Материал: Белов БЖД

При распространении звука в атмосфере значение импсданса будет зависеть от температуры и давления. Значение ^ = 400 Па • с/м будуг соответствовать условиям, когда, например, давление и температура будут соответственно равны 0,9 • 10⁵Па (675 мм рт. ст.) и –27 °С или 1,013 • 10¹⁵Па и +38,8 °С. Однако при изменении давления и температуры в пределах обычной атмосферы уровень импеданса 2^=lOlg^* незначителен и им пренебрегают, полагая, чтоLp(f)=Z//).

Уровень интенсивности или плотности потока энергии можно определить, используя зависимости (6.29), (6.30), (6.33).

Для расчета уровня шума в изолированном объеме используют уравнение (6.33), которое записывают в децибелах в виде

Рис. 6.41. Схема расчета уровня шума в изолированном объеме

де Z/„(г, В) –уровень плотности потока энергии на сферической поверхности радиуса г, образованной телесным углом излученияQпри данном значениипостоянной изолированного объема B=aS/(l–а), гдеS–общая площадь его внутренней поверхности с коэффициентом поглощения а; ^5 – затухание звука (см, пояснения к формуле (6.29), которое в большинстве случаев можно принять равным нулю,S(r)==4пу^.Сферическая поверхность описывается радиусомг из акустического центра (АЦ). Если источник расположен на плоскости (и =2п),то АЦ совпадает с проекцией геометрического центра источника на эту плоскость. Угол излученияQзависит от местоположения источника шума: и = 2тс при расположении источника на плоско-ста; П = я – в двухгранном угле;Q== я/2 – в трехгранном угле, образованном ограждающими стенками. При отсутствии более точных данных углу О соответствует коэффициент направленности ф =(W/ ^)/( W/4nr¹)= 4w/Q.

Формулу (6.43) обычно применяют, коща радиус г >24пах> гае ^пях – максимальный размер источника.

Чтобы определить уровень шума в точке ^изолированного объема (см. рис. 6.41), в формуле (6.43) следует положить r= /\i. Найденное таким образом значениеL^сравнивают с нормами.

В выражение (6.43) входит коэффициент поглощения а, который зависит от многих факторов, например, от угла падения и частоты. На практике при расчетах по формуле (6.43) используют значения коэффициентов поглощения, полученные при измерениях в трубе или в реверберационной камере, несмотря на то, что их значения могут различаться (например, теоретически при измерениях в трубе а <,0,95, а для того же случая в реверберационной камере а = 1,2). В практических расчетах коэффициент а вычисляют по правилу: для частот/== 63... 1000 Гц принимают а == ао, где ао определяют по табл. 6.9; для частот /= 2000...8000Гцкоэффициент а вычисляют по формуле: а = « 1–(1–oio)exp(–25/), ще 6 в нужной размерности находят из табл. 6.7, а постоянная

л

затухания звуковой энергии в объеме Н равна 1= 4 V/ Si .

Таблица 6.9 Коэффициент поглощения а в производственных помещениях

Некоторые ориентировочные значения коэффициента поглощения даны в табл. 6.9. Если стенки изолированного объема изготовлены из празных материалов, то в выражении (6.43) а есть среднее значениекоэффициента звукопоглощения:

где Wf –усредненный за период поток энергии, падающий на поверхность /-стенки, площадь и коэффициент поглощения которой соответственно равны *У/ иa/;Sa== ^ а/*У/ –эквивалентная площадь i- внутренней поверхности изолированного объема (i = 1, п).

Из уравнения (6.32) следует, что степень диффузного поля может быть охарактеризована отношением 41д//= ^с. Пространство, где ^ <1 (т. е. вблизи источников шума), называютзоной прямого звука,а пространство, где ^ > 1 (т. е. вдали от источников, вблизи стенок изолированных объемов),–зоной отраженного звука.Условие % = 1 позволяет^задать границу между этими зонами в виде радиуса г, = =^Вф/(16пг¹)(см. рис. 6.41) и при г» г^ записать выражение (6.43) в виде (^а=0):

lj (г,В)-L(В)=Z.+ioig(4.y/ В). (6.44)

Звукопоглощение.Для уменьшения отраженного звука применяют защитные устройства, обладающие большими значениями коэффициента поглощения, к ним относятся, например, пористые и резонансные поглотители.

Звуковые волны, падающие на пористый материал, приводят воздух в порах и скелет материала в колебательные движения, при которых возникает вязкое трение и переход звуковой энергии в теплоту. Коэффициент звукопоглощения а будет зависеть как от угла падения звуковых волн, так и от частоты. Для пористого поглотителя, находящегося на жесткой стенке, частотная характеристика коэффициента а имеет вид, показанный на рис. 6.42, д. Для усиления звукопоглощения на низких частотах между пористым слоем и стенкой делают воздушную прослойку (рис. 6.42, б). Пористые поглотителиизготовляют из органических и минеральных волокон (древесной массы, кокса, шерсти), из стекловолокна, а также из пенопласта с открытыми порами. Для защиты материала от механических повреждений и высыпаний используют ткани, сетки, пленки, а также перфорированные экраны. Последние существенно изменяют характер поглощения звука защитным устройством (рис. 6.42,в).

