Расчет шума в свободном пространстве.

Практика шумозащиты зачастую требует определения УЗД в замкнутом объеме (помещений)и в свободном пространстве (отсутствуют отражающие поверхности).

Уровни звукового давления, создаваемые условно точечным источником, дБ (т.е когда расстояние от источника до расчетной точки (РТ) существенно больше максимального размера источника), вдали от препятствий составляют (рис 1):

 

 

Рис. 1. Распространение шума в открытом пространстве (Ω = 4π)

1 – источник шума; 2 – отражающая поверхность; 3 – расчетная точка

 

L_пр= L_w + ПН - 20lg R - 10lgΩ, (9)

Где L_{w - -}акустическая мощность источника звука, дБ (берется из паспорта источника шума - ИШ); R-расстояние от источника до расчетной точки, м; ПН - показатель направленности источника шума, дБ (для ненаправленных источников ПН = 0,для источников, где шум (например шум реактивной струи)в одном из направлений больше, чем в другом, ПН определяется измерениями или по справочнику); Ω - пространственный угол излучения шума.

Как следует из формулы (9),УЗД спадает (затухает) на 6дБ при каждом удвоении расстояния из-за геометрического расширения области, в которой распространяется звук. При распространении на большие расстояния звук затухает так же дополнительно из-за поглощения в атмосфере, что учитывается выражением β_а/100, где β_а - затухание звука в атмосфере.

Таблица 5

Значения затухания звука в атмосфере на различных частотах

 

Октавные полосы частот, Гц
βа,		0,75	1,5

 

Расчет шума в помещении.

Шум в РТ замкнутого объема (рис 2) определяется свойствами пространства (расширением области распространения звука по мере удаления от источника) и помещения (отражением от ограждающих поверхностей).

 

Рис. 2 Распространение шума в помещении

1 – источник шума; 2 – помещение; 3 – расчетная точка;

l_пр – прямой шум; l_отр – отраженный шум

 

Шум в замкнутом объеме в общем случае определяется по формуле дБ:

L_пом = L_w + 10lg( χ Ф/ Ω r² + 4 ѱ/ Впом) (10)

Где: χ - коэффициент, учитывающий размеры источника шума (Приложение 1);

Ψ-коэффициент, учитывающий характер звукового поля в помещения (Приложение 1);

Ф – фактор направленности источника звука (для ненаправленных источников Ф=1), определяемый экспериментально;

r – расстояние от источника шума дл РТ, м ;

Ω - пространственный угол излучения шума.

Если шум проникает в помещение через ограждающую конструкцию (стена, перекрытие, окно и т.п.) или через открытый проем, то акустическая мощность источника шума, прошедшего через преграду, определяется формулой, дБ:

L_{w тр}= L_огр +10 lgS_огр- ЗИ - δ (11)

где: L_огр - октавные УЗД у преграды на расстоянии 2 м от центра, дБ; S_огр –площадь ограждения (преграды), ЗИ – звукоизоляция ограждения, дБ (для проема ЗИ = 0); δ - поправка на характер падения звука (δ =0 при падении из атмосферы, δ = 6 дБ при падении из помещения).

 

Примеры решения задач

Задача 1.

В механическом цехе длиной 5 м, шириной 5 м, высотой 4 м имеется два рабочих места, где установлено шумящее оборудование. Октавный уровень звукового давления источника шума (ИШ) L_р на среднегеометрической частоте 1000 Гц составляет 100 дБ. Фактор направленности ИШ Ф = 1,6; пространственный угол Ω = 2π ; наибольший геометрический размер ИШ / l_МАКС == 1,0 м; расстояния от ИШ до первого рабочего места (РТ₁) r₁ = 2,0 м, до второго - (РТ₂) r₂ = 4,0 м. Определить уровень звукового давления (УЗД) на рабочих местах и требуемое снижение шума.

Рис 3. Схема расположения оборудования ИШ в цехе и расчетных точек РТ 1 и РТ 2

Акустические расчеты проводятся в девяти октавных полосах на среднегеометрических частотах 31.5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц. Однако, в связи повторяемостью и трудоемкостью, расчеты в практической работе студенты проводят не по всем частотам, а по указанию преподавателя (1000 Гц).

