3.2.5.Шум в замкнутых помещениях. Понятие о диффузном звуковом поле

В замкнутых помещениях интенсивность звука в произвольной точке I_ЗП имеет две составляющие: составляющую I_ПР, обусловленную прямой волной, идущей непосредственно от источника, и составляющую диффузного звукового поля I_ДИФФ, обусловленную многократным отражением звуковых волн от различных поверхностей:

где Р – звуковая мощность источника шума, В – постоянная помещения:

;

где S_i – площадь звукооотражающей поверхности;

α_i - коэффициент звукопоглощения звукоотражающей поверхности;

α_{с р}– средний коэффициент звукопоглощения поверхностей;

- общая площадь всех звукоотражающих поверхностей в помещении.

Коэффициент звукопоглощения α сильно зависит от частоты. В настоящее время разработаны такие поглощающие материалы и устройства, имеющие коэффициент звукопоглощения, близкий к единице, в широком спектре частот.

Если в помещении отражающие поверхности общей площадью S_общ имеют один и тот же коэффициент звукопоглощения α, то постоянная помещения равна:

Если в помещении присутствуют объемные звукопоглотители, то

; , (3.4)

где А_ОП – звукопоглощение единичным объемом звукопоглотителя, S_ОП – площадь поверхности объемного звукопоглотителя, m – количество объемных звукопоглотителей.

Определим уровень интенсивности по отношению к порогу слышимости, как это было сделано в свободном звуковом поле, и получим уравнение диффузного звукового поля.

(3.5)

Умножим и разделим выражение под знаком логарифма на Ф_α/Ωr²:

где - акустическое соотношение.

3.2.6.Определение уровня звука расчетной точке при наличии нескольких источников шума

При наличии нескольких источников интенсивность звука, создаваемого ими определяется как сумма интенсивностей от отдельного источника.

Пусть в данной точке первый источник шума создает уровень звукового давления L₁ дБ, а второй источник в этой же точке L₂ дБ.

Из определения уровня интенсивности звука,

откуда .

Уровень интенсивности звука от двух источников:

То же для n источников:

(3.6)

Несложный анализ этого соотношения позволяет сделать важный вывод: если уровни шума двух ИШ в контрольной точке различаются на 10 и более дБ, то менее мощный ИШ не оказывает никакого влияния на шумовую обстановку. Следовательно, при разработке мероприятий по уменьшению шума необходимо подавлять наиболее шумные источники.

3.2.7.Методы снижения шума на рабочих местах.

Абсолютное большинство методов уменьшения шума базируется на соотношениях (3.2)÷(3.6). Анализируя эти соотношения, можно выделить следующие методы:

Уменьшение шума в источниках.

Этот метод основан на учёте физических процессов, сопровождающих работу машины, и является одним из наиболее эффективных. Метод направлен на уменьшение L_P.

Изменение направления излучения шума.

Источники шума часто имеют ярко выраженную диаграмму направленности. Некоторые конфигурации взаимного расположения рабочего места и источника шума иногда позволяют уменьшить уровень звука на 5÷10 дБ. Достоинствами метода являются простота и дешевизна. Примером его использования может служить расположение турбоагрегатов в машзалах электростанций так, чтобы рабочие места оперативного персонала в основном располагались по торцам турбин, - в осевом направлении турбоагрегаты излучают звук в 3 раза меньшей интенсивности, чем в радиальном.

Изменение угла излучения.

Речь идет об увеличении телесного угла Ω, в который излучает ИШ. Следует стремиться располагать источники шума таким образом, чтобы угол распространения звуковых волн был максимально возможным. Максимальный эффект, которого можно добиться этим способом, - уменьшение шума на 9 дБ.

Если рабочее место расположено вблизи хорошо звукоотражающей поверхности, то уровень звука на нем за счет отраженной волны может увеличиться на 3 дБА, если рабочее места в углу – на 6 дБА, если рабочее место расположено в вершине n-гранного угла, то приращение уровня шума может составить 3n дБА. Это тем более справедливо, тем больше размеры помещения. Следовательно, рабочие места не рекомендуется располагать непосредственно около стены или другой крупной звукоотражающей поверхности.

Защита расстоянием.

Как следует из соотношений (3.3) и (3.5) увеличение расстояния – весьма эффективная мера уменьшения шума особенно в свободном звуковом поле. Поэтому стараются располагать защищаемую зону по возможности дальше от ИШ. Законодательство РФ для уменьшения неблагоприятного техногенного воздействия на жилую зону предусматривает создание вокруг предприятий (например, ТЭС) санитарно-защитных зон. Их размеры определяются так, чтобы максимально мощное техногенное воздействие на жилую зону было не больше предельно допустимого значения. Увеличение расстояния вдвое приводит к уменьшению шума в свободном звуковом поле на 6 дБА.

