1. Акустический расчет

1.1. Общие положения

Источниками шума и вибрации на машиностроительных предприятиях являются станочное, кузнечно-прессовое оборудование, энергетические установки, компрессорные и насосные станции, вентиляционные установки, стендовые испытания двигателей внутреннего сгорания и др. Уровень шума на рабочих местах в производственных помещениях, возникающих от этих источников, обычно значительно превышает допустимые значения. Поэтому при проектировании производственных процессов необходимым условием является определение ожидаемых уровней шума на рабочих местах с помощью акустического расчёта и разработки на его основе средств и методов защиты от шума.

Акустический расчёт должен производиться на стадии технического проекта по комплексу сооружений или отдельному объекту. Акустический расчёт включает:

• выявление источников шума и определение их шумовых характеристик;

• выбор расчетных точек в помещениях или на территориях на которых производится акустический расчёт;

• определение допустимых уровней звукового давления (L_доп) для расчётных точек;

• выявление путей распространения шума от источников до расчётных точек;

• определение ожидаемых уровней звукового давления _L в расчётных точках до осуществления мероприятий по снижению шума с учётом снижения уровня звуковой мощности _{∆ Lp} на пути распространения звука;

• определение требуемого снижения уровней звукового давления _{∆ Lтр} в расчётных точках;

• выбор мероприятий, обеспечивающих требуемое снижение уровней звукового давления в расчётных точках;

• расчет и проектирование, выбор типа и размеров шумоглушащих, звукопоглощающих и звукоизолирующих конструкций (глушителей, экранов, звукопоглощающих облицовок, звукоизолирующих кожухов и т.д.).

1.2. Физические параметры шума

Шум, как совокупность звуков, характеризуется частотой f, интенсивностью I и звуковым давлением Р.

Во время распространения звуковых колебаний в воздухе появляются области разрежения и области повышенного давления, которые и определяют величину звукового давления Р. Звуковым давлением называется разность между мгновенным значением давления при распространении звуковой волны и средним значением давления в невозмущенной среде.

На слух человека действует среднеквадратичное значение звукового давления:

(1)

Осреднение во времени происходит в органе слуха человека за время 30…100мс

Единица измерения звукового давления — Па (Н/м²).

При распространении звуковой волны происходит перенос кинетической энергии, величина которой определяется интенсивностью звука. Интенсивность звука определяется средней по времени энергией, переносимой звуковой волной в единицу времени сквозь единичную площадку, перпендикулярную направлению распространения волны:

I = W/ S∙T

(2)

где W – звуковая мощность источника шума, Вт; S∙ - площадь, сквозь которую распространяется звуковая волна, м²; T – время, с.

Единица измерения интенсивности звука — (Вт/м²). Интенсивность звука и звуковое давление связаны соотношением:

I=р2/ρ с

(3)

где с — скорость распространения звука в данной среде, м/с; ρс — удельное акустическое сопротивление среды Па∙с/м.

Для воздуха ρс — 410 Па∙с/м, для воды — 1,5 ∙ 10⁶ Па∙с/м, для cтали — 4,8 ∙ 10⁷ Па∙с/м.

Величины звукового давления и интенсивности изменяются в очень широких пределах: по давлению до 10⁸ раз, по интенсивности — до 10¹⁶ раз. Согласно закона Вебера-Фехнера органы слуха воспринимают не абсолютное значения звукового давления, а его относительное изменение. Поэтому для оценки шума используются логарифмические величины — уровни звукового давления и интенсивности звука:

Уровень звукового давления и интенсивности звука определяется как

		(4)
LI = lg I/I0=10 lg I/I0,	(5)

где: р_о=2∙10^-5 Па - пороговое звуковое давление на частоте 1000 Гц, I₀ — интенсивность звука на пороге слышимости, принимаемая для всех звуков равной 10 ^-12 Вт/м².

При нормальных атмосферных условиях, когда акустическое сопротивление среды (ρ∙с) постоянно L_I = L_р.

Снижение шума ΔL определяется разностью начального и конечного уровней в дБ.

(6)

Суммарный уровень шума от нескольких источников находится сложением их интенсивностей звука.

I ∑ = I 1 + I 2 + I 3 + ... + I N

(7)

и определяется выражением

(8)

где L_i - уровень звукового давления, создаваемый i-м источником, n - количество источников шума.