Решение:

1. Расчет ожидаемых УЗД на рабочих местах в помещениях с одним ИШ в зоне прямого и отраженного звука производится по формуле:

L = L_р + 10 lg ( χФ/S + 4ѱ /В ) ,

где: L -октавный уровень звукового давления ИШ, дБ;

χ - коэффициент, учитывающий размеры источника шума (Приложение 1);

Ф - фактор направленности излучения ИШ -безразмерная величина, определяемая по технической документации или опытным данным;

S -площадь воображаемой поверхности правильной геометрической формы, проходящей через расчетную точку, повторяющей упрощенною форму ИШ, м²;

ѱ - коэффициент, учитывающий нарушение диффузности звукового поля в помещении, определяемый по прил. 2;

В -постоянная помещения в октавных полосах частот. В помещениях без звукопоглощающих облицовок и конструкций определяется из соотношения

В = В₁₀₀₀µ, м².

Здесь В₁₀₀₀ - постоянная помещения на среднегеометрической частоте 1000Гц, определяемая по прил. 3, м²;

µ— частотный множитель, определяемый по прил. 4.

2. По прил. 1 определяем коэффициент χ . Для этого:

а) рассчитаем отношение r_ч/l_МАКС для первого и второго рабочих мест:

r₁ / l_МАКС =2/1 для РТ₁; r₂ / l_МАКС =4/1 для РТ₂;

б) находим коэффициенты к для РТ₁ и РТ₂. Они равны 1.

3. Рассчитаем площади воображаемых поверхностей, проходящих через расчетные точки S₁ и S₂ из соотношений

S₁ = 2 ∙π ∙r₁²= 2 ∙3,14 ∙2² = 25,12 м² для РТ₁;

S₂ = 2∙π∙r₂² = 2 ∙3,14 ∙4² = 100,48 м² для РТ₂.

4. Определяем постоянную помещения В из выражения

В = В₁₀₀₀µ.

Для этого:

а) по прил. 3 определяем В₁₀₀₀ для 1-го типа помещения. Она равна В₁₀₀₀ =ϑ/20, м².

Тогда: В₁₀₀₀ = 5∙ 5∙ 4 / 20 = 5 м²;

б) по прил. 4 определяем частотный множитель µ.Он равен µ= 1.

Следовательно, В = В₁₀₀₀µ = 5 ∙1 = 5 м².

5. Рассчитаем площадь ограждающих поверхностей Sогр из выражения

Sогр = 2∙ (5∙5 + 5∙4 + 5∙4) = 130 м².

6. По прил. 2 определяем коэффициент ψ. С этой целью рассчитаем отношение

В / Sогр = 5: 130 = 0,038.

Тогда коэффициент ψ= 1.

7. Определяем слагаемое для РТ₁ и РТ₂:

χФ / S₁ =1∙ 1,6/25,12 = 0,0637 и χФ / S₂₌ 1∙1,6/100,48= 0,016

8. Определяем слагаемое 4ψ/ В для рабочих мест

4∙ ψ /В =4∙ 1 / 5= 0,8

9. Определяем сумму (кФ / S + 4ψ/ В) для РТ₁ и РТ₂.

Для РТ₁: 1∙1,6 /25,12+ 4/5= 0,864.Для РТ₂: 1∙1,6 /100,48+ 4/5= 0,816.

10. Определяем логарифмы сумм:

lg 0,864 = –0,063;

lg 0,816 = –0,088.

11. Рассчитаем ожидаемые уровни звукового давления в РТ₁ и РТ₂:

L₁ = 100 – 0,63 = 99,37 дБ;

L₂ = 100 – 0,88 = 99,12 дБ.

12. По прил. 5 определяем допустимые октавные уровни звукового давления Lдоп на рабочих местах.

На частоте fсг = 1000 Гц Lдоп = 80 дБ.

13. Рассчитаем требуемое снижение уровня звукового давления ΔLтр для

РТ₁ и РТ₂ из соотношения

Δ Lтр = L₁ – Lдоп.

Тогда: Δ Lтр РТ₁ = 99,37 – 80 = 19,37 дБ;

Δ Lтр РТ₂ = 99,12 – 80 = 19,12 дБ.

 

Задача 2. Рассчитать ожидаемый УЗД в расчетной точке на территории жилой застройки и в защищаемом от шума помещении при следующих условиях: источник шума -транспортный поток при двустороннем движении с интенсивностью днем 700 ед/ч и средневзвешенной скоростью 53 км/ч; продольный уклон проезжей части с асфальтобетонным покрытием 2%; расстояние от осевой линии крайней полосы движения до жилых строений 60 м. Между транспортной магистралью и жилым кварталом имеется двухрядная полоса зеленых насаждений, ширина полосы l равна 21 м при расстоянии между рядами 3 м; стена жилого дома, обращенная к транспортной магистрали, имеет окна спаренной конструкции, толщина стекол 6 и 3 мм, воздушный промежуток между стеклами 57 мм с уплотняющими прокладками. Сделать выводы о соответствии полученных данных с допустимыми УЗД.

