Физические характеристики шума

И окружающей природной среды»

Содержание

1.Краткая характеристика акустических загрязнений

2. Физические характеристики шума

3. Нормирование шума

4. Акустические расчеты

4.1. Общие сведения

4.2. Расчет шума в свободном пространстве

4.3. Расчет шума в помещении

4.4. Примеры решения задач.

5. Практическое занятие

6. Контрольные вопросы

7. Литература

Приложения1

 

 

ƛΩΨΦΔΙλμπκν_Σϑτχѱf

Краткая характеристика акустических загрязнений

 

В современных условиях городское население подвергается шумовому воздействию круглосуточно: на работе, в транспорте, дома, во время отдыха и сна. Поэтому обеспечение безопасности жизнедеятельности людей в условиях шумовых воздействий является чрезвычайно важной проблемой.

Источниками шумового загрязнения городских территорий являются: потоки всех видов наземного автомобильного и рельсового транспорта; промышленные предприятия; аэродромы; открытые спортивные сооружения и игровые площадки; площадки для погрузочно-разгрузочных работ предприятий; коммунально-бытовые хозяйства; механизмы и машины, используемые при строительстве, уборке и благоустройстве городских территорий и др.

В акустической нагрузке городской среды на человека преобладает шум автомобильного и рельсового транспорта, доля которого составляет 60–80% от всех шумов. 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 с расстройству нервной

системы, понижает работоспособность и производительность труда, способствует возникновению условий, которые приводят к несчастным случаям. Интенсивный шум вызывает изменения в сердечнососудистой системе, приводит к развитию заболеваний органов слуха — тугоухости.

 

Физические характеристики шума

 

Шум — совокупность звуков, различных по частоте и интенсивности, возникающих при механических колебаниях в твердых, жидких и газообразных средах. В обыденной жизни шумом называют всякий мешающий звук. Звук -распространяющиеся в упругих средах: газах, жидкостях и твердых телах - механические колебания, воспринимаемые ухом человека.

Звук характеризуется звуковым давлением Р, скоростью распространения с, длиной волны λ, частотой f , интенсивностью Ι.

Скорость распространения звука зависит от характеристик среды, в которой распространяется звук. При температуре Т_с= 20^оС скорость звука в воздухе с=344 м/с.

Длина волны представляет собой расстояние, проходимое звуковой волной за один период. Между длиной звуковой волны и частотой существует соотношение, используемое в практике борьбы с шумом:

с = λf, (1)

где: λ- длина звуковой волны, м, f – частота Гц. Например, при частоте f = 1000 Гц длина волны λ в воздухе составляет около 0,3 м, приf = 250 Гц – около 1,2 м, при f = 4000 Гц – около 0,07 м, т.е. чем больше частота звука, тем меньше длина звуковой волны, и наоборот. По мере удаления от источника звуковая волна затухает в пространстве.

Звуковые волны возникают при нарушении стационарного состояния среды вследствие воздействия на нее какой-либо возмущающей силы. Частицы среды при этом начинают колебаться относительно положения равновесия. Звуковые волны распространяются в пространстве, называемом звуковым полем. В каждой точке звукового поля давление и скорость движения частиц воздуха изменяются во времени.

Разность между мгновенным значением полного давления и средним давлением, которое наблюдается в невозмущенной среде, называется звуковым давлением и измеряется в паскалях (Па).

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 всекунду, т.е.

I = Р²/(ρ c) Вт/м², (1) (2)

где: Р - среднеквадратичное значение звукового давления, Па;

ρ- плотность среды, кг/м²;

с - скорость распространения звука в среде, м/с.

