1. Общие сведения
Шум представляет собой сочетание звуков разной интенсивности и высоты, беспорядочно изменяющихся во времени и оказывающих вредное или раздражающее влияние на организм человека. Для понимания физических основ образования и распространения шума, его восприятия человеком и влияния на организм следует рассматривать звук как составную часть всякого шума, включая производственный, коммунальный, бытовой и т..д. Шум в производственных помещениях ухудшает условия труда, снижает его производительность, приводит к профессиональным заболеваниям, увеличивает вероятность травматизма. Действие шума зависит от силы, частоты и продолжительности звука. Человек воспринимает в виде звука колебания с частотой от 20 до 20000 Гц при интенсивности 20 – 130 дБ.
Человек с нормальным слухом более интенсивный звук, т.е. с большей энергией, воспринимает как громкий, менее интенсивный – как тихий. Международной организацией по стандартизации (ИСО) приняты минимальные значения энергии (J0) и звукового давления (Р0), которые воспринимает орган слуха человека. Такими минимальными значениями на пороге слухового восприятия (называется порог слышимости) для силы звука (J0) является величина равная 10-12 Вт/м2 на частоте 2000 Гц, и соответствующее ей звуковое давление (П0)– 2·10-5 Па (2·10-5 Н/м2). Разница в энергии или давлении звуков, определяемых ухом человека, огромна и выражается величиной в 10 раз больше, чем норма слышимости. По закону Вебера–Фехнера восприятие нарастает пропорционально не силе раздражения, а логарифму его силы. Поэтому для оценки условия силы звука (шума) пользуются не физическими (давление, энергия), а относительными величинами, основанными на субъективном слуховом восприятии звуков.
Такой величиной в настоящее время является единица бел (Б) – степень логарифмической шкалы: табл. 1.
Как видно из таблицы, каждое увеличение силы звука (звукового давления) в 10 раз воспринимается как возрастание интенсивности восприятия на единицу. Как было сказано, диапазон звукового давления, воспринимаемый ухом, очень большой.
Таблица 1
Зависимость между силой звука и интенсивностью восприятия человеком громкости
|
Сила звука |
Интенсивность восприятия |
Сила звука |
Интенсивность восприятия |
|
1 |
0 |
107 |
7 |
|
10 |
1 |
108 |
8 |
|
102 |
2 |
109 |
9 |
|
103 |
3 |
1010 |
10 |
|
104 |
4 |
1011 |
11 |
|
105 |
5 |
1012 |
12 |
|
106 |
6 |
1013 |
13 |
|
1014 |
14 |
От едва различаемого (порога слышимости) до величин, вызывающих неприятные болевые ощущения (порог болевых ощущений) – 13 -14 бел. Поэтому для практических целей пользуются не единицами бел, а величиной в 10 раз меньше, называемой децибел (дБ). Уровень силы звука, выраженный в децибелах, ещё не позволяет судить о физиологическом ощущении громкости звука, т.к. наши органы слуха не одинаково чувствительны к звукам различных частот. Так звуки, равные по силе, но разной частоты, могут сказаться не одинаково громкими. Поэтому введено понятие уровня громкости, который измеряется в фонах. При частоте 1000 Гц уровень громкости, изменяемый в фонах и уровень звука, измеряемый в децибелах (дБ) равны.
Частота в 1000 Гц названа стандартной и её используют как эталонную для оценки уровня громкости шума. Таким образом, децибел – это условная единица, показывающая, насколько данный звук в логарифмических значениях больше условного порога слышимости.
Для сравнения, в качестве примера приводятся относительные величины интенсивности звуков от разных источников:
- шепотная речь – 20дБ;
- звук часов – 30дБ;
- нормальный разговор -60дБ;
- мотоцикл, поезд метро – 100дБ (уровень 80 дБ – опасный);
- громкая музыка – 110 дБ;
- сирена воздушной тревоги – 130дБ (уровень 120 – 130дБ порог болевых ощущений);
- реактивный самолёт (при взлёте) – 150 дБ;
- шумовое оружие 190дБ (смертельный уровень – 180 дБ).
Допустимые уровни звукового давления установлены санитарными нормами (приложение1). Как видно из табл.2 прил.1, параметрами шума являются уровни в децибелах среднеквадратичных звуковых давлений в активных полосах частот со среднегеометрическими частотами:63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц, определённые по формуле 1:
,
(1)
где, L – допустимый уровень шума в децибелах;
P – измеренный уровень звукового давления;
P0 – пороговая величина звукового давления (порог слышимости), равный 2·10-5 н/м2.
