ПОЛНЫЙ КОНСПЕКТ

Звуковая волна переносит звуковую энергию (I), которая называется интенсивностью звука (Вт/м2) в данной точке и в то же время создает звуковое давление (Р), Па.

Зависимость среднеквадратичных значений синусоидальных составляющих шума (или соответствующих им уровней в децибелах) от частоты называется частным спектром шума (или просто спектром).

По спектру шумы подразделяют (рис.1) на линейчатые, сплошные и смешанные.

Рис. 1 Спектры шума.

2. Восприятие шума человеком и его нормирование.

Слуховой аппарат человека воспринимает звуки в диапазоне от 16 до 20000 Гц. Наибольшее восприятие приходится на частоту 2000 – 3000 Гц.

По интенсивности звука человек воспринимает звук в пределах от I0 = 10- 12 Вт / м2 (порог слышимости) до Iб = 10-12 Вт/м2 (болевой порог).

По звуковому давлению: от 2× 10-5 Па (порог слышимости) до 2× 102 Па

(болевой порог). Пределы восприятия, по интенсивности составляют величину DI = 1014 Вт/м2, по звуковому давлению DR = 107 Па. Вебером-Фехнером (закон

Вебера-Фехнера) установлено, что любой биологический объект ощущает (воспринимает) воздействие на него любого раздражителя как величину раздражителя из-под логарифма, т.е.

Вос ~ lg·( Раздр)

241

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Кроме того, воспринимает человек звук при его возрастание не непрерывно, а дискретно, т.е. пока интенсивность (давление) звука не увеличится на определенное значение, человеку кажется, звук не изменился.

Исходя из всего сказанного выше нормирование шума проводят в относительных единицах по:

уровню интенсивности звука

уровню звукового давления

Lp = 20 lg PoPx , дБ

где Io, Ро – интенсивность звука и давление на пороге слышимости (Вт/м2, Па); Iх, Рх – фактическая интенсивность звука и его давление (Вт/м2, Па).

По уровню интенсивности звука и уровню звукового давления весь диапазон от порога слышимости до болевого порога разделяется на 130 единиц: 0 – порог слышимости, 130 – болевой порог. В этой системе измерения изменение уровней на 1 дБ воспринимается человеком как изменение интенсивности звука и его давления.

На рис.2 представлено слуховое восприятие шума человеком. Нижняя кривая соответствует порогу слышимости, верхняя кривая – порог болевого ощущения.

Рис. 2. Слуховое восприятие человека.

Как видно из рис. 2 порог слышимости и болевой порог зависят от частоты звука (спектра) и вида выполняемой работы (рис. 3).

242

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Спектр шума (от 16 до 20000 Гц) разбит на восемь среднегеометрических частот (fе.г. = fн × fв = 2 × fн2= 1,41 fв, Гц): 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц.

Рис. 3. Нормирование производственного шума (фрагмент из норм).

Из рис. 3. видно, что с увеличением частоты звука допустимый уровень звукового давления значительно меньше. При выполнении интеллектуальной работы допустимый уровень звукового давления тоже значительно ниже, чем при выполнении физической работы.

3. Воздействие шума на человека

Более половины человечества постоянно страдает от шума, производимого дорожным движением. 15 % населения Земли из-за этого шума постоянно испытывает чувство крайнего раздражения.

Параллельно с этим еще 20 % населения страдает от шума, производимого воздушным сообщением, а одна шестая жителей Земли – еще и от шума, вызванного железнодорожным транспортом.

«Шум – медленный убийца», - так заявляют американские специалисты. Шум становится причиной преждевременного старения: в крупных городах в тридцати случаях из ста шум сокращает продолжительность жизни людей на 8- 12 лет. Каждая третья женщина и каждый четвертый мужчина страдают нервозами, вызванным повышенным уровнем шума: достаточно сильный шум уже через минуту может вызвать изменение в электрической активности мозга, которая становиться схожей с электрической активностью мозга у больных эпилепсией.

Такие болезни, как гастрит, язвы желудка и кишечника, чаще всего встречаются у людей, живущих и работающих в шумной обстановке: у эстрадных музыкантов язва желудка – вообще профессиональное заболевание.

243

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Под влиянием шума изменяются углеводный, жировой, солевой обмен веществ, что проявляется в изменении биохимического состава крови (снижается уровень сахара в крови).

