4. Защита от шума и вибрации

4.1. Физическая сущность шума

Под шумом понимают беспорядочное сочетание звуков различной частоты и интенсивности, вызывающих отрицательные субъективные ощущения.

Звуковые волны (звуки) – это колебания частиц сплошной среды. Область среды, в которой распространяются звуковые волны, называется звуковым полем. В виде звука человек воспринимает упругие колебания среды в диапазоне частот от 16 до 20000 Гц. По спектральному составу различают низко - (16300), средне - (300800) и высокочастотные (свыше 800 Гц) шумы. Обычно параметры шума оценивают в октавных полосах частот (октавах), в которых верхняя граничная частота больше нижней в два раза: f₁/f₂ = 2. Частота, характеризующая октаву в целом, является среднегеометрической: f_ср.= f₁ f₂. Среднегеометрическая частота 1000 Гц называется стандартной, так как на этой частоте орган слуха человека обладает наибольшей чувствительностью.

Наряду с частотой шум характеризуется следующими абсолютными показателями:

1. Звуковое давление (Р) - разность между мгновенным значением полного давления и средним статистическим давлением, существующим в среде при отсутствии звукового поля, Па.

2. Интенсивность или сила звука (I) - количество энергии, переносимое звуковой волной за единицу времени через единицу поверхности, Вт/м². Интенсивность звука связана со звуковым давлением следующим соотношением:

I = Рv = P² / rC, (4.1)

где r - плотность среды, в которой распространяется звуковая волна, кг/м³;

v - вектор скорости колебания частиц, м/с;

С - скорость распространения звука в данной среде (для воздуха С » 344 м/с при нормальных условиях).

Произведение rC зависит только от физических свойств среды и называется акустическим сопротивлением.

3. Звуковая мощность (W) – количество звуковой энергии, излучаемой источником шума в единицу времени. Определяется потоком интенсивности звука через замкнутую поверхность площадью S, окружающую этот источник, Вт.

W = _о ^S IdS. (4.2)

При этом средняя интенсивность звука определяется выражением:

I_ср = W/4r², (4.3)

где r - радиус рассматриваемой сферы.

Область слышимых человеком звуков ограничена двумя пороговыми величинами: нижняя – порог слышимости и верхняя – порог болевого ощущения (прил., табл.4.1).

Согласно закону Вебера-Фехнера действие шума на слух человека пропорционально не абсолютным параметрам звуковых волн, а логарифмам отношения этих величин к порогу слышимости – Р_о, I_o, W_o (прил., табл.4.1), называемыми уровнями величин и измеряемыми в децибелах (дБ):

- уровень звукового давления L_p = 20 lg P / P_o; (4.4)

- уровень интенсивности звука L_I = 10 lg I / I_o; (4.5)

- уровень звуковой мощности L_W= 10lg W/W_o; (4.6)

Суммарный уровень звука (L_сум), создаваемый несколькими источниками шума с одинаковым уровнем (L_i) рассчитывают по формуле:

L_сум = L_i + 10 lg n, (4.7)

где n - число источников шума с одинаковым уровнем звукового давления L_i.

Суммарный уровень звука нескольких различных источников шума определяется выражением:

_n

L_о = 10 lg (S10^{0,1 Li}). (4.8)

ⁱ⁼¹