Уровни звукового давления различны источников.
Громкость.
Для оценки субъективного восприятия шума человеком вводится понятие уровня громкости. Единица уровня громкости – ФОН. ФОН-разность уровней интенсивности в 10 дБ эталонного звука частотой 1000 Гц.
ФОН – физиологическая оценка шума.
На основании исследований построены кривые равной громкости.
Классификация шума.
Шум классифицируют по источнику возникновения:
1) Механический возникает при работе машин и механизмов.
2) Аэродинамический – при истечении газов с большими скоростями.
3) Гидродинамический при движении жидкости по трубопроводам.
4) Электромагнитный или магнитно-стрикционный, возникает в электрических аппаратах
по частоте:
1) Низкочастотный НЧ – до 300 Гц.
2) Среднечастотный СЧ – 300-800 Гц.
3) Высокочастотный ВЧ – f>800 Гц.
Наибольшее влияние на человека оказывает высокочастотный шум с частотами f=1000-4000 Гц
по спектру:
1) Широкополосный.
2) Тональный.
Спектром шума называется зависимость уровня звукового давления от частоты. L = J(f)
Пример спектра шума:
L, дБ
 | |||||
 | |||||
 | |||||
20 f1 fсг f2 20*103 f, Гц
Весь диапазон частот делят на участки определенной ширины – полосы частот.
Полоса частот, у которой отношения частот f2/f1=2, называется октавой.
Характеристикой каждой полосы частот является среднегеометрическая частота fсг.
Для октавы: 
fсг.= Öf1*f2=f1*Ö2=1,41*f1
В ряде случаев октава является очень широкой полосой и требуется исследование шума в более узких полосах.
Полоса частот, у которой f2 ¤f1= 
называется 1/3 октавы.
fсг для 1/3 октавы = f1 
»1.08 f1
Для гигиенических целей пользуются октавными полосами частот. Для исследований акустических свойств материалов пользуются – 1/3 октавными полосами.
Октавные полосы стандартизированы. Установлены следующие стандартные среднегеометрические частоты октавных полос: 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц.
Шум считается широкополосным, если его спектр превышает одну октаву.
Шум считается тональным если его спектр в любой из 1/3 октавы имеет превышение более чем на 10 дБ относительно соседних.
По временным характеристикам шумы бывают постоянные и непостоянные. Постоянный шум – уровень звукового давления за 8 часов меняется не более чем на 5 дБ.
Непостоянные:
а) колеблющиеся – спектр непрерывно меняется во времени.
б) прерывистые – изменяется ступенчато более чем на 5 дБ оставаясь на ступени неизменным более 1с.
в) импульсные состоят из импульсов длительностью менее 1с.
Непостоянный шум оценивается эквивалентным значением Lэкв. Это такое значение, которое соответствует постоянному шуму в пределах исследуемого времени.
Сложение шумов.
Если есть несколько источников, то они складываются энергетически – т.е. складываются интенсивности
1) Имеется n – источников шума с интенсивностями I1, I2, I3 ....In ,тогда
I=I1+I2+I3+…In
Делим левую и правую части на I0 , логарифмируем и умножаем на 10.
Получаем: 10 lg. I/I0 =10 lg.(I1/I0 + I2/I0 +…In/I0)
Или L=10 lg. (10L1/10 + 10L2/10 +….+10Ln/10) ,
L=10 lg å=100,1Li дб (1), где L—уровни звукового давления или интенсивности.
2) n–источников шума с одинаковыми интенсивностями
I1=I2=I3=…=In=I
Подставив в формулу (1) получим L=L1+10 lg. N дБ
Действие шума на человека.
Степень воздействия шума на человека зависит от его уровня, характера шума, продолжительности воздействия и индивидуальных особенностей человека.
Шум с уровнем L=50-60 дБ – оказывает воздействие на нервную систему, оказывает психологическое воздействие
L=70-80 ДБ – влияет на сердечно-сосудистую систему и обменные процессы.
L=85-90 ДБ – оказывает влияние на органы слуха и снижает слуховую чувствительность, а также влияет на нервную систему. Может вызвать снижение остроты зрения и чувствительности к различным цветам.
Шум влияет на кору мозга, оказывает раздражающее действие, ведёт к утомлению, снижению внимания, снижает реакцию, снижает работоспособность, может стать причиной возникновения несчастного случая.
Нормирование шума
Нормирование шума ведется в двух направлениях:
1) Гигиеническое нормирование.
Устанавливаются допустимые значения уровней звукового давления на рабочих местах и на территории жилой застройки.
2) Техническое нормирование
Нормирование шумовых характеристик технологического оборудования.
