТАВА–110А

Порядок выполнения работы

После ознакомления с теоретической частью работы, описанием установки и устройством шумомера, студент ставит в известность об этом преподавателя, и после проверки теоретических знаний при условии положительной оценки получает разрешение на выполнение экспериментальной части.

Исследование акустической эффективности экрана.

1.Установить акустический экран на заданном расстоянии от микрофона шумомера.

2.Выполнить измерение уровня шума и уровня звукового давления в однооктавном спектре в расчётной точке помещения с экраном и без экрана.

3.Вычислить эффективность акустического экрана в исследуемых диапазонах.

4.Рассчитать теоретическое снижение уровня звука по формуле (3.14).

5.Результаты занести в протокол в табл. 3.2.

6.Сделать выводы по результатам работы.

36

Таблица 3.2 Протокол. Оценка акустической эффективности акустического экрана

Отчет составляется по установленной форме и должен содержать следующие пункты:

цель работы;

краткую теоретическую часть с расчётными формулами;

условие задания;

решение с пояснениями и формулами, написанными в буквенном и численном виде;

вывод.

Вопросы для самоконтроля

1.Назначение прибора ОКТАВА–101А.

2.Какие нормативные документы определяют методику измерения уровня звуковой мощности в источнике?

3.Покажите формулу для определения корректированного уровня звуковой мощности источника.

4.Какими параметрами характеризуется звуковая волна?

5.Что такое уровень звукового давления?

6.Понятия о звукоизоляции и звукопоглощении. Коэффициенты звукопроницаемости, звукоизоляции и звукопоглощения.

7.Что такое акустический экран?

8.Как теоретически оценить акустическую эффективность экрана,

37

Заключение

Учебное пособие по дисциплинам «Управление техносферной безопасностью» и «Законодательство в БЖД» поможет студентам, обучающимся по направлению 20.03.01 «Техносферная безопасность», изучить методы и способы защиты от вибрации в производственных условиях.

Вучебном пособии излагаются вопросы теории вибрационных процессов, указаны источники вибрации в производственных условиях. Рассмотрены методы определения уровня вибрации. Показаны примеры обработки экспериментальных данных для получения вибрационных показателей работающего оборудования.

Вбиблиографическом списке даны нормативные документы, определяющие вибрационную безопасность для работающего персонала предприятий.

38

39

Окончание табл. П1

Таблица П2 Результаты измерения виброскорости в мм/с прибором ВИП-2. Переключатель

рода работы находится в положении «mms»

40