Слуховой аппарат человека обладает неодинаковой чувствительностью к звукам различной частоты. Минимальное звуковое давление и минимальная интенсивность звуков, воспринимаемых ухом человека, определяют порог слышимости. За эталонный принят звук с частотой 1000 Гц. При этой частоте порог слышимости по интенсивности составляет I_о = 10^-12 Вт/м², а соответствующее ему звуковое давление Р_о = 2∙10^-5Па. Верхняя граница воспринимаемых человеком звуков определяется так называемым порогом болевого ощущения. При частоте 1000 Гц порог болевого ощущения возникает при I = 10Вт/м² и Р = 2∙10^-2 Па. Между порогом слышимости и болевым порогом лежит область слышимости.

Ухо человека реагирует не на абсолютное, а на относительное изменение интенсивности звука, при этом ощущения человека пропорциональны логарифму количества энергии шума или другого раздражителя. Кроме того, раздражающее действие шума на человека пропорционально не квадрату звукового давления, а логарифму от него.

Поэтому на практике для характеристики шума пользуются двумя логарифмическими величинами: уровнем интенсивности L₁ и уровнем звукового давления L_р, выраженными в децибелах, т.е.

L₁ = 10 lgI / I_о, дБ, (2) (3)

L_Р = 20lgР / Р_о, дБ, (3) (4)

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

I_о = 10^-12 интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости причастоте 1000 Гц, Вт/м²;

Р — звуковое давление в данной точке, Па;

Р_о = 2∙10^-5 - пороговое звуковое давление на частоте 1000 Гц, Па.

Следует помнить, что снижение (увеличение) уровня звука на 5 дБА означает снижение (увеличение) воспринимаемом ухом субъективной громкости в 1,5 раза, на 10 дБА – 2 раза, 15 –дБА – в 3 раза, 20 дБА – в 4 раза и т.д.

Наибольшая чувствительность слухового аппарата человека характерна для средних и высоких частот (800…1000 Гц), наименьшая - для низких (20…100Гц). Поэтому, чтобы приблизить результаты объективных измерений к субъективному восприятию, введено понятие коррективного уровня звукового давления.

Суть коррекции - введение зависящих от частот звука поправок к уровню соответствующей величины. Наиболее употребительна коррекция А. Корректированный уровень звукового давления (L_А = L_Р – ΔL_А) 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 (f₂ / f₁ = 2) и третьоктавные (f₂ / f₁ = )полосы частот,

где: f₂ и f₁ — верхняя и нижняя граничные частоты соответственно.

При этом в качестве частоты, характеризующей полосу (октаву) в целом, берется среднегеометрическая частота fср, равная

fср = (5)

Например, октавную полосу 90…180 Гц выражает fср = 125 Гц. В результате сформирован стандартный ряд из девяти октавных полос со среднегеометрическими частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000 и 8000 Гц.

Таблица № 1

Стандартный ряд из девяти октавных полос со среднегеометрическими частотами

 

fсг, Гц	31,5
f1 , Гц
f2, Гц

 

Источниками шума на производстве могут быть: оборудование, эксплуатируемые машины, изделия, технологические процессы и др.

Любой источник шума характеризуется следующими параметрами:

-звуковая мощность источника Р - это общее количество звуковой энергии, излучаемой источником шума в окружающее пространство за единицу времени;

- фактор направленности излучения Ф, показывающий отношение интенсивности звука, создаваемой направленным источником в данной точке I, к интенсивности Iср, которую развил бы в этой же точке ненаправленный источник, имеющий ту же звуковую мощность и излучающий звук во все стороны одинаково, т.е.

Ф = I / Iср = Р² / Р²_ср (6)

- уровни звуковой мощности шума в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000 и 8000 Гц, а также корректированный уровень звуковой мощности.

Нормирование шума

Повышенный шум действует как на органы слуха (специфические изменения), так и на весь организм (неспецифические изменения). У человека, находящегося в условиях повышенного шума, через 5 лет слух ухудшается, а через 10 лет могут возникнуть неврит слуховых нервов и глухота. Неспецифическое воздействие шума проявляется в первую очередь в нарушениях нервной и сердечно-сосудистой деятельности. При длительном воздействии шума возрастает артериальное давление, появляются раздражительность, апатия, подавленное настроение. Принято считать, что при увеличении шума на каждые 1…2 дБ(дБА) сверх нормативных значений производительность труда снижается приблизительно на 1%.

