книги из ГПНТБ / Разумовский М.А. Борьба с шумом на тракторах

щаемые газовыми силами, действующими в цилиндрах (шумы газодинамического происхождения). Акустические излучения выделенных источников связывает характер протекания рабочего процесса, скоростные и нагрузоч­ ные режимы работы двигателя (трактора).

На тракторах можно выделить еще одну группу источников (точнее, излучателей) так называемого вто­

они могут усиливать акустические излучения в результа­ те вибраций и резонансных явлений. Только после эф­ фективной виброзащиты они становятся не излучателя­ ми, а, наоборот, препятствиями (экранами) на пути рас­ пространения звуковых волн.

На установившихся динамических режимах акустиче­ ские излучения источников создают установившееся звуковое поле вокруг трактора и на рабочем месте. Периодичность и характер возмущающих усилий в ис­ точниках определяют основную частоту (тон) и гармони­ ческие составляющие (обертоны) излучаемых звуков. Эти частоты на установившихся режимах работы связа­

10

тактности; zK— число клапанов; пт и гш — число обо­ ротов ведущей шестерни в минуту и количество зубьев; пв и ZB’— число оборотов вентилятора в минуту и количе­ ство лопастей.

Динамичные возмущения (удары, резкие нарастания давления при сгорании и т. п.) вызывают колебания раз­ личных деталей с собственными частотами и акустические излучения в широком диапазоне звуковых частот. Более подробно динамика возмущений и излучения шума ис­ точниками рассмотрена в гл. II.

2. Шумовые характеристики и техника их определения

Измерители шума. Шум на тракторах представляет собой сложный звуковой процесс, складывающийся из множества простых звуков — гармонических составляю­ щих. При установившихся режимах работы его структу­ ра и основные характеристики сохраняются и довольно стабильно повторяются при воспроизведении режима.

Основной физической характеристикой стационарного шума при установившемся динамическом режиме явля­ ется спектральная плотность амплитуд звукового давле­ ния — амплитудный спектр, показывающий распределе­ ние амплитуд давлений по частотному диапазону.

Для структурного шума такой характеристикой явля­ ется спектральная плотность амплитуд смещения а, ско­ рости ѵа или ускорения ja колебательного процесса. По­ скольку амплитуды а, ѵа и ja для гармонических процес­ сов на фиксированных частотах связаны однозначно:

ѵа = аа> = a-2nf;

(со — угловая частота), то в качестве физической харак­ теристики процесса может быть принят спектр одного из перечисленных параметров. Обычно при акустических

11

исследованиях таким параметром выбирают скорость колебательного процесса. Это обусловлено тем, что при излучении воздушного звука вибрирующими поверхно­ стями амплитуда звукового давления пропорциональна скорости колебательного процесса и при анализах легко обнаруживается связь между процессом механических вибраций и излучаемым воздушным шумом.

В технической акустике чаще интерес представляют не амплитудные, а эффективные значения звукового давления или скорости. Для гармонических процессов

где ра и !)а — амплитудные значения звукового давления и скорости; рт и ѵт — соответствующие им эффективные значения.

Для связи физических характеристик акустических процессов с восприятием их органами слуха человека оценка ведется не по абсолютным эффективным значе­ ниям, а по уровням их отношений к постоянным порого­ вым значениям, выражаемым в логарифмических едини­ цах измерения отношений — децибелах:

где ро, Ѵо и /о —- соответственно пороговые значения зву­ кового давления, скорости и ускорения (/>0 = 2-10~5 Н/м2; у0=б-Ю ~8 м/с; /о= 3-10~4 м/с2). Эти значения соответст­ вуют звуковому давлению, скорости и ускорению частиц воздуха в волне на пороге восприятия звука человеком на эталонной в акустике частоте, равной 1 кГц.

12

Таким образом, в технической и физиологическоййкустике за основную физическую характеристику ійума принят не амплитудный спектр, а спектр уровней ампли­ туд, т. е. L = Ф(/). По спектру уровней производится оценка громкости восприятия, неприятности и вредности шума.

Отметим еще один важный измеритель — интенсив­ ность звука,— характеризующий величину звуковой энергии, переносимой через единицу поверхности в' еди­ ницу времени. Интенсивность звука и звуковое давление1

В случаях, когда колебательный процесс носит' сДОгчайный характер, его основной физической характерйстйкой является энергетический спектр, представляющий собой математическое ожидание квадрата амплитуд звукового давления в фиксированных полосах частот. Кроме того, для оценки динамичности такого процесса часто применяется автокорреляционная функция, описы-, ваемая следующим интегральным выражением:

‘математическое ожидание произведения акустического' сигнала f(t) в заданный момент времени t на величину

того же сигнала f ( t + т), взятого в момент времени Т+т. При т= 0 функция имеет максимум, а при увеличении t она стремится к оси абсцисс тем быстрее, чем более дй-1 намичен процесс. Энергетический спектр и автокорреля­ ционная функция связаны между собой преобразованием

на тракторах путем непосредственных измерений опреде­ ляются следующие измерители — характеристики шума:

1$

уровни звукового давления в полосах спектра, дб; суммарный корректированный уровень звукового дав­

ления, так называемый уровень звука (шума), дбА; уровень скорости (ускорения) в полосах спектра, дб

(часто абсолютные значения скорости или ускорения в полосах спектра).

