Защита от шума

Источники шума по физической природе шума подразделяют на источники механического, аэродинамического, гидродинамического и электромагнитного шума. В зависимости от характеристик источника шума выбираются средства коллективной защиты (СКЗ) и индивидуальной защиты (СИЗ). Виды коллективных средств защиты представлены на рис. 21.

Выбор СКЗ производится на основе акустического расчета. Цель расчета – определить фактический уровень шума Lф и потребное снижение уровня шума ΔL до допустимой величины Lн, т.е ΔL= Lф- Lн.

Рис. 21. Виды средств коллективной защиты от шума

В зависимости от места расположения источника проводится акустический расчет: при размещении источника на открытом пространстве (1) или в помещении (2).

Интенсивность шума на открытом пространстве определяется зависимостью:

I = WФ/(SK),

где: W – звуковая мощность источника,

S – площадь поверхности, на которую распределяется звуковая энергия, К – коэффициент ослабления шума на пути распространения,

Ф – фактор направленности.

Путем деления левой и правой части приведенной формулы на I_o и последующего логарифмирования получена формула для расчета уровня звукового давления:

L = L_W + 10 lgФ - 10 lg S/So - Δ L_W,

где: L_W – уровень звуковой мощности источника;

Ф – фактор направленности источника;

S, So – соответственно площади поверхностей, на которые распределяется звуковая энергия S = 2πr² и So = 1м², а r – расстояние от источника до контрольной точки;

Δ L_W ==10 lgK - снижение уровня шума на пути распространения.

При распространении звука в ограниченном звуковом поле, например в жилой застройке или внутри помещений, в формулу для определения L вводятся поправки, учитывающие отражение и поглощение звуковых волн ограждающими поверхностями.

Интенсивность шума в помещении определяется зависимостью:

I = Iпp + Ioтр = РФ/S + 4Р/В,

где: Iпp, Ioтp – интенсивность прямого звука от источника и интенсивность отраженного от стен звука.

В = А/(1 - _ср) – постоянная помещения,

А = _ср S_пов – эквивалентная площадь звукопоглощения, а _ср – средний коэффициент звукопоглощения поверхностей ограждений помещения площадью S_пов.

Путем аналогичных преобразований, приведенных выше, получается зависимость для определения уровня звукового давления источника:

L=L_W+10 1g(Ф/S+ ).

Из закономерностей распространения шума и акустического расчета следуют меры защиты от шума: (1) уменьшение звуковой мощности источника; (2) звукопоглощение; (3) звукоизоляция; (4) рациональное размещение источника шума.

1. Уменьшение звуковой мощности источника.

Мероприятия уменьшения шума источника зависят от природы шума.

Механические шумы снижаются за счет уменьшения перехода механической энергии в акустическую путем:

- повышения точности изготовления машин;

- уменьшения передаваемых нагрузок и частоты вращающихся частей;

- замены ударных процессов на безударные;

- улучшение балансировки вращающихся частей;

- замена в механизмах возвратно-поступательного движения на вращательное;

- использование незвучных материалов (пластмассы, незвучные металлы с большим внутренним трением);

- совершенствование смазки трущихся поверхностей;

- применение клиноременных и зубчато-ременных передач вместо зубчатых.

Аэродинамические шумы от перехода энергии газовой струи в аэродинамическую энергию. Снижение аэродинамических шумов достигается:

- уменьшением скорости обтекания тел;

- совершенствованием аэродинамических характеристик тел;

- улучшением аэродинамических характеристик машин (вентиляторов, турбин);

- трансформацией спектра шума в высокочастотную, ультразвуковую область;

- снижением градиента скорости струи за счет совершенствования конструкции.

Гидродинамические шумы при переходе энергии жидкости в акустическую снижаются за счет:

- улучшения гидродинамических характеристик насосов;

- уменьшения турбулентности потока жидкости;

- использования оптимальных режимов работы насосов;

- исключения гидравлических ударов рациональной конструкцией гидросистемы;

- недопущения резких закрытий трубопроводов.

Электромагнитные шумы при переходе энергии электромагнитного поля в акустическую. Методами защиты служат:

- использование в конструкции электрических машин скошенных пазов якоря двигателя;

- применение плотной прессовки пакетов в трансформаторах;

- учет влияния на ферромагнитные массы переменных магнитных полей.

2. Звукопоглощение основано на переходе энергии колеблющихся частиц воздуха в теплоту за счет потерь на трение в порах материала. Характеристикой звукопоглощающих свойств материала служит коэффициент звукопоглощения α.