Мозг – селективная система, вылавливающая из всего потока физических явлений, вызывающих звук или шум, только конкретную информацию. Остальная часть энергии рассеивается в тех его областях, которые соседствуют с нервными проводящими структурами, несущими отфильтрованную мозгом информацию, приводя к развитию разного рода заболеваний. Человек, постоянно подвергающийся воздействию шума, быстро переутомляется, отличается повышенной раздражительностью, становится забывчивым, чаще страдает от слабости и головокружения.

Интересно, что так называемая «полная тишина» тоже не особенно полезна: человек в этих условиях слышит биение собственного сердца и даже движение крови по сосудам. Существует мнение, что повреждение слуха является защитной реакцией организма, который стремится не допустить более серьезных последствий.

В целом вопрос шумового воздействия на человека достаточно изучен (в отличие, например, от действия слабых электромагнитных полей). Проведенные еще в советский период исследования показали, что у людей, работающих в шумной обстановке, в частности, падает производительность труда и увеличивается заболеваемость (на 37 %).

На рис.4 проведены данные о влиянии шума на производительность труда и количество ошибок при выполнении работы.

Рис. 4 Влияние шума на производительность труда и количество ошибок.

244

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

4. Методы борьбы с шумом

Для снижения шума применяют следующие методы: уменьшение шума в источнике; изменение направленности излучения; рациональная планировка предприятий и цехов; акустическая обработка помещений; уменьшение шума на пути его распространения.

Уменьшение шума в источнике. Борьба с шумом посредством уменьшения его в источнике (уменьшение LP) является наиболее рациональной.

Шум возникает вследствие упругих колебаний как машины в целом, так и отдельных ее деталей. Причины возникновения этих колебаний — механические, аэродинамические, гидродинамические и электрические явления, определяемые конструкцией и характером работы машины, а также неточностями, допущенными при ее изготовлении, и, наконец, условиями эксплуатации. В связи с этим различают шумы механического, аэродинамического, гидродинамического и электромагнитного происхождения.

Механические шумы. Факторы, вызывающие шумы механического происхождения, следующие: инерционные возмущающие силы, возникающие из-за движения деталей механизма с переменными ускорениями; соударение деталей в сочленениях вследствие неизбежных зазоров; трение в сочленениях деталей механизмов; ударные процессы (ковка, штамповка) и т. д.

Основными источниками шума, происхождение которого не связано непосредственно с технологическими операциями, выполняемыми машиной, являются, прежде всего, подшипники качения и зубчатые передачи, а также неуравновешенные вращающиеся части машины.

Частоты колебаний, а следовательно, и шума, создаваемого неуравновешенностью, кратны n/60 (n — частота вращения, об/мин).

Уменьшение механического шума может быть достигнуто путем совершенствования технологических процессов и оборудования. Например, внедрение автоматической сварки вместо ручной устраняет образование брызг на металле, что позволяет исключить шумную операцию по зачистке сварного шва. Применение фрезерных тракторов для обработки кромок металла под сварку вместо пневмозубил делает этот процесс значительно менее шумным.

Нередко повышенный уровень шума является следствием неисправности или износа механизмов, в этом случае своевременный ремонт позволяет снизить шум.

Необходимо отметить, что проведение многих мероприятий по борьбе с вибрациями дает одновременно и снижение шума. Для уменьшения механического шума необходимо:

заменять ударные процессы и механизмы безударными. Например, применять оборудование с гидроприводом вместо оборудования с кривошипными и эксцентриковыми приводами;

штамповку — прессованием, клепку — сваркой, обрубку— резкой и т. д.; заменять возвратно-поступательное движение деталей равномерным

вращательным движением; применять вместо прямозубых шестерен косозубые и шевронные, а также

повышать класс точности обработки и уменьшать шероховатость поверхности

245

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

шестерен (так, ликвидация погрешностей в зацеплении шестерей дает снижение шума на 5—10 дБ); замена прямозубых шестерен шевронными — 5 дБ;

по возможности заменять зубчатые и цепные передачи клиноременными и зубчато-ременными, например, зубчатую передачу на клиноременную, что снижает шум

на 10—14 дБ;

заменять, когда это возможно, подшипники качения на подшипники скольжения; это снижает шум на 10— 15 дБ;

по возможности заменять металлические детали деталями из пластмасс и других незвучных материалов либо перемежать соударяемые и трущиеся металлические детали с деталями из незвучных материалов, например, применять текстолитовые или капроновые шестерни в паре со стальными; так, замена одной из стальных шестерен (в паре) на капроновую снижает шум на 10—12 дБ;

