Лабораторные работы / Лаб7 / Лабораторная_7_Давыдов_Крахотин_Смирнова

Основные теоретические положения

Уровнем звукового давления называется величина, определяемая выражением (1):

где p0 – пороговая величина звукового давления, равная 2∙10-12 Па (порог слышимости при частоте 1000 Гц).

Допустимые значения уровней звукового давления устанавливаются для частотного интервала, который называется октавой. Октава – частотный интервал, в котором верхняя и нижняя граничные частоты отличаются в два раза. Определяющей для этих частотных интервалов является среднегеометрическая частота.

Как правило, допустимые уровни представляют в виде кривых,

называемых предельными спектрами (ПС). Предельный спектр получает номера по числу децибел, которые допускаются в октавной полосе со среднегеометрической частотой 1000 Гц (рис. 1). В зависимости от рода выполняемой работы различаются ПС-45, ПС-55, ПС-60, ПС-75. Для того,

чтобы определить, удовлетворяет ли шум на рабочем месте санитарным нормам, нужно снять спектрограмму шума в октавных полосах и сравнить с допустимыми для данного вида работы ПС.

2

Рисунок 1. Семейство нормировочных кривых шума (ПС)

Для ориентировочной оценки шума введены допустимые уровни звука в децибелах по шкале А шумомера (дБА).

Так, предельному спектру ПС-45 соответствует допустимый уровень звука 50 дБА, предельному спектру ПС-75 — 80 дБА.

В качестве характеристики постоянного широкополосного шума принимается уровень звука, измеренный на временной характеристике

“медленно” шумомера, а непостоянного шума эквивалентный уровень звука,

определяемые, соответственно, по формуле (2):

3

Цель работы

Исследование параметров производственного шума на соответствие требованиям санитарных норм и изучение основных принципов по эффективной защите от шума.

Ход выполнения работы

1. Исследование зависимости параметров шумовой помехи

На первом этапе исследования измеряли уровень звукового давления фонового шума в лабораторном помещении при выключенном источнике шума. Измерения выполнялись в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000 и 8000 Гц.

Результаты измерений занесены в таблицу №1 и представлены в виде графика зависимости уровня звукового давления от частоты (рис. 2).

Таблица 1. Шумовой фон

Рисунок 2. Шумовой фон

4

На рис. 1 показано распределение уровней звукового давления фонового шума по частотам. Из графика видно, что наибольшие значения уровней звукового давления наблюдаются на низких частотах (31,5–63 Гц), где уровень достигает 70 дБ. С увеличением частоты уровни звукового давления постепенно снижаются, достигая минимальных значений около 30 дБ в области 4000–8000 Гц. Таким образом, шумовой фон помещения относится к низкочастотному типу.

Средний уровень звука фонового шума составил 56,1 дБА, что не превышает предельно допустимого уровня производственного шума для помещений категории ПС-45 (50–55 дБА). Следовательно, фоновый шум не оказывает значительного влияния на результаты последующих измерений и может быть учтён в виде поправки при обработке данных источника шума.

2. Исследование зависимости параметров шума от частоты

На данном этапе был включён источник шума. Измерения уровней звукового давления выполнялись в октавных полосах частот (31,5–8000 Гц) –

исходные данные табл. 2. Для исключения влияния фонового шума результаты были откорректированы с учётом поправок, рассчитанных по методике лабораторной работы (табл. 3).

Таблица 2. Источник шума без средств защиты. Исходные данные.

5

Таблица 3. Исключение влияния фонового шума

На рис. 3 приведён график зависимости уровня звукового давления от

частоты.

Рисунок 3. Зависимости уровней звукового давления от частоты для шумового фона и источника шума без средств защиты.

6

Из графика видно, что уровни звукового давления источника шума значительно превышают значения фонового шума, особенно в диапазоне 500– 2000 Гц, где уровни достигают 87–101 дБ. Это указывает на то, что исследуемый шум является широкополосным с преобладанием среднечастотных компонентов.

При частотах выше 4000 Гц уровни звука снижаются до 46 дБ. Средний уровень звука составил 102,6 дБА, что превышает допустимые нормы производственного шума (для ПС-45 – 50 дБА, ПС-55 – 60 дБА).

Следовательно, требуется применение мер защиты от шума.

Таким образом, источник создаёт широкий диапазон частот шума, с

максимумом уровней в области 500–2000 Гц. Характер шума — среднечастотный, интенсивность высокая, что делает его опасным для органов слуха и требует применения звукопоглощающих и звукоизолирующих средств.