α = W_пoгл/W_пад,

где: W_пoгл, W_пад – звуковая энергия, соответственно поглощенная и падающая на поверхность материала. Звукопоглощающими материалами считаются материалы с коэффициентом звукопоглощения более 0,2. У материалов с развитой пористой структурой (незамкнутые поры) величина коэффициента достигает α = 0,6÷0,9. К таким материалам относятся минеральная вата, стекловолокно, древесноволокнистые плиты и т.п.

Использование звукопоглощения для снижения шума в помещении именуется акустической обработкой помещения.

Акустическая обработка осуществляется различными методами:

- облицовка внутренних поверхностей помещений звукопоглощающими материалами;

- подвеска на потолочные перекрытия звукопоглотителей, выполненных из звукопоглощающего материала.

При выборе звукопоглощающего материала учитывается частота шума, а также условия эксплуатации облицовки (запыленность, влажность и др.). Снижение уровня шума методом звукопоглощения определяется зависимостью

ΔL_oбл = 10 1g ,

где: В₁ и В₂ – постоянные помещения до и после акустической обработки, а В_1,2 – А_1,2(1-α_1,2), А_1,2 – эквивалентные площади звукопоглощения до и после обработки помещения, α_1,2 - средние коэффициенты звукопоглощения до и после обработки. Величина А= 0,16 , где V – объем помещения в м³, Т – время реверберации, т.е. время, в течение которого уровень звукового давления уменьшается на 60 дБ после прекращения действия источника шума.

Наибольший эффект метода звукопоглощения обеспечивается в низких помещениях (до 6÷4 м) при высоких частотах шума. Одиночные объемные звукопоглотители используются в помещениях, где затруднена установка облицовки. Звукопоглотители представляют собой геометрические тела различной формы, выполненные из звукопоглощающего материала. Для расчета снижения шума звукопоглотителями используется формула

А = А_шт.n,

где: А_шт – эквивалентная площадь звукопоглотителя, a n – количество поглотителей.

3. Звукоизоляция – это снижение шума на пути его распространения за счет звукоизолирующих преград (стен, перегородок, экранов и т.п.). Звуковая энергия отражается от ограждений и только часть ее проходит через ограждение.

Характеристикой звукоизоляции служит коэффициент звукопроницаемости τ, равный отношению звуковой мощности, прошедшей через ограждение (Wпр), к звуковой мощности (Wпад), падающей на ограждение τ = . Другой характеристикой звукоизоляции является коэффициент звукоизоляции R = 10 lg (дБ).

Для оценки звукоизоляции однородной перегородки используется зависимость R = 201g (m₀ f) – 47,5 (дБ), где m₀ – масса 1м² ограждения (кг), f - частота (Гц).

Звук через ограждения проходит (рис. 22) через отверстия в ограждении, через излучение шума ограждениям под действием на него переменного давления падающего звука, а также от вибрации ограждения, возбуждаемой механическим воздействием на ограждение. В последнем случае звуковые волны распространяются не по воздуху, а по конструкции. Из зависимости для оценки звукоизоляции однородной перегородки следует, что звукоизоляция повышается с ростом массы ограждения и частоты звука. На звукоизоляцию влияют жесткость ограждения, резонансные явления.

Основными типами устройств звукоизоляции являются: звукоизолирующие кожуха, кабины, экраны. Звукоизоляция позволяет ослабить шум в помещении на 30-50 дБ. Нанесение на внутренние поверхности конструкции вибродемпфирующих покрытий увеличивает внутренние потери и повышает эффективность звукоизоляции.

Глушители шума являются устройством снижения аэродинамического шума на пути его распространения. По принципу действия глушители подразделяют на активные (абсорбционные), реактивные и комбинированные (рис. 23).

Рис. 22. Средства звукоизоляции: 1 – звукоизолирующий кожух; 2 – звукоизолирующая кабина; 3 – акустический экран

Рис. 23. Глушители: а) активный; б) камерный; в) резонансный

Активные глушители содержат звукопоглощающий материал в виде набивки или матов, закрепляемых на внутренней поверхности глушителя, в виде звукопоглощающих пластин, устанавливаемых в канале глушителя.

Реактивные глушители отражают шумы обратно к источнику. Они снижают шум в узких частотных пределах и подразделяются на камерные и резонансные. Камерные глушители выполняются в виде расширительных камер, отражающих звуковую волну обратно к источнику. В резонансном глушителе снижение шума достигается за счет потерь звуковой энергии на колебательный процесс в резонаторе, который рассчитывается на определенную длину звуковой волны.

Снижение шума в широком диапазоне частот достигается в комбинированных глушителях, в которых используют набор различных шумопонижающих активных и реактивных устройств.