PRAKTIKUM_BZhD-k_izdaniyu

Практическое занятие № 3 ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ШУМ

3.1. Необходимые теоретические сведения и примерырасчета

Шумом называется всякий нежелательный звук. С физической точки зрения звук представляет собой механическое колебание упругой среды (обычно воздуха). Звуковая волна характеризуется частотой (числом колебаний в секунду) f [Гц], звуковым давлением Р [Па] и интенсивностью J [Вт/м2].

Звуковое давление – это разность между мгновенным значением полного давления и средним значением давления в невозмущенной среде.

Интенсивность звука в данной точке – это средний поток энергии в данной точке в единицу времени, отнесенный к единице поверхности, нормальной к направлению распространения волны.

Наименьшая интенсивность и звуковое давление, воспринимаемые человеком, называются нижним порогом слышимости. Слуховой анализатор человека неодинаково воспринимает акустические колебания на разных частотах. Наибольшая чувствительность соответствует частотам 3000…5000 Гц. На частоте 1000 Гц, условно принятой в качестве эталонной, нижние пороги составляют для звукового давления – 2 10-5 Па, для интенсивности – 10-12 Вт/м2.

При звуковом давлении 200 Па возникают болевые ощущения. Это так называемый болевой порог.

Характеристикой источника шума служит звуковая мощность W, [Вт], которая определяется общим количеством звуковой энергии за единицу времени.

Интенсивность шума убывает пропорционально квадрату расстояния r от источника шума и связана со звуковой мощностью

	соотношением
	J =	W	,	(3.1)
		Ω r 2

где Ω – пространственный угол излучения, величина которого зависит от расположения источника шума в пространстве.

При оценке и нормировании шума пользуются логарифмическими величинами – уровнями звукового давления L,

уровнями интенсивности шума LJ, уровнями мощности, измеряемыми в специальных безразмерных единицах – децибелах (дБ). Для оценки шума с учетом неодинаковой чувствительности слухового анализатора на разных частотах используется так называемый уровень звука, измеряемый в дБА («А» – это специальный режим прибора для измерения шума – шумомера, в котором его чувствительность соответствует характеристике слухового анализатора человека).

Выражения, связывающие значения интенсивности, звукового давления и мощности с их логарифмическими уровнями, имеют вид:

L	J	=10 lg	J		L = 20 lg	P		L =10 lg		W
			J o			P0		W	W0		,
		(3.2),			(3.3),				(3.4)

где J0 , P0 , W0 – значения интенсивности, звукового давления и мощности, соответствующие нижнему порогу слышимости.

Изменение уровней интенсивности или звукового давления шума по частоте называется спектром шума. Для нормирования и измерения уровней шума весь частотный диапазон шума разбивают на полосы частот, ограниченные так называемой нижней граничной частотой fН и верхней граничной частотой fВ . Полоса частот, у которой fВ / fН = 2 , называется октавой. Таким образом, последовательность граничных частот в этом случае представляет геометрическую прогрессию с показателем 2.

Характерным значением для октавы является среднегеометрическая частота.

Рассмотрим возможные задачи, возникающие при оценке шума и разработке мероприятий по снижению шума и методики их решения. К таким задачам относятся:

-расчет эквивалентного уровня звука для непостоянного шума;

-дозная оценка непостоянного шума;

-определение уровня шума в заданной точке при наличии нескольких источников;

-расчет шума в жилой застройке;

-расчет средств защиты от шума (звукоизоляции и звукопоглощения).

Ниже приводятся методики этих расчетов.

3.1.1. Расчет эквивалентного уровня звука

Непостоянный шум оценивается по эквивалентному уровню звука Lэкв (ГОСТ 12.1.003-83, с дополнениями 1989 г.). Фактическое значение Lэкв рассчитывается по формуле:

L = 10 lg(		1	Στ		100,1Li )
				i
экв	100				,	(3.5)

где τi – относительное время воздействия шума класса i в % от времени измерения, Li – уровень звука класса i.

