Практическое занятие № 5

Тема: «Проектный расчет звукопоглощающей облицовки помещения как средства защиты от производственного шума»

1. Общие сведения

Нормирование шума. Область слышимых звуков ограничивается не только определенными частотами (20–20000 Гц), но и определенными предельными значениями звуковых давлений и их уровней. На рис. 1 эти предельные значения уровней звукового давления изображены двумя кривыми. Нижняя кривая соответствует порогу (началу) слышимости. Логарифмическая шкала уровней звукового давления построена таким образом, что пороговое значение звукового давленияР_осоответствует порогу слышимости (L = 0 дБ) только на частоте 1000 Гц, принятой в качестве стандартной частоты сравнения в акустике. Порог слышимости различен для звуков разной частоты. Если в диапазоне частот 800 – 4000 Гц величина порога слышимости минимальна, то по мере удаления от этой области вверх и вниз по частотной шкале его величина растет; особенно заметно увеличение порога слышимости на низких частотах.

Рис. 5.1. Слуховое восприятие человека

По этой причине высокочастотные звуки более неприятны для человека, чем низкочастотные (при одинаковых уровнях звукового давления).

Верхняя кривая на рис. 5.1 соответствует порогу болевого ощущения (L = 120 – 130 дБ). Звуки, превышающие по своему уровню этот порог, могут вызвать боль и повреждения в слуховом аппарате.

Область на частотной шкале, лежащая между этими кривыми, называется областью слухового восприятия.

В зависимости от уровня и характера шума, его продолжительности, а также от индивидуальных особенностей человека шум может оказывать на него различное действие.

Шум, даже когда он невелик (при уровне 50 – 60 дБА), создает значительную нагрузку на нервную систему человека, оказывая на него психологическое воздействие. Это особенно часто наблюдается у людей, занятых умственной деятельностью. Слабый шум различно влияет на людей. Причиной этого могут быть: возраст, состояние здоровья, вид труда, физическое и душевное состояние человека в момент действия шума и другие факторы. Степень вредности какого-либо шума зависит также от того, насколько он отличается от привычного шума. Неприятное воздействие шума зависит и от индивидуального отношения к нему. Так, шум, производимый самим человеком, не беспокоит его, в то время как небольшой посторонний шум может вызвать сильный раздражающий эффект.

Известно, что ряд таких серьезных заболеваний, как гипертоническая и язвенная болезни, неврозы, в ряде случаев желудочно-кишечные и кожные заболевания, связаны с перенапряжением нервной системы в процессе труда и отдыха. Отсутствие необходимой тишины, особенно в ночное время, приводит к преждевременной усталости, а часто и к заболеваниям. В этой связи необходимо отметить, что шум в 30 – 40 дБА в ночное время может явиться серьезным беспокоящим фактором. С увеличением уровней до 70 дБА и выше шум может оказывать определенное физиологическое воздействие на человека, приводя к видимым изменениям в его организме.

Под воздействием шума, превышающего 85 – 90 дБА, в первую очередь снижается слуховая чувствительность на высоких частотах.

Сильный шум вредно отражается на здоровье и работоспособности людей. Человек, работая при шуме, привыкает к нему, но продолжительное действие сильного шума вызывает общее утомление, может привести к ухудшению слуха, а иногда и к глухоте, нарушается процесс пищеварения, происходят изменения объема внутренних органов.

Воздействуя на кору головного мозга, шум оказывает раздражающее действие, ускоряет процесс утомления, ослабляет внимание и замедляет психические реакции. По этим причинам сильный шум в условиях производства может способствовать возникновению травматизма, так как на фоне этого шума не слышно сигналов транспорта, автопогрузчиков и других машин.

Эти вредные последствия шума выражены тем больше, чем сильнее шум и чем продолжительнее его действие.

Таким образом, шум вызывает нежелательную реакцию всего организма человека. Патологические изменения, возникшие под влиянием шума, рассматривают как шумовую болезнь.

