6.4. Акустический расчет

Акустический расчет выполняется при проектировании новых предприятий, цехов, жилой застройки и т.п. С целью определения ожидаемых уровней звукового давления. Это позволяет уже на этапе проектирования сравнить расчетные значения с допустимыми и в случае не­обходимости предусмотреть меры по снижению шума.

Когда расчетная точка находится на открытом пространстве уровни звуко­вого давления определяются во всех октавных полосах частот по формуле:

L = L_W +g Ф -gS -DL , ( 6.13)

где L_W - уровень звуковой мощности источника шума, дБ, берется из паспорта машины, справочников или определяется расчетом.

Ф - фактор направленности, при равномерном излучении шума =1.

S - площадь поверхности, на которую распространяется звуковая энергия, определяется расстоянием r от источника шума до расчетной точки. Если источ­ник на ровной поверхности S = 2pr² , м² ,

DL - потери шума на пути распространения при наличии препятствий и за счет поглощения шума в атмосфере. При отсутствии препятствий и расстоянии до расчетной точки не более 50м величина DL равна нулю.

В помещениях расчет уровня звукового давления производится по выражению:

, ( 6.14)

где В - постоянная помещения

,

где S_ПОВ - площадь поверхности поглощения, м²;

a_СР - средний коэффициент поглощения внутренних поверхностей помещения.

6.5. Способы снижения шума

Из выражений для акустического расчета следуют основные способы снижения шума: уменьшение шума в источнике, изменение направленности излучения, рациональная планировка, акустическая обработка помещений и уменьшение шума на пути распространения.

Уменьшение шума в источнике - наиболее рациональный способ снижения шума. Для снижения механического шума на этапе проектирования оборудования и технологических процессов рекомендуется заменять ударные процессы и механизмы безударными, например, штамповку - прессованием, клепку - сваркой, возвратно-поступательное движение механизмов - равномерно-вращательным. Применение косозубых зубчатых передач вместо прямозубых дает снижение шума механизмов примерно на 5 дБ. Повышение точности изготовления деталей, уменьшение зазоров снижают шум на 5-10 дБ. Замена подшипников качения на подшипники скольжения уменьшает шум на 10-15 дБ. Заменой металлических деталей на пластмассовые, текстолитовые или капроновые можно уменьшить шум на 10-15 дБ.

При выборе материала для изготовления деталей необходимо учитывать. что внутреннее трение в различных металлах неодинаково, а следовательно и различна звучность. Например, чугун менее звучный, чем сталь. Сплавы меди, марганца, магниевые обладают высоким внутренним трением. В процессе эксплуатации необходимо исключить вибрацию путем балансировки вращающихся деталей, применением виброизоляции, прокладок и упругих вставок в соединениях и т.д.

Аэродинамический шум, возникающий в результате нестационарных процессов в воздухе при работе систем охлаждения или пневмосистем уменьшают путем снижения скорости воздушного потока. Это достигается за счет рационального размещения вентиляторов, улучшением их аэродинамических характеристик, уменьшением скорости вращения и т.п.

Электромагнитный шум возникает вследствие колебаний элементов электрических устройств (трансформаторы) под действием переменного магнитного поля. Для снижения шума необходимо уменьшать магнитную индукцию, более плотно прессовать сердечники, применять оптимальные по мощности трансформаторы.

Акустическая обработка помещений - это установка звукопоглощающих облицовок и штучных звукопоглотителей из звукопоглощающих материалов( ЗПМ).

Интенсивность шума зависит не только от прямого, но и от отраженного звука. Рабочее место может оказаться в зоне преимущественно прямого звука, когда I_ПР >> I_ОТР ( точка 1). В этом случае звукопоглощающая облицовка не дает эффекта DL = 0 (рис. 6.4).

ЗПМ

a_СР >0,2





I_ПР >> I_ОТР



Рис. 6.4. Схема акустической обработки помещений.

Когда расчетная точка будет в точке 2: I_ПР = I_ОТР можно путем звуко­поглощения снизить шум на 2-3 дБ.

Максимальный эффект акустическая обработка помещений дает, когда рас­четная точка будет в точке 3, где I_ПР < I_ОТР. В этом случае снижение шума определяется по формуле:

B₂

DL = g -- , дБ. ( 6.16)

B₁

где B₂ и B₁ - постоянные помещения после и до акустической обработки.

