7.5.1.4. Современные средства шумозащиты

Все многооб­разные средства защиты от шума можно разделить на две большие группы: пассивные и активные.

В активных средствах применяется дополнительный источник энергии, а принцип такой защиты от шума называется активной шумозащитой. К пассивным средствам относятся такие, в которых не использует­ся дополнительный источник энергии.

Активная шумозащита основана на хорошо известном явлении наложения звуковых волн с одинаковой частотой и амплитудой А в противофазе (рис. 7.21) – интерференции, которая приводит к ос­лаблению амплитуды результирующей волны.

Рис. 7.21 Схема наложения звуковых волн (1 и 2) в противофазе

Из схемы активного шумоглушения (рис.7.22) видно, что звуко­вая волна излучается ди­намиком (вторичным ис­точником) в противофазе к первичному источнику звука. При наложении звуковых волн от первич­ного и вторичного источ­ников в пространстве на­блюдается зона снижения шума.

Рис. 7.22 Схема устройства активной шумозащиты: 1 – источник шума; 2 – микрофон;

3 – усилитель; 4 – анализатор; 5 – фазоинвертор; 6 – динамик

В последние годы устройства активной шумозащиты начали вы­пускаться серийно и нашли широкое применение для снижения шума ряда транспортных средств (самолетов, автомобилей), систем вентиляции, различных агрегатов.

Анализ данных, приведенных в табл. 7.17, показывает, что активная шумозащита особенно эффек­тивна на низких и средних частотах (до 500 Гц), где УЗД на отдель­ных частотах снижается на 10-15 дБ. Высокая эффективность на низких частотах является большим преимуществом активных методов шумо­защиты, т.к. на этих частотах звукоизоляция, звукопоглощение и другие методы сравнительно малорезультативны. В то же время к недостататкам активной шумозащиты относится низкая эффек­тивность на высоких частотах. Кроме того, она сложна в эксплуата­ции и достаточно дорога. Тем не менее, активная шумозащита является перспективным методом и, без сомнения, в будущем она будет широко использоваться на практике.

Таблица 7.16. Характеристика активной шумозащиты

Наименование установки, транспортного средства, устройства	Снижение УЗД, дБ	Частотный диапазон глушения, Гц
Салон автомобиля Кабина самолета Вентилятор	8 – 15 10 – 14 16	50 – 200 до 500 основная частота вращения
Турбомашина Выпуск ДВС Выпуск компрессора АЭ с активной шумозащитой	15 15 10 5 - 12	основная частота вращения до 400 до 400 до 400

Чаще всего в качестве пассивных средств защиты используются глушители шума. Действие глушителей шума основано на отражении звуко­вой энергии (реактивные), ее поглощении (абсорбци­онные), или их комбинации (комбинированные). В зависимости от назначения различают глушители звука и шума газовых потоков. Основное отличие этих систем заключается в отсутст­вии или наличии газового потока, проходящего через глушитель. В первом случае, как правило, применяют абсорбционные глуши­тели, а во втором – реактивные, реактивные с резонансными элементами и комбинированные.

Упрощенно абсорбционный глушитель можно рассчитать по формуле, дБ

ΔL_гл = 4,4F(α)l_гл/d_гл,

где l_гл и d_гл – длина и диаметр глушителя соответственно, м; F(α) – показатель, зависящий от коэффициента звукопоглощения α (табл 7.18).

Таблица 7.17. Значения коэффициента F(a)

α	00,1	00,2	00,3	00,4	00,5	00,6	00,7	00,8
F()	00,1	00,2	00,35	00,5	00,65	00,9	10,2	10,6

Эффективность абсорбционного глушителя возрастает с уве­личением его длины и коэффициента звукопоглощения мате­риала.

Конструкции реактивных глушителей весьма разнообразны и их подбирают в основном эксперимен­тально (рис. 7.23). Эффективность работы глушителя возрастает с увеличением объема, числа его камер, поворотов газового потока в глушителе, наличия элементов с перфорацией.

Рис. 7.23 Схемы реактивных глушителей: 1 – входной патрубок;

2 – расширительная камера; 3 – перфорированный патрубок; 4 – выходной патрубок;

5 – соединительный патрубок

В некоторых конструкциях (рис. 7.24) она достигает 40 дБА.