При гигиеническом нормировании шум регламентируется ГОСТ 12.1.003.89*. Нормирование осуществляется двумя методами.
- Нормирование по предельному спектру – для оценки воздействия постоянного шума.
- Нормирование по общему уровню в дБА – для ориентировочной оценки постоянного и непостоянного шума.
Предельным спектром называется совокупность нормативных уровней звукового давления в восьми октавных полосах частот. Предельный спектр сокращенно обозначается ПС. Каждый предельный спектр обозначается цифрой, которая соответствует допустимому уровню звукового давления в дБ в октавной полосе частот со среднегеометрической частотой 1000 Гц. Например: ПС – 80
При нормировании по общему уровню устанавливается одно значение допустимого уровня звукового давления для всего диапазона звуковых частот и обозначаются в дБА.
Например: LА= 85 дБ
Допустимое значение по общему уровню связано с предельным спектром соотношением LА=ПС+5
Измерение шума.
Шум измеряют прибором, который называется шумомер. Структурная схема шумомера представлена на рисунке. Он состоит из микрофона, усилителя, измерительного прибора и источника питания.
 |
1 2 3
1 – микрофон 4
2 – усилитель
3 – измерительный прибор
4– источник питания
для измерения шума в полосах частот (октавных и 1/3 октавных) применяют фильтры.
Шумомер со встроенным фильтром называется анализатором шума.
Изменение шума могут производиться по линейной характеристике шумомера – режим Lin и по частотной характеристике “А” (с коррекцией “А”).
 |  | ||||
 |
lin
‘A’
| | | |
Fн 1000 Гц Fв f
f, Гц
При изменении по характеристике “А” шум измеряется так, как его воспринимает человек.
Методы и средства защиты от шума.
1) Организационные
2) Архитектурно – планировочные
3) Технические
Технические подразделяются на 2 группы:
1) Снижение в источнике возникновения
2) Снижение на пути распространения
Организационные: ограничение транспортных потоков, рациональное расположение предприятий, рациональное расположение рабочих мест.
Архитектурно – планировочные: зонирование застройки, удаление автомагистралей, увеличение этажности зданий по мере удаления от магистралей, создание шумопоглощающих полос.
Методы снижения на пути распространения подразделяются на звукоизоляцию и звукопоглощение.
Технические мероприятия зависят от природы шума.
Механический шум снижают повышением точности обработки деталей и сборки узлов.
Аэродинамический – снижают применением глушителей.
Электромагнитный – применением демпфирующих материалов (компаунды), заменой пермалоевых сердечников ферритовыми.
Снижение шума на пути его распространения:
Звукоизоляция
Метод основан на снижении шума за счёт отражения звуковой волны от преграды.
Для этого на пути распространения шума устанавливают перегородки.
 | |||
 |
PII
Рис.1
Для звукоизоляции применяют материалы с большим удельным весом и высокой лотностью
Звукоизолирующие свойства ограждения определяются коэффициентом звукопроницаемости t:
τ=Pпр./Pпад=Iпр/Iпад , где
Рпр – прошедшая через перегородку энергия
Рпад – падающая энергия
Звукоизоляция это величина обратная коэффициенту проницаемости и обозначается R.
R=10 lg. (1/τ) или R=10 lg (Iпад/Iпр.).
Звукоизоляция измеряется в дБ. Звукоизоляцию можно рассчитать по формуле:
R0=20 lg. f +20 lg. Q – 54, дБ (1) ,где
f-расчётная частота, Гц
Q – поверхностная плотность ограждения (вес одного м2 ограждения).
)
Из формулы следует что звукоизоляция зависит от частоты и массы ограничения.
С увеличением частоты в 2 раза звукоизоляция увеличивается на 6дБ.
С увеличением массы звукоизоляция также увеличивается 6дБ.
Формула (1) справедлива не во всем диапазоне частот, а только в определенной области (области 2 на рис. 2)
R
 | |||
 |
1 2 3
 |  | ||
 | |||
| | |||
| | |||
| | |
F, Гц
Fн Fв
1.-область дискретных резонансов Рис.2
2.-область управляемая законом массы
3.-область волнового совпадения
Формулы справедливы в том случае, когда звуковые волны за перегородкой распространяются прямолинейно без отражения от внутренних поверхностей, поэтому фактическая звукоизоляция будет меньше, чем рассчитанная по формуле (1)
Rф.=R-10 lg. A/Sогр
A-эквивалентная площадь звукопоглощения
A=α ∙ Sn
α –коэффициент звукопоглощения поверхности
Sn – площадь внутренних поверхностей помещения
Sогр – площадь перегородки
Данным методом можно снизить шум на 40 – 60 дБ.