3.1.2. Дозная оценка производственного шума

Доза шума Д [Па2·ч] – это акустическая энергия за время действия шума, определяемая по формуле:

T

Д = ∫ PA2 dt

0

,

(3.6)

где РА – мгновенное значение звукового давления по коррекции шумомера «А», Па; Т – время измерения, ч.

Оценка производственного шума по дозе шума является перспективным методом измерения непостоянных шумов. С физической точки зрения эквивалентный уровень шума и доза являются аналогами, поэтому возможен их взаимный пересчет. Тем не менее, в физиолого-гигиеническом отношении эти два параметра принципиально отличаются: эквивалентный уровень определяется по логарифмической шкале в дБА, а доза – в долях от допустимой дозы, являющейся порогом вредного воздействия. Действительно, эквивалентный уровень отражает среднее значение уровня шума за смену, а доза характеризует суммарную энергию шума за смену.

Согласно принятой концепции оценки воздействия вредного фактора «доза-время-эффект» для полной оценки действия шума следует учитывать как эквивалентный уровень, так и дозу. При этом роль фактора времени учитывается распределением уровней за смену, а в профессиональном плане – стажем работы в условиях повышенных уровней шума. Экспертные заключения (например, при аттестации рабочих мест) даются по эквивалентному уровню, как

нормируемому параметру. Вместе с тем, доза шума позволяет более адекватно оценивать реальную шумовую нагрузку на работников для прогнозирования степени неблагоприятного влияния шума. Дозная оценка производится в соответствии с [4].

Относительная доза шума ДШ определяется как:

	ДШ =	Д
		Ддоп		(3.7)
	Ддоп = РАдоп2·Тдоп = 1·Па2·ч,			(3.8)

где РАдоп = 0,35 Па – допустимое значение звукового давления по коррекции «А» шумомера, соответствующее ПДУ шума, равному

80 дБА по ГОСТ 12.1.003-83, Тдоп = 8 ч. (При РАдоп = 0,35 Па и Тдоп = 8ч. получают Ддоп = 1·Па2·ч).

Доза шума связана с эквивалентным уровнем соотношением

		Д			Т доп
Lэкв = 80
	+ 10lg	Д
			доп		Т
								(3.9)
Дозный подход к оценке шума				позволяет				получить так

называемый уровень стажевой дозы – величину, характеризующую шумовое воздействие за рабочий стаж и учитывающая эквивалентный уровень шума и логарифм стажа по формуле

	T
LДШ = Lэкв + 10 lg T
	0		(3.10)

где Т – стаж в годах, Т0 – 1 год.

3.1.3. Расчет уровня интенсивности шума при наличии нескольких источников

При акустических расчетах следует иметь в виду, что логарифмический уровень среднеквадратического звукового давления на частоте 1000 Гц при нормальных атмосферных условиях численно равен уровню интенсивности шума. Уровень интенсивности шума от каждого источника определяется по формуле

L		= L	+ 10 lg Φ + 10 lg(	Se	) − e	δ ,
	J	W		Ω r 2			(3.11)

где Sе – единичная площадь (1 м2),

	L = 10 lg			W
	W		W0 ,			(3.12)
	Lw – уровень звуковой мощности источника по паспорту;
	eδ – величина затухания на расстоянии r, равная					eδ = δ0 r,
	δ0 [дБ/км] – коэффициент затухания, зависящий от частоты и
	влажности воздуха; его значения берутся из табл. 3.1;
	Ф – фактор (коэффициент) направленности шума:
	Ф =	J ϕ
		Jср ,				(3.13)
	где

	Jср =	W
		Ω r2	,	(3.14)
где Ω – пространственный угол излучения шума.
Фактор	направленности	Ф	показывает	отношение

интенсивности звука Jϕ, создаваемого источником в в некоторой точке в направлении ϕ к интенсивности Iср, которую развил бы в этой же точке ненаправленный источник, имеющий ту же звуковую мощность и излучающий звук во все стороны равномерно. Если шум ненаправленный, то Ф = 1.

