ДОСЛІДЖЕННЯ ВИРОБНИЧОГО ШУМУ. ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 5

Мета роботи: Ознайомитись з фізичними характеристиками шуму, його нормуванням та вимірюванням, навчитись складати шум від декількох джерел, дослідити ефективність захисту від шуму звукоізолювальними перешкодами.

ПІДГОТОВКА, ВИКОНАННЯ, ЗВIТ I ЗАРАХУВАННЯ ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ

До лабораторної роботи кожний студент готує заготовку звіту в якій повинні бути: назва, номер, мета роботи, короткі теоретичні відомості, таблиці, куди будуть заноситися результати експериментів.

Студент повинен знати теоретичний матеріал лабораторної роботи i повинен дати відповіді на контрольні запитання, які знаходяться в кінці лабораторної роботи. За результатами опитування перед виконанням роботи ставиться оцінка або нараховуються бали.

Студенти, якi не повністю оформили заготовку звіту, або мають незадовільні знання з теоретичного матеріалу до роботи не допускаються.

При виконанні лабораторної роботи студенти заповнюють таблиці, розраховують рівні звукового тиску вiд двох джерел, будують спектри шуму i роблять висновки.

До кінця заняття лабораторна робота повністю виконана i акуратно оформлена (заповнені таблиці, виконані розрахунки, побудовані спектри шуму, зроблені висновки) дається викладачу для перевірки i підпису. В залежності від активності студента i участі його у виконанні роботи оцінка або кількість балів може бути підвищена або знижена. Після цього лабораторна робота вважається зарахованою.

ТЕОРЕТИЧНI ВIДОМОСТI

Основні поняття

Звук - це коливальний рух пружного середовища (тверді тіла, рідини, гази), який розповсюджується хвилеподібно. Рух звукової хвилі супроводжується періодичними підвищеннями i пониженнями тиску в середовищі.

Під дією збуджувальних сил порушується стаціонарний стан i виникають звукові коливання частинок деякого середовища відносно положення рівноваги. Швидкість коливання цих частинок (коливальна швидкість V), значно менша швидкості розповсюдження звукових хвиль (швидкiсть звуку С).

Шум - безладне поєднання звуків різної частоти i інтенсивності. Він виникає при механічних коливаннях у твердих, рідких та газоподібних середовищах. В залежності від джерела та фізичної природи виникнення розрізняють шуми механічного, аерогідродинамічного, електротехнічного походження. Механічний шум обумовлений коливанням деталей машин, ударами. Аерогідродинамічні шуми виникають при русі рідин i газів по трубопроводах, при викиді газів в атмосферу, при обтіканні тіл i перешкод. Електротехнічні шуми виникають при роботі електродвигунів, трансформаторів, електричних машин. Шум, який розповсюджується у повітряному середовищі, прийнято називати повітряним; шум, який передається конструкціями називають структурним.

Основні фізичні характеристики звукової хвилі - звуковий тиск , коливальна швидкість v (м/с), інтенсивність I (Вт/м²) i частота .

Звуковий тиск - це змінний надмірний тиск, який виникає в середовищі при проходженні звукової хвилі.

Розповсюджуючись у середовищі звукові хвилі переносять енергію, яка характеризується інтенсивністю звуку.

Інтенсивність звуку I (Вт/м²)- це середня енергія, яку звукова хвиля переносить в одиницю часу через одиницю площі поверхні, яка розміщена перпендикулярно до напрямку розповсюдження хвилi.

Коливальна швидкість, м/с:

v=p/(r ·c), (3.1)

де р - звуковий тиск, Па;

r - густина середовища, кг/м³;

с - швидкість розповсюдження звуку в середовищі, м/с;

r×c - питомий акустичний опiр середовища (для повiтря r×c= 410 Па× с/м).

Швидкість звуку в повітрі при t=20°С приблизно дорівнює 334 м/с, в сталі 5000 м/с, в бетоні 4000 м/с. Інтенсивність звуку пов’язана зі звуковим тиском залежністю

I=p·v=p²/r ·c. (3.2)

Людина з нормальним слухом сприймає звуки з частотою від 20 до 20 000 Гц, звуковий тиск від 2·10^-5 до 200 Па, інтенсивність звуку від 10^-12 до 10² Вm/м²при частоті 1000 Гц.

Людина здатна реагувати не на абсолютну інтенсивність звуку, а на зміну інтенсивності відносно порогової величини. Згідно із законом Вебера-Фехнера відчуття людини, якi виникають при сприйманні звуків, пропорційні логарифму інтенсивності звуку. Враховуючи це, а також з метою спрощення операцій з великими числами, якi характеризують звук на практиці, користуються логарифмічними рівнями інтенсивності звуку L_I звукового тиску L_P, якi вимірюються в децибелах (¶Б) i визначаються за формулам:

L_I=10lg(I/I_о) (3.3)

L_p=20lg(p/p_о) (3.4)

де I, I ₀ - відповідно інтенсивність звуку фактична та порогова, Вт/м ²;

p, p_о- відповідно звуковий тиск фактичний i пороговий, (Па).

Величини мінімального звукового тиску та мінімальної інтенсивності звуків, якi починає відчувати людина слуховим апаратом, називають пороговим.

Логарифмічна шкала рівнів звукового тиску побудована так, що порогові звукові тиски відповідають порогу чутності (L=0 ¶Б) тільки на частоті 1000 Гц, яка прийнята як стандартна частота порівняння в акустиці. При частотi 1000 Гц I ₀ =10^-12 ¶Б, p_о=2·10^-5 Па.

Децибел - це одиниця виміру звуку (десята частина бела, 1 ¶Б=0,1 Б), яка показує, наскільки інтенсивність даного звуку в логарифмічних значеннях більша умовного порога чутності.

Органи слуху людини чутливі не до інтенсивності - а до звукового тиску, тому для вимірювання шуму i оцінки його дії на людину застосовують рiвнi звукового тиску.

Для частотної характеристики шуму звуковий діапазон за частотою розбивається на смуги з відповідним співвідношенням верхньої граничної частоти f_в до нижньої f_н.

Розрізняють октавну, третиннооктавну та пiвоктавну смуги частот.

Октавна смуга - це така смуга частот для якої відношення верхньої граничної частоти до нижньої дорівнює 2: f_в / f_н=2.

Середньогеометрична частота октавної смуги дорівнює , для третиннооктавної смуги f_в / f_н= для пiвоктавної - f_в / f_н=

Шум, як складний звук, розкладається на ряд простих складових рівнів звукового тиску при певних частотах. Це може бути зображено графічно (спектр шуму).

Частотним спектром шуму називається графічна залежність рiвнів звукового тиску від частоти.

За спектром шум класифікується на широкосмуговий, тональний i змішаний (див. класифікацію у таблиці В1.1).

Широкосмуговий шум має безперервний спектр, шириною більше однієї октави. Згідно з СН 3223-85 вимірюється він у дев’яти октавних смугах. Характеристика смуг наведена у таблиці 3.1.

Таблиця 3.1

Номер смуги
Середньогеометрична частота, Гц	31,5
Нижня гранична частота, Гц
Верхня гранична частота, Гц

Спектр широкосмугового шуму наведений на рис.3.1 а.

Тональний шум має виразні дискретні тони. Спектр такого шуму лінійний. Вимірюється в третиннооктавних смугах частот із перебільшенням рівня в одній смузі над сусідніми не менш як на 10 ¶Б. Спектр тонального шуму наведений на рис. 3.1 б.

Якщо одночасно дiє широкосмуговий i тональний шум то спектр такого шуму змішаний, рис. 3.1 в.