Основные физические характеристики шума

Основные понятия и определения изложены были выше. В данной главе повторно излагаются основные понятия и определения с точки зрения акустических шумов. Действие шума на организм человека подробно изложено в главе 2.

Источником шумов являются механические колебания различных тел в упругой среде (газообразной, жидкой или твердой). С физической точки зрения шум представ­ляет собой беспорядочное сочетание различных по частоте и си­ле звуков. Шум оказывает вредное воздействие на организм человека. Действуя на центральную нервную систему, шум вызывает головную боль, головокружение, неврастению, нарушения функций органов слуха.

Акустические шумы являются одной из ха­рактеристик помещения. Эти шумы складыва­ются из шумов от источников шума, находя­щихся в данном помещении, и из шумов, про­никающих из других помещений и с улицы. Шумы первого типа создаются людьми и ап­паратурой, находящимися в данном помеще­нии. На рис. 5.1 приведены спектральные уровни шумов, в помещение.

.

Рисунок 5.1. Спектральные уровни шумов: речевой шум (кривая 1 соответствует речевому шуму в большом помещении, кри­вые 2 — в жилой комнате), а также нормы на шумы для предприятий связи: 3 —для цеха сортировки посылок; 4 — для стативного зала АТС, 5 — для цеха обработки периодической печати, 6 — для операционного зала.

 

При расчете шумового режима и разработке рекомендаций по снижению шума приходится сталкиваться с двумя понятиями. Это шумовые характеристики аппаратуры и уровни акустических шумов Основными шумовыми характеристиками машины и оборудования являются:

а) уровни звуковой мощности шума в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц (L _p);

б) корректированный уровень звуковой мощности (L _рА);

в) уровни звукового давления в октавных полосах частот, характеризующие спектральный состав шума (L);

г) уровни звука, под которыми понимают интегральный уровень шума, измеренный прибором с частотной характеристикой типа А (L_А);

Звуковое давление - это разность между мгновенным зна­чением давления в данной точке среды при прохождении через этуточку звуковых волн и средним давлением, которое наблюдается в той же точке при отсутствии звука. Звуковое давление, воз­действуя на барабанную перепонку, вызывает ее деформацию, является в конечном счете, первым звеном в восприятии звука че­ловеком.

Интенсивность звука (J) - это энергия, переносимая звуковой волной за 1 с через поверхность в 1 м², перпендику­лярную направлению распространения звуковой волны. За единицу интенсивности звука принимают Вт/м².

В интервале звуковых частот наименьшая интенсивность зву­ка, при которой возникает слуховое ощущение, называется поро­говой. Эта величина зависит от частоты и имеет минимальное значение при частоте около 1000 Гц. При этой частого порог слы­шимости по интенсивности составляет J₀= 10 в минус 12 степени, Вт/м².

Интенсивность звука в 10 Вт/м² вызывает болевое ощущение в ушах человека и называется порогом болевого ощущения.

Интенсивность звука пропорциональна квадрату звукового давления и определяется по формуле

 

J = p² / (r c) (5.1)

где p - звуковое давление. Па; r - плотность среды, кг/м³; c - скорость распространения звука, м / с.

Так как, ухо человека воспринимает звуки в очень большом диапазоне интенсивностей от 10^-12 до 10 Вт/м² и способно реа­гировать на относительное изменение интенсивности, а не на аб­солютное, то пользоваться для оценки звука абсолютными значе­ниями интенсивности звука или звукового удаления неудобно» Поэтому принято измерять не абсолютные значения интенсивности и звукового давления, а относительные их уровни по отношению к пороговым значениям, выраженные в логарифмической форме. Та­ким образом, уровень интенсивности

 

L_J = 10lg (J / J₀) (5.2)

 

Поскольку интенсивность звука пропорциональна квадрату звукового давления, то уровень звукового давления определится из выражения:

 

L = 20lg (p / p₀) (5.3)

где: р – среднеквадратичная величина звукового давления в точке измерения, Па; р₀ = 2 _*10^-5 Па – пороговая величина среднеквадратичного звукового давления.