использовать пластмассы при изготовлении деталей корпусов, что дает хорошие результаты; например, замена стальных крышек редуктора пластмассовыми приводит к снижению шума на 2—6 дБ на средних частотах и на 7—15 дБ на высоких, особенно неприятных для слухового восприятия;

при выборе металла для изготовления деталей необходимо учитывать, что внутреннее трение в различных металлах неодинаково, а следовательно, различна звучность; например, обычная углеродистая сталь, легированная сталь являются более звучными, чем чугун; большим трением обладают после закалки сплавы из марганца с 15—20% меди и магниевые сплавы; детали из них при ударах звучат глухо и ослаблено; хромирование стальных деталей, например турбинных лопаток, уменьшает их звучность; при увеличении температуры металлов на 100—150° С они становятся менее звучными; более широко применять принудительное смазывание трущихся поверхностей в

сочленениях; применять балансировку вращающихся элементов машин;

использовать прокладочные материалы и упругие вставки в соединениях, чтобы исключить или уменьшить передачи колебаний от одной детали или части агрегата к другой так, при правке металлических листов наковальню нужно устанавливать на прокладку из демпфирующего материала.

Установка мягких прокладок в местах падения деталей с конвейера или сбрасывания со станков, прокатных станов может существенно ослабить шум.

Упрутковых автоматов и револьверных станков источником шума являются трубы,

вкоторых вращается прутковый материал. Для снижения этого шума применяют различные конструкции малошумных труб; двустенные трубы, между которыми проложена резина, трубы с наружной поверхностью, обернутой резиной, и т. п.

Для уменьшения шума, возникающего при работе галтовочных барабанов, дробилок, шаровых мельниц и других устройств, наружные стенки барабана облицовывают листовой резиной, асбестовым картоном или другими подобными демпфирующими материалами; устанавливают резиновые прокладки между корпусом и бронефутеровкой барабана и звукоизолирующие оболочки на расстоянии от корпуса барабана.

246

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Аэродинамические шумы. Аэродинамические процессы играют большую роль в современной технике. Как правило, всякое течение газа или жидкости сопровождается шумом, поэтому с повышенным аэродинамическим шумом приходится встречаться часто. Эти шумы являются главной составляющей шума вентиляторов, воздуходувок, компрессоров, газовых турбин, выпусков пара и воздуха в атмосферу, двигателей внутреннего сгорания и т. п.

Ко всем источникам аэродинамического шума относятся: вихревые процессы в потоке рабочей среды; колебания среды, вызываемые вращением лопастных колес; пульсация давления рабочей среды; колебания среды, вызываемые неоднородностью потока, поступающего на лопатки колес. Борьбу с шумом от неоднородности потока ведут по пути улучшения аэродинамических характеристик машин. Аэродинамический шум в источнике газотрубных установок может быть снижен увеличением зазора между лопаточными венцами; подбором оптимального соотношения чисел направляющих и рабочих лопаток; улучшением аэродинамических характеристик проточной части компрессоров и турбин и т. п.

Шум механического происхождения (вибрация системы роторов, подшипников, элементов редукторов и т. д.), являющийся превалирующим в машинном отделении, может быть ослаблен за счет проведения мероприятий, рассмотренных выше для механических шумов.

Гидродинамические шумы. Эти шумы возникают вследствие стационарных и нестационарных процессов в жидкостях (кавитации, турбулентности потока, гидравлических ударов). В насосах источником шума является кавитация жидкости, возникающая у поверхности лопастей при высоких окружных скоростях и недостаточном давлении на всасывании.

Меры борьбы с кавитационным шумом — это улучшение гидродинамических характеристик насосов и выбор оптимальных режимов их работы. Для борьбы с шумом, возникающим при гидравлических ударах, необходимо правильно проектировать и эксплуатировать гидросистемы, в частности, закрытие трубопроводов должно происходить постепенно, а не резко.

Электромагнитные шумы. Шумы электромагнитного происхождения возникают в электрических машинах и оборудовании. Причиной этих шумов является главным образом взаимодействие ферромагнитных масс под влиянием переменных во времени и пространстве магнитных полей, а также пондеромоторные силы, вызываемые взаимодействием магнитных полей, создаваемых токами. Снижение электромагнитного шума осуществляется путем конструктивных изменений в электрических машинах, например, путем изготовления скошенных пазов якоря ротора. В трансформаторах необходимо применять более плотную прессовку пакетов, использовать демпфирующие материалы.