3. Исследование средств защиты от шума

Далее было проведено исследование эффективности различных средств защиты от производственного шума. Было определено, как изменяется уровень звукового давления при использовании звукоизолирующих кожухов и акустических экранов различных конструкций.

Для сравнения использовались результаты измерений уровня шума от источника без средств защиты (базовый вариант) и измерения при использовании различных защитных устройств.

Эффективность средств защиты определялась по формуле:

( ) = до( ) − после( ), где до( ) – уровень звукового давления источника без защиты (с учётом фоновой поправки), после( ) – уровень при включённом источнике шума с применением выбранного средства защиты.

7

Вначале исследовалась эффективность звукоизолирующих кожухов: без

звукопоглотителя (табл. 4) и с внутренней облицовкой звукопоглощающим

материалом (табл. 5).

Таблица 4. №6 — Кожух без звукопоглотителя

При установке кожуха без звукопоглотителя уровни звукового давления уменьшились в среднем на 3–10 дБ в диапазоне 500–2000 Гц. На низких частотах (до 125 Гц) снижение практически отсутствует, что связано с тем, что сплошные ограждения плохо ослабляют длинноволновые колебания. Таким образом, кожух без звукопоглотителя частично эффективен на средних частотах и практически не влияет на низкочастотный шум.

Таблица 5. №12 — Кожух со звукопоглотителем

При облицовке кожуха звукопоглощающим материалом эффективность заметно возросла. Снижение уровня звукового давления составило до 15–18

дБ на частотах 2000–8000 Гц и около 10 дБ на средних частотах. Это объясняется тем, что пористый материал преобразует звуковую энергию в тепловую, устраняя отражения внутри кожуха. Следовательно, кожух со звукопоглотителем является более эффективным средством защиты, особенно в диапазоне средних и высоких частот.

На графиках (рис. 4) приведена зависимость эффективности кожухов от частоты.

8

Рисунок 4. Зависимости эффективности кожухов от частоты

Из графика видно, что кожух без звукопоглотителя (линия №6) обеспечивает снижение уровня звукового давления в среднем на 8–10 дБ в диапазоне 500–2000 Гц. При этом на низких частотах (до 125 Гц) эффективность практически отсутствует, что объясняется плохой звукоизоляцией тонкостенных кожухов на длинных волнах. Кожух со звукопоглотителем (линия №12) показывает значительно лучшие результаты

— эффективность достигает 15–18 дБ на частотах 1000–8000 Гц. Это связано с тем, что пористый звукопоглощающий материал внутри кожуха преобразует звуковую энергию в тепловую и устраняет отражения внутри корпуса.

Таким образом, применение звукопоглотителя позволяет повысить эффективность кожуха примерно в 1,5–2 раза и делает его действие более устойчивым в широком диапазоне частот. Кожух со звукопоглотителем является более эффективным средством защиты и рекомендуется для практического применения.

Далее исследовалась эффективность экранов: экран металлический сплошной (табл. 6), экран с отверстиями-вентиляция (табл. 7), экран с верхним большим отверстием (табл. 8), экран из оргстекла сплошной (табл. 9).

9

Таблица 6. №7 — Сплошной металлический экран

Применение сплошного металлического экрана позволило снизить уровни звукового давления в среднем на 8–10 дБ в диапазоне 2000–8000 Гц.

Эффективность на низких частотах незначительна, что объясняется дифракцией и обходом звуковых волн вокруг экрана. Сплошной экран является достаточно эффективным средством для снижения шума средних и высоких частот.

Таблица 7. №8 — Экран с отверстиями для вентиляции

Экран с отверстиями показал меньшую эффективность: снижение уровня шума составляет не более 3–5 дБ, а на низких частотах практически отсутствует. Это связано с тем, что отверстия создают акустические утечки,

через которые часть звуковой энергии проходит напрямую, а также усиливают эффект дифракции. Следовательно, наличие отверстий значительно снижает звукоизолирующую способность экрана.

Экран с большим верхним отверстием оказался наименее эффективным.

В ряде октавных полос наблюдается даже увеличение уровней шума

(отрицательные значения ΔL), что объясняется переотражениями и резонансами. Большие неплотности или отверстия полностью нарушают защитные свойства экрана и приводят к ухудшению акустической обстановки.

10