Caracteristicile fizice și fiziologice ale zgomotului, standardizare. Caracteristicile fiziologice ale zgomotului

Caracteristicile fizice ale undelor acustice și, în special, ale undelor sonore sunt obiective în natură și pot fi măsurate cu instrumente adecvate în unități standard. Senzația auditivă care apare sub influența undelor sonore este subiectivă, dar caracteristicile sale sunt în mare măsură determinate de parametrii efectului fizic.

• 7. Acustica

Viteza undei acustice v determinate de proprietățile mediului în care se propagă – modulul său de elasticitate Eși densitatea p:

Viteza sunetuluiîn aer este de aproximativ 340 m/s și depinde de temperatură (cu modificări de temperatură, modificări ale densității aerului). În mediile lichide și în țesuturile moi ale corpului, această viteză este de aproximativ 1500 m/s, în solide - 3000-6000 m/s.

Formula (7.1), care determină viteza de propagare a undelor acustice, nu include frecvența acestora, prin urmare undele sonore de diferite frecvențe în același mediu au aproape aceeași viteză. Excepție fac undele de frecvențe care se caracterizează printr-o absorbție puternică într-un mediu dat. De obicei, aceste frecvențe se află în afara domeniului audio (ultrasunete).

Dacă vibraţiile sonore reprezintă un periodic

Orez. 7.1.

proces, atunci se numesc astfel de sunete tonuri sau sunete muzicale. Au un spectru armonic discret, reprezentând un set de armonici cu frecvențe și amplitudini specifice. Prima armonică a frecvenței co se numește tonul principal,și armonici de ordin superior (cu frecvențe 2so, 3so, 4so etc.) - acorduri. Curat(sau simplu) ton corespunde vibraţiilor sonore care au o singură frecvenţă. În fig. Figura 7.1 prezintă spectrul unui ton complex, care conține patru componente armonice: 100, 200, 300 și 400 Hz. Amplitudinea tonului fundamental este considerată 100 %.

Sunete non-periodice numite zgomote, au un spectru acustic continuu (Fig. 7.2). Sunt cauzate de procese în care amplitudinea și frecvența vibrațiilor sonore se modifică în timp (vibrații ale pieselor mașinii, foșnet etc.).

Orez. 7.2.

Intensitatea sunetului I, după cum sa menționat mai devreme, este energia unei unde sonore pe unitatea de suprafață pe unitatea de timp și este măsurată în W/m2.

Această caracteristică fizică determină nivelul senzației auditive, care se numește volumși este un parametru fiziologic subiectiv. Relația dintre intensitate și volum nu este direct proporțională. Deocamdată, vom observa doar că pe măsură ce intensitatea crește, crește și senzația de zgomot. Loudness poate fi cuantificat prin compararea senzațiilor auditive produse de undele sonore din surse de diferite intensități.

Când sunetul se propagă într-un mediu, apare o presiune suplimentară, deplasându-se de la sursa de sunet la receptor. Amploarea acestui lucru presiunea sonoră P reprezintă, de asemenea, caracteristicile fizice ale sunetului și mediul său de propagare. Este legat de intensitate eu raport

unde p este densitatea mediului; Și- viteza de propagare a sunetului în mediu.

mărimea Z - ri numit rezistenta acustica specifica sau impedanta acustica specifica.

Frecvența vibrațiilor armonice ale sunetului determină acea parte a senzației de sunet, care se numește înălțimea sunetului. Dacă vibrațiile sonore sunt periodice, dar nu respectă o lege armonică, atunci înălțimea sunetului este estimată de ureche pe baza frecvenței tonului fundamental (prima componentă armonică din seria Fourier), a cărei perioadă coincide cu perioada efectului sonor complex.

Să remarcăm că capacitatea de a estima înălțimea unui aparat auditiv uman este legată de durata sunetului. Dacă timpul de expunere la sunet este mai mic de 1/20 s, atunci urechea nu este capabilă să evalueze înălțimea.

Vibrațiile sonore care sunt apropiate ca frecvență și care sunt auzite simultan sunt percepute ca sunete cu înălțimi diferite dacă diferența de frecvență relativă depășește 2-3%. Cu o diferență mai mică de frecvențe, apare o senzație de sunet continuu de înălțime medie.

Compoziția spectrală a vibrațiilor sonore (vezi Fig. 7.1) este determinată de numărul de componente armonice și de raportul amplitudinilor acestora și caracterizează timbru sunet. Timbrul, ca caracteristică fiziologică a senzației auditive, depinde și într-o oarecare măsură de rata de creștere și variabilitatea sunetului.

Zgomotul este orice sunet nedorit de oameni. Ca sunet, percepem vibrații elastice care se propagă în unde în medii solide, lichide sau gazoase. Undele sonore apar atunci când starea staționară a mediului este perturbată din cauza influenței unei forțe perturbatoare asupra acestuia. În acest caz, particulele mediului încep să oscileze în raport cu poziția de echilibru, iar viteza unor astfel de oscilații (viteza de vibrație u) este semnificativ mai mică decât viteza de propagare a undei (viteza sunetului c).

Într-un mediu gazos, viteza sunetului

unde x este indicele adiabatic (pentru aer x = 1,41); Pst și p sunt presiunea și densitatea gazului.

În condiții atmosferice normale (t = 20° C și Pst = 760 mm Hg), viteza sunetului c în aer este de 344 m/s.

Un câmp sonor este o regiune a spațiului în care se propagă undele sonore. În fiecare punct al câmpului sonor, presiunea și viteza particulelor de aer se modifică în timp. Diferența dintre valoarea instantanee a presiunii totale și presiunea medie observată într-un mediu neperturbat se numește presiune acustică. Unitatea de măsură pentru presiunea sonoră este N/m2.

Auzul este afectat de presiunea sonoră medie pătrată

unde bara înseamnă media timpului, care în urechea umană are loc peste T = 30–100 ms.

Într-o undă sonoră plană, adică una în care suprafața care trece prin puncte cu aceeași fază de vibrație este un plan perpendicular pe direcția de propagare a vibrației, raportul dintre presiunea sonoră și viteza vibrației nu depinde de amplitudinea vibratiile.

Este egal cu (Ns/m3)

p/v = pc,

unde рс este rezistența acustică specifică a mediului, care pentru aer, de exemplu, este egală cu 410 Ns/m3, pentru apă 1,5-106, pentru oțel 4,8-107.

Când o undă sonoră se propagă, are loc transferul de energie. Fluxul mediu de energie în orice punct al mediului pe unitatea de timp, pe unitatea de suprafață normală la direcția de propagare a undei, se numește intensitatea sunetului în acel punct. Intensitatea sunetului este desemnată prin litera / și se măsoară în wați împărțit la metru pătrat (W/m2).

Intensitatea sunetului este legată de presiunea sonoră

Valorile presiunii sonore și intensitatea sunetului cu care trebuie să se confrunte în practica controlului zgomotului pot varia în limite largi: până la 108 ori în presiune, până la 1016 ori în intensitate. Desigur, este destul de incomod să operezi cu astfel de numere. Cel mai important fapt este că urechea umană este capabilă să răspundă la o modificare relativă a intensității, și nu la una absolută. Senzațiile umane care decurg din diferite tipuri de stimulare, în special zgomotul, sunt proporționale cu logaritmul cantității de energie stimul. Prin urmare, au fost introduse valori logaritmice - presiunea sonoră și nivelurile de intensitate exprimate în decibeli (dB).

Nivelul de intensitate a sunetului (dB) este determinat de formula

Lj = 10log(J/J0)

unde J0 este intensitatea sunetului corespunzătoare pragului de auz (J0 = 10-12 W/m2 la o frecvență de 1000 Hz).

Nivelul presiunii sonore (dB)

unde pragul de presiune acustică p0 este aleasă astfel încât în ​​condiții atmosferice normale nivelurile de presiune sonoră să fie egale cu nivelurile de intensitate, adică p0 = 2*10-5 N/m2. Intensitatea sunetului (W/m2)

J0 = p0/p0c0, (10)

unde р0с0 este densitatea și viteza sunetului în condiții atmosferice normale.

Nivelul de intensitate este utilizat în calculele acustice, iar nivelul presiunii sonore este folosit pentru a măsura zgomotul și pentru a evalua impactul acestuia asupra oamenilor, deoarece organul auditiv este sensibil nu la intensitate, ci la presiunea pătratică medie. Relația dintre nivelul de intensitate și nivelul presiunii sonore se obține prin împărțirea expresiei (9) la expresia (10) și luând logaritmul

LJ = L + 101g(p0c0/buc).