Рис. 7.24 Конструкция глушителя шума выпуска двигателей автотранспорта:

1 – выходной патрубок; 2 – перегородка; 3 – внутренний перфорированный стакан;

4 – эллипсовидный корпус; 5 – расширительная камера; 6 – звукопоглощающая облицовка;

7 – входной патрубок; 8 – внутренняя перфорированная труба; 9 – перфорация

В селитебной зоне для борьбы с шумом широко применяются акустические эк­раны различного вида. Акустические экраны являются не только преградой для рас­пространения звука, но и физической преградой для распро­странения вредных хи­мических веществ, взвешенных частиц, тяжелых металлов и др. Так, по данным измерений, выполненных Балтийским государ­ственным техническим университетом «Военмех», снижение вредного воздействия акустическим экраном высотой 4 м, установленном вдоль автомобильной дороги, составило: уровня звука – 12-15 дБА, концентрации взвешенных частиц – 10-12 раз, концентраций оксида и диоксида азота – 3-10 раз. Наличие тяжелых металлов за АЭ практически не обнару­жено.

При установке АЭ вдоль железной дороги помимо сниже­ния шума на 11-13 дБА также отмечено снижение в 10-15 раз уровней электромагнитных полей.

В зависимости от конструктивного испол­нения и достигаемого эффекта шумоглушения все экранирующие сооружения можно разделить на следующие четыре класса (Прил. 5):

• экраны-барьеры;

• широкие экраны;

• экраны-тоннели;

• комбинированные экраны.

Экран-барьер (чаще всего такое сооружение и носит название «акустический экран») представляет собой неширокую сплошную плоскую физическую преграду, отделяющую автомобильную или пешеходную дорогу от жилой застройки. Материалы, применяе­мые для сооружения АЭ, самые разнообразные: металл, дерево, бетон, стекло и пр. Увеличение эффективности АЭ достигается применением сложной составной части, располагаемой на сво­бодном (верхнем) ребре АЭ.

В отличие от экран-барьера насыпное сооружение (насыпи, земля­ные валы) имеет широкую верхнюю часть, обеспечивающую до­полнительное шумоглушение. Комбинированный экран позволя­ет сочетать положительные качества насыпных экранов и экран-барьеров. Экранирующее сооружение может иметь и более сложную конструкцию, например тоннелеобразную.

Все акустические экраны в зависимости от применяемого материала, от­ражающих или поглощающих свойств делятся на две группы: однослойные (отражающие); двух- или трехслойные (поглощаю­щие) (рис. 7.25).

В первой группе АЭ только отражают звуковую энергию, а во второй конструкции АЭ, наряду с отражающими свойствами, обеспечивают звукопоглощение. Акустические экраны, принадлежащие к первой группе, изго­тавливаются из бетона, асбоцементных панелей, кирпича, дерева, пластиков, стекла и пр. Чтобы снизить от­ражение звука от однослойного АЭ, в его материал, например, в бе­тонную смесь, добавляются древесные материалы. Тем не менее, невозможно создать однослойный АЭ, совмещающий требуемые прочностные свойства и приемлемое звукопоглощение, поэтому приходится усложнять конструкцию АЭ, используя специаль­ные звукопоглощающие материалы (ЗПМ), со значениями = 0,5-1.

Рис. 7.25 Классификация акустических экран-барьеров

( по типу применяемых материалов)

Звукопоглощающие материалы АЭ можно разделить на два вида:

• металлические трехслойные, где ЗПМ располагается между сплошным и перфорированным металлическими слоями;

• бетонные двухслойные, где в качестве поглощающего слоя применяют полистиролбетон, пенобетон и пр.

В качестве ЗПМ в трехслойных АЭ применяют такие материалы, как URSA, шлаковата, синтетические волокна, стекловата, пенополиуретан и другие пористые или волокнистые материалы.

Перфорация в трехслойных АЭ обеспечивает проникновение звука к слою ЗПМ и конструктивно может оформляться в виде щелей или отверстий. Вид перфорации не влияет на эффективность АЭ и обу­словлен только технологическими требованиями. Эффективность АЭ зависит от площади перфорации: чем больше площадь перфора­ции, тем меньше отражение звука. Минимально необходимая пло­щадь перфорации, начиная с которой отражение звука заметно не сказы­вается на эффективности АЭ, составляет 30-35%. Металлические АЭ эффективны и легко монтируются.

Следует отметить, что в реальных условиях зачастую приме­няют сочетания металлических АЭ с АЭ из стекла или прозрачно­го пластика для осуществления обзора, улучшения внешнего вида АЭ (рис. 7.26).

Таким образом, при выборе материала АЭ исходят из не­скольких соображений: эффективности конструкции, стоимости, внешнего вида и, наконец, традиции. В странах Скандинавии, Беларуси находят большое применение деревян­ные АЭ, в США практически отказались от использования метал­лических АЭ, а в Италии, Японии и России в основном приме­няются металлические АЭ.

Рис. 7.26. Общий вид акустического экрана

Сравнение эффективности и стоимости разных АЭ приведен в табл. 7.19.

Таблица 7.18. Сравнительные данные эффективности