13

Лабораторная работа № 1 шум и методы борьбы с ним

Цель работы: ознакомление с характеристиками шума и особенностями его воздействия на организм человека, с особенностями измерения и нормирования параметров шума, а также с методами борьбы с шумом.

Теоретическая часть

1. Звук и его характеристики

Механические колебания частиц упругой среды в диапазоне частот 16 – 20000 Гц воспринимаются ухом человека и называются звуковыми волнами. Колебания среды с частотами ниже 16 Гц называют инфразвуком, а колебания с частотами выше 20000 Гц – ультразвуком. Длина звуковой волны  связана с частотойf и скоростью звукас зависимостью = c / f .

Нестационарное состояние среды при распространении звуковой волны характеризуется звуковым давлением, под которым понимают среднеквадратическое значение превышения давления в среде при распространении звуковой волны над давлением в невозмущённой среде, измеряемое в паскалях (Па).

Перенос энергии плоской звуковой волной через единицу поверхности, перпендикулярную к направлению распространения звуковой волны характеризуют интенсивностью звука (плотностью потока звуковой мощности), Вт/м²:I = P²/(ρ∙c),

где P– звуковое давление, Па;– удельная плотность среды, г/м³;

c – скорость распространения звуковой волны в данной среде, м/с.

Скорость переноса энергии равна скорости распространения звуковой волны.

Органы слуха человека способны воспринимать звуковые колебания в очень широких диапазонах изменения интенсивностей и звуковых давлений. Например, при частоте звука в 1 кГц порогу чувствительности “среднего” человеческого уха (порог слышимости) соответствуют значения P₀ = 2·10^–5Па;I₀ = 10^–12 Вт/м², а порогу болевого ощущения (превышение которого уже может при­вести к физическому повреждению органов слуха) соответствуют значенияP_б = 20 Па иI_б = 1 Вт/м². Кроме того, в соответствии с законом Вебера-Фехнера раздражающее человеческое ухо действие звука пропорционально логарифму звукового давления. Поэтому на практике обычно вместо абсолютных значений интенсивности и звукового давления используют их логарифмические уровни, выраженные в децибелах (дБ):

L_I = 10lg(I/I₀), L_P = 20lg(P/P₀) ; (1)

где I₀ = 10^–12 Вт/м² иP₀ = 2·10^–5Па – стандартные пороговые значения интенсивности и звукового давления. Для нормальных атмосферных условий можно считать, чтоL_I = L_P = L.

Если звук в данной точке складывается из nсоставляющих от нескольких источников с уровнями звуковых давленийL_i, то результирующий уровень звукового давления определяется по формуле:

(2)

где L_{i –} уровень звукового давленияi-й составляющей в расчетной точке (дБ).

В случае nодинаковых составляющих звукаL_i = Lсуммарный уровень составляет:

L_ = L + 10lg(n). (3)

Из формул (2) и (3) следует, что если уровень одного из источников звука превышает уровень другого более чем на 10 дБ, то звуком более слабого источника практически можно пренебречь, так как его вклад в общий уровень будет менее 0,5 дБ. Таким образом, при борьбе с шумом в первую очередь необходимо заглушать наиболее интенсивные источники шума. Кроме того, при наличии большого числа одинаковых источников шума устранение одного или двух из них очень слабо влияет на общее снижение уровня шума.

Характеристикой источника шума являются звуковая мощность и её уровень. Звуковая мощность W, Вт, – это общее количество звуковой энергии, излучаемой источником шума в единицу времени. Если энергия излучается по всем направлениям равномерно и затухание звука в воздухе мало, то при интенсивностиI на расстоянииr от источника шума его звуковая мощность может быть определена по формуле

W = 4 r²I. По аналогии с логарифмическими уровнями интенсивности и звукового давления введены логарифмические уровни звуковой мощности (дБ) L_W = 10lg(W/W₀), гдеW₀ = 10^-12 – пороговое значение звуковой мощности, Вт.

Спектр шума показывает распределение энергии шума в диапазоне звуковых частот и характеризуется уровнями звукового давления или интенсивности (для источников звука – уровнем звуковой мощности) в анализируемых частотных полосах, в качестве которых, как правило, используются октавные и третьоктавные частотные полосы, характеризуемые нижней f_н и верхнейf_в граничными частотами и среднегеометрической частотойf_сг = (f_н ∙f_в)^1/2.

Октавная полоса звуковых частот характеризуется отношением её граничных частот, удовлетворяющим условию f_в/f_н = 2, а для третьоктавной – условиюf_в /f_н = 2^1/3 ≈ 1,26.

Каждая октавная полоса частот включает три третьоктавные полосы, причем среднегеометрическая частота центральной из них совпадает со среднегеометрической частотой октавной полосы. Среднегеометрические частоты f_сгоктавных полос определяются стандартным двоичным рядом, включающим 9 значений: 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц.