![]() КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Физические характеристики шумаОсновные понятия и определения Расчет средств защиты от шума Практическая работа 1. Шумом называется бессистемное сочетание звуков различной интенсивности и частоты, оказывающих вредное действие на организм человека. Еще в начале века знаменитый ученый Р. Кох сравнивал шум с чумой. Разумеется, речь идет не о том, чтобы везде стояла абсолютная тишина. В условиях современного города и производства она не достижима. Более того, человек не может жить в абсолютной тишине. Длительная абсолютная тишина так же вредна для психики человека, как и непрерывный повышенный шум. При проектировании конструкторского бюро в Ганновере архитекторы предусмотрели все меры, чтобы ни один посторонний звук не проникал в здание — рамы с тройным остеклением, звукоизоляционные панели из ячеистого бетона и специальные пластмассовые обои, гасящие звук. Через неделю сотрудники стали жаловаться, что не могут работать в условиях гнетущей тишины, они нервничали, теряли работоспособность. Администрации пришлось купить магнитофон, который время от времени включался и создавал эффект «тихого уличного шума». Каждый человек воспринимает шум по-своему. Это зависит от многих факторов: возраста, состояния здоровья, характера трудовой деятельности. Установлено, что большее влияние шум оказывает на людей, занятых умственным трудом, чем физическим. Особенно беспокоит человека шум непонятного происхождения, возникающий в ночное время суток. Шум, создаваемый самим человеком, беспокоит его значительно меньше, чем окружающих. Многочисленными исследованиями доказано, что шум снижает производительность труда на промышленных предприятиях на 30%, повышает опасность травматизма, приводит к развитию заболеваний. В структуре профессиональных заболеваний в РФ примерно 17% приходится на заболевания органа слуха. Борьба с шумом на промышленных предприятиях является одной из важнейших проблем современности. По физической природе шумом является всякий нежелательный для человека звук. Звук обусловливается механическими колебаниями в упругих средах и телах (твердых, жидких и газообразных), частоты которых лежат в диапазоне от 17... 20 до 20 ООО Гц. Соответственно этому механические колебания с указанными частотами называют звуковыми или акустическими. Неслышимые человеком механические колебания с частотами ниже звукового диапазона называют инфразвуковыми, а с частотами выше звукового диапазона — ультразвуковыми. При распространении волны частицы среды не движутся вместе с волной, а колеблются около своих положений равновесия. Вместе с волной от частицы к частице среды передаются лишь состояние колебательного движения и его энергия. Поэтому основным свойством волн является перенос энергии без переноса вещества. Это характерно для всех волн независимо от их природы, в том числе и для звуковых. Звуковые волны возникают при нарушении стационарного состояния среды вследствие воздействия на нее какой-либо возмущающей силы. Шум, как любой звук, характеризуется частотой /, интенсивностью I и звуковым давлением р. Чем выше частота колебания, тем выше тональность шума. Чем больше интенсивность и звуковое давление, тем громче шум. Во время распространения звуковых колебаний в воздухе появляются области разрежения и области повышенного давления, которые и определяют величину звукового давления р. Звуковым давлением называется разность между мгновенным значением давления при распространении звуковой волны и средним значением давления в невозмущенной среде. Звуковое давление изменяется с частотой, равной частоте звуковой волны. На слух человека действует среднеквадратичное значение звукового давления:
Осреднение во времени происходит в органе слуха человека за время 30...100мс. Единица измерения звукового давления — Па (Н/ При распространении звуковой волны происходит перенос кинетической энергии, величина которой определяется интенсивностью звука. Интенсивность звука определяется средней по времени энергией, переносимой звуковой волной в единицу времени сквозь единичную площадку, перпендикулярную направлению распространения волны:
Единица измерения интенсивности звука — (Вт/
где р — плотность среды, кг/ Для воздуха рс — 410 Па·с/м, для воды — 1,5· Величины звукового давления и интенсивности, с которыми приходится иметь дело в практике борьбы с шумом, изменяются в очень широких пределах: по давлению до Кроме того установлено, что согласно биологическому закону Вебера-Фехнера, выражающего связь между изменением интенсивности раздражителя и силой вызванного ощущения, реакция организма прямо пропорциональна относительному приращению раздражителя. В связи с этим были введены логарифмические величины — уровни звукового давления и интенсивности: L = lgI/I0, где I0 — интенсивность звука на пороге слышимости, принимаемая для всех звуков равной Величина L называется уровнем интенсивности звука и выражается в белах (Б) в честь изобретателя телефона ученого Александра Белла. Ухо человека реагирует на величину в десять раз меньшую, чем бел, поэтому распространение получила единица децибел (дБ), равная 0,1 Б. Так как интенсивность звука пропорциональна квадрату звукового давления, то уровень звукового давления определится по формуле: L=20lg где Р0 — пороговое звуковое давление, едва различимое ухом человека, на частоте 1000 Гц составляет 2· Уровнями интенсивности обычно пользуются при выполнении акустических расчетов, а уровнями звукового давления — при измерении шума и оценке его воздействия на организм человека. Использование логарифмической шкалы для измерения уровня шума позволяет получить сравнительно небольшой интервал логарифмических величин от 0 до 140 дБ. Уровни звукового давления некоторых источников шума имеют следующие значения: · 10 дБ — шелест листвы, тиканье часов; · 30 дБ — тихий разговор; · 50 дБ — громкий разговор; · 80 дБ — шум работающего двигателя грузовика; · 100 дБ — автомобильная сирена; · 140 дБ — аварийный нефтяной или газовый фонтан, порог болевого ощущения, выше которого давление звука приводит к разрыву барабанной перепонки. Реальный звук является наложением гармонических колебаний (т.е. колебаний, совершаемых по закону косинуса или синуса) с большим набором частот, т.е. звук обладает акустическим спектром. Спектр — распределение уровней шума по частотам. При измерении и анализе шумов весь диапазон частот разбивают на октавы — интервалы частот, где конечная частота больше начальной в 2 раза: и третьоктавные полосы частот, определяемые соотношением: В качестве частоты, характеризующей полосу в целом, берется среднегеометрическая частота: · для октавного диапазона — · для третьоктавного — Область слышимых звуков ограничивается не только определенными частотами, но и предельными значениями звуковых давлений и их уровней. Так, для того чтобы вызвать звуковое ощущение, волна должна обладать некоторым минимальным звуковым давлением, но если это давление превышает определенный предел, то звук не слышен и вызывает только болевое ощущение. Таким образом, для каждой частоты колебаний существует наименьшее (порог слышимости) и наибольшее (порог болевого ощущения) звуковое давление, которое способно вызвать звуковое восприятие. На рис. 1.1 представлена зависимость порогов слышимости и болевого ощущения от частоты звука. Область, расположенная между этими кривыми, является областью слышимости. Порог болевого ощущения на частоте 1000 Гц составляет 2 · Из рис. 1.1 следует, что звуки, равные по интенсивности, но неодинаковые по частоте, воспринимаются человеком как звуки разной громкости. Уровни звука и звукового давления в октавных частотах для основного оборудования металлургического производства приведены в таблице 1.1.
Рис. 1.1 Зависимость порогов слышимости и болевого ощущения от частоты звука. *11111* Таблица 1.1 - Уровень звукового давления в рабочей зоне промышленного оборудования
СН 2.2.4/2.1.8.562.96 [19] устанавливает предельно – допустимые уровни постоянного шума, который при действии на работающего в течении 8-часового рабочего дня не приносит вреда здоровью (таблица 1.2).
Таблица 1.2 - Предельно допустимые уровни звукового давления, уровня звука эквивалентные уровни для основных видов трудовой деятельности
Снижение уровня шума, распространяющегося по воздуху, наиболее радикально может быть осуществлено устройством на пути его распространения звукоизолирующих преград [20]. Принцип звукоизоляции заключается в том, что большая часть падающей на преграду звуковой энергии отражается и лишь незначительная ее часть проникает через преграду. Звукоизоляцией называется ослабление звуковой энергии при передаче ее через преграду. Звукоизолирующая способность материала и конструкции оценивается в дБ и определяется по формуле:
R = 10 lg где Рпад - акустическая мощность, падающая на преграду, Вт; Рпр – акустическая мощность, прошедшая через преграду, Вт.
Механизм передачи звука через ограждения состоит в том, что звуковая волна, падающая на ограждение, приводит его в колебательное движение с частотой, равной частоте звуковых колебаний. В результате ограждение становится источником звука и излучает его в окружающую среду. Количество прошедшей звуковой энергии растет с увеличением амплитуды колебаний. Кроме того, характер и значения звукоизоляции ограждения в значительной степени зависит от частоты падающего звука. В первом частотном диапазоне на низких частотах (f < 100 Гц) вблизи частот собственных колебаний ограждения звукоизолирующие качества ограждения определяются его жесткостью и внутренним трением материала. Во втором частотном диапазоне (100 < f < 3500 Гц) звукоизоляция зависит от массы ограждения и частоты падающего звука В третьем частотном диапазоне (f > 3500 Гц) звукоизоляция однослойного ограждения значительно снижается из-за эффекта волнового совпадения, наступающего при равенстве длин волны падающего звука и изгибных колебаний ограждения. Критическая частота волнового совпадения определяется по формуле:
f кр = где с – скорость распространения звука в воздухе, м/с;
Е – модуль упругости, Па; h – толщина ограждения, м;
На частотах в области волнового совпадения звукоизоляция ограждения снижается на 10–20 дБ, а сама область пониженной звукоизоляции занимает интервал частот примерно в одну октаву. На частотах f > 2 f кр звукоизоляция может быть рассчитана по формуле:
R = где η - коэффициент внутренних потерь ограждения.