 

Решение

1. Определяем общий ожидаемый УЗД L_А экв источника шума из выражения

L_{А ЭКВ}= L_АП + ΔL_{А СК} + ΔL_{А УКЛ} + ΔL_{А ПОКР},

где L_АП - эквивалентный УЗД автотранспортного потока, определяемый по прил. 6;

ΔL_{А СК} - поправка к эквивалентному УЗД транспортных потоков на скорость движения, определяемая по прил. 7, табл. П1;

ΔL_{А УКЛ} - поправка к эквивалентному УЗД на уклон проезжей части, определяемая по прил. 7, табл. П1;

ΔL_{А ПОКР -} поправка к эквивалентному УЗД на покрытие проезжей части, определяемая по прил. 7, табл. П2.

2. Определяем значения каждого слагаемого L_{А ЭКВ}:

а) по прил. 6 определяем L_А.

7. При движении транспорта с интенсивностью

700 ед/ч L_АП = 75 дБА;

б) по прил. 7, табл. П1, определяем поправку на скорость движения ΔL_{А СК}. Так как скорость движения 53 км/ч, то ΔL_{А СК} = 2 дБА;

в) по прил. 7, табл. П1, определяем поправку на уклон проезжей части ΔL_{А УКЛ}. По условию задачи уклон проезжей части 2%; следовательно, ΔL_{А УКЛ} = 1 дБА ;

г) по прил. 7, табл. П2, определяем поправку на тип покрытия проезжей части. Проезжая часть покрыта асфальтобетоном, значит, ΔL_{А ПОКР} = 0 дБА.

Следовательно, общий ожидаемый УЗД L_{А ЭКВ} составит

L_{А ЭКВ} = 75 + 2 + 1 + 0 = 78 дБА.

3. Определяем снижение УЗД за счет расстояния, зеленых насаждений иокон:

а) расстояние от осевой линии крайней полосы движения до жилых строений ΔL_{А РАС} оценивается выражением ΔL_{А РАС} = 10 lg R /R₁ ,

где: R - расстояние от осевой линии полосы движения до жилых строений, м;

R₁ - расстояние, на котором определена шумовая характеристика источника шума,

R₁ = 7,5 м.

Тогда: ΔL_{А РАС} = 10 lg60 / 7,5дБА =10 lg8 = 10х 0,9=9 дБА

б) по прил. 8 определяем снижение УЗД зелеными насаждениями ΔL_А зел.

Так как полоса зеленых насаждений двухрядная шириной l = 21 м, то ΔL_{А ЗЕЛ} = 9 дБА;

в) по прил. 9 определяем снижение УЗД окнами ΔL_{А ОК}. Окна спаренной конструкции, толщина стекла 6 и 3 мм с уплотняющими прокладками, следовательно, ΔL_{А ОК} = 28 дБА.

Общее снижение УЗД составит:

а) для территории ΔL_{А ТЕР} = ΔL_{А РАС} + ΔL_{А ЗЕЛ} = 9 + 9 = 18 дБА;

б) для помещений ΔL_{А ПОМ} = ΔL_{А ТЕР} + ΔL_{А ЗЕЛ} = 18 + 28 = 46 дБА.

Выводы

1. Ожидаемый УЗД на территории 78 дБА, снижение - 18 дБА.

Следовательно, L_{А ТЕР} = 78 – 18 = 60 дБА, что превышает допустимые уровни для дневного времени на 5 дБА и ночного - на 15 дБА(прил. 10).

2. Ожидаемый УЗД в помещении ΔL_{А ПОМ} = ΔL_А тер – ΔL_{А ОК} = 60 – 28 =32 дБА не превышает УЗД в дневное время и на 8 дБА превышает в ночное время (см. прил. 10).

ΔL_{А ПОМ} = ΔL_А экв - ΔL_А пом; ΔL_А пом = 78-46=32 дБА

 

5. Практическое занятие ( решить задачи самостоятельно)

Задача 1

Работают два одинаковых источника шума. Если их оба выключить, то уровень шума в определенной точке помещении составит 60 дБА. Если их оба включить, то уровень шума в помещении составит 65 дБА. Чему будет равен уровень шума в помещении, если включить только один источник шума?