În condiții atmosferice normale

Reducerea zgomotului este măsurată și în decibeli:

De exemplu, dacă zgomotul unității este redus în intensitate de 1000 de ori, atunci nivelul de intensitate va fi redus cu

L1 - L2 = 10 lg 1000 = 30 dB.

În cazul în care zgomotul din mai multe surse intră în punctul calculat, se adună intensitățile acestora, dar nu și nivelurile lor. În acest caz, se presupune că sursele sunt incoerente, adică presiunile pe care le creează au faze arbitrare.

J = J1 + J2 + ... + Jn.

Nivelul de intensitate dorit (dB) cu funcționarea simultană a acestor surse se obține prin împărțirea părților din stânga și din dreapta acestei expresii la J0 și luând logaritmul:

unde L1, L2, ..., Ln sunt nivelurile de presiune sonoră sau nivelurile de intensitate create de fiecare dintre surse la punctul de proiectare.

Caracteristicile considerate ale însumării nivelului sunt de mare importanță practică pentru suprimarea zgomotului. Astfel, cu un număr mare de surse identice, atenuarea doar a câtorva dintre ele practic nu va reduce zgomotul total. Dacă zgomotul de la surse de intensitate diferită intră la locul de muncă, atunci este necesar să se reducă mai întâi zgomotul de la surse mai puternice.

Dacă există n surse de zgomot identice cu un nivel de presiune sonoră Li creat de fiecare sursă, atunci zgomotul total (dB)

L = Li + 10lgn.

Din această formulă se poate observa că două surse identice vor crea împreună un nivel cu 3 dB mai mare decât fiecare sursă.

Orez. 38. Curbe de volum egal al sunetelor

Scara logaritmică de decibeli vă permite să determinați numai caracteristicile fizice ale zgomotului. Cu toate acestea, este construit în așa fel încât valoarea de prag a presiunii sonore p0 să corespundă pragului de audibilitate la o frecvență de 1.000 Hz.

Aparatul auditiv uman are o sensibilitate inegală la sunete de diferite frecvențe, și anume, cea mai mare sensibilitate la frecvențe medii și înalte (800-4000 Hz) și cea mai mică la frecvențe joase (20-100 Hz). Prin urmare, pentru evaluarea fiziologică a zgomotului, se folosesc curbe de volum egal (Fig. 38), obținute din rezultatele studierii proprietăților organului auzului pentru a evalua sunete de diferite frecvențe în funcție de senzația subiectivă de zgomot, adică a judeca care dintre ele este mai puternică sau mai slabă.

Nivelurile sonore sunt măsurate în phons. La o frecvență de 1000 Hz, se presupune că nivelurile de volum sunt egale cu nivelurile presiunii sonore.

Orice dependență a oricărei mărimi (de exemplu, presiunea sonoră) de timp poate fi reprezentată ca suma unui număr finit sau infinit de oscilații sinusoidale ale acestei mărimi (vezi Capitolul 4).

Fiecare astfel de oscilație este caracterizată de valoarea sa pătrată medie a mărimii fizice și a frecvenței f, adică numărul de oscilații pe secundă (Hz).

Urechea umană poate percepe doar vibrațiile ale căror frecvențe variază între 16-20 și 16.000-20.000 Hz. Sub 16 Hz și peste 20.000 Hz există, respectiv, zone de infrasunete și ultrasunete inaudibile de om.

Dependența valorilor rms ale componentelor zgomotului sinusoidal (sau nivelurile lor de decibeli corespunzătoare) de frecvență se numește spectrul de frecvență al zgomotului (sau pur și simplu spectrul).

Spectrele sunt obținute folosind analizoare de zgomot - un set de filtre electrice care trec un semnal într-o anumită bandă de frecvență - banda de trecere.

Acustică– un domeniu al fizicii care studiază vibrațiile și undele elastice, metodele de producere și înregistrare a vibrațiilor și undelor și interacțiunea acestora cu materia.

Sunetul în sens larg este vibrații elastice și unde care se propagă în substanțe gazoase, lichide și solide; în sens restrâns, un fenomen perceput subiectiv de organul auditiv al oamenilor și animalelor. În mod normal, urechea umană aude sunet în intervalul de frecvență de la 16 Hz la 20 kHz.