Чем больше масса перегородки, тем выше звукоизоляция.
Звукоизоляцию можно определить экспериментально по формуле
R=10 lg. (L1/L2) дБ, где
L1 и L2 – уровни звукового давления в помещении I и II.
R=ΔL=L2-L1=20 lg. (L2/L1)
Практическое применение звукоизоляции.
Звукоизоляция применяется в виде ограждений, перегородок, экранов, кожухов и кабин.
1. Звукопоглощение.
Метод основан на снижении шума за счёт перехода звуковой энергии в тепловую в порах звукопоглощающего материала.
Для этого проводят акустическую обработку помещения, на потолок и стены наносят звукопоглощающий материал. Применяются лёгкие пористые материалы.
Звукопоглащающие свойства материала определяются коэффициентом звукопоглощения a.
α=Pпогл/Pпад
Коэффициент звукопоглощения зависит от частоты.
Для получения эффекта надо обработать не менее 80% поверхности помещения.
Снижение шума при звукопоглощении составляет
ΔL=6 – 8 дБ ; ΔLmax=10 – 12 дБ
Величина ослабления шума ΔL определяется по формуле
ΔL=10 lg. B1/B2 дБ, где
B1 и B2 постоянные помещения до и после обработки.
B1=A1/(1-α1) ; B2=A2/(1-α2)
A1 и A2 эквивалентные площади звукопоглощения до и после обработки звукопоглощающим материалом A1=α1∙Sп A2=α2∙Sобр , где
Sn- площадь внутренних поверхностей помещения;
Sобр- площадь повехностей,обработанных звукопоглощающим материалом.
Звукопоглощение применяется для снижения шума от источника находящегося в самом помещении.
Практическое применение звукопоглощения.
Используют специальные покрытия конструкции рис.3
Рис.3
1-строительная конструкцич ( стена)
2-звукопоглащающий материал
3-защитное покрытие
4-перфорированый алюминиевый щит.
Рис.3
Индивидуальные средства защиты.
Это могут быть противошумные наушники, вкладыши дают ослабление10 – 15 дБ. Для высокого уровня шума применяются специальные шлемы, противошумные костюмы.
Ультразвук.
Ультразвук имеет ту же природу что и шум, но отличается более высокой частотой f>20 КГц. Может распространяться по воздуху и контактным путем.
Особенность ультразвука – он слабо поглощается в упругой среде и может распространяться на большие расстояния. Ультразвук может распространяться узконаправленными лучами, создавая на небольшой площади высокие ультразвуковые давления.
Воздействие ультразвука на человека.
Ультразвук несколько слабее влияет на органы слуха, но оказывает большее влияние на вестибулярный аппарат, на сердечно-сосудистую систему, периферийную нервную систему, и на систему терморегуляции.
Ультразвук нормируется ГОСТ 12.1.001-89* в треть октавных активных полосах частот.
Методы защиты от ультразвука.
1. Уменьшение в источнике. Осуществляется путем повышения рабочих частот оборудования.
2. уменьшение на пути распространения методом звукоизоляции и звукопоглощения,
локализация источника.
3. Индивидуальные средства защиты.
Инфразвук
Инфразвук имеет ту же природу, что и шум, но отличается более низкой частотой f<20 Гц. Возникает при работе крупногабаритных, тихоходных агрегатов. Компрессоры, дизельные двигатели, турбины. Оценивается теми же параметрами что и шум.
Особенность – он слабо поглощается в окружающей среде и может распространяться на большие расстояния.
Воздействие инфразвука на человека.
Инфразвук воздействует на все органы и системы человека, как и шум. Воздействует на органы слуха, вестибулярный аппарат, центральную нервную систему, кроме того оказывает психологическое воздействие.
Уровень >150 дБ является смертельным.
f=2-15 Гц – неблагоприятный диапазон, т.к. совпадает с собственной частотой органов.
Cамая опасная частота f=7 Гц – частота биотоков головного мозга.
Инфразвук нормируется санитарными нормами СН 22-77-80 в октавных полосах частот.
| ffсг, Гц | 331,5 | ||||
| LLдоп, дБ |
Методы защиты
Инфразвук характеризуется тем, что для снижения инфразвука звукоизоляция и звукопоглощение неэффективны. Применяется метод снижения в источнике возникновения:
1. Повышение быстроходности агрегата.
2. Повышение жесткости конструкции больших размеров.
3. Устранение НЧ вибрации за счет балансировки и повышение точности сборки.
4. Применение глушителей.