Розрахунок звукоізоляції виробничих приміщень

1. Фізичні та фізіологічні характеристики шуму

В металофізиці – галузі, пов'язаній з використанням різних машин, механізмів, обладнання, інструментів, їх експлуатація супроводжується інтенсивним шумом, що погіршує умови праці працюючих. Шуми, які виникають під час роботи машин і устаткування, можуть бути механічного або аеродинамічного походження. Звук або шум виникає при механічних коливаннях твердих тіл у рідинному та газоподібному середовищі. Джерелом механічного шуму є коливання, що виникають під час роботи робочих органів машин, агрегатів або механізмів. Аеродинамічний шум виникає при великій швидкості руху та пульсації тиску газів і повітря.

З фізіологічної точки зору шум розуміють як несприятливе поєднання звуків різної інтенсивності, частоти і тиску, що передаються на тіло людини і викликають неприємні суб'єктивні відчуття, знижують працездатність та, в окремих випадках, порушення стану здоров'я. З фізичної точки зору шум визначають як суміш різних звуків з частотами і фазами, розподіленими нерегулярно.

Звукові коливання в будь-якому середовищі виникають при порушенні його стаціонарного стану впливом збуджуючої сили. Частинки середовища починають коливатися відносно положення рівноваги, створюючи хвилі звукових пружних деформацій – це і є звукове поле. Звукове поле характеризується: звуковим тиском Р, Па; коливальною швидкістю V, м/с; інтенсивністю I, Вт/м²; частотою f, Гц (1 Гц – це 1 коливання за секунду).

Звуковий тиск – це різниця між миттєвим значенням повного тиску і його середнім значенням, який спостерігається в середовищі за відсутності звукового поля. Швидкість поширення звукових хвиль залежить від пружних властивостей, температури і щільності середовища, в якому вони поширюються.

Швидкість поширення звукових хвиль у повітрі при t = 20°С, тиску 0,1013 MПа дорівнює 344 м/с, у сталі – 5000 м/с, у рідині – 1500 м/с, у бетоні – 4000 м/с.

Інтенсивність звуку – це середній потік звукової енергії, що переноситься звуковою хвилею через одиницю поверхні перпендикулярно напрямку поширення звукової хвилі:

, (3.1)

де W_З – потік звукової енергії, Вт;

S – площа, м².

Мінімальний звуковий тиск Р_о та мінімальну інтенсивність звуку I_o, що сприймає людина як звук, називають порогом чутливості. Звуковий тиск, що спричиняє біль, називають больовим порогом. При частоті 1000 Гц інтенсивність на порозі чутливості становить I_o = 10^-12 Вт/м², звуковий тиск Р_о = 2·10^-5 Па. Больовим відчуттям відповідають I= 10^-2 Вт/м² за інтенсивністю звуку і Р = 10² Па за звуковим тиском. Різниця між больовим порогом чутливості і порогом чутливості дуже велика (інтенсивність звуку на порозі больового відчуття в 10¹⁴ разів перевищує інтенсивність відчуття).

Для кількісної характеристики умов праці за шумом введено рівні інтенсивності (рівні звукового тиску) – десятичний логарифм відношення фактичного середньоквадратичного значення інтенсивності звуку I (звукового тиску Р) до I_o чи Р_о відповідно. За логарифмічною шкалою збільшення інтенсивності звуку в 10 разів відповідає приросту інтенсивності звуку на 1 одиницю, за яку взято 1 Б (бел). Одному белу відповідає збільшення інтенсивності звуку I порівняно з початковою в 10 разів. Якщо I/I_o = 100, рівень інтенсивності буде 2 Б, якщо I/I_o = 1000 – буде 3Б.

Вухо людини здатне сприймати зміну рівня сили звуку в 10 разів меншу за бел, тому в практиці акустичних вимірювань і розрахунків використовують величину 0,1 Б, що має назву децибел (дБ), тобто 1Б = 10 дБ.