Спектры являются физическими характеристиками звукового поля и вибраций в месте (точке) измерений, а уровень шума, замеренный по скорректированной харак­ теристике А шумомера, в первом приближении характе­ ризует восприятие шума человеком, так как кривизна корректирующей характеристики эквивалентна осредненной кривой равной громкости [29].

Для акустических измерений на тракторах применя­ ется обычно прецизионная шумовиброизмерительная аппаратура. В комплект ее входят шумомеры, вибромет­ ры, частотные анализаторы-фильтры, корреляторы и регистрирующие приборы — магнитофоны, самописцы уровня электрических колебаний, осциллографы. При­ мерные блок-схемы измерительных трактов и возможные комбинации приборов показаны на рис. 3.

Типовые характеристики измерительных трактов шумомеров приведены на рис. 4. Характеристика А, как уже отмечалось, используется при измерении уровня шу­ ма (в дбА), а характеристика С — при выполнении спек­ трального анализа. Линейная характеристика Ып при­ меняется в тех случаях, когда шумомер используется в качестве усилителя при измерении вибраций. Характери­ стика В при современных измерениях обычно не исполь­ зуется.

В качестве частотных анализаторов чаще всего при­ меняются полосовые фильтры последовательного или параллельного анализа с постоянной относительной ши­ риной полосы пропускания. Реже применяются фильтры с постоянной узкой шириной полосы. Среднегеометриче­ ские частоты полос наиболее распространенных фильт­ ров с шириной полосы в 1 октаву, 1/2 октавы и 1/3 окта­ вы приведены в табл. 1.

Граничные частоты полосовых фильтров могут быть рассчитаны из следующих соотношений:

для октавы

: fcp = V f j : = V W H =

14

для полуоктавы

fcp= VWB= 1,19/н;

для трети октавы

/е р = v W u = 1 > 1 3 /н ,

где /ср — среднегеометрическая частота полосы прозрач­ ности фильтра; /н и /в — нижняя и верхняя граничные частоты полосы.

Иногда на практике шум оценивают показателем субъективной громкости в сонах, который определяется

7 Лля ипптнобибшихся птасрт

запись

// Жля случайных процессов

Энергет ический спектр

Рис. 3. Примерные блок-схемы измерительных трактов и комбинации приборов для акустических исследований на тракторах:

/—микрофон; 2—усилитель; 3—корректирующие цепи; 4—индикатор; 5—магнито­ фон; 6—фильтр; 7—самописец; 8—осциллограф; 9—интегрирующие (дифферен­ цирующие) цепи; 10—виброприемник; Л —квадратичной элемент; 12—усредняю­ щий фильтр-интегратор; 13—перемножатель; 14—блок регулируемой задержкя

15

Таблица 1

Граничные частоты октавных полос и среднегеометрические частоты

Среднегеометрические частоты, Гц

где Р — звуковая мощность источника, Вт, Po — порого­ вое значение звуковой мощности (Рл==10-12 Вт (1 мВтуу.^

Расчет пооктавных уровней звуковой мощности ведет­ ся по данным измерений уровней звукового давления в октавных полосах на измерительной поверхности вокруг источника:

на измерительной поверхности (сфере или полусфере), дб\ S — площадь измерительной поверхности, м2\ So рав­ но 1 м2.

Рис. 5. Номограмма для расчета уровней громкости шумов

18

Средний октавный уровень звукового давления на из­ мерительной поверхности определяется на основании закона энергетического суммирования:

і-й точке измерений; п — количество точек измерения. Методы, общие правила и условия измерения уровней

звукового давления при определении звуковой мощности источников шума машин и механизмов регламентирова­ ны ГОСТ 11870—66.

Корректированный уровень звуковой мощности LP(A ) определяется аналогичным путем, при этом средний уро­

вень шума L(A) (дбА) на измерительной поверхности

так же, как и L, подсчитывается по закону энергетиче­ ского суммирования.

Направленность излучения источников — неравномер­ ность излучения шума в разных направлениях характе­ ризуется показателем направленности

ный в заданном направлении, дб; L — средний уровень звукового давления в октаве на том же расстоянии от источника, дб.

Показатель направленности излучения связан с коэф­ фициентом направленности следующим соотношением:

где Q — коэффициент направленности излучения. Измерения уровней звукового давления в октавах по

сфере (полусфере) и последующие расчеты при опреде­ лении уровней звуковой мощности источников шума на тракторах являются весьма трудоемкими и отнимающи­ ми много времени процессами. Поэтому в практике ис­ следований для предварительной оценки шума источни­ ков и изучения влияния на его характеристики различ­ ных факторов, конструктивных изменений и мероприятий измерения уровней звукового давления в полосах спектра и уровней шума часто проводятся в одной или несколь-