ЗАЩИТА ОТ ШУМА.

Механические колебания в области звуковых (частоты от 16 до 20000 Гц) передаются в слуховой аппарат человека двумя путями:

- воздушным путем через наружное и среднее ухо, •

- костным путем через ткани организма.

Клинические обследования ткачей, котельщиков, испытателей моторов, кузнецов и ра­бочих других профессий шумных производств показали, что основной формой профессио­нальной патологии является стойкое понижение чувствительности органов слуха к различ­ным тонам и шепотной речи (тугоухость и глухота).

По спектральному составу все шумы делят на 3 класса:

Класс 1. Низкочастотные шумы - это шумы тихоходных агрегатов неударного дейст­вия; шумы, проникающие через звукоизолирующие преграды, перекрытия, кожухи. Допус­тимый уровень таких шумов - 86- 99дБ.

Класс 2. Среднечастотные шумы это шумы большинства текстильных машин, станков и агрегатов неударного действия, а также большинство обычных станков в машиностроении. Допустимый уровень здесь - 78-83 дБ.

Класс 3. Высокочастотные шумы - это звенящие, шипящие, свистящие шумы, харак­терные для агрегатов ударного действия, потоков воздуха и газа, станков, вращающихся с большой скоростью. Допустимый уровень таких шумов - 74-80 дБ.

Минимальная интенсивность звука, которую в состоянии воспринять слуховой орган называется порогом слышимости. Она соответствует энергии в 10 ^-9 эрг/см ²сек, что соответ­ствует едва различимому звуку.

Звукопоглощающие облицовки и конструкции. Снижение шума в прядильных и ткацких цехах текстильной промышленности в боль­шинстве случаев требуют коренного изменения конструкции машин и станков. Поэтому, в настоящее время наиболее надежными средствами уменьшения шума является применение звукопоглощающих облицовок и конструкций.

Звуковое поле в каждой точке цеха складывается из энергии прямого, многократно отраженного звука. За счет отражения уровень звуковой энергии в помещении повышается на 5-15 дБ по сравнению с шумом того же источника на открытом воздухе. Если применить специальные звукопоглощающие конструкции, то представляется возможным уменьшить эту добавку к шуму оборудования, а, следовательно, и общий шум в цехе.

На практике широкое применение в качестве звукопоглощающей облицовки нашли применение следующие материалы: минеральная вата на вяжущей основе; акустические плиты с перфорацией и без нее; холсты из ультратонкого и супертонкого стеклово­локна и дт.

Для текстильной и легкой промышленности более подходящими материалами следует считать: акустические плиты из фильерно-дутьевой минеральной ваты на синтетическом вя­жущем марки ПА/С согласно ТУ 21-24-16-68 размером 500 х 500 х 20 мм, как наиболее вла­гостойкие и трудносгораемые. Эти плиты выпускаются комбинатом "Красный строитель" гор. Воскресенск. Применение таких плит для облицовки потолков и стен в прядильных це­хах снижает уровень звукового давления на 5-6 дБ, что соответствует субъективному вос­приятию уменьшения громкости шума примерно в 2 раза.

Кроме того, при защите от высокочастотных шумов могут использоваться экраны и др. устройства между источником и рабочим местом (за экраном образуется своеобразная "зона тишины").

Антизвук. Высокий уровень производственного шума обходится дорого: падает производительность труда, ухудшается здоровье персонала, растут затраты на звукоизоляцию. (статья Джона Стэнселла на эту тему из журнала «Линкап», издаваемого Британской ассоциацией содействия прогрессу науки).

Как может летчик слышать что-либо в наушниках, если рев двигателей и шум обтекающего самолет воздуха оглушительны? Почему предприятие городского хозяйства, не смущаясь, ставит в городе крупную газовую турбину? И что может сделать завод, получающий жалобы окружающего населения на шум его тяжелых станков?

В первых двух примерах громкие нежелательные шумы устраняются наложением своеобразного «зеркального отражения» звука. Это «отражение» во всем идентично подавляемому шуму, но противоположно ему по фазе, и потому, накладываясь один на другой, оба звука взаимно уничтожаются. В очень распространённом примере с шумным заводом есть возможность применить тот же способ, однако сегодня это обошлось бы ещё дорого.

Вот уже 50 лет прошло с тех пор, как немецкий изобретатель Пауль Люг запатентовал устройство для активного подавления звука. Тридцать лет назад первые опыты подтвердили верность найденного им принципа. Однако лишь в последние 10 лет инженеры получили возможность применить антизвук для серьёзной борьбы с шумом. Инженеры уже достаточно хорошо понимают принципы дела и умеют применять микроэлектронику для получения нужных антифазных звуков - так что в ближайшее время генерация антизвука станет повседневной технической практикой.

Как же осуществляется на первый взгляд простой принцип антизвука?

Состояние, называемое тишиной, можно определить как постоянное давление воздуха в определенном месте - или, во всяком случае наличие колебаний давления вне пределов слышимого диапазона. И в наших силах контролировать перемены давления. Например, в салонах авиалайнеров это делается регулярно - совсем по другой причине. Там система внутрикабинного нагнетания создает положительные изменения давления, которые компенсируют понижение атмосферного давления по мере того, как самолет набирает высоту. Пассажиры ничего при этом не слышат: изменение давления происходит настолько медленно, что его нельзя назвать даже инфразвуком.

Однако, именно такой процесс -только в меньших масштабах и с более высокой частотой -происходит в «активно управляемых» звукозащитных шлемах, которые даются ныне летчикам наиболее современных военных самолетов. Антизвуковая методика позволила создать легкий шлем, где в изолированном объеме вокруг уха поддерживается постоянное давление воздуха. Оно достигается наложением двух звуков: того, который проникает сквозь шлем извне, и другого, специально создаваемого в наушнике, противоположного первому по фазе. В результате создается тишина - и на ее фоне лётчик прекрасно слышит адресованные ему радиосообщения.

В разработке таких методов важная роль принадлежит компьютерам, способным быстро анализировать звуки и управлять ими. Однако, помогло здесь и одно природное явление Большинство механических движений воздуха имеет исключительно сложный характер. Движение составляется из множества колебаний разной частоты, каждое со своей амплитудой. К тому же движения эти нелинейны: если попытаться, например, удвоить амплитуду движения воздуха, то одни частоты увеличатся сильнее других, и переменится характер всей волновой картины. Это, разумеется, создает трудности для инженера, старающегося заранее воспроизвести «антипод» нежелательного звукового сигнала.

К счастью, однако, характеристики очень слабых движений воздуха почти линейны; и таковы же слышимые нами звуки. Даже громкий по нашему мнению звук представляет собой незначительное движение воздуха. Например, человеческое ухо наиболее чувствительно к звуку, создаваемому колебаниями воздуха с частотой около 1000 герц.

При этой частоте слуховой аппарат человека непоправимо повреждается, если перепад давления составляет больше тысячной доли атмосферы Если изменения давления при той же частоте превосходят десятитысячную долю атмосферы, люди ощущают боль в ушах Таким образом, в звуке обычного типа -или в шуме - перепады давления весьма малы, в основном линейны и могут парироваться без потерь.

Первое требование к системе «активного» подавления звука - как можно точнее и как можно раньше регистрировать сигнал, содержащий информацию, на основе которой создается антизвук Получение антизвука отнимает известное время даже микропроцессорам нужно время на «обдумывание», а звуковоспринимающая сиситема - наушники или громкоговоритель- тем более затрачивает время на превращение полученного сигнала в звук. Обычно задержка по времени составляет около одной тысячной секунды; значит, для звуков с частотой свыше 1000 герц сигнал должен быть получен для переработки заранее.

Другими словами, антизвук весьма хорош для низкочастотного участка спектра, где обычная техника борьбы с шумом - звукопоглощающие материалы -уже достигла предела возможностей.

Антизвук способен решить проблему борьбы с любым шумом, лишь бы этот шум поддавался точной регистрации Однако, конструирование звукоподавляющей системы -работа длительная, и осуществление таких проектов обходится недешево.

Самая многообещающая область относительно недорогих антизвуковых устройств - это подавление регулярных, повторяющихся звучаний, которые можно точно предугадать.

В таких устройствах можно действовать методом проб и ошибок. В каждый момент периодического звукового цикла создается импульс антизвука и проверяется его эффект Если подавления не происходит, инженеры делают новую попытку; увидев, что шум начал понижаться, усиливают уровень антизвукового сигнала и проводят новую пробу - и так далее Таким методом можно разработать и испытать систему очень быстро - обычно всего за несколько сот циклов повторяющегося звука.

Существует уже немало надежных путей к устранению таких повторяющихся звучаний. Самый распространенный пример такого шума - выхлопной звук дизельного двигателя. Таким же путем специалисты научились подавлять шум электрических трансформаторов, а также тональные элементы шума кондиционеров воздуха, насосов и компрессоров. «Сегодня единственная причина мириться с шумовыми раздражителями - это затраты на антизвук».

Наушники для трактористов выполняют выборочное подавление повторяющихся звучаний — например, шума двигателя, — позволяя трактористу в то же время слышать другие звуки.

Однако, даже если шум можно подавить в одной точке, нельзя гарантировать поддержание тишины в другой. Дело в том, что звуковые волны имеют замысловатую пространственно-временную структуру. Пока нет, например, практического смысла защищать жилые дома от шума близлежащей автострады, потому что рокот автомашин охватывает большую площадь, и его интенсивность значительно меняется от точки к точке, от здания к зданию. Однако, принципы возможного решения подобных проблем уже ясны. Звуковые волны подчиняются тем же физическим законам, что и свет, а учёные умеют создавать трёхмерные изображения сложных объектов с помощью голографии. Когда голограмма освещена, изображение выглядит как реальный предмет. Анализируя характер световых волн, отражающихся от поверхности объекта, можно выяснить строение его составных частей, то же самое может быть сделано со звуком. Измеряя звук на границах зоны определённой чувствительности, учёный может разработать антизвуковую систему, создающую на этих границах тишину. Такие разработки неизбежно связаны с использованием сложной техники и крупными затратами. Но они дают решения проблем, обычными путями неразрешимых. Промышленность начинает всерьёз интересоваться такими работами, но основные исследования будут пока продолжаться в университетах.

Усилия, направленные на получение ранней упреждающей информации о предстоящих звучаниях, с тем, чтобы аппаратура управления могла вовремя создавать подавляющий антизвук, привели к использованию факта, что шумные процессы сгорания испускают не только звук, но и свет, распространяющийся куда быстрее звука, который может использоваться как индикатор последующего звучания. Активный метод звукоподавления с использованием света снизил звуковую энергию турбулентного пламени почти в 100 раз. Это уменьшило уровень звука на 20 децибел.

Типичным примером такой проблемы служит совместный проект компании «Топэкспресс» и авиастроительного концерна «Бритиш Эроспейс» по разработке антизвуковых систем подавления шума пропеллеров в кабинах винтомоторных самолётов. «Бритиш Эроспейс» - а также «Локхид» в США - разработали многолопастные воздушные винты с лопастями особой, «ракушечной» формы, снижающие расход топлива на 30 процентов. Но на больших оборотах эти винты создают сильный шум, который необходимо подавлять. Ещё примеры - роторы вертолётов и дизельные двигатели.

Активные методы подавления звука - то есть вибраций воздуха - в принципе не отличаются от методов ограничения других линейных вибраций. Тяжёлые машинные установки обычно монтируют на упругих фундаментах с целью изолировать их вибрацию от окружения. Но эта общепринятая техника приносит лишь частичный успех. Низкочастотные колебания устранить очень трудно, именно поэтому начинают разрабатывать активные методы звукоизоляции с применением антизвука для ограничения вибраций с частотами меньше нескольких сот герц.

Антизвук-это техника, направленная на значительное улучшение окружающей нac среды. Задача теперь в том, чтобы отыскать возможности экономического внедрения этой техники.