B₁ определяется по СНиП II-12-77

S_ОБЛa_ОБЛ

B₂ = ---------- ( 6.17)

a_ОБЛ

Для того, чтобы получить максимальное снижение шума надо:

1) использовать звукопоглощающие материалы с коэффициентом поглоще­ния a_ОБЛ = 0,6-0,2

2. облицовывать как можно большую площадь (потолок и стены).

Свойствами поглощения звука обладают все строительные материалы. Од­нако ЗПМ принято называть те, у которых a_ОБЛ >0,2 ( кирпич, бетон имеют a_ОБЛ =0,01 - 0,05). Процесс поглощения звука происходит за счет перехода энер­гии колеблющихся частиц воздуха в теплоту вследствие потерь на трение в порах материала. Поэтому ЗПМ должен обладать пористой структурой, поры должны быть открыты со стороны падения звука и соединяться между собой (незамкнутые поры).

Наиболее распространенными звукопоглощающими материалами являются ультратонкое стекловолокно, плиты минераловатные, винипор, различные жест­кие плиты на цементном связующем типа "Акмигран", "Силакпор" и другие.

Звукопоглощающие свойства пористого материала зависят от толщины слоя (в), частоты звука f (рис 6.5 а, б. )

а) б)

a_ОБЛ

b = l/4

f, Гц

Рис 6.5. Зависимость звукопоглощения от толщины слоя ЗПМ (а) и частоты звука (б).

l = c_м /f - длина волны; С_м - скорость звука в материале

Коэффициент перфорации должен быть >0,2.

Толщина слоя определяется и должна быть 100 - 200 мм. Максимальное звукопоглощение обеспечивается для звуков средней и высокой частоты (6 - 8 дБ)

Для увеличения поглощения на низких частотах и для экономии материала между ЗПМ и стеной оставляется воздушный зазор.

На эффективность звукопоглощающих облицовок влияет также высота и конфигурация помещения. Облицовка более эффективна при относительно не­большой высоте (4-6 м) в этом случае стены не облицовывают. В помещениях вы­соких и вытянутых облицовка стен дает больший эффект.

Кроме того, акустическая обработка помещений меняет спектр шума в по­мещении за счет большей эффективности облицовок на высоких частотах. Шум делается более глухим и менее раздражающим, улучшается слышимость оборудо­вания, речи.

Если потолок и стены выполнены из стекла, для снижения шума применя­ются штучные поглотители различных конструкций, подвешиваемые к потолку равномерно по помещению на определенной высоте.

Уменьшение шума на пути его распространения. Реализуется также за счет применения звукоизолирующих ограждений, экранов и глушителей.

Шум из помещения 1, где находится источник шума I проникает в тихое поме­щение 2 тремя путями (рис. 6.6):

1) через ограждение, которое под дейст­вием переменного давления падающей на него волны излучает шум в тихое поме­щение;

2) через неплотности и отверстия;

3) посредством вибраций, возбуждаемых в строительных конструкциях.

Звукоизолирующие ограждения

1 2

I_ПАД I_ПР

иш

I

Рис. 6.6. Звукоизолирующее ограждение.

В первом и во втором случае воз­никают воздушные звуки; в третьем - структурные звуки.

Сущность звукоизоляции заключается в том, что падающая на ограждение звуко­вая энергия отражается в гораздо большей степени, чем проникает через ­него. Звукоизолирующие свойства ограждения характеризуются коэффициентом звукопроницаемости t :

( 6.18)

где I_ПР - интенсивность проникающего звука;

I_ПАД - интенсивность звука падающего на ограждение.

Эффективность звукоизоляции определяется по формуле:

(6.19)

На основании теоретических и практических исследований установлено, что эффективность звукоизоляции однослойного ограждения можно определить следующим образом:

( 6.20)

где - m масса 1 м² ограждения

f - частота звука, Гц

Из уравнения следуют два важных вывода:

1) звукоизоляция тем выше, чем тяжелее ограждение, она меняется по так называемому закону массы:

( 6.21)

т.е. при увеличении массы ограждения в 2 раза эффективность звукоизоляции возрастает на 6 дБ. m₁ и m₂ - начальная и конечная масса ограждения.