Рівень інтенсивності звуку L_І визначають за формулою:

, дБ (3.2)

де I – інтенсивність звуку в даній точці, Вт/м².

Оскільки інтенсивність звуку пропорційна квадрату звукового тиску, то рівень звукового тиску L_Р дорівнюватиме:

, дБ (3.3)

де Р – виміряний звуковий тиск, Па;

Р_о – поріг сенсорного сприйняття (поріг чутності), Па (при f = 1000 Гц Р_о = 2·10^-5 Па).

Рівень інтенсивності звуку L_І використовують при акустичних розрахунках, а рівень звукового тиску Lр – при вимірюванні шуму, оцінці його дії на людину, оскільки орган слуху чутливий не до інтенсивності звуку, а до середньоквадратичного звукового риску.

У промислових приміщеннях де знаходиться, як правило, кілька джерел шуму, кожний впливає на загальний рівень звукового тиску. Сумарний рівень звукового тиску визначається за формулою:

, дБ (3.4)

де L₁ – рівень звукового тиску одного джерела шуму, дБ;

n – кількість джерел шуму.

Якщо одночасно працює декілька джерел шуму, з метою суттєвого зниження рівня шуму доцільно вжити заходів зниження шуму найпотужнішого джерела.

Дія шуму на людину залежить від рівня звукового тиску. Слуховий апарат неоднаково чутливий до звуків різної частоти. Високочастотні шуми при однакових інших параметрах більш несприятливо впливають на організм людини. Наприклад, звук частотою 100 Гц і рівнем інтенсивності 60 дБ відчувається вухом у відношенні гучності так, як звук частотою 1000 Гц рівнем інтенсивності 40 дБ.

Вухо людини може сприймати лише ті коливання, частота яких становить 16 ÷ 20000 Гц. Найчутливішим для людини є звуки середніх і високих частот (800 - 4000 Гц), їх називають звукові. Коливання з частотою нижче 20 Гц – інфразвукові, а понад 20000 Гц – ультразвукові, вони не викликають звукового відчуття, але чинять шкідливу біологічну дію на організм людини.

Залежно від того, на якій частоті буде максимум звукового тиску, характер спектру може бути низькочастотним (менше 300 Гц), середньочастотним (300-800 Гц) і високочастотним (понад 800 Гц).

Весь слуховий діапазон частот поділяють на звукові октави, для кожної октави обчислюється середньогеометричне значення частоти:

, Гц (3.5)

де f₁, f₂ – відповідно нижня і верхня границі октавної смуги за частотою, Гц.

Так значення fс.г : для октави 20 - 40 Гц становить 31,5 Гц, для октави 40-80 Гц - 62,5 Гц, для октави 80-160 Гц - 125 Гц і т.д. Для характеристики виробничого шуму, згідно з вимогами санітарних норм СН 3223-85, вимірюють рівні звукового тиску (у дБ) в октавних смугах середньогеометричнпх частот 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц.

Відповідно до класифікації шумів /ГОСТ 12.1.003-83/ за характером спектра шум поділяють на:

• широкосмуговий шум, який має безперервний спектр шириною одну октаву;

• тональний шум, який має спектр з відчутними дискретними тонам в ньому складові тонн відділені один від одного значними інтервалами.

За часовими характеристиками шуми поділяють на:

• постійний шум, рівень звуку якого за 8-годинний робочий день змінюється в часі не більше ніж на 5 дБА;

• непостійний шум, рівень звуку якого за 8 - годинний робочий день змінюється в часі більше ніж на 5 дБА. "А" (дБА) - корекція, яка відбиває підвищену чутливість органу слуху до середньо- та високочастотних звуків.

Найбільш несприятливими для організму людини вважаються інтенсивні, тональні та імпульсні шуми. У виробничих умовах часто спостерігається шум, що перевищує гранично допустимий рівень: турбокомпресори – 100-118 дБ, вентилятор - 80-105 дБ, відбійний молоток 92-101 дБ.