4.2. Защита от шума

Для защиты от многочисленных источников шума как в быту, так и на рабочих местах в настоящее время используются разнообразные методы. Рассмотрим некоторые из них.

Звукопоглощение

В замкнутом пространстве уровень шума определяется как прямой волной, идущей непосредственно от источника шума (ИШ), так и совокупностью волн, отраженных от всех поверхностей в помещении. Подобное звуковое поле называется диффузным, и его уравнение имеет следующий вид

, (4.9)

где L_p – уровень звуковой мощности, дБ;

S(r) – площадь поверхности, через которую на расстоянии r проходит звуковая энергия источника шума, м²; если r меньше наибольшего размера ИШ, то S(r) – площадь геометрически подобной поверхности, проходящей через расчетную точку; если r больше наибольшего размера ИШ, то S(r) определяется по соотношению

S(r)=  r²; (4.10)

 – телесный угол, в который излучает источник, стерад.;  =4 – если ИШ уединенный;  =2 – если ИШ находится на поверхности (например, на полу),  = – если ИШ находится у стены, и  = /2 – если ИШ находится в углу комнаты;

Ф – фактор направленности излучения, задается в паспорте ИШ в виде диаграммы направленности излучения, в виде таблицы или математического соотношения; если значение Ф неизвестно, то принимают Ф=1;

В – постоянная помещения;

; (4.11)

. (4.12)

Здесь S_i – площадь звукоотражающей поверхности, имеющей коэффициент звукопоглощения  _i; значение  _i зависит от вида звукопоглощающего материала и частоты f акустических колебаний.

При использовании звукопоглощения для снижения шума стараются максимально уменьшить отраженные волны. При этом второе слагаемое, стоящее в формуле (4.9) под знаком логарифма, стремится к нулю. Это достигается путем обработки возможно большей площади отражающих поверхностей материалами, имеющими коэффициент звукопоглощения  близкий к 1 (акустическая обработка). Если до акустической обработки постоянная помещения была равна В₁, а после нее – В₂, то в расчетной точке шум уменьшился на

, дБ. (4.13)

Разделим числитель и знаменатель (4.12) на Ф/S(r) и назовем акустическим отношением величину

. (4.14)

Тогда соотношение (4.13) можно переписать в виде

, дБ, (4.15)

а (4.9) – представить в виде:

 L= L_p+10 lgФ/S(r) +10 lg 1+М , дБ. (4.16)

Поскольку звукопоглощение – весьма дорогой метод, то на основе анализа (4.16) можно сделать вывод, что использовать его для снижения шума следует только в том случае, если М>>1, что возможно лишь в зоне отраженного звука, т.е. на значительном расстоянии от рабочих мест. Например, если исходное значение М=1, то за счет звукопоглощения шум можно уменьшить максимум на 3 дБ, а если исходное значение М=0,12, то уменьшение шума за счет звукопоглощения будет вообще незаметно! Покажем это на примере решения задачи.

Задача В помещении размером АВС=1074 м у боковой стены расположен постоянно работающий принтер размером 0,70,30,1м. Спектр уровней звуковой мощности принтера приведен в табл. 4.5.

Таблица 4.5

Спектр уровней звуковой мощности принтера

f, Гц	31,5	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
Lp, дБ	40	45	50	55	60	65	70	60	62

Оценить условия труда на рабочих местах, расположенных на расстоянии 1 м и 9 м. Коэффициент звукопоглощения стен  =0,05 для всех частот. В помещении висят две шторы размером 33 м и постоянно работают 2 человека, площадь каждого из них 1,5 м². Коэффициенты звукопоглощения штор и людей приведены в табл. 4.6 и 4.7 соответственно.

Таблица 4.6

Коэффициенты звукопоглощения штор

f, Гц	31,5	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
 штор	0,15	0,25	0,35	0,45	0,55	0,6	0,65	0,7	0,75

Таблица 4.7

Коэффициенты звукопоглощения человека

f, Гц	31,5	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
 чел	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,55	0,57	0,6	0,62

Определить как изменится шум на этих рабочих местах после обработки стен и потолка материалом, коэффициент звукопоглощения которого приведен в табл. 4.8.