Звуковые колебания могут восприниматься не только ухом, но и непосредственно через кости черепа (так называемая костная проводимость). Уровень шума, передаваемого этим путем, на 20 – 30 дБ меньше уровня, воспринимаемого ухом. Если при невысоких уровнях передача за счет костной проводимости мала, то при высоких уровнях она значительно возрастает и усугубляет вредное действие на человека. При действии шума очень высоких уровней (более 145 дБ) возможен разрыв барабанной перепонки.

При нормировании шума используют два метода: нормирование по предельному спектру шума и нормирование уровня звука в дБА.

Первый метод нормирования является основным для постоянных шумов. Здесь нормируются уровни звуковых давлений в девяти октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц. В этом методе нормирование шума определяется в диапазоне от 22,5 до 11520 Гц. Это связанное с тем, что звуки с частотами ниже 22,5 Гц и выше 11520 Гц способны слышать меньше 1% людей. Весь указанный диапазон делится на 9 октавных полос.

Термин «октава» (отсюда – «октавная полоса») пришло в акустику из музыки, где было подмечено, что качество звука повторяется при удвоении частоты. Другими словами, октава – это безразмерная единица частотного интервала, которая равняется интервалу между двумя частотами, из которых верхняя предельная частота вдвое больше нижней. Октава может быть разделена на три треть октавные полосы.

Совокупность девяти допустимых уровней звукового давления называется предельным спектром.

Для наглядности некоторые предельные спектры показаны на рис. 5.2, из которого видно, что с ростом частоты (более неприятный шум) допустимые уровни уменьшаются. Каждый из спектров имеет свой индекс ПС, например ПС-80, где цифра 80 – допустимый уровень звукового давления в октавной полосе со среднегеометрической частотой 1000 Гц.

Рис. 5.2. Нормирование шума: а– по предельному спектру;б – частотные характеристики А и С шумомера

Характеристикой постоянного шума на рабочих местах являются уровни звукового давления в октавных полосах в дБ.

Шум на рабочих местах не должен превышать допустимых уровней, значение которых приведены в табл. 1. Предельные спектры – это упрощенные кривые одинаковой громкости.

Второй метод нормирования общего уровня шума, измеренного по шкале Ашумомера и называемого уровнем звука в дБА, используется для ориентировочной оценки постоянного и непостоянного шума, так как в этом случае мы не знаем спектра шума. Уровень звука (дБА) связан с предельным спектром зависимостьюL_А = ПС + 5.

Нормированным параметром непостоянного шума является эквивалентный (по энергии) уровень звука широкополосного, постоянного и неимпульсного шума, оказывающего на человека такое же воздействие, как и непостоянный шум, L_АЭкв(дБА).

В качестве нормативного уровня шума на постоянных рабочих местах и на территории предприятия используют предельно допустимый уровень звука 80 дБА, который обеспечивает отсутствие риска потери слуха и практически не влияет на трудоспособность и состояние здоровья. Предельно допустимый уровень звука для жилых комнат квартир в ночное время согласно СН № 3077-84 составляет 30 дБА. Для уменьшения шума в жилых домах в государственных санитарных нормах на инженерное оборудование и электробытовую технику вводятся требования по ограничению шумности.

Таблица 5.1

Нормирование шума в производственных помещениях (ДСН 3.3.6.037 – 99)

№ п/п	Рабочее место	Уровни звукового давления в октавных полосах частот									Эквивалентный уровень звука, дБА
		31,5	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
1	Помещения конструкторских бюро, ВЦ, лабораторий для теоретических работ и обработки экспериментальных данных	78	71	61	54	49	45	42	40	38	50
2	Помещения управления, рабочие комнаты	87	78	70	68	63	55	52	50	49	60
3	Кабины наблюдения и дистанционного управления: а) без речевой связи по телефону; б) с речевой связью по телефону	102 92	94 83	87 74	82 68	78 63	75 60	73 57	71 55	70 54	80 65
4	Помещения и отделения точной сборки, машинописных бюро	91	83	74	68	63	60	57	55	54	65
5	Помещения лабораторий для проведения экспериментальных работ, помещения для размещения шумных агрегатов вычислительных машин	101	94	87	82	78	75	73	71	70	80
6	Постоянные рабочие места и рабочие зоны в производственных помещениях, постоянные рабочие места стационарных машин	105	99	92	86	83	80	78	76	74	85