При работе электрических машин возникает также аэродинамический шум (в результате вращения ротора в газовой среде и движения воздушных потоков внутри машины) и механический шум, обусловленный вибрацией машины из-за неуравновешенности ротора, а также от подшипников и щеточного контакта. Хорошая притирка щеток может уменьшить шум на 8—10 дБ.

247

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Изменение направленности излучения шума. В ряде случаев величина показателя направленности G достигает 10—15 дБ, что необходимо учитывать при проектировании установок с направленным излучением, соответствующим образом ориентируя эти установки по отношению к рабочим местам. Например, труба для сброса сжатого воздуха, отверстие воздухозаборной шахты вентиляционной или компрессорной установки должны располагаться так, чтобы максимум излучаемого шума был направлен в противоположную сторону от рабочего места или жилого дома.

Рациональная планировка предприятий и цехов. Шум на рабочем месте может быть уменьшен увеличением площади S, что достигается увеличением расстояния от источника шума до расчетной точки.

При планировке предприятия наиболее шумные цехи должны быть сконцентрированы в одном-двух местах. Расстояние между шумными цехами и тихими помещениями (заводоуправление, конструкторское бюро и т. п.) должно обеспечивать необходимое снижение шума. Если предприятие расположено в черте города, то шумные цехи должны находиться в глубине предприятия, по возможности дальше от жилых домов (рис. 5).

Внутри здания тихие помещения необходимо располагать вдали от шумных так, чтобы их разделяло несколько других помещений или ограждение с хорошей звукоизоляцией (рис. 6).

Рис. 5. Планировка завода.

248

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Рис. 6. Планировка цеха

Акустическая обработка помещений. Интенсивность шума в помещениях зависит не только от прямого, но и от отраженного звука. Поэтому если нет возможности уменьшить прямой звук, то для снижения шума нужно уменьшить энергию отраженных волн. Это можно достичь, увеличив эквивалентную площадь звукопоглощения помещения путем размещения на его внутренних поверхностях звукопоглощающих облицовок, а также установки в помещении штучных звукопоглощателей. Это мероприятие называется акустической обработкой помещения.

Свойствами поглощения звука обладают все строительные материалы. Однако звукопоглощающими материалами и конструкциями принято называть лишь те, у которых коэффициент звукопоглощения, а на средних частотах больше 0,2. У таких материалов, как кирпич, бетон, величина а мала (0,01—0,05).

Процесс поглощения звука происходит за счет перехода энергии колеблющихся частиц воздуха в теплоту вследствие потерь на трение в порах материала. Поэтому для эффективного звукопоглощения материал должен обладать пористой структурой, причем поры должны быть открыты со стороны падения звука, и соединяться между собой (незамкнутые поры), чтобы не препятствовать проникновению звуковой волны в толщу материала.

Наиболее часто в качестве звукопоглощающей облицовки применяют конструкции в виде слоя однородного пористого материала определенной толщины, укрепленного непосредственно на поверхности ограждения либо с отнесением от него на некоторое расстояние (рис. 7, а).

249

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

В настоящее время применяют такие звукопоглощающие материалы, как ультратонкое стекловолокно, капроновое волокно, минеральная вата, древесноволокнистые и минераловатные плиты на различных связках с окрашенной и профилированной поверхностью, пористый поливинилхлорид, различные пористые

Рис. 7 Акустическая обработка

жесткие плиты на цементном вяжущем типа «Акмигран» и «Силакпор» и другие материалы.

Звукопоглощающие свойства пористого материала зависят от толщины слоя, частоты звука, наличия воздушного промежутка между слоем и отражающей стенкой, на которой он установлен.

Выбор конструкции звукопоглощающей облицовки зависит от частотных характеристик шума в помещении и звукопоглощающих свойств конструкции, при этом максимуму в спектре шума должен соответствовать максимум коэффициента звукопоглощения на этих же частотах. Кроме того, необходимо учитывать условия работы облицовок (наличие вибраций, влаги, пыли и т. д.)

Величину снижения шума в помещении (в зоне отраженного звука) ' путем применения звукопоглощающей облицовки определяют по формуле

где В1 и B2 — постоянные помещения до и после про ведения акустической обработки.

Величину В определяют по СНиП П-12-77 в зависимости от вида помещения.

На эффективность звукопоглощающих облицовок влияет не только величина ∆L, но и высота расположения их над источниками шума, а также конфигурация помещения. Облицовки более эффективны при относительно небольшой высоте

250

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com