Se numește sunet cu o frecvență sub 16 Hz infrasunete, peste 20 kHz – ecografie, și undele elastice de cea mai înaltă frecvență în intervalul de la 10 9 la 10 12 Hz - hipersunet.

Sunetele existente în natură sunt împărțite în mai multe tipuri.

explozie sonica– acesta este un impact sonor de scurtă durată (bătăi din palme, explozie, lovitură, tunet).

Ton este un sunet care este un proces periodic. Principala caracteristică a tonului este frecvența. Tonul poate fi simplu, caracterizat printr-o singură frecvență (de exemplu, produs de un diapazon, generator de sunet) sau complex (produs, de exemplu, de un aparat de vorbire, un instrument muzical).

Ton complex poate fi reprezentat ca o sumă de tonuri simple (descompuse în tonuri componente). Cea mai mică frecvență a unei astfel de descompunere îi corespunde ton fundamental, si restul - acorduri, sau armonici. Hartonurile au frecvențe care sunt multipli ale frecvenței fundamentale.

Spectrul acustic al unui ton este suma tuturor frecvențelor sale, indicând intensitățile sau amplitudinile relative ale acestora.

Zgomot- Acesta este un sunet care are o dependență complexă, nerepetată de timp și este o combinație de tonuri complexe care se schimbă aleatoriu. Spectrul acustic al zgomotului este continuu (foșnet, scârțâit).

Caracteristicile fizice ale sunetului:

A) Viteză (v). Sunetul circulă în orice mediu, cu excepția vidului. Viteza de propagare a acestuia depinde de elasticitatea, densitatea și temperatura mediului, dar nu depinde de frecvența oscilațiilor. Viteza sunetului în aer în condiții normale este de aproximativ 330 m/s (» 1200 km/h). Viteza sunetului în apă este de 1500 m/s; Viteza sunetului în țesuturile moi ale corpului are o importanță similară.

b) Intensitate (eu) – energia caracteristică a sunetului este densitatea fluxului energetic al unei unde sonore. Pentru urechea umană, două valori de intensitate sunt importante (la o frecvență de 1 kHz):

pragul de auz – eu 0 = 10–12 W/m2; un astfel de prag a fost ales pe baza unor indicatori obiectivi - acesta este pragul minim pentru percepția sunetului de către urechea umană normală; sunt oameni care au intensitate eu 0 poate fi 10–13 sau 10–9 W/m2;

pragul durerii – eu max – 10 W/m2; o persoană nu mai aude un sunet de o asemenea intensitate și îl percepe ca un sentiment de presiune sau durere.

V) Presiunea sonoră (R). Propagarea unei unde sonore este însoțită de o schimbare a presiunii.

Presiunea sonoră (R) – aceasta este presiunea care apare atunci când o undă sonoră trece printr-un mediu; este exces peste presiunea medie a mediului.

Fiziologic, presiunea sonoră se manifestă ca presiune asupra timpanului. Două valori ale acestui parametru sunt importante pentru o persoană:

– presiunea sonoră la pragul audibilității – P 0 = 2×10 –5 Pa;

– presiunea sonoră la pragul durerii – R m ax =

Între intensitate ( eu) și presiunea sonoră ( R) există o conexiune:

eu = P 2 /2rv,

Unde r- densitatea mediului, v– viteza sunetului în mediu.

G) Impedanța caracteristică a mediului (R a) este produsul densității medii ( r) la viteza de propagare a sunetului ( v):

R a = rv.

Coeficientul de reflexie (r) – o valoare egală cu raportul dintre intensitățile undelor reflectate și incidente:

r = eu neg / eu pad.

r calculat prin formula:

r = [(R a 2 – R a 1)/( R a 2 + R a 1)] 2 .

Intensitatea undei refractate depinde de transmisie.

Transmisie (b) – o valoare egală cu raportul dintre intensitățile undelor transmise (refractate) și incidente:

b = I trecut / eu pad.

Pentru o cădere normală, coeficientul b calculat prin formula

b = 4(R a 1/ R a 2)/( R a 1/ R a 1 + 1) 2 .