Резонансные поглотителиимеют воздушную полость, соединенную отверстием с окружающей средой. Воздух в резонаторе выполняет роль механической колебательной системы, состоящей из элементов массы, упругости и демпфирования. Если пренебречь рассеиванием звуковой энергии, то импеданс резонатора, равный механическому импедансу (см. формулу (6.18), отнесенному к единице площади, будет равен нулю на частоте со.При импедансе резонатора ^ = 0 коэффициент отражения звукового давленияR= –1. Таким образом, снижение шума происходит за счет взаимного погашения падающих и отраженных волн.

Рис. 6.42. Частотные характеристики коэффициента поглощения:

а–для пористого поглотителя на жесткой стенке;б–для пористого поглотителя с воздушной прослойкой;в –при наличии перфорированного экрана;г–для резонансного поглотителя, образованного перфорированным экраном

Резонансным поглотителем является также перфорированный экран с отверстиями, затянутыми тканью или мелкой сеткой (рис 6.42, г), который существенно меняет характер поглощения. Пористые и резонансные поглотители крепят к стенкам изолированных объемов.

Кроме того, звукопоглощение может производиться путем внесения в изолированные объемы штучных звукопоглотителей, изготовленных, например, в виде куба, которые в производственных помещениях чаще всего подвешивают к потолку.

К хорошим звукопоглощающим материалам относят те, которые на среднегеометрических частотах октавных полос 250, 500, 1000, 2000 Гц имеют коэффициент а, равный или превышающий соответственно значения: 0,2; 0,3; 0,4; 0,5.

Обозначив постоянную изолированного объема до установки поглощающих материалов через Д== (х-5/(1–а), а после установки – В== аД(1 –а) и записав коэффициент защиты в виде:kw = In(r, B)/In{r, В),найдем эффективность звукопоглощения: . /

е =lOlgA^ =L^ (г. В) –Zi„(r,В),(6.45)

где уровни Z/„(r,B)иL^ (r, В)оп^юделяют по формуле (6.43).

Для вычисления постоянной Вимеет смысл коэффициент а выразить через площадь 5»,на которой предполагается разместить защитные

устройства со средним коэффициентом звукопоглощения, равным о». Эквивалентная площадь внутренней поверхности изолированного объема до установки защитных устройств Дх == а*У== а'(*У–А)4- + a"S^гдеа' и а" –средние коэффициенты звукопоглощения поверхностей площадью(S–iS») иS^эквивалентная площадь после установки защитных устройствSa ^dS^a^S–S^)+ а^. Из этих уравнений находим а == а–(а"–a^S^/Suв тех случаях, когда можно принятьaS a"S^имеем а =Sa(*)/S,где *Уа(*) = = а^ – эквивалентная площадь звукопоглощающих устройств. При внесении в изолированные объемы штучных звукопоглотителей &(*)= ос^ + ^Sa.(i)fii,гдеSa(i} I –экивалентная площадь /-то звукопоглотителя, а/г/ – их число. И < выражений (6.44) и (6.45) видно, что эффективностьев зоне отраженного звука удобно вычислять по формуле:

e=lOig£/R

Требуемая эффективность звукопоглощения определяется по формуле (6.43), исходя из условия безопасности: L//r,В) ^ L».Однако следует учитывать, что практическая реализация звукопоглощения позволяет снижать шум обычно не более чем на б... 8 дБ (в зоне отраженного звука –на 10... 12 дБ).

Звукоизоляция.Звукоизоляция–уменьшение уровня шума с помощью защитного устройства, которое устанавливается между источником и приемником и имеет большую отражающую и (или) поглощающую способность. Обычно роль защитных устройств выполняют глушители шума, экраны или стенки изолированных объемов. Например, защитным устройством является кожух, которым закрывают машины и механизмы, или кабина, в которой находится оператор, управляющий рабочим процессом. Стенки кожухов и кабин изготовляют из листового проката и покрывают изнутри звукопоглощающим материалом.Эффективность звукоизоляциис помощью стенки толщинойhможно определить по формуле (6.39). Если пренебречь затуханием звука в материале, т. е. положить в формуле (6.39) коэффициент распространения А» равнымjka,гдеkz =со/Сз – волновое число, то эффективность

е = 1 Olg[cos²^ 4- 0,25feAi + Zi/^ )²sm²^2A], (6.46)

где Zi⁼⁼pi^i– импеданс воздуха;^= рзСз – импеданс материала защитного устройства.

Из выражения (6.46) следует, что эффективность звукоизоляции равна нулю при толщине стенки А==/г^2/2, т. е. кратной половине длины волны (п=0, 1, 2 ...), а максимальная эффективность будет иметь место, если толщина стенкиh=(2п+ 1)Х2/4.

Так как для защитного устройства, находящегося в воздухе, всегда выполняется неравенство piCi« рдОг, то для тонкой стенки(h^ «^2/271) из выражения (6.46) находим

^=101g[l+(wo)/2pici)²], (6.47)

где т== рзА – поверхностная плотность (масса защитного устройства, отнесенная к единице площади).

При достаточно больших частотах единицей в правой части формулы (6.47) можно пренебречь:

е = 20 Ig-^ = 20 lg(w/)– const. ^(6M) 2piCi

Как видно из формулы (6.48), единственным свойством защитного устройства, определяющим эффективность звукоизоляции при принятых допущениях, является поверхностная плотность т.Эффективность звукоизоляции растет с увеличением плотностити частоты / Константу, входящую в выражение (6.48), определяют, осредняя коэффициент передачи т по углам падения. Еслити / выражены соответственно в кг/м²и Гц, то константа равна 47,5 дБ.