Захист від шуму та ультразвуку. Методи боротьби з шумом
Звукоізолююче властивості огорожі, встановленого на шляху поширення звуку, характеризуються коефіцієнтом звукопроникності, що представляє відношення звукової потужності, що пройшла через огорожу, до падаючої на нього звукової потужності:
Звукоізолююча здатність огородження виражається величиною R = 10 lg (1 / t) (дБ).
Огородження бувають одношарові і багатошарові. Звукоізолююча здатність (дБ) однорідної перегородки може бути визначена за формулою
R = 20 lg (Gf) - 60, (18)
де G - маса 1 м2 огородження, кг; f - частота, Гц. З формули (18) слідують два важливих висновки.
1. Звукоізолююча здатність огорож тим вище, чим вони важче, вона змінюється по так званому закону маси. Так, збільшення маси в 2 рази призводить до підвищення звукоізоляції на 6 дБ.
2. Звукоізолююча здатність одного і того ж огорожі зростає зі збільшенням частоти. Іншими словами, на високих частотах ефект від установки огорожі буде значно вище, ніж на низьких частотах.
Необхідно відзначити, що ця формула може бути застосована не в усьому діапазоні частот, оскільки в ній не враховується вплив жорсткості. Насправді ж в приватній характеристиці однослойного огорожі можна виділити три діапазону (рис. 47).
Мал. 47. Частотні діапазони звукоізоляції однослойного огорожі
Звукоізоляція в діапазоні I визначається жорсткістю огорожі і резонансними явищами. З огляду на, що у більшості одношарових огорож власна частота коливань лежить нижче нормованого діапазону частот (нижче 45 Гц), розрахунок звукоізоляції в діапазоні I не виробляють.
В діапазоні II звукоізоляція підкоряється закону маси за формулою (18).
В діапазоні III спочатку спостерігається погіршення звукоізоляції внаслідок виникнення явища хвильового збіги, при якому розподіл тиску в падаючої звукової хвилі вздовж огорожі точно відповідає розподілу амплітуди зміщення власних згинальних коливань огорожі, що призводить до своєрідного просторового резонансу і інтенсивному росту коливань. Потім звукоізоляція, що залежить не тільки від маси, а й від жорсткості огорожі, збільшується з ростом частоти трохи швидше, ніж в діапазоні II.
Розглянута величина звукоізолюючої здатності огорожі показує, наскільки знижується рівень шуму за перегородкою в припущенні, що далі він поширюється безперешкодно (наприклад, шум через огорожу виходить на вулицю). У разі ж передачі шуму з одного приміщення в інше (див. Рис. 46) рівень шуму, який проник в приміщення, залежить від багаторазових огорож від внутрішніх поверхонь. Чим більше гулкость приміщення і більше площа перегородки, тим більше рівень шуму в такому приміщенні, а значить, тим гірше його фактична звукоізоляція Rф (дБ):
де А - еквівалентна площа звукопоглинання тихого приміщення, м2; S - площа перегородки, м2.
Застосування цього виразу розглянемо на такому прикладі. Нехай рівень звукового тиску в шумному приміщенні L1 = 100 дБ, а допустимий рівень шуму в тихому приміщенні L2 = 60 дБ. Тоді необхідну зниження шуму δLтр = L1 - L2 = 40 дБ має дорівнювати фактичній ізоляції яка може бути забезпечена або за рахунок тільки високою звукоізолюючої здатності R, або за рахунок меншої величини R, але з додатковим звукопоглощением, що збільшує величину А.
З особливою легкістю шум проникає через всякого роду щілини і отвори в огорожі, вікнах, дверях. На цю обставину часто не звертають належної уваги, що призводить до значного погіршення звукоізоляції.
При влаштуванні огороджень, що складаються з різних елементів, наприклад, перегородки з дверима, оглядовими вікнами і т. П. Особливо при ізоляції потужних джерел шуму, необхідно прагнути до того, щоб звукоізолюючі здатності цих більш «слабких» елементів і самої перегородки по своїй величині не дуже відрізнялися один від одного. В іншому випадку шум буде проникати через такі елементи і зниження рівня шуму всією конструкцією виявиться незначним. Для того щоб зробити складене огорожу «рівноміцним» щодо звукоізоляції, двері і вікна в шумних приміщеннях, наприклад, в боксах для випробування двигунів, роблять з підвищеною звукоізоляцією.
