1.Цель работы:

1). Ознакомление с нормативными требованиями, методикой расчета и измерения характеристик шума в помещениях.

2). Расчет шумового загрязнения в помещении произвольных размеров, а также расчёт его основных акустических характеристик: общий октавный уровень звукового давления, эквивалентного уровня звука непостоянного шума, звукоизолирующую способность преграды, время реверберации.

3). Оценка эффективности мероприятий по снижению шума.

4). Определить, для каких нужд может быть использовано данное помещение (какие виды работ можно в нём выполнять).

2. Порядок выполнения работы.

1. Изучить материалы, изложенные в разделе 1 «Краткие сведения из теории шумов».

2. Выбрать исходные данные своего варианта из таблиц

3. Выполнить работу согласно приведенной методике

4. При выполнении работы использовать ниже приведенные таблицы и материалы учебного пособия.

Раздел 1. Краткие сведения из теории шумов

1.1. Характеристики звука и шума

Шум – совокупность звуков, различных по частоте и интенсивности, вредно влияющих на организм человека. Возникает шум при механических колебаниях в твердых, жидких и газообразных средах. С физической стороны шум характеризуется частотой колебаний, звуковым давлением, интенсивностью или силой звука.

При восприятии звука ухом различают громкость, высоту и тембр. Громкость звука определяется амплитудой колебаний, высота — частотой, тембр — амплитудой колебаний обертонов (колебаний с более высокими кратными частотами).

Изменение давления в среде при распространении звуковых волн по сравнению с давлением при отсутствии волн называется звуковым давлением. Амплитуда звукового давления ДP₀ связана с максимальной колебательной скоростью соотношением

. (1.1)

Интенсивность плоских звуковых волн уменьшается вследствие поглощения в среде по закону

, (1.2)

где I₀ — интенсивность входящих в среду волн, I_Х — их интенсивность после прохождения пути х.

Величина α определяющая степень ослабления звуковых волн, называется коэффициентом поглощения звука (по амплитуде).

При распространении звуковой волны происходит перенос кинетической энергии, величина которой определяется интенсивностью звука I . Интенсивность - это энергия, переносимая звуковой волной через поверхность площадью 1 м² перпендикулярную направлению распространения звуковой волны в секунду, т.е.

, Вт/м² , (1.3)

где Р – среднеквадратичное значение звукового давления, Па; с – плотность среды, кг/м³; с – скорость распространения звука в среде, м/с. Интенсивности звука при слуховом восприятии соответствует ощущение громкости звука. Слуховой аппарат человека обладает неодинаковой чувствительностью к звукам различной частоты (Рис. 1).

Рис. 1. Слуховое восприятие человека.

Величина минимального звукового давления слабо различимых слуховым аппаратом человека звуков называется пороговым. За эталонный принят звук с частотой 1000 Гц. При этой частоте порог слышимости по интенсивности составляет I₀ =10^-12 Вт/м², а соответствующее ему звуковое давление Р₀ = 2•10^-5, Па. Верхняя по интенсивности граница воспринимаемых человеком звуков принимается за порог болевого ощущения. При частоте 1000 Гц порог болевого ощущения возникает при I = 10 Вт/м² и Р = 2•10² Па (130 дБ). Между порогом слышимости и болевым порогом лежит область слышимости.

Звуковое давление и интенсивность звука могут изменяться по величине в широких пределах: звуковое давление – до 10⁸ раз, интенсивность звука – до 10¹⁶ раз.

На практике для характеристики шума пользуются двумя логарифмическими величинами: уровнем интенсивности L, и уровнем звукового давления L_P, выражаемыми в децибелах (дБ)

, дБ (1.4)

, дБ (1.5)

где I – интенсивность звука в: данной точке, Вт/м²;

I₀ – интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости, 10^-12 Вт/м² при частоте 1000 Гц;

Р – звуковое давление в данной точке, Па;

Р₀ – пороговое звуковое давление, равное 2•10^-5 Па.

1 дБ – едва заметное на слух изменение громкости, которое соответствует изменению интенсивности звука на 26% или звукового давления на 12%.

Логарифмическая шкала в децибелах (0...140) позволяет определить чисто физическую характеристику шума независимо от частоты (Рис. 2). Наибольшая чувствительность слухового аппарата человека характерна для средних и высоких частот (800...1000 Гц), наименьшая - на низких (20...100 Гц). Поэтому, чтобы приблизить результаты объективных измерений к субъективному восприятию, введено понятие корректированного уровня звукового давления.

Рис. 2. Уровни громкости

Суть коррекции – введение зависящих от частот звука поправок к уровню соответствующей величины. Эти поправки стандартизованы в международном масштабе. Наиболее употребительна коррекция А. Корректированный уровень звукового давления ( ) называется уровнем звука и измеряется в дБА.

При исследовании шумов весь диапазон частот разбивают на полосы частот и определяют мощность процесса, приходящегося на каждую полосу. Чаще всего используют октавные ( ) и третъоктавные ( ) полосы частот, где f₂ и f₁ – верхняя и нижняя граничные частоты соответственно. При этом в качестве частоты, характеризующей полосу в целом, берется среднегеометрическая частота f:

Например, октавную полосу (22,4...45) Гц выражает среднегеометрическая частота 31,5 Гц; (45.. 90) Гц – 63 Гц; (90…180) – 125 Гц; (180...355) Гц – 250 Гц; (355...710) Гц – 500 Гц и т.д.

В результате сформирован стандартный ряд из 9 октавных полос со среднегеометрическими частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц, который используется в ГОСТе 12.1.003- 83.