Степень вредного воздействия шума зависит от его интенсивности, спектрального состава, времени воздействия, местонахождения человека, характера выполняемой им работы и индивидуальных особенностей. Шум, УЗ которого 35…40 дБА, в ночное время является серьезным беспокоящим фактором при нахождении человека в квартире. Шум в 50…60 дБА создает ощутимую нагрузку на нервную систему, особенно если человек занимается умственной деятельностью. Шум 70 дБА вызывает физиологическое воздействие, а при 85…90 дБА может привести к ухудшению слуха. Некоторые из этих особенностей учтены в принятых нормах шума.

В соответствии с ГОСТ 12.1.003-83 ССБТ шумы классифицируются:

- по характеру спектра — на широкополосные и тональные.

Широкополосный - это шум с непрерывным спектром шириной более одной октавы.

Тональный - это шум, в спектре которого имеются выраженные дискретные

(тональные) составляющие;

- по временным характеристикам - на постоянные и непостоянные.

Постоянный - это шум, уровень звука которого за 8-часовой рабочий день изменяется во времени не более чем на 5 дБА.

Непостоянный - это шум, уровень звука которого за 8-часовой рабочий день изменяется во времени более чем на 5 дБА.

Непостоянный шум подразделяют на колеблющийся, прерывистый и импульсный. Колеблющийся - это шум, уровень звука которого непрерывно изменяется во времени. Прерывистый - это шум, уровень звука которого изменяется во времени ступенчато (на 5 дБА и более).

Импульсный — это шум, состоящий из одного или нескольких звуковых сигналов, каждый длительностью менее 1 с.

Нормируемыми параметрами постоянного шума на рабочих местах являются:

- уровни звукового давления LР, дБ, в 9 октавных полосах, определяемые по формуле (3);

- уровень звука L_А, дБА, определяемый по формуле:

L_А = 20 lg Р_А / Р_одБА, (7)

где: Р_А - среднее квадратическое значение звукового давления с учетом коррекции «А» шумомера, Па.

Нормируемыми параметрами непостоянного шума на рабочих местах являются:

- эквивалентный (по энергии) уровень звука в дБА;

- максимальный уровень звука.

Для снижения шума можно применить следующие способы:

-уменьшение шума в источнике;

- изменение направленности излучения;

- рациональную планировку предприятий;

- акустическую обработку помещений;

- уменьшение шума на пути его распространения;

-средства индивидуальной защиты от шума.

Шум возникает вследствие упругих колебаний как машины в целом, так иотдельных ее деталей. Причины возникновения этих колебаний — механические, аэродинамические, гидродинамические и электрические явления, определяемые конструкцией и характером работы машины, условиями эксплуатации.

В связи с этим различают шумы механического, аэродинамического, гидродинамического и электромагнитного происхождения.

Показатель направленности излучения следует учитывать при проектировании установок и рабочих мест с направленным излучением, так как значение Ф может достигать относительно больших величин. Максимум излучаемого шума должен быть направлен в противоположную сторону от рабочего места или жилого дома.

При планировке предприятия наиболее шумные цехи должны быть сконцентрированы в одном-двух местах. Расстояние между шумными цехами и тихими помещениями должно обеспечивать необходимое снижение шума. Если предприятие расположено в черте города, то шумные цехи должны находиться в глубине предприятия, по возможности дальше от жилых домов.