Звукоізоляція багатошарових огороджень, як правило, буває більш високою, ніж звукоізоляція одношарових огорож тієї ж маси. Широке поширення знаходять подвійні огорожі з повітряним проміжком, заповненим звукопоглинальним матеріалом.
Іноді поняття «ізоляція» і «поглинання» звуку ототожнюються один з одним, хоча між ними є принципова відмінність. Звукоізолююча конструкція служить для того, щоб не пропускати звук з шумного приміщення в тихіше, ізолюються приміщення. Основний акустичний ефект обумовлений віддзеркаленням звуку від конструкції.
Звукопоглинальні матеріали і конструкції призначені для поглинання звуку як в приміщеннях з джерелом, так і в сусідніх приміщеннях. Поглинання звуку обумовлено переходом коливальної енергії в тепло внаслідок втрат на тертя в звукопоглотітелем. Втрати на тертя найбільш значні в пористих матеріалах, які з цієї причини і використовують в звукопоглинальних конструкціях. Для звукоізолюючих же конструкцій потрібні щільні, тверді і масивні матеріали.
Для зменшення шуму в приміщеннях, сусідніх з приміщенням джерела цього шуму, метод звукоізоляції є значно ефективнішим в порівнянні з методом звукопоглинання. Звукоізолюючі конструкції послаблюють шум у сусідніх приміщеннях на 30-50 дБ, в той час як установка в приміщенні одних звукопоглотителей, навіть з високими звукопоглинальними властивостями, дає зниження шуму всього на 6-8 дБ. У той же час для ефективного захисту від шуму потужних джерел, наприклад, реактивних двигунів в випробувальних боксах, потрібно спільне використання методів звукоізоляції та звукопоглинання.
Мал. 48. Звукоізолюючий кожух:
а - схема кожуха; б - конструкція кожуха для електродвигуна; 1 - звуковбирний матеріал; 2 - глушник шуму; 3 - джерело шуму; 4 - стінка; 5 - електродвигун; б, 7 - канали з глушниками для входу і виходу повітря
Як зазначалося в гл. 4, зниження вібрацій, а отже, і шуму може бути досягнуто за рахунок застосування вибродемпфирующих покриттів.
Зниження шуму вібродемпфірующім покриттями відбувається не тільки внаслідок збільшення внутрішніх втрат, але і за рахунок зростання звукоізолюючої здатності стінок конструкції, особливо при нанесенні товстих шарів покриття.
Хороші результати дає застосування вибродемпфирующих мастик, які можуть бути нанесені на будь-які поверхні.
Звукоізолюючі кожухи, екрани, кабіни. Звукоізоляційні кожухами закривають найбільш галасливі машини і механізми, локализуя таким чином джерело шуму. Koжyxі ізгoтовляют зазвичай з дерева, металу або пластмаси. Внутрішня поверхня Стінок кожуха обов'язково облицьовувався звукопоглинальним матеріалом (рис. 48, а). Із зовнішнього боку на кожух іноді наноситься шар вібродемпфірующім матеріалу. Кожух повинен щільно закривати джерело шуму.
Для машин, що виділяють тепло (електродвигуни, компресори, дизелі і т. П.), Кожухи забезпечують вентиляційними пристроями з глушниками (рис. 48, б).
Ефективність установки кожуха (дБ) визначається за формулою
δLкожух = R + 10 lg а,
де а - коефіцієнт звукопоглинання матеріалу, нанесеного на внутрішню поверхню кожуха; R - звукоїзолірующая здатність стінок кожуха, що визначається за формулою (18).
Встановлюваний кожух не повинен жорстко з'єднуватися з механізмом. В іншому випадку його застосування дає негативний ефект (кожух стає додатковим джерелом шуму).
Мал. 49. Екранування джерел шуму:
а - схема екрану і його ефективність; б - розташування екранів в обчислювальних центрах; в - екранування джерел механічного шуму; 2 - гучне обладнання; 2 - екран зі звукопоглощающей облицюванням; 3 - робоче місце; 4 - дискова пила