Таблица 4.8

Коэффициенты звукопоглощения материала

f, Гц	31,5	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
 стен	0,6	0,7	0,8	0,9	1	1	1	1	1

Решение Оценим условия труда на РМ, расположенном на расстоянии 1 м от ИШ. Вначале определяем уровни звукового давления на РМ, расположенном на расстоянии 1 м. Это расстояние меньше максимального размера принтера, поэтому РМ находится в ближнем поле с S(r), определяем как площадь геометрически подобной поверхности (ГПП) (рис. 4.2).

Рис. 4.2. К определению площади ГПП

Из условий задачи известны размеры принтера: д=0,7 м; ш=0,3м; h=0,1м. Тогда с учетом обозначений рис. 4.2 коэффициент подобия определится как

Тогда

Д=д К_п=0,7 4,3=3,03 м.

Ш=1,3 м – по определению

Н=0,1 4,3=0,43 м.

Определяем постоянную помещения:

,

.

S_стен=2 А В+2 (А+В) С–2 S_штор=2 10 7+2 (10+7) 4–2 3 3=258 м², S_штор=18 м², S_чел=3 м².

Для первой октавной полосы частот:

Аналогично определяя постоянную помещения для других октавных полос, получим:

Таблица 4.9

Постоянные помещения для различных октавных полос

f, Гц	31,5	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
В, м2	16,86	19,25	21,66	24,11	26,61	27,88	29,04	30,26	31,43

Определяем спектр звукового давления на РМ, расположенном на расстоянии 1 м от ИШ (РМ 1).

Для первой октавной полосы:

дБ.

Аналогично определяя уровни звукового давления для других октавных полос, получим:

Таблица 4.10

Спектр звукового давления на РМ 1

f, Гц	31,5	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
L,дБ	36	41	46	51	55	60	65	55	57

Чтобы определить класс условий труда на данном рабочем месте, необходимо определить уровень звука, для чего полученный спектр уровней звукового давления преобразуем в уровень звука, соответствующий частотной характеристике "А":

(4.17)

Весовые коэффициенты К_i для частотной характеристики "А" определяем по табл. 4.11 [4.1]:

Таблица 4.11

Весовые коэффициенты для частотной характеристики "А"

f, Гц	31,5	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
Кi	42	26,3	16,1	8,6	3,2	0	-1,2	-1	1,1

По санитарным нормам  4.3 определяем допустимое значение уровня звука 50 дБ "А", следовательно, параметры шума не соответствуют требованиям норм.

Оценим условия труда на втором РМ, расположенном на расстоянии 9 м от ИШ. В данном случае РМ находится в дальнем поле у стены, т.е.  = и S(r)=  r². Определяем уровни звукового давления, используя данные табл. 4.9.

Для первой октавной полосы:

=33,82 34 дБ.

Аналогично определяя уровни звукового давления для остальных октавных полос, получим:

Таблица 4.12

Спектр звукового давления на РМ 2

f, Гц	31,5	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
L, дБ	34	38	43	47	52	57	61	51	53

Полученный спектр уровней звукового давления преобразуем в уровень звука, соответствующий частотной характеристике "А", используя соотношение (4.17). В результате L_A2=62 дБ "А". Это значение уровня звука также больше допустимого по нормам.

Определим, как изменятся спектры звукового давления и уровни звука на рабочих местах после обработки потолка и стен материалом с коэффициентом звукопоглощения, приведенным в табл. 4.8. Для этого рассчитаем новые значения постоянных помещения. Для первой октавной полосы:

Для остальных октавных полос расчеты аналогичны и их результаты приведены в табл. 4.13.

Таблица 4.13

Постоянные помещения для различных октавных полос после акустической обработки

f, Гц	31,5	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
В, м2	209,3	284,9	387	533,7	765,6	781,4	795,4	810,6	827,4

Определяем спектр звукового давления на РМ, расположенном на расстоянии 1 м от ИШ (РМ 1) после акустической обработки.

Для первой октавной полосы:

Аналогично определяя уровни звукового давления для других октавных полос, получим:

Таблица 4.14

Спектр звукового давления на РМ 1 после акустической обработки

f, Гц	31,5	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
L,дБ	33	38	43	48	53	58	63	53	55

Тогда (по 4.37)  =3,45 10^–6 м и требуемый радиус экрана:

Экран любого меньшего размера обеспечит большую эффективность экранирования, и, следовательно, мы выберем радиус экрана из соображений удобства.