Шум является общебиологическим раздражителем. Воздействуя на нервную систему, он оказывает влияние на весь организм человека. Шум вызывает головные боли, повышение кровяного давления, снижает концентрацию внимания и остроту зрения, ослабляет память, замедляет психические реакции, приводит к расстройству нервной системы, снижает работоспособность и производительность труда, способствует возникновению условий, которые приводят к несчастным случаям.

Интенсивный шум вызывает нарушение секреторной и моторной деятельности желудка, изменения в сердечно-сосудистой системе, приводит к развитию заболеваний органов слуха (неврит слухового нерва, тугоухость, глухота и т.д.).

1.2. Нормирование шума

Нормируемыми параметрами постоянного шума на рабочих местах являются:

1. Уровни звукового давления L_P в дБ в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц, определяемые по формуле:, дБ, , где Р – среднее квадратическое значение звукового давления, Па;

P₀ = 2•10^-5 Па – исходное значение звукового давления в воздухе.

2. Уровень звука L_a в дБА, определяемый по формуле: , дБА где Р_а – среднее квадратическое значение звукового давления с учетом коррекции «А» шумомера, Па.

Оценка постоянного шума на соответствие предельно допустимым уровням должна проводиться как по уровням звукового давления, так и по уровню звука.

Нормируемыми параметрами непостоянного шума на рабочих местах являются:

1. Эквивалентный (по энергии) уровень звука в дБА, определяемый по

формуле

, (1.6)

где P_A( t ) – текущее значение среднего квадратического звукового давления с учетом коррекции «А» шумомера, Па; Р₀ - исходное значение звукового давления (в воздухе = 2 • 10^-5 Па); T – время действия шума, ч;

2. Максимальный уровень звука:

   1. для колеблющегося во времени и прерывистого шума в дБА, измеренный на временной характеристике «медленно»;

   2. для импульсного шума – в дБАI, измеренный на временной характеристике «импульс».

Оценка непостоянного шума на соответствие предельно допустимым уровням должна проводиться как по эквивалентному, так и по максимальному уровням звука (в дБА или дБАI).

Предельно допустимые уровни должны в соответствии с ГОСТом 12.1.003-83 и СН9-86 РБ 98 приниматься:

1. для тонального и импульсного шума на 5 дБ (дБА) меньше значений, указанных в таблице;

2. для шума, создаваемого в помещениях установками кондиционирования воздуха, вентиляции и воздушного отопления – на 5 дБ меньше фактических уровней шума в этих помещениях (измеренных или рассчитанных). Если последние не превышают значений, указанных в таблице, поправку для тонального и импульсного шума в этом случае принимать не следует, а в остальных случаях на 5 дБ меньше значений, указанных в таблице.

Максимальный уровень звука для колеблющегося и прерывистого шума не должен превышать 110 дБА, а для импульсного шума 125 дБАI.

Запрещается даже кратковременное пребывание в зонах с уровнем звука или уровнем звукового давления в любой октавной полосе свыше 135 дБА (дБ).

1.3. Меры борьбы с шумом

Борьба с шумом ведется по трем основным направлениям:

• снижением шума в источнике его образования за счет конструктивных, технологических и эксплутационных мероприятий;

• снижением шума на пути его распространения от источника к рабочим местам;

• уменьшением вредного воздействия шума на организм человека за счет средств индивидуальной защиты.

Сущность звукоизоляции состоит в том, что большая часть падающей звуковой энергии отражается от преграды, часть энергии поглощается самой преградой и лишь незначительная ее часть проникает за ограждение. В качестве звукоизолирующих преград используются акустические экраны, кожухи, кабины. Улучшения акустических характеристик производственных и иных помещений добиваются:

• увеличением их эквивалентной площади звукопоглощения путем размещения на их внутренних поверхностях звукопоглощающих облицовок;

• использованием штучных звукопоглотителей и кулис, представляющих собой объемные тела, заполненные звукопоглощающим материалом, и подвешиваемые к потолку равномерно по помещению или над источниками шума;

• облицовывают стены помещений звукопоглощающими материалами (Рис. 3). Процесс поглощения звука в материале происходит за счет перехода звуковой энергии в тепловую в результате вязкого трения воздуха в порах материала.

Рис. 3. Акустическая обработка помещений

Обозначения на рисунке:

1 — защитный перфорированный слой;

2 — звукопоглощающий материал;

3 — защитная стеклоткань;

4 — стена или потолок;

5 — воздушный промежуток;

6 — плита из звукопоглощающего материала

Наибольший эффект при акустической обработке помещений достигается в точках, расположенных в зоне отраженного звука, при этом акустически обработанная поверхность должна составлять не менее 60% от общей площади ограничивающих помещение поверхностей.

В узких и высоких помещениях целесообразно облицовку размещать на стенах, оставляя нижние части стен (до 2 м высотой) необлицованными, либо проектировать конструкцию звукопоглощающего подвесного потолка.

Если площадь поверхностей, на которых возможно размещение звукопоглощающей облицовки мала, рекомендуется применять дополнительно штучные поглотители, подвешивая их как можно ближе к источнику шума, либо предусматривать устройство щитов в виде звукопоглощающих кулис.

Звукопоглощающие материалы по своей структуре являются пористыми. К ним следует отнести пенопласт, поролон, технический войлок, минеральную вату, керамзит, гипсовые плиты и др.

На рабочих местах, где снизить шум до допустимых значений за счет технических мероприятий не представляется возможным, обслуживающий персонал должен применять средства индивидуальной защиты: вкладыши, наушники и шлемофоны, используемые при высоких уровнях шумов свыше 120дБА.