Характеристика шума и методика акустического расчёта



Шумом принято характеризовать любой нежелательный (мешающий) для человека звук. Действуя на центральную нервную систему, шум оказывает неблагоприятное влияние на организм человека, вызывает тяжелые заболевания. Центральная нервная система является информационной системой организма и требует для своего функционирования достаточно много энергии. Если поток информации стационарен, то происходит привыкание (аккомодация) к стационарным условиям и затраты на поддержание функционирования центральной нервной системы резко снижаются. Шум не является стационарным процессом, он контрастирует с полезным звуковым информационным полем и потому происходит дополнительная перегрузка деятельности центральной нервной системы. Утомление работников из-за сильного шума увеличивает число ошибок при работе, способствует возникновению профессиональных заболеваний.

Как физиологическое явление звук ощущается органами слуха в диапазоне частот 20Гц …20кГц. Вне этих пределов находятся неслышимые человеком инфра- и ультразвуки.

Звук (как физическое явление) – это продольные волны объемных деформаций упругой среды, характеризующиеся перепадом давления Δp относительно атмосферного pатм = 101 кПа. Звуковая вол­на характеризуется частотой и амплитудой колебаний. Чем больше амплитуда колебаний, тем больше звуковое давление, и тем громче ощущаемый человеком звук.

Звуковое давление p (Па) – разность между мгновенным значе­нием полного давления в воздухе и средним статическим давлением, которое наблюдается в среде при отсутствии звукового поля (атмос­ферным – в обычных условиях). В фазе сжатия звуковое давление положительно, а в фазе разряжения – отрицательно. Измерительный датчик звукового давления в шумомере – микрофон.

При распространении звуковой волны происходит перенос энергии. Поток звуковой энергии E (Дж) в единицу времени t (с), отнесенный к поверхности S (м2), нормальной к направлению распространения волны, называется интенсивностью звука I (Вт/м2). Для звуковой волны, распространяющейся в виде плоского фронта, имеем следующие соотношения:

I = E/tS =p2/2rc,                                   (6.1)

 

где r – плотность среды, кг/м3.

с – скорость звука в среде, м/с.

Для воздуха при температуре 20оС: r = 1,20 кг/м3, с = 344 м/с;

rc – удельное сопротивление среды, для воздуха при нормальных атмосферных условиях rc = 410 Па×с / м2.

Источник шума характеризуется мощностью W (Вт), т.е. количеством звуковой энергии, излучаемой источником шума в окружающее пространство за единицу времени (Дж/с). Звуковая мощность источника шума W (Вт) связана с интенсивностью шума I (Вт/м2) следующим соотношением:

 

 

где S – поверхность, через которую проходит поток звуковой энергии.

Если источник шума принять за точечный, что допустимо при расстояниях r от источника много больших геометрических размеров самого источника, то при его расположении на полу (т.е. при излучении в полусферу) звуковая мощность равна:

 

W = Iср S = Iср 2pr2,                     (6.2)

где Iср – интенсивность звука, усредненная по измерениям звукового давления по нескольким точкам на измерительной поверхности S в виде полусферы радиусом r.

В соответствии с действующими нормативными документами нормирование шума производится по двум методам:

2. По предельному спектру с использованием октавной полосы частот (рассматривается как справочный параметр);

3. По эквивалентному уровню звука А.

Октавной называется полоса частот, в которой верхняя граничная частота fверх в два раза больше нижней fнижн. Среднегеометрическая частота fср октавной полосы выражается соотношением . Измерения, акустические расчёты, нормирование производятся в полосах со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц.

Степень восприятия звука зависит от амплитуды звукового колебания. Так на частоте 1000 Гц ощущение звука начинается с давления ро = 2×10-5 Па. Величину ро называют порогом слышимости. Тогда интенсивность звука (6.1), соответствующая порогу слышимости, равна Io = 10-12 Вт/м2.

Для объективной оценки характеристики шума были введены логарифмические величины: уровень интенсивности LI, уровень звукового давления Lp, что соответствует закону Фехнера,

LI = 10×lg(Iср/I0),       I0 = 10-12 Вт/м2                     (6.3a)

LP= 10×lg (DP/DP0)2,  р0 = 2×10-5 Па                             (6.3б)

Для характеристики звуковой мощности источника шума используется уровень мощности шума LW

LW= 10×lg (W/W0),   W0 = 10-12 Вт                              (6.3в)

При нормальных атмосферных условиях LI = LP = L. Поэтому для краткости используют термин уровень шума L, опуская индексы I, P. Приборы, измеряющие уровень шума, основаны на измерении уровней звукового давления LP в определенной точке. Чувствительным элементом, реагирующим на изменение уровня звукового LP, является микрофон. Измеряемый уровень звукового давления зависит от мощности источника шума и от расстояния от этого источника (Рис. 6).