Интенсивность шума в помещениях зависит не только от прямого, но и от отраженного звука. Поэтому если нет возможности уменьшить прямой звук, то для снижения шума нужно уменьшить энергию отраженных волн. Это можно достичь, увеличив эквивалентную площадь звукопоглощения помещения путем размещения на его внутренних поверхностях звукопоглощающих облицовок, а также установки в помещениях штучных звукопоглощателей. Это мероприятие называется акустической обработкой помещения. Свойствами поглощения звука обладают все строительные материалы. Однако звукопоглощающими материалами принято называть лишь те, у которых коэффициент звукопоглощения на средних частотах больше 0,2. Наиболее часто в качестве звукопоглощающей облицовки применяют конструкции в виде слоя однородного пористого материала определенной толщины (ультратонкое стекловолокно, капроновое волокно, минеральная вата, древесно-волокнистые плиты и др.).

Уменьшение шума на пути его распространения предусматривает применение: звукоизолирующих ограждений; звукоизолирующих экранов, кожухов, кабин; глушителей шума.

 

 

Акустические расчеты

Общие сведения

 

Расчеты в прикладной акустике обычно проводят в децибелах (дБА), что имеет свои особенности. Например, два источника с уровнем 80 дБ каждый в сумме не 160 дБ, а только 83 дБ, десять источников – всего 90 дБ, а два источника с уровнями, например 100 и 80 дБ – 100 дБ.

Уровень шума от нескольких источников с одинаковыми УЗ (УЗД), расположенных на одинаковом расстоянии от расчетной точки (РТ), рассчитывается по формуле, дБ (дБА).

L_Σ =Lі+ 10 lg_n, (8)

где: Lі – уровень звука, дБ (звукового давления дБА) і-го источника звука; n – число +источников.

Таблица № 2

Значения 10 lg n при различном числе источников

 

n
10 lg n		4,8			7,8	8,5		9,5		11,8

 

Отсюда следует, что если складываются, например, пять источников с УЗ (УЗД0 90 дБА, то суммарный УЗ (УЗД) составляет 97 дБА (дБ), а если 100 источников, то 110 дБА (дБ) и т.д.

Если источники шума имеют различные уровни, то суммарный уровень определяется по формуле, дБ;

L_Σ = 10 lg(10^0.1L1 + 10 ^0,1L2 + …+ 10^0,1Li) (9)

Для удобства пользованием формулой (9 ) можно брать данные из таблицы 3

 

Таблица № 3

Сложения УЗД (УЗ)

 

Разность двух складываемых УЗД (УЗ) дБ(дБА)
Добавка (Δ) к большему УЗД(УЗ)		2,5	2,1	1,8	1,5	1,2	1,0	0,8	0,6	0,5	0,4

 

Покажем как пользоваться таблицей 3

Пример1.Пусть необходимо сложить источники L₁=90дБ и L₂=96дБ. Разность уровней L₂ - L₁ = 6 дБ. Из табл.1 находим добавку∆ =1 дБ. Суммарный УЗД определяется прибавлением к большему значению добавки L_Σ =L₂+Δ=96+1=97дБ.

Когда складываются несколько источников, то операция повторяется последовательно. Пусть необходимо сложить уровни четырех источников 70, 90, 96, 100 дБ. Не приступая к вычислениям, можно отбросить источник, уровень которого на 20дБ ниже максимального. Из предыдущего примера значение суммарных уровней второго и третьего источников равно 97дБ.Нетрудно получить, что суммарный уровень четырех источников составит 101,8дБ.

При борьбе с шумом нередко приходится решать обратную задачу. Вычитание уровней можно произвести, использовав данные, приведённые в таблице 4

Таблица 4

Вычитание УЗД (УЗ)

Разность между вычитаемыми УЗД(УЗ), дБА(дБ)		9..6	5…4
Отрицательная поправка (-Δ) к более высокому УЗД(УЗ)

Пример 2.Пусть на территории жилой застройки при работе компрессора с УЗ, ранвым L₂ = 65дБА, уровень звука составляет L₁ = 70 дБА. Требуется определить шум после отключения компрессора. Разница между уровнями L₁ - L ₂ = 70 - 65 = 5дБА. Из табл 2 определяем поправку Δ = 2дБА.На территории после отключения источника УЗ составляет 70 -2 = 68 дБА.