2. звукоизоляция одного и того же ограждения возрастает с увеличением частоты. Причем с увеличением частоты вдвое она возрастает на 6 дБ:

( 6.22)

где f₁ и f_{2 -} частоты звука, на которых определяется эффективность звукоизоляции.

Более эффективным способом повышения звукоизоляции является применение многослойных ограждений. В этом случае ограждение представляет собой конструкцию, составленную из нескольких жестких и упругих слоев. Упругим сло­ем может быть и воздушная прослойка, заполненная ЗПМ.

Наличие неплотностей и отверстий в ограждении резко снижает звукоизо­ляцию.

Метод звукоизоляции является более эффективным по сравнению с методом звукопоглощения когда необходимо снизить шум в помещениях, соседних с поме­щением источника шума. При этом звукоизоляция снижает шум на 25-30 дБ.

Звукоизолирующие кожухи применяются для изоляции наиболее шумных машин и механизмов. Кожухи изготавливаются обычно из дерева, металла и пластмассы. Внут­реннюю поверхность кожуха облицовывают звукопоглощающим материалом. Очень важно исключить при этом все неплотности и отверстия. Кожух должен плотно закрывать источник шума. Для отвода теплоты кожухи снабжают венти­ляционными устройствами с глушителями.

Экраны используются для защиты работающих от непосредственного (прямого) шума. Они устанавливаются между источником шума и рабочим ме­стом (рис. 6.7) .



Рис. 6.7. Акустический экран.

Акустический эффект экрана основан на образовании за ним области тени, куда звуковые волны проникают лишь частично.

Эффективность экрана зависит от длины волны, чем больше длина волны, тем меньше область тени за экраном. Поэтому их применяют в основном для защиты от высокочастотных шумов. Важ­но также расстояние от источника шума до экранируемого рабочего места, чем оно меньше, тем больше эффективность экрана. Экран оказывается эффективным тогда, когда отсутствуют отраженные волны (т.е. либо на открытой местности, либо в облицованном помещении). Для повышения эффективности экраны обли­цовывают звукопоглощающим материалом. В шумных цехах пульты управления размещаются в звукоизолированных кабинах.

Для снижения аэродинамического шума применяются глушители шума. Выбор глушителя зависит от спектра шума, величины требуемого снижения шума, конструкции установки и условий ее работы.

Применяются глушители двух типов: абсорбционные (активные) и реактив­ные.

Активные глушители - это глушители, в которых используется звукопоглощающий материал (трубчатого типа и пластинчатые) (рис. 6.8) .

зпм

D

b

a) L

Рис. 6.8. Трубчатый ( а) и пластинчатый ( б) глушители.

Абсорбционные глушители обеспечивают снижение шума на 25-30 дБ в широком диапазоне частот. Они применяются в вентиляционных, компрессорных, газотурбинных установках.

Глушители реактивного типа применяются для снижения шума с ярко вы­раженными дискретными составляющими. Это шум ДВС, поршневых компрессо­ров и т.п.

Реактивные глушители устанавливаются на трубопроводах сравнительно небольших размеров, когда длина волны звука значительно больше диаметра тру­бопровода (рис. 6.9 и 6.10).

F₁ F₂

Рис. 6.9. Камерный глушитель. Рис. 6.10. Экранный глушитель.

Эффективность камерных глушителей зависит от степени расширения ( F₁/ F₁).В экранных глушителях звук отражается обратно к источнику.

Для снижения шума широком диапазоне частот применяют комбиниро­ванные глушители, в конструкции которых имеются элементы активных и реак­тивных глушителей.

Средства индивидуальной защиты

Средства индивидуальной защиты применяются в тех случаях, когда другие способы защиты малоэффективны, это крайняя мера защиты. Обычно их исполь­зуют на таких операциях как ковка, штамповка, зачистка, испытание ДВС. К СИЗ относятся: вкладыши (мягкие тампоны) DL =5- 20 дБ, наушники при f = 1000 Гц - до 22дБ, шлемы при шуме > 120 дБ. Эффективность СИЗ от шума увеличивается с ростом частоты звука