Методы снижения шума. Существуют такие способы борьбы сшумом механического происхождения:

– уменьшение шума непосредственно в источниках его возникновения, применяя оборудование, которое не создаёт шума, заменяя ударные технологические процессы безударними, применяя детали из нешумных материалов (пластмасса, резина, древесина и др.), подшипники скольжения вместо качения, косозубые и шевронные зубчатые передачи вместо прямозубих, проводя своевременное обслуживание и ремонт элементов, которые создают шум;

– уменьшение шума на путях его распространения мероприятиями звуко- и виброизоляции, а также вибро- и звукопоглощение;

– уменьшение вредного действия шума и вибрации, применяя индивидуальные средства защиты и внедряя рациональные режимы труда и отдыха.

Способы уменьшения шумов аэродинамического и гидродинамического происхождения:

– уменьшение скорости движения воздуха и жидкостей;

– установление глушителей, в которых используются звукопоглощающие материалы;

– установление глушителей, которые измельчают потоки, уменьшая таким образом их энергию;

– направление потока в обратном направлении, которое дает возможность взаимопоглощаться энергиям потоков прямого и обратного направлений.

Одним из самых простых и экономически целесообразных способов снижения шума является применение методов звукоизоляции и звукопоглощения.

Звукоизоляция. Звукоизолирующие кожухи, экраны, стены, перегородки изготовляют из плотных твердых материалов, способных хорошо отражать звуковые волны, предотвращая их распространение (металл, пластмасса, бетон, кирпич).

Звукопоглощение. Пористые конструкции и материалы, способные поглощать падающую на них энергию звуковых волн, которая в этом случае тратится на приведение в движение воздуха в массе конструкции. Долю энергии звуковой волны, которая поглощает пористый материал, называют коэффициентом звукопоглощения α. Звукопоглощающими материалами является полиуретан, минеральная вата, супертонкое стекловолокно, пористый бетон, перфорированные гипсовые плиты и др., которые имеют коэффициент звукопоглощения (α = 0,2...0,9). Звукопоглощающие и звукоизолирующие материалы, обычно, используют вместе.

Для защиты от шума, который излучается в диапазоне высоких и средних звуковых частот, применяются акустические экраны. Это щиты, облицованные металлом со стороны источника шума и звукопоглощающим материалом толщиной не меньше 50-60 мм. Их назначение – снижение интенсивности прямого звука или отраженного шума, который направляется на работника. Экран является преградой, за которой образуется акустическая тень с низким уровнем звукового давления.

Защиту от шума строительно-акустическим методомнужно проектировать на основании акустического расчета, который позволяет определить в расчетных точках ожидаемые уровни звукового давления и сопоставить с нормируемыми. Определения уровня звукового давления в расчетных точках проводят согласно строительных норм и правил «Нормы проектирования. Защита от шума». Для снижения шума внутри промышленных помещений проводят их акустическую обработку, которая заключается в размещении на внутренних поверхностях помещений звукопоглощающих материалов. Эффект от их использования достигается за счет уменьшения энергии звуковых волн.

Борьба с аэродинамическим и гидродинамическим шумом. Для поглощения аэродинамических и гидродинамических шумов применяют активные и реактивные типы глушителей. Активные глушители применяют в виде облицовочных материалов изнутри воздухо- и водопроводов, которые поглощают импульсные колебания воздуха и жидкостей, возникающие при их турбулентном течении. Реактивные глушители настраиваются на наиболее интенсивную составляющую шума по частоте путем расчета и размещения элементов глушителя, которые отражают энергию. При этом достигается снижение шума на 20 – 30 дБ. Для получения эффективного снижения шума в широком диапазоне частот применяют комбинированные глушители.

Борьба с электромагнитным шумом. Электромагнитный шум возникает при взаимодействии ферромагнитных масс и переменных магнитных полей. Этот шум характерен для оборудования с электроприводом. Снижение шума электромагнитного происхождения достигается путем конструктивных изменений в электрических машинах.