Звукоизоляция двухслойных ограждений с воздушным промежутком между стенками эффективнее однослойной преграды равной массы. Звукоизоляция двойных ограждений помимо факторов, определяющих ее для однослойных ограждений, также зависит от толщины воздушного промежутка и соотношения поверхностной плотности каждого из ограждений. Звукоизоляция ограждений (стен, кожухов, экранов) должна обеспечивать снижение шума на рабочих местах до уровней, допустимых по нормам, во всех октавных полосах со среднегеометрическими частотами (таблица 7.2). Требуемая звукоизоляция рассчитывается отдельно для каждой конструкции помещения (стены, окна, перекрытия и др.) и для каждой из указанных октавных полос по следующим формулам: - при проникновении шума из одного помещения в другое:
R тр= L – 10 lg B и + 10 lg S – L доп + 10 lg n, (1.4) где R тр - требуемая звукоизоляция, дБ; L - октавный уровень звукового давления в помещении, дБ; B и - постоянная защищаемого от шума помещения, м; S - площадь ограждающей конструкции, через которую проникает шум в помещение, м2; L доп - допустимый октавный уровень звукового давления в защищаемом помещении, дБ; n - общее число ограждающих конструкций или их элементов, через которые проникает шум;
- при проникновении шума с прилегающей территории в помещение:
R тр = L + 10 lg S - 10 lg B и- L доп + 10 lg n + 6, (1.5)
- при проникновении шума из помещения на прилегающую территорию:
R тр= L + 10 lg S - 15 lg r - L доп+ 10 lg n - 11, (1.6) где r - расстояние от ограждающей конструкции до источника шума.
- при использовании звукоизолирующих кожухов:
R пр= L - L доп - 10 lg α + 5, (1.7) где
Постоянная помещения B И в октавных полосах частот определяется по формуле:
Bи= B1000∙μ, (1.8) где B 1000 - постоянная помещения на среднегеометрической частоте 1000 Гц, определяемая по таблице 1.3 в зависимости от объема V и типа помещения; μ - частотный множитель, определяемый по таблице 1.4.
Таблица 1.3 - Определение постоянной помещения B 1000
Таблица 1.4 - Значения частотного множителя μ
Звукоизоляция сплошной преграды уменьшается при наличии в ней оконных и дверных проемов и определяется как:
R = Rс – lg [1 + (S 0/ S с)·(100,1·(R c- Ro) - 1)], (1.9) где R c, R 0, – звукоизоляция, соответственно, глухой части стены и окна или дверью в данной октавной полосе частот, дБ; S0 - площадь окна или двери, м2; Sc - площадь стены, включая окно или дверь, м2.
Возможное снижение звукоизоляции необходимо учитывать при расчете звукоизолирующих устройств путем увеличения требуемой звукоизоляции на эту величину.
1.2 Расчет звукоизолирующих устройств Расчет проводят в следующей последовательности: 1 Выбираем материал ограждающей конструкции: стены, перегородки, кожуха и т.п. 2 По формулам (1.4–1.7) для конкретных условий определяем требуемую звукоизоляцию (R тр). В случае необходимости следует учесть влияние на звукоизоляцию оконных и дверных проемов. 3 Определяем толщину материала однослойного ограждения для максимального значения требуемой звукоизоляции по формуле:
R тр= 20 · lg ρ·h + 20 lg f - 47,5, (1.10) где f - частота звука, соответствующая максимальному значению требуемой звукоизоляции.