Иногда формула приводится в виде
LJ = LW + 10 lg Φ − 20 lg R − 10 lg(Ω) − eδ	(3.15)

Величина пространственного угла излучения шума зависит от расположения источника шума в пространстве. Так, при расположении источника на полу Ω = 2 π, при расположении на высоте над уровнем пола, когда шум распространяется в воздухе во всех направлениях, Ω = 4 π, в двугранном угле, образованном названными поверхностями – Ω = π, в трехгранном угле – Ω = π/2.

Таблица 3.1

Снижение шума в воздухе

Относительная		Среднегеометрические частоты октавных полос
влажность
	125		250	500	1000	2000	4000		8000
воздуха, %
10	0,8		1,5	3,8	12,1	40	109		196
40	0,4		1,3	2,8	4,9	11	34		120
80	0,2		0,9	2,7	5,5	9,7	21		66

Рис. 3.1. Распространение шума

в помещении: Iпр – прямой шум, Iотр – отраженный шум

Помещение следует рассматри-вать как замкнутый объем. Шум в замкнутом объеме определяется свойствами пространства и свойствами помещения. В пространстве область распространения звука расширяется, звук затухает, а стены помещения отражают звуковую волну, таким образом, шум в замкнутом объеме определяется сложением прямого и отраженного звуковых полей

(рис. 3.1).

Уровень звукового давления (Дб) при этом определяется как

L	= L		+ 10lg(	χФ	+	4ψ	)
		w
пом				Ωr 2		B		,	(3.16)
						пом

где χ – коэффициент, учитывающий размеры источника, определяется по графику (рис. 3.2), ψ – коэффициент, учитывающий характер звукового поля в помещении и зависящий от отношения

Акустическая постоянная помещения В определяется по формуле

B	=	α	помSогр	,	(3.17)
		(1	− αпом )

		n
		∑αi Si
	αпом =	i =1	(3.18)
		Sогр

где α – средний коэффициент звукопоглощения в помещении, Sогр – суммарная площадь поверхностей, ограждающих помещение, м2,, αi – коэффициент поглощения i-й ограждающей поверхности берется по справочным данным.

Рис. 3.2. Зависимость коэффициента χ от отношения расстояния К к максимальному линейному размеру источника lmax

Рис. 3.3. Зависимость коэффициента ψ от отношения акустической постоянной помещения Впом к его площади Sпом

Для определения суммарного логарифмического уровня интенсивности следует иметь в виду, что в случае, когда в расчетную

точку попадает шум нескольких источников, их интенсивности

складываются: J = J1 + J2 +…Jn .

Разделив левую

и правую

части этого

выражения на J0

(пороговую интенсивность) и прологарифмировав, получим:

L =10lg

J

=10lg

(J1 + J 2 + .... + J n )

=10lg(

J1

+

J 2

+ ... +

J n

) =

J0

J0

J0

J0

J0

=10lg(100,1L1 +100,1L2 .... +100,1Ln ),

(3.19)

lg

J i

= 0,1Li и

J i

=10

0,1L

i

(поскольку

J 0

J 0

).

Пример: рассчитать уровень интенсивности шума на территории, где находятся три ненаправленных источника шума на высоте 1,5 м с уровнями звуковой мощности 50 дБ, 40 дБ, 60 дБ. Расчет выполнить для точки, отстоящей от 1-го источника на расстоянии 2 м, от 2-го – на расстоянии 2,5 м, от 3-го – на расстоянии 4 м. Звуковое поле считать свободным, т.е. не имеющим границ, от которых могло бы происходить отражение звуковых волн. Влажность воздуха равна 80%.