Задача2

В цехе находятся 3 источникашума, создающие на рабочем месте интенсивность соответственно 60, 60 и 85дБА.Чему равен уровень шума в цехе, если все три источника работают одновременно? (Внешними шумами пренебречь.)

Задача 3

Определить ожидаемый уровень звукового давления в октавной полосе частот со среднегеометрической частотой 500 Гц, создаваемый при работе станка, на рабочем месте в производственном помещении. Уровень звуковой мощности станка в октавной полосе частот со среднегеометрической частотой 500 Гц составляет 105 дБ. Расстояние от источника шума до расчетной точки r = 5 м.Размеры помещения: a = 20 м, b = 5 м, c = 5 м.

Полученное значение уровня звукового давления сравнить с допустимым значением для постоянных рабочих мест и рабочих зон в производственных помещениях по ГОСТ 12.1.003-90 и определить требуемое снижение шума.

Задача 4

Рассчитать ожидаемый суммарный уровень звукового давления, создаваемого точечным источником в расчетной точке на расстоянии r = 5м от центра источника. Источник расположен в свободном пространстве (находится на некоторой высоте над поверхностью земли).

Значения уровня звуковой мощности источника в октавных полосах частот приведены в табл. 6.

Таблица 6

f, Гц
L, дБ

Задача 5

Уровень шума на рабочем месте в производственном помещении составляет 60 дБ. Включили еще два источника шума, создающие на рабочем месте уровень шума по 60 дБ каждый. Определите, каким стал уровень шума в помещении?

Задача 6

В цехе находятся 5 источников шума, создающие на рабочем месте уровень шума соответственно 60, 60, 63, 66 и 69 дБ. Чему равен уровень шума в цехе, если все источники работают одновременно? (Внешними шумами пренебречь.)

Задача 7

Определить ожидаемый уровень звукового давления в октавной полосе частот со среднегеометрической частотой 250 Гц, создаваемый при работе станка, на рабочем месте в производственном помещении. Уровень звуковой мощности станка в октавной полосе частот со среднегеометрической частотой 250 Гц составляет 102 дБ. Расстояние от источника шума до расчетной точки r = 5 м.Размеры помещения: a = 20 м, b = 5 м, c = 5 м. Ф- не учитывать.

Полученное значение уровня звукового давления сравнить с допустимым значением для постоянных рабочих мест и рабочих зон в производственных помещениях поГОСТ 12.1.003-83 и определить требуемое снижение шума.

Задача 8

Определить ожидаемый уровень звукового давления в октавной полосе частот со среднегеометрической частотой 125 Гц, который создаст точечный источник в расчетной точке на расстоянии r = 10 м от его центра. Источник расположен на некоторой высоте над поверхностью земли. Уровень звуковой мощности источника в октавной полосе частот со среднегеометрической частотой 125 Гц составляет 87 дБ.

 

6. Контрольные вопросы

 

1. Поясните, что понимают под звуковым давлением и интенсивностью звука, и перечислите единицы их измерения.

2. Что такое порог слышимости и какие при этом значения имеют интенсивность звука и звуковое давление?

3. Что понимают под порогом болевого ощущения и какие значения имеют интенсивность звука и звуковое давление?

4. С какой целью перешли от понятий уровня и интенсивности звука к их логарифмическим величинам?

5. В чем сущность коррективного уровня звукового давления и его единицы измерения?

6. Что понимают под октавой и каким параметром она характеризуется?

7. Перечислите некоторые источники шума на производстве и поясните, какими параметрами они характеризуются.

8. Назовите признаки, по которым производится классификация шумов.

9. Поясните, какой шум называют постоянным и какой непостоянным.

10. На какие виды подразделяют непостоянный шум?

11. Назовите нормируемые параметры постоянного и непостоянного шума на рабочих местах.

12. Перечислите основные источники шумового загрязнения городских территорий.

13. Поясните, к чему приводит воздействие шума на организм человека.

14. Перечислите способы снижения шума.

 

Литература

 

СН 9-86 РБ 98. Шум на рабочих местах. Предельно допустимые уровни.

Дунаева Г.М., Жалковский В.И. Инженерные расчеты по защите от шума: Метод.указания. — Мн.: МРТИ, 1988.

Шакиров Р.С., Михнюк Т.Ф., Жалковский В.И. Акустический режим городов и пути его улучшения. — Мн.: БелНИИНТИ, 1986.

Шумовое загрязнение окружающей среды:Аналит. обзор // Экология человека. Вып. 4. — М.: ВНТИЦ, 1981.