Уровень звуковой мощности шума источника LW характеризует звуковые характеристики источника и является величиной, независимой от расстояния, так как W и W0 постоянные величины.

Характеристиками источника шума, которые указываются в технической документации на изделие, являются:

Рис.6. Схема источника шума

1. Уровни мощности шума LW в октавных полосах частот.

2. Характеристики направленности излучения источника шума.

    В основе расчётной формулы для определения LW лежит выражение (6.2) Для точечного источника шума значение LW определяют по результатам нескольких измерений уровня шума Lср на поверхности S, в качестве которой обычно применяют площадь полусферы радиусом R (рис.6.1)

LW = Lср+ 10×lg(S/S0) = Lср+ 10×lg(2pR2/S0),            (6.4)

где Lср – средний уровень измеренного звукового давления по ряду точек на измерительной поверхности S (м2), S0 = 1м2.

При проектировании и эксплуатации промышленных помещений рассчитывают ожидаемые уровни шума Lp, которые будут на рабочих местах (в расчётных точках) с тем, чтобы сравнить их с нормами допустимого уровня шума и в случае необходимости принять меры к тому, чтобы этот шум не превышал допустимого.

Акустический расчёт проводится в каждой из восьми октавных полос с точностью до десятых долей децибел. Результат округляется до целого числа.

Для помещений с источником шума расчёт включает:

а) выявление n-ого количества источников шума и значений LWi их уровней шумовой мощности в октавных полосах частот;

б) выбор расчётных точек и определение расстояний ri от i-того источника шума до расчётной точки (рабочего места);

в) вычисление или определение по справочным данным постоянной B анализируемого помещения для каждой октавной полосы.

г) расчёт уровня шума LP в расчётной точке.

Звуковые волны от источника шума в помещениях многократно отражаются от стен, потолка и различных предметов. Отражения обычно увеличивают шум по сравнению с шумом того же источника на открытом воздухе. Интенсивность шума I в расчётной точке помещения складывается из интенсивности прямой звуковой волны от источника Iпр и интенсивности отраженного звука Iотр:

I = Iпр + Iотр =  + ,

где В – постоянная помещения, м2 (табл.6.1)

Таблица 6.1

Значения постоянной помещения В (м2) для объема помещения V = 288 м3 (длина l = 12м, ширина b = 6м, высота h =4 м)

 

 

Характеристика помещения

Среднегеометрические частоты октавных частотных полос, Гц

63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
1. Без мебели с небольшим количеством людей (металлообрабатывающие цехи, испытательные стенды) 9,4 8,9 9,2 10,8 14,4 21,6 34,6 60,4
2. С большим количеством людей и мягкой мебели (учебные лаборатории, конструкторские залы, библиотеки) 31,2 29,8 30,7 36 48 72 115 202
3. Со звукопоглощающей облицовкой потолка и части стен 130 124 128 150 200 300 480 840

 

Для помещения, в котором установлено несколько источников (n) шума с одинаковой звуковой мощностью W, интенсивность в расчётной точке равна:

                                                (6.5)

где ri – расстояние от акустического центра i-того источника шума до расчётной точки. Акустический центр источника шума определяется координатами проекции геометрического центра источника на горизонтальную плоскость.

Значение уровня шума L в расчётной точке получим, разделив выражение (5) на Io = WoSo (So = 1м2) и логарифмируя:

L = 10×lg  = LW + 10×lg(  + ),                      (6.6)

При наличии акустических волн от n некоррелированных источников шума, которые создают в расчётной точке среднеквадратическое давление Dp равное сумме парциальных давлений DPi (i = 1,2,...,n)

DP2 =

Уровень звукового давления для нескольких источников равен:

Lp = 10 lg(Dp/Dpo)2 = 10 lg( ) = 10 lg( )

где Lpi уровень звукового давления от i-того источника в расчётной точке.

Пример: Раcсчитать уровень шума Lp в расчётной точке, который создается шумовым фоном Lф = 50 дБ и шумом от источника L = 57,2 дБ.

Lp = 10 lg(100,1 Lф+100,1 L) = 10 lg(100,1×50 + 100,1×57,2) = 58 дБ.              (6.7)

Расчёт по формуле (11.6) предполагает определение уровня шума для восьми октавных полос и последующее сравнение результатов расчёта с допустимыми значениями уровнями звукового давления (Приложение 1)

 


Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 380; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!