Интервал частот, заключённый между двумя граничными частотами, из которых верхняя вдвое больше нижней, называется октавой. Октава может быть разделена на более мелкие интервалы частот 1/3, 1/6 октавы и т.д.
Средней частотой октавной полосы является среднегеометрическая частота, вычисляемая по выражению:
,(2)
где, f1 и f2 – верхняя и нижняя граничные частоты октавной полосы.
Борьба с производственными шумами производится следующими основными методами:
1. Устранение причин шума или ослабление его в источнике.
2. Поглощение шума на пути его распространения в помещении.
3. Изоляция источников образования шума.
4. Виброглушащие устройства.
Первый метод борьбы с шумом является наиболее рациональным, но его применение связано с изменением конструкций оборудования или заменой технологических процессов.
В процессе конструирования машины необходимо предусматривать замену металлических деталей деталями из пластмассы, более тщательное статическое и динамическое уравновешивание вращающихся деталей и узлов машин, замену ударных процессов безударными. Эффективное снижение шума достигается при применении специальных приспособлений и устройств.
Второй метод: в замкнутых помещениях звуковые волны, многократно отражаясь от стен, потолка, пола, оборудования, увеличивают шум в помещении от источника на 10-15дБ по сравнению с шумом от того же источника на открытом воздухе. Поэтому снижение уровня шума в помещении достигается применением звукопоглощающих материалов, которыми покрывают внутренние поверхности стен, а также оборудования. Звукопоглощающие качества материалов и конструкций характеризуются величиной коэффициента звукопоглощения, который показывает отношение поглощенной звуковой энергии к энергии падающего на материал звука:
, (3)
Коэффициент поглощения определяется экспериментально по стандартной методике в реверберационной камере в диффузионном (рассеянном, отражённом) звуковом поле.
Его величина колеблется в широких пределах от α = 0.01 для листового железа до α = 1 для открытого окна.
Третий метод – применение звукоизолирующих ограждений. Сущность звукоизоляции состоит в том, что шумное помещение отгораживается от тихого (или наоборот) перегородкой или стеной, не пропускающей звуковые волны, а также с применением многослойных перегородок со сплошными воздушными промежутками, а также использование гибких связей между слоями, а также применение материалов с большим внутренним трением.
Для строительных одностенных конструкций звукоизолирующая способность ограждения R приблизительно может быть рассчитана по весу конструкции:
R = 13.5 lgG + 13, дБ, (4)
где: G – вес 1 м2 ограждения, кг.
Формула (4) справедлива для материалов, у которых G<200кг/м2.
Для ограждений с G>200 кг/м2 можно пользоваться формулой:
R = 23 lgG – 9, дБ, (5)
В практике работы часто приходится применять звукоизолирующие кожуха. Кожух изготавливается из кровельного железа, досок, войлока, и т.д. Рекомендуется использовать в качестве изолирующих материалов стекловату или шлак.
Ослабление шума кожухом приблизительно определяется по формуле:
∆L = 20 lg m f +10 lg α - 60, дБ, (6)
где, m – масса кожуха, кг (прил.2 табл.3)
α – коэффициент звукопоглощения материала (приложение 2 табл.2).
f – частота звуковой энергии, Гц.
Четвёртый метод – применение упругих материалов в качестве прокладок с большим внутренним трением, а также демпфирования для поглощения вибраций.
Таким образом, с помощью вышеуказанных методов можно уменьшить шум в помещении.
В данной работе рассматривается уменьшение шума методом звукоизоляции.
В нашей стране наиболее распространены шумомеры типа: ВШВ-003 (Таганрогского завода), шумомеры: точный импульсный шумомер,00 024, 00 017, 00 023 (Германия) и фирмы Брюль и Кьер (Дания), фирмы CEL (Англия), портативные шумомеры: Октава – 10А (г. Санкт-Петербург, а/я 127).
Частотный состав шума измеряют путём подключения к шумомеру 00 024 октавного фильтра 01 016 (фирма Роботрон, Германия). В шумомере 00 017 встроен октавный фильтр.
В данной работе используется точечный импульсный шумомер 00 024 (фирмы Роботрон, Германия) и шумомер ВШВ – 003 (Таганрогского завода), специальный стенд с источниками шума. Имеется описание работы шумомера 00 017.