По шкале дБ диапазон слышимых звуков составляет 130 дБ. Из­менения уровня звукового давления меньше 1 дБ практически на слух не воспринимаются.

Звуковое давление как величину переменную можно предста­вить в виде суммы синусоидальных колебаний различной частоты. Зависимость среднеквадратичных значений этих составляющих (или их уровни) от частоты называется частотным спектром шума. Обычно частотные спектры шума определяют опытным путем, находя значения звукового давления не для каждой отдельной частоты, а для октавных частот. Среднегеометрическая частота октавы опре­деляется из выражения:

f_ср = Ö (f₁)_*f₂) (5.4)

где f₂ - верхняя и f₁ - нижняя граничные частоты октавы.

Для октавных полос f₂/ f₁= 2.

Ширина октавы определяется по формуле:

Df = f₂ –f₁ = f_{ср *}(Ö2) – f_ср / (Ö2) (5.5)

 

Частотные спектры выражают в виде таблиц или графиков.

Интенсивность шума не позволяет полностью судить о гром­кости шума. Одинаковые по интенсивности, но разные по частоте, шумы могут на слух казаться неодинаковыми по громкости. Поэтому установлено понятие уровня громкости, который измеряется в фо­нах.

Уровень громкости в фонах численно равен уровню звукового давления в дБ для звука с частотой 1000 Гц, дающего то же субъективное ощущение громкости, что и данный звук,

Для звуков с частотой 1000 Гц децибелы и фоны численно равны; то же относится к звукам с частотой от 400 до 5000 Гц с уровнем звукового давления больше 80 дБ,

Для сравнения звуков различной громкости введена единица - громкости - сон. Величина громкости в 1 сон соответствует уров­ню громкости в 40 фон. Изменение уровня громкости на 10 фон ощущается на слух, как изменение громкости в 2 раза.

Для перехода от уровней громкости к шкале громкостей су­ществуют таблица и номограмма.

При расчете шумового режима и разработке рекомендаций по снижению шума приходится сталкиваться с двумя понятиями. Это:

- шумовые характеристики аппаратуры,

- уровни акустических шумов.

Основными шумовыми характеристиками машины и оборудования являются:

а) уровни звуковой мощности шума в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц (L_p);

б) корректированный уровень звуковой мощности (L_рА);

в) характеристика направленности шума (θ);

г) уровни звукового давления в октавных полосах частот, характеризующие спектральный состав шума (L);

д) уровни звука, под которыми понимают интегральный уровень шума, измеренный прибором с частотной характеристикой типа "А" (L_А);

Уровни звукового давления, интенсивности, определяются по формулам (5.2 и 5.3), а уровень звуковой мощности, определяются по формуле:

L_р=10lg(P/P₀), (5.6)

где: L_p - уровни звуковой мощности, дБ; Р - звуковая мощность, Вт; Р₀= 10^-12 Вт - пороговые значение звуковой мощности.

Шум оценивается по номеру предельного спектра, который служит для характеристики определенного шума одним числом (например, ПС-70) с учетом интенсивности и спектрального распределения шума Номер предельного спектра численно равен уровню звукового давления в октавной полосе со среднегеометрической частотой 1000 Гц. Предельные спектры даны в санитарных нормах.

Общийили корректированный уровень звука (шума) измеряется

по частотной характеристике шумомера типа "А" и обозначается L_А, дБА.

.Если в данную точку пространства приходят звуковые волны с уровнями L_i, то суммарный уровень определится по формуле:

n

L = 10 lg (å 10^{0,1Li )} (5.7)

i

Если все источники шума одинаковы, то L, определяется по формуле:

 

L = L_i + 10lgn (5.8)

где: L - суммарный уровень звукового давления, дБ; n - общее число независимых слагаемых уровней.

Вместо формулы (5.7) и (5.8) можно пользоваться данными табл. 5.1. При пользовании таблицей 5.1 надо последовательно складывать уровни, начиная с максимального. Сначала определяют разность двух складываемых уровней, затем добавку к более высокому из складываемых уровней.

 

Таблица. 5.1 Таблица сложения уровней звуковой мощности и давления

Разность двух складываемых уровней, дБ
Добавка к более высокому уровню, необходимая для получения суммарного уровня, дБ		2,5		1,8	1,5	1,2		0,8	0.5	0,4	0,2

 

Пример: сложить два уровня L₁ = 90 дБ, L₂ = 95 дБ. Определяем величину добавки по табл. 3: L = 1,2 дБ, определяем суммарный уровень L_å =95+ 1,2= 96,2 дБ. Средний уровень звука Lср, определяется по формуле

n

Lср = 10 Lg (å 10^0,1Li)/n (5.9)

i

где: Lср –средний уровень звукового давления, дБ; п – общее число независимых слагаемых уровней.

Если разница между складываемыми уровнями не превышает 5 дБ, то усредненный уровень звука определяется как среднеарифметическое всех складываемых ровней.

 

n

Lср = { åLi}/n

ⁱ (5.10)

 

По характеру спектра шум подразделяетсяна:

- широкополосный с непрерывным спектром шириной более октавы;

- тональный, в спектре которого имеются выраженные дискрет­ные тона.

По временным характеристикам шум подразделяется на:

-постоянный, уровень звука которого за 8 часовой рабочий день изменяется во временине более чем на 5 дБА;

- непостоянный, уровень звука, которого за 8 часовой рабочий день изменяется во времени более чем на 5 дБА;

непостоянный шум в свою очередь подразделяется на cледующие:

колеблющийся во времени; прерывистый; импульсный.

Для ориентировочной оценки в качестве характеристики посто­янного шума на рабочих местах применяется уровень звука в дБА.

Для постоянного звука (шума) характеристикой является инте­гральный критерий - эквивалентный (по энергии) уровень звука L_Аэкв, в дБА, определяемый по ГОСТ 12.1.050-86. “ ССБТ методы измерения шума на рабочих местах".

Для оценки непостоянного шума используется доза шума или относительная доза шума (ГОСТ 12.1.003 - 83), представляющая собой произведение эквивалентного уровняна время действия шума (доза) или его процентная величина от допустимой (отно­сительная доза).

Эквивалентный уровень звука рассчитывается по формуле (Гост 20444-75 Потоки транспортные в населенных пунктах Метод определения шумовой характеристики):

L_экв = 10lg (1/ 100 S f_i * 10 ^{0,1 Li}) (5.11)

где: L_i – средний уровень звука класса i в дБА, измеряемый шумомером;

f_i - время воздействия шума класса в процентах от общего времени измерения; L_Аэкв определяют по формуле (5.9)

Определенный (рассчитанный) уровни звукового давления, уровни звука и эквивалентные уровни звукане должен превышать допустимых значений по нормам приведенным в нормах.(таблица 5.2)

Величина собственной звукоизоляции ограждений от воздушного шума. определяется так:

R= 10lg(1/d), (5.12)

где R - собственная звукоизоляция ограждений, дБ; d = (р₁/р₂) - коэффициент звукопередачи; р₁ и р₂- звуковое давление в падающей и проходящей волнах.

 

5.2. Акустические расчёты при борьбе с шумами

При акустических расчетах звукопоглощение в проходящих волнах -характеризуется постоянной помещения В:

 

В = А / (1-α_cр) (5.13)

 

α_cр = A / S _общ, (5.14)

 

где В - постоянная помещения, м²; А - эквивалентная площадь звукопоглощения,м²; α_ср- средний коэффициент звукопоглощения; S _общ - общая площадь всех ограждающих поверхностей помещения, м².

Постоянная помещения:

В = В ₁₀₀₀*μ (5.15)

где: В ₁₀₀₀ определяют по графику рис 5.2. и табл. 5.2. Значение частотного множителя приведено в табл. 5.3. Выбор индекса прямой производится по табл. 5.3.

Звуковое поле, создаваемое источником шума в замкнутом объеме (помещении), определяется как прямой звуковой волной (прямым звуком L _пр), излучаемым непосредственно самим источником шума, так и отраженной звуковой волной (диффузным звуком L _диф) 0т ограждающих поверхностей (В данном случае будем считать, что энергия отраженного звука равна энергии диффузного звука).