Rețineți că suma coeficienților de reflexie și refracție este egală cu unitatea, iar valorile acestora nu depind de ordinea în care sunetul trece prin aceste medii. De exemplu, pentru trecerea sunetului de la aer la apă, coeficienții sunt aceiași ca pentru trecerea în sens opus.

d) Nivel de intensitate. Când comparăm intensitatea sunetului, este convenabil să folosiți o scară logaritmică, adică să comparați nu valorile în sine, ci logaritmii lor. În acest scop, se folosește o valoare specială - nivelul de intensitate ( L):

L = lg(eu/eu 0);L = 2lg(P/P 0). (1.3.79)

Unitatea de măsură a nivelului de intensitate este - alb, [B].

Natura logaritmică a dependenței nivelului de intensitate de intensitatea în sine înseamnă că, cu o creștere a intensității de 10 ori, nivelul de intensitate crește cu 1 B.

Un bel este o valoare mare, deci în practică se folosește o unitate mai mică de nivel de intensitate - decibel[dB]: 1 dB = 0,1 B. Nivelul de intensitate în decibeli este exprimat prin următoarele formule:

L DB = 10 lg(eu/eu 0); L DB = 20 lg(P/P 0).

Dacă undele sonore ajung la un punct dat de la mai multe surse incoerente, atunci intensitatea sunetului este egală cu suma intensităților tuturor undelor:

eu = eu 1 + eu 2 + ...

Pentru a afla nivelul de intensitate al semnalului rezultat, utilizați următoarea formulă:

L = lg(10L l +10 L l + ...).

Aici intensitățile trebuie exprimate în belah. Formula pentru tranziție este

L= 0.l× L DB.

Caracteristicile senzației auditive:

Pas este determinată în primul rând de frecvența tonului fundamental (cu cât frecvența este mai mare, cu atât sunetul este perceput mai mare). Într-o măsură mai mică, înălțimea depinde de intensitatea undei (sunetul de intensitate mai mare este perceput ca mai scăzut).

Timbru sunetul este determinat de spectrul său armonic. Spectre acustice diferite corespund unor timbre diferite, chiar și atunci când tonul lor fundamental este același. Timbrul este o caracteristică calitativă a sunetului.

Volumul sunetului este o evaluare subiectivă a nivelului de intensitate a acesteia.

Legea Weber-Fechner:

Dacă creșteți iritația într-o progresie geometrică (adică de același număr de ori), atunci senzația acestei iritații crește într-o progresie aritmetică (adică cu aceeași cantitate).

Pentru sunet cu o frecvență de 1 kHz, introduceți unitatea de nivel de volum - fundal, care corespunde unui nivel de intensitate de 1 dB. Pentru alte frecvențe, nivelul sonorității este, de asemenea, exprimat în fundaluri conform următoarei reguli:

Intensitatea unui sunet este egală cu nivelul intensității sunetului (dB) la o frecvență de 1 kHz care face ca persoana „medie” să aibă aceeași senzație de zgomot ca un sunet dat și

E = klg(eu/eu 0). (1.3.80)

Exemplul 32. Sunetul care corespunde nivelului de intensitate de pe stradă L 1 = 50 dB, audibil în cameră ca sunet cu nivel de intensitate L 2 = 30 dB. Găsiți raportul dintre intensitățile sunetului de pe stradă și din cameră.

Dat: L 1 = 50 dB = 5 B;

L 2 = 30 dB = 3 B;

eu 0 = 10–12 W/m2.

Găsi: eu 1 /eu 2 .

Soluţie. Pentru a afla intensitatea sunetului în cameră și pe stradă, scriem formula (1.3.79) pentru cele două cazuri luate în considerare în problemă:

L 1 = lg(eu 1 /eu 0); L 2 = lg(eu 2 /eu 0),

de unde exprimam intensitatea eu 1 și eu 2:

5 = lg(eu 1 /eu 0) Þ eu 1 = eu 0 ×105;

3 = lg(eu 2 /eu 0) Þ eu 2 = eu 0 × 10 3 .

Evident: eu 1 /eu 2 = 10 5 /10 3 = 100.

Raspuns: 100.

Exemplul 33. Pentru persoanele cu funcția afectată a urechii medii, aparatele auditive sunt concepute pentru a transmite vibrațiile direct la oasele craniului. Pentru conducerea osoasă, pragul de auz este cu 40 dB mai mare decât pentru conducerea aerului. Care este intensitatea minimă a sunetului pe care o poate percepe o persoană cu deficiențe de auz?

Dat: L k = Lîn + 4.

Găsi: eu min.