Решение:

1) Поскольку шум ненаправленный – Ф=1. еδ найдем по табл. 3.1

	для 80%-ной влажности:
	на частоте 1000 Гц	еδ = 5,5 дБ/км = 0,0055 дБ/м;
	на частоте 2000 Гц	еδ = 9,7 дБ/км = 0,0097 дБ/м.
	В любом случае – это пренебрежимо малые величины.
	Таким образом, для нашего случая:
					1
	LJ	= 50 +10 0	+10 lg					= 36[äÁ]
					4π 22
					1
	LJ = 40 +10 0		+10lg							= 24[дБ]
				4π 2,52
					1
	LJ = 60 +10 0 +10lg								= 40[дБ]
						4π 4	2

2) Определим суммарный уровень интенсивности:

LJ =10lg(100,1 36 +100,1 24 +100,1 40 ) = 41,5 дБ.

Упрощенный метод сложения уровней звукового давления (уровней звука)

Пример. Пусть необходимо сложить источники L1 = 90 дБ и L2 = 96 дБ. Разность уровней 12 – L1 = 6 дБ. Из табл. 3.2 находим добавку: Д = 1 дБ. Суммарный УЗД определяется прибавлением к большему значению добавки L = 12 + Д = 96 + 1 = 97.

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 20 дБ ниже максимального. Из предыдущего примера значение суммарных уровней второго и третьего источников равно 97 дБ. Нетрудно получить, что суммарный уровень четырех источников составит 101,8 дБ.

При борьбе с шумом нередко приходится решать обратную задачу. Вычитание уровней можно произвести, использовав данные, приведенные в табл. 3.3.

Пример. Пусть на территории жилой застройки при работе компрессора с УЗ, равным L2 = 65 дБА, уровень звука составлял L = 70 дБА. Требуется определить шум после отключения компрессора. Разница между уровнями L – L2 = 70 − 65 = 5 дБА. Из табл. 3.3 определяем поправку Д = 2 дБА. Значение УЗ на территории после отключения источника: 70 –2 = 68 дБА.

Таблица 3.2

Сложение уровней звукового давления (звука)

Разность	двух
складываемых		0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	20
УЗД(УЗ)
дБ(дБА)
Добавка	к
большему		3	2,5	2,1	1,8	1,5	1,2	1,0	0,8	0,6	0,5	0,4	0
УЗД(УЗ)

Таблица 3.3 Вычитание уровней звукового давления (звука)

Lрас

Разность между вычитаемыми
УЗД(УЗ),		10	9...6	5...4	3	2	1
дБ(дБА)
Отрицательная поправка (–	)	0	1	2	3	5	7
к большему УЗД(УЗ)

3.1.4. Расчет уровня шума в жилой застройке

При разработке проектов генеральных планов городов и планировки их районов должны предусматриваться градостроительные меры по снижению транспортного шума в жилой застройке. При этом должно быть учтено расположение транспортных магистралей, жилых и нежилых зданий, возможное наличие зеленых насаждений. Учет этих факторов помогает в одних случаях обойтись без специальных строительно-акустических мероприятий по защите от шума, а в других – снизить затраты на их осуществление.

Для успешного решения такой задачи необходимо уметь определять уровень звука в расчетной точке (площадка для отдыха в жилой застройке) от источника шума – автотранспорта, движущегося по уличной магистрали.

Уровень звука в расчетной точке, дБА:

Lрт = Lиш – Lрас – Lвоз – Lзел – Lэ – Lзд,

(3.20)

где Lиш – уровень звука от источника шума (автотранспорта);

– снижение уровня звука из-за его рассеивания в пространстве, дБА;

Lвоз – снижение уровня звука из-за его затухания в воздухе,

дБА,

Lзел – снижение уровня звука зелеными насаждениями, дБА; Lэ – снижение уровня звука экраном (зданием), дБА;

Lзд - снижение уровня звука зданием (преградой), дБА. Снижение уровня звука от его рассеивания в пространстве:

	Lрас = 10·lg(	rn	),	(3.21)
		r0