Звукопоглощение.

Метод заключается в обработке материалами с высоким коэффициентом звукопоглощения (во всём спектре частот) максимально возможного количества звукоотражающих поверхностей. После такой обработки, как видно из соотношений (3.4), изменяется постоянная помещения В, и, следовательно, уровень звука (3.5).

Изменение уровня звука можно опреелить следующим образом. Уровень звука до обработки;

Уровень звука после обработки:

Тогда изменение уровня звука

(3.7)

Из последнего соотношения видно, что данный метод будет эффективен при выполнении условия:

Проще говоря, этот метод эффективен только в зоне преобладания отраженного звука. При несоблюдении этого условия использование звукопоглощения позволяет лишь незначительно (на 2÷4 дБ) снизить уровень шума, и при этом требует очень больших материальных затрат.

Этот метод используется, как правило, при невозможности использования других методов, и в основном – в случаях, когда возможно расположение рабочих мест в зоне преобладания отраженного звука (например, для рабочих мест операторов ЭВМ).

Улучшение звукопоглощения в помещении позволяет несколько уменьшить шум, проникающий в это помещение извне.

Использование глушителей.

Глушители бывают активными и реактивными. В активных происходит безвозвратное превращение кинетической энергии в тепловую. Это канал, стенки которого облицованы материалом с высоким коэффициентом звукопоглощения.

В специальной литературе приводится удельное снижение уровня звука в каждой октавной полосе ΔL_f [дБ/м] или [дБ/ступень]. Требуемое число ступеней находят по формуле:

Реактивные глушители обеспечивают уменьшение шума за счет реакции определенного объема воздуха или за счет создания противодавления отраженной волны.

Звукоизоляция.

Метод заключается в расположении между источником шума и объектом практически бесконечной (в двух направлениях) поверхности.

Пусть 1 м² такой поверхности имеет массу m кг (Рис.3.5). Тогда звукоизолирующая способность преграды приближенно определится законом масс:

[дБ]., (3.24)

где f – среднегеометрическая частота октавной полосы, для которой производится расчёт.

Рис.3.5. Звукоизоляция бесконечной преградой.

Максимальное распространение получила изоляция в виде ограждающих конструкций (кожухов) (Рис.3.6).

Рис.3.6. Звукоизоляция кожухом.

Материал кожуха 1 (дерево, сталь) имеет поверхностную плотность m кг/м². Внутренняя поверхность кожуха оклеена звукопоглощающим материалом 2 с коэффициентом звукопоглощения α. Акустическая эффективность такого устройства определится соотношением:

, дБ

Здесь L₁ и L₂ – уровни звука (интенсивности) на рабочем месте (РМ) до и после установки кожуха.

Правильно спроектированный кожух может обеспечивать снижение уровня звука на 30 дБ в высокочастотных октавах.

Экранирование шума.

Пусть имеем конечный в двух направлениях и бесконечный в одном направлении экран (Рис.3.7), звукопоглощающая способность которого стремится к бесконечности. В результате дифракции звуковых волн через верхнюю кромку экрана в расчётную точку (РТ) пойдёт некоторое количество звуковой энергии.

Рис.3.7. Экранирование шума.

Акустическая эффективность экрана определится по формуле:

, дБ,

где - число Френеля;

- длина звуковой волны [м], f – расчётная частота [Гц], а_зв – скорость звука.[м/с].

th - гиперболический тангенс: ;

В абсолютном большинстве случаев th 2πN ≈ 1.

Экранирование эффективно только в свободном звуковом поле (т.е. на открытой местности), причём максимальная эффективность достигается при а >> d и b >> d, а также на высоких частотах.

В реальной ситуации подобных экранов не бывает. Для экрана конечного во всех направлениях акустическая эффективность равна:

, дБ

Наибольшая эффективность экрана конечных размеров в свободном звуковом поле и для высоких частот. Определение ΔL_i выполняют по соотношению (3.26), при этом а_i и b_i суть кратчайшие расстояния между ИШ и РТ через соответствующую грань экрана.

Защита временем.

Метод заключается в уменьшении эквивалентного уровня звука до допустимого значения L_ДОП путём ограничения времени пребывания в зоне с высоким уровнем звука. При расчетах используют соотношение (3.2).

Например, для нахождения допустимого времени пребывания в помещениях с уровнями звука L₁ и L₂ (при условии, что работа в течении смены проходит только в этих двух помещениях) необходимо решить уравнение:

Защита временем эффективна, однако требует тщательного анализа работ, выполняемых в различных зонах, особенно в зонах с повышенным уровнем шума. Анализ проводят с целью изыскания возможности уменьшения продолжительности работ.