4 Строим частотную характеристику звукоизоляции однослойного ограждения (стены, перекрытия и т.п.) толщиной h (толщина рассчитана в п. 3). Частотная характеристика звукоизоляции однослойного ограждения с поверхностной плотностью от 100 до 1000 кг/м2 определяется графическим способом путем построения ломаной линии аналогичной линии АВСD, представленной на рисунке 1.2. Координаты точек В (f; R) определяют по графикам, представленных на рисунке 1.3 в зависимости от толщины h и поверхностной плотности материала mn. Построение частотной характеристики производится следующим образом: из точки B влево проводится горизонтальный отрезок AB, а в право проводится отрезок ВС с наклоном 7,5 дБ на октаву до точки С с ординатой R = 60 дБ; из точки С горизонтальной отрезок CD. Рисунок 1.2 - Частотная характеристика однослойной звукоизоляции
Рисунок 1.3 - Зависимость координат точки B от толщины материала (а) и его поверхностной плотности (б): 1 –1800 кг/м3; 2 – 1200 кг/м3 и менее
Частотная характеристика звукоизоляции однослойной тонкой ограждающей конструкции из металла, стекла и других материалов определяется также графическим способом и имеет вид, показанный на рисунке 1.4
Рисунок 1.4 - Частотная характеристика однослойной звукоизоляции из металла или стекла
Координаты точек B и C следует определять по таблице 1.5 в зависимости от предварительно определенной толщины материала. Наклон отрезка ВА на графике следует принимать 5 дБ на каждую октаву; наклон отрезка CD равен 8 дБ на октаву.
Таблица 1.5 - Определение координат точек В и С
5 Наносим на график частотной звукоизоляции найденные значения требуемой звукоизоляции (смотри п.3). Если значения требуемой звукоизоляции превышают частотную характеристику звукоизоляции ограждения необходимо несколько увеличить толщину ограждения до значений, при которой частотная характеристика звукоизоляции будет равна или несколько выше требуемой звукоизоляции. Для проверки соответствия необходимо для новой толщины графическим методом определить звукоизоляцию и сравнить с требуемой. 6 Определим для стальной конструкции частоту эффекта волнового совпадения формула (1.2) и сравнить ее с частотой f кр. Снижение шума звукоизолирующими кожухами зависит от материала кожуха и его толщины, а также от облицовки внутренней поверхности кожуха звукопоглощающим материалом и может быть рассчитано по формуле:
Δ L к = Δ L + Δ L ’, (1.12) где Δ L - снижение шума за счет звукоизолирующей способности материала кожуха данной толщины; Δ L ’- снижение шума за счет звукопоглощающей облицовки.
Частотные характеристики снижения шума представлены на рисунке 1.5; значения координат точек А, В и С находят по таблицам 1.6. и 1.7
а б Рисунок 1.5 - Частотные характеристики снижения шума значения координат точек А, В и С по таблицам 1.6. и 1.7
Таблица 1.6 - Координаты точек А, В и С (рисунок1.5, а)
Таблица 1.7 - Координаты точек А, В и С (рисунок 1.5 6)
Формула (1.11) справедлива для сравнительно небольших расстояний между кожухом и корпусом машины, когда расстояние не превышает четверти характерного размера кожуха. Если же h > l /4, то снижение шума кожухом следует рассчитывать по формуле:
Δ L 'к = R c + 10·lgα (1.12) где R c = R 0 + Δ R - звукоизоляция стенкой кожуха, дБ; R 0 - звукоизоляция стенкой кожуха без облицовки (определяется по рисунку 1.3), дБ; Δ R – дополнительная звукоизоляция звукопоглощающим слоем, частотная характеристика которой приведена на рисунке 1.6; α - средний коэффициент звукопоглощения внутренних поверхностей кожуха, в расчетах принимается от 0,5 до 0,7. Рисунок 1.6 - Дополнительная звукоизоляция ограждения при его облицовке звукопоглощающим слоем
Значения координат точек А, В, и С находят по таблице 1.7. Акустическая эффективность кожуха считается достаточной для обеспечения требуемого снижения уровня звукового давления на рабочем месте, если в любой октавной полосе диапазона частот: Δ L к > R тр.
Рисунок 1.7 - Дополнительная звукоизоляция ограждения при его облицовке звукопоглощающим слоем
Задача 1.1 Рассчитать толщину звукоизолирующего устройства, обеспечивающего снижение шума на рабочем месте до допустимых величин. Варианты заданий представлены в таблице 7.8.
Таблица 1.8 – Исходные данные к задаче 1.1
Задача 1.2 Определить толщину стенки звукоизолирующего кожуха, который обеспечит снижение шума на постоянных рабочих местах в производственных помещениях до допустимых величин (см. таблицу 1.2). Варианты заданий представлены в таблице 1.9.
Таблица 1.9 - Исходные данные к задаче 1.2
Дата добавления: 2015-07-13; Просмотров: 3769; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |