4. Исследование эффективности использованных средств защиты

Таблица 6. Эффективность защитных средств

№	Условия опыта и необходимые для обработки результаты	Уровни звукового давления, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц									Уровни звука и экв. ур. звука, дБА
		31.5	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
1	Эффективность кожуха без звукопоглотителя	0	-1,8	1,6	12,6	8,3	3,2	15,8	12,9	16,2		9,5
2	То же со звукопоглотителем	7,5	-3,3	2,6	12,3	10	10,8	19,7	26,6	25,7		16,1
3	Эффективность металлического экрана сплошного	6,6	-2,1	2,3	3,4	6	4,2	9,6	8,4	13,9		7,8
4	То же экрана с экраном с верхним большим отверстием	-5,6	-9,3	-8,2	1	4	1,8	2	7,5	6,3		2,3
5	То же с оргалитовым экраном сплошным	2,6	-3,7	-0,6	2	4,7	4	9,6	8,1	12,6		7,6
6	То же экрана с отверстиями для вентиляции	3,7	-2,8	-2,2	2,3	5,5	4,3	9	7,6	11,7		7,5
7	Эффективность экрана со сплошным металлическим и кожухом со звукопоглотителем	6,7	-2,4	4,3	17,4	18,4	19,3	25,2	35,2	34,8		23,5

Эффективность считается как разница между уровнями без средств защиты и со средствами защиты.

Рис. 6. График эффективности уровня звукового давления шумовой помехи при использовании средств защиты

На данном графике заметно, что на низких частотах средства защиты показывают низкую эффективность, однако с повышением частоты эффективность каждого типа защиты увеличивается, что связано с более чувствительным восприятием прибора высокочастотного звука, аналогично с восприятием звука человеком. Результаты, полученные в предыдущих пунктах, подтверждают, что защита со сплошным металлическим экраном и кожухом со звукопоглотителем обеспечивают наилучшую защиту.

Выводы.

В первой части лабораторной работы измерено распределение уровней звукового давления от частоты и уровень звука на рабочем месте, построен график распределения. Для сравнения на графике показано распределение уровней звукового давления по санитарным нормам для творческой деятельности, руководящей работы, научной деятельности, конструирования и проектирования, преподавания, программирования. Из измеренных значений и графика можно сделать вывод, что характер шума на рабочем месте низкочастотный. Шумовой фон не превышает предельно допустимого уровня, установленного СН.

Для организации безопасного рабочего места существуют нормативные значения в СП 51.13330.2011 «Защита от шума» и СН 2.2.4/2.1.8.562-96 – Требования по шуму в зависимости от выполняемой работы.

Для предотвращения распространения шума могут использоваться звукоизоляция, звукопоглощение и глушители шума. Эти средства защиты действуют за счет поглощения, отражения и их сочетания.

Далее проведено исследование уровней шума с использованием средств защиты: кожуха без звукоизоляции, кожуха со звукоизоляцией, различных экранов. Составлены и исследованы графики по степени эффективности защиты от шума. Сделан вывод о том, что самым эффективным при поглощении звука оказался кожух со звукоизоляцией и металлический экран.

Из графика уровня звукового давления шумовой помехи во время защитных мероприятий с помощью экранов видно, что на низких частотах (от 16 до 250 Гц) сплошной металлический экран обладает большей эффективностью и уровень шума не выходит за пределы допустимых значений, что говорит о его наибольшей эффективности среди представленных. На средних частотах (от 250 до 2000 Гц) и на высоких частотах (от 2000 до 8000 Гц) все защитные экраны вышли за пределы допустимых значений, но наименее эффективный был экран с большим верхним отверстием (окном), а наиболее эффективным - металлический, однако его эффективность все равно недостаточна для вхождения в интервал предельно допустимого уровня шума.

Механизм прохождения звука через ограждение заключается в том, что оно (ограждение) под воздействием звука само переходит в колебательное движение, следовательно, само излучает звук.

Чем хуже изоляция, тем больше значение частоты f_гр (граничная или резонансная частота, при которой происходит наибольший провал звукоизоляции). Это подтверждается и на графике, где при худшей изоляции у металлического экрана с большим отверстием частота f_гр = 2000 Гц, что больше частоты f_гр = 1000 Гц у металлического экрана со сплошным отверстием или у металлического экрана с отверстиями для вентиляции.

Наличие отверстия влияет на звукоизоляцию. При равной площади проём пропускает больше шума, чем щель, но щель, в свою очередь, пропускает её больше, чем отверстие. При большем поперечном размере проёма a в сравнении с длиной волны λ весь звук будет проходить через проём, но прошедшая волна может быть сферической или цилиндрической, если размер проёма a будет значительно меньше λ (соотношение λ/a будет больше). Имеет место обратная зависимость: звукоизоляция снижается при увеличении площади отверстия, щели или проёма. Следовательно, именно поэтому экран с большим проёмом наименее эффективен среди представленных средств защиты, далее по эффективности идёт экран с щелями, а затем уже идут сплошные металлические экраны.

Ни один из предложенных средств защиты полностью не подходит для защиты источника шума, использованном в лабораторной работе.

Экраны устанавливают между источником шума и рабочим местом. Эффект экранирования основан на образовании за ним области тени, куда звуковые волны проникают лишь частично. Эффективность экранирования зависит от соотношения между размерами экрана и длиной волны: чем больше длина волны, тем меньше при данных размерах область тени за экраном, следовательно, тем меньше снижение шума. Поэтому экраны применяют в основном для защиты от средне- и высокочастотного шума. На низких частотах экраны малоэффективны, так как за счет эффекта дифракции звук легко их огибает. Эффективность экрана тем выше, чем меньше расстояние от экранируемого рабочего места до источника шума. Звукоизоляция перегородки тем выше, чем она массивнее и чем выше частота звука. Перегородки выполняются из плотных твердых материалов (металла, бетона, железобетона, кирпича, керамических блоков, стекла и др.).

Звуковые экраны применяют не только на производстве, но и в окружающей среде, например, для защиты от шума транспортного потока зоны пешеходных дорожек, проходящих вдоль магистрали.

Наиболее шумные механизмы и машины (например, на производстве) закрывают звукоизолирующими кожухами, изготовленными из конструкционных материалов (стали, сплавов алюминия, пластмасс, ДСП и др.) и облицованными изнутри звукопоглощающим материалом. Кожух должен плотно закрывать источник шума, но при этом не соединяться жестко с механизмом, так как в данном случае кожух может быть подвергнут эффекту вибрации. Как и в случае звукоизолирующих экранов, кожухи более эффективно снижают уровень шума на высоких, чем на низких частотах.

Помимо снижения уровня шума в самом источнике (или при невозможности снизить шум в нём), например, снижения возмущающих сил или уменьшения частоты вращения конструкции, можно применить и другие меры. Например, увеличить толщину звукоизоляционного материала в кожухе (комнате), чтобы увеличить звукопоглощение, а также использовать несколько звукоизоляционных экранов (применять одинаковые материалы в несколько слоёв). Для снижения уровня вибрации можно покрыть пластины (стены) вибродемпфирующими материалами, увеличить массу экранов и кожухов (передающих конструкций). Это также позволит уменьшить уровень шума, который появляется уже в результате вибрации изолирующих материалов.

Дополнительное задание:

Для звукопоглощающего материала:

Звуковые волны при падении на жесткую отражающую поверхность совместно с отраженными образуют систему стоячих волн, ближайшая пучность скорости которых находится на расстоянии λ/4 волны от отражающей поверхности. Наибольшее поглощение получается, когда середина пористого слоя находится в этой пучности, т.е. при частоте f = c/(4L), где L- расстояние от середины пористого слоя до отражающей поверхности. Выше указанной частоты диффузный коэффициент звукопоглощения остается примерно постоянным.

Для поролона с шириной 3 см получим значение частоты равное 5500Гц

На примере шума, имеющего одинаковый уровень на каждой октавной частоте, покажем уровень шума на выходе при прохождении через звукоизоляцию в виде поролона толщиной 3см

Для экрана с проёмом и для экрана с щелью значение звукоизоляции можно показать следующим образом:

Снижение звукоизоляции определяется по следующей формуле:

,

где – звукоизоляция окна или двери.

При равной площади проём больше снижает звукоизолирующую способность ограждения, чем щель. Это объясняется тем, что фронт проходящих через проём звуковых волн будет плоским, то есть весь звук пройдёт через проём. Если имеет место большое соотношение , то прошедшая волна будет цилиндрической или сферической, часть энергии отразится, не пройдя через щель.

Звукоизоляция для сплошного экрана

Существует так называемый “закон массы” для преграды из однородного материала (т.е. цельной панели, не составной конструкции) : ее звукоизоляция пропорциональна поверхностной массе (массы единицы площади преграды, кг\м2) и увеличивается на 6 Дб с удвоением массы и на 6 Дб с удвоением частоты:

ЗИ = 20*lg(m*f)-60 (1)

где m – плотность (кг/м^3), f – частота (Гц), ЗИ - функция зависимости звукоизоляции от массы и частоты:

На определенных частотах закон массы нарушается вследствие пространственного резонанса, связанного с усиленным звукоизлучением ограждения. Наибольший провал наблюдается на резонансной (граничной) частоте fгр = c^2/(1.8 * c[п] * h[пр]), где Сп - скорость продольной волны в преграде, м/с

Например, для стали значение Сп равно 5900 м/с, а fгр = 2000 Гц

Для тонкостенных конструкций при f < 0,5 fгр применима формула (1), а для остальных значений применима следующая формула:

На этом основании получаем приблизительно следующее значение ЗИ для сплошного экрана:

Ответы на контрольные вопросы:

Что называется уровнем звукового давления?

Уровнем звукового давления L, дБ, называется величина, определяемая

выражением:

,

где p₀ — пороговая величина звукового давления, равная 2*10^-5 Па (порог слышимости на частоте 1000 Гц).

Допустимые значения уровней звукового давления устанавливаются для частотного интервала, который называется октавой. Октава — это частотный интервал, в котором верхняя граничная частота f_в, больше нижней граничной f_н в 2 раза (f_в/f_н = 2). Октаву характеризуют среднегеометрической частотой:

Как правило, допустимые уровни представляют в виде кривых, называемых предельными спектрами (ПС). Предельный спектр получает номера по числу децибел, которые допускаются в октавной полосе со среднегеометрической частотой 1000 Гц. В зависимости от рода выполняемой работы различаются ПС-45, ПС-55, ПС-60, ПС-75.

Устройство шумометра:

Чем звукопоглощение отличается от звукоизоляции?

Как определяются стандарты ПС-50, ПС-75 и пр.?

L[A[нор]] = ПС + 5, где ПС - номер предельного спектра, L - интегральная норма

Почему на разных частотах разный уровень звука?

Порог слышимости?

Громкость звука сложным образом зависит от звукового давления, частоты и формы колебаний. При неизменной частоте и форме колебаний громкость звука растет с увеличением звукового давления. При одинаковом звуковом давлении громкость синусоидальных звуков разной частоты различна — одинаковую громкость на разных частотах могут иметь звуки разной интенсивности (в Википедии опять ниху не понятно)

p = 2 * 10^(0.5L - 5), H/м^2

Звукопоглощение:

Овдиенко сказал, что во-первых, нам надо рассказать, почему на одних частотах звук себя ведет так, а на других - по-другому (выше или ниже). Подзадание - дать рекомендацию, как на частотах, на которых звук выше, уменьшить уровень шума. Например, на высоких частотах лучше всего показывает себя мат из супертонкого базальтового волокна, на низких - стекло (или ковер, но вопрос какой)! Для увеличения звукоизоляции можно увеличить массу и площадь звукопоглотителя. Также он сказал не использовать кожухи, только…

: двойной кожух со звукопоглощающим материалом и виброизолирующей прокладкой

: кожух с базальтовыми звукопоглощающими матами, металлический и многослойный толстостенный стеклянный экраны

Вставки с рисунками