Soluţie. Pentru conducerea osoasă și a aerului, conform (1.3.79),

L k = lg(eu min/ eu 0); Lîn = lg(eu 2 /eu 0), (1.3.81)

Unde eu 0 – pragul de auz.

Din condiţiile problemei şi (1.3.81) rezultă că

L k = lg(eu min/ eu 0) = Lîn + 4 = lg(eu 2 /eu 0) + 4, de unde

lg(eu min/ eu 0) – lg(eu 2 /eu 0) = 4, adică

lg[(eu min/ eu 0) : (eu 2 /eu 0)] = 4 Þ lg(eu min/ eu 2) = 4, avem:

eu min/ eu 2 = 10 4 Þ eu min = eu 2 × 10 4 .

La eu 2 = 10–12 W/m2, eu min = 10–8 W/m2.

Răspuns: eu min = 10–8 W/m2.

Exemplul 34. Sunetul cu o frecvență de 1000 Hz trece prin perete, iar intensitatea acestuia scade de la 10–6 W/m2 la 10–8 W/m2. Cât de mult a scăzut nivelul de intensitate?

Dat: n= 1000 Hz;

eu 1 = 10 –6 W/m2;

eu 2 = 10–8 W/m2;

eu 0 = 10–12 W/m2.

Găsi: L 2 – L 1 .

Soluţie. Găsim nivelurile de intensitate a sunetului înainte și după trecerea peretelui din (1.3.79):

L 1 = lg(eu 1 /eu 0); L 2 = lg(eu 2 /eu 0), de unde

L 1 = lg(10 –6 /10 –12) = 6; L 2 = lg(10 –8 /10 –12) = 4.

Apoi L 2 – L 1 = 6 – 4 = 2 (B) = 20 (dB).

Răspuns: Nivelul de intensitate a scăzut cu 20 dB.

Exemplul 35. Pentru persoanele cu auz normal, o modificare a nivelului volumului este resimțită atunci când intensitatea sunetului se modifică cu 26%. Cărui interval de zgomot corespunde modificarea indicată a intensității sunetului? Frecvența sunetului este de 1000 Hz.

Dat: n= 1000 Hz;

eu 0 = 10–12 W/m2;

D.I. = 26 %.

Găsi: D.L..

Soluţie. Pentru o frecvență a sunetului egală cu 1000 Hz, scalele de intensitate a sunetului și intensitatea sonoră coincid conform formulei (1.3.80), deoarece k = 1,

E = klg(eu/eu 0) = lg(eu/eu 0) = L, Unde

D.L. = lg(DI/I 0) = 11,4 (B) = 1 (dB) = 1 (fond).

Răspuns: 1 fundal.

Exemplul 36. Nivelul de intensitate al receptorului este de 90 dB. Care este nivelul maxim de intensitate a trei receptoare care funcționează simultan?

Sunetul sau zgomotul apar în timpul vibrațiilor mecanice în medii solide, lichide și gazoase. Zgomotul este o varietate de sunete care interferează cu activitatea umană normală și provoacă disconfort. Sunetul este mișcarea oscilativă a unui mediu elastic, percepută de organul nostru de auz. Sunetul care se propagă în aer este de obicei numit pe calea aerului zgomot; sunetul transmis prin structurile clădirii se numește structural. Mișcarea unei unde sonore în aer este însoțită de o creștere și o scădere periodică a presiunii. Se numește o creștere periodică a presiunii în aer în comparație cu presiunea atmosferică într-un mediu netulburat sunet presiune R(Pa), organul nostru auditiv reacționează la modificările presiunii aerului. Cu cât presiunea este mai mare, cu atât este mai mare iritația organului auditiv și senzația de volum a sunetului. Unda sonoră este caracterizată de o frecvență fși amplitudinea vibrației. Amplitudinea oscilațiilor undei sonore determină presiunea sonoră; cu cât amplitudinea este mai mare, cu atât presiunea sonoră este mai mare și sunetul este mai puternic. Se numește timpul unei oscilații perioada de oscilație T(Cu): T=1/f.

Distanța dintre două secțiuni adiacente de aer care au aceeași presiune sonoră în același timp este determinată de lungimea de undă X.

Se numește partea din spațiu în care circulă undele sonore câmp sonor. Orice punct din câmpul sonor este caracterizat de o anumită presiune sonoră Rși viteza de mișcare a particulelor de aer.

Sunetele într-un mediu izotrop pot călători sub formă de unde sferice, plane și cilindrice. Când dimensiunea sursei de sunet este mică în comparație cu lungimea de undă, sunetul se deplasează în toate direcțiile sub formă de unde sferice. Dacă dimensiunea sursei este mai mare decât lungimea undei sonore emise, atunci sunetul călătorește sub forma unei unde plane. O undă plană se formează la distanțe considerabile de o sursă de orice dimensiune.

Viteza de propagare a undelor sonore Cu depinde de proprietățile elastice, de temperatură și densitatea mediului în care se propagă. Odată cu vibrațiile sonore ale mediului (de exemplu, aerul), particulele elementare de aer încep să oscileze în jurul poziției de echilibru. Viteza acestor vibrații v mult mai mică decât viteza undelor sonore în aer Cu.

Viteza de propagare a undei sonore (m/s)

C=λ/T sau C=λf

Viteza sunetului în aer la t= 20 °C este aproximativ egal cu 334, în oțel - 5000, în beton - 4000 m/s. Într-un câmp sonor liber, în care nu există unde sonore reflectate, viteza vibrațiilor relative

v = р/ρс,

Unde R- presiunea sonoră, Pa; ρ - densitatea mediului, kg/m 3 ; ρс- rezistenta acustica specifica a mediilor (pentru aer ρс= 410 Pa-s/m).

Când undele sonore se propagă, are loc transferul de energie. Energia sonoră transferată este determinată de intensitatea sunetului eu. În condiții de câmp sonor liber, intensitatea sunetului este măsurată prin cantitatea medie de energie care trece pe unitatea de timp printr-o suprafață unitară perpendiculară pe direcția de propagare a sunetului.

Intensitatea sunetului (W/m2) este o mărime vectorială și poate fi determinată din următoarea relație

I=p2/(ρc); I=v∙p:

Unde R- valoarea instantanee a presiunii sonore, Pa; v- valoarea instantanee a vitezei oscilatorii, m/s.

Intensitatea zgomotului (W/m2) care trece prin suprafața unei sfere cu raza r este egală cu puterea radiată a sursei W,împărțit la suprafața sursei:

I = W/(4πr 2).

Această dependență determină legea de bază a propagării sunetului într-un câmp sonor liber (fără a ține cont de atenuare), conform căreia intensitatea sunetului scade invers proporțional cu pătratul distanței.

Caracteristica unei surse de sunet este puterea sonoră W(W), care determină cantitatea totală de energie sonoră emisă de întreaga suprafață a sursei S pe unitatea de timp:

Unde eu n- intensitatea fluxului de energie sonoră în direcția normală elementului de suprafață.

Dacă un obstacol este întâlnit pe calea undelor sonore, atunci din cauza fenomenelor de difracție undele sonore se îndoaie în jurul obstacolului. Cu cât lungimea de undă este mai mare în comparație cu dimensiunile liniare ale obstacolului, cu atât îndoirea este mai mare. Când lungimea de undă este mai mică decât dimensiunea obstacolului, se observă reflexia undelor sonore și formarea unei „umbre sonore” în spatele obstacolului, unde nivelurile de sunet sunt semnificativ mai scăzute în comparație cu nivelul sonor care acționează asupra obstacolului. Prin urmare, sunetele de joasă frecvență se îndoaie ușor în jurul obstacolelor și se răspândesc pe distanțe lungi. Această împrejurare trebuie să fie întotdeauna luată în considerare atunci când se utilizează bariere de zgomot.

Într-un spațiu închis (camera de producție), undele sonore, reflectate de obstacole (pereți, tavane, echipamente), formează un așa-numit câmp sonor difuz în interiorul încăperii, unde toate direcțiile de propagare a undelor sonore sunt la fel de probabile.

Descompunerea zgomotului în tonurile sale componente (sunete cu aceeași frecvență) cu determinarea intensităților lor se numește analiza spectrală,și o reprezentare grafică a compoziției frecvenței zgomotului - spectru. Pentru a obține spectre de frecvență ale zgomotului, nivelurile de presiune sonoră sunt măsurate la diferite frecvențe folosind un zgomometru și un analizor de spectru. Pe baza rezultatelor acestor măsurători, se construiește un spectru de zgomot la