Зона отраженного звука определяется величиной предельного радиуса г_пр (г_гр), т е таким расстоянием от источника шума, на котором уровень звукового давления 0т отраженного звука равен уровню прямого звука

 

А = λ_cр*S_общ, (5.15)

λ_ср- средний коэффициент звукопоглощения ограждающих поверхностей, предметов и материалов. λ_ср изменяется от 0 до 1 (полное поглощение)и определяется по специальным таблицам; S_общ - общая площадь всех ограждающих поверхностей помещения, м².

Рис. 5.2. Зависимость постоянной помещения В от объема V.

 

Таблица 5.2. Выбор индекса прямой

Описание помещений

Индекс прямой

1. Без мебели, с небольшим количеством людей (металлообрабатывающие цеха, вентиляционные камеры, генераторные и т. п.) 2. С жесткой мебелью или небольшим количеством людей и мягкой мебелью (лаборатории, ткацкие и деревообрабатывающие цеха и т. п.) 3. С большим количеством людей и мягкой мебели (коммутаторные и аппаратные залы, справочные, кинотеатры и т. п.) 4. Только при расчете требуемой звукоизоляции ограждающих конструкций и расчете вентиляционных систем.

а   б   в   г

 

Таблица 5.3. Частотный множитель μ

Объем помещения V, м3	Среднегеометрические частоты, октавных полос, Гц
200-500	0,8 0,65 0,5	0,75 0,62 0,5	0,7 0.64 0,55	0,8 0,75 0,7	1,0 1,0 1,0	1,4 1,5 1,6	1,8 2,4 3,0	2,5 4,2 6,0

 

Звуковое поле, создаваемое источником шума в замкнутом объеме (помещении), определяется как прямой звуковой волной (прямым звуком L _пр), излучаемым непосредственно самим источником шума, так и отраженной звуковой волной (диффузным звуком L _диф) 0т ограждающих поверхностей (В данном случае будем считать, что энергия отраженного звука равна энергии диффузного звука).

Зона отраженного звука определяется величиной предельного радиуса r _пр (r _гр), т е таким расстоянием от источника шума, на котором уровень звукового давления 0т отраженного звука равен уровню прямого звука.

Если в помещении находится один источник шума,

 

r_пр =0,2× (В₁₀₀₀)^1/2, (5.16)

 

когда в помещении находятся n одинаковых источников шума,

r_пр =0,2× (В₁₀₀₀/n)^1/2, (5.17)

где: r _пр - предельный радиус, м; В ₁₀₀₀ постоянная помещения на частоте 1000 Гц, м²;

Уровень прямого звука (L_пр) в контрольной точке определяется по формуле

L_пр = L_Р – 20lq r (5.18)

где; L_Р – уровень звуковой мощности источника шума;

r- расстояние от источника шума до расчетной точки

Уровень диффузного (отраженного) звука (Lдиф) в контрольной точке определяется по формуле;

L_диф =L_Р – 20lq r - 20lq B +10lq n+6 (5.19)

где; L_Р – уровень звуковой мощности источника шума, дБА; r- расстояние от источника шума до расчетной точки, м; В – постоянная помещения В, определяемая по пункту 1.14, м²;

n – количество одинаковых источников шума.

 

Таблица 5.4. Допустимые уровни шума на рабочих частотах. Допустимые уровни звуко­вого давления в октавных полосах частот, уровни звука, на рабочих местах основных типов трудовой деятельности.

Вид трудовой деятельности	Уровни звукового давления, дБ, в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами, Гц	Уровни звука и Эквивалент- ные уровни звука (в дБА)
1.Творческая, руководящая, научная, и т.п. деятельность
2. Высококвали- фицированная работа
3. Диспетчерская работа,
4.Рабочие места без речевой связи по телефону,. Помещения с шумными агрегатами
5. Выполнение всех видов работ (за искл. П.1- П.4)

 

Шум оценивается по номеру предельного спектра, который служит для характеристики определенного шума одним числом (например, ПС-70) с учетом интенсивности и спектрального распределения шума. Номер предельного спектра численно равен уровню звукового давления в октавной полосе со среднегеометрической частотой 1000 Гц. Предельные спектры даны в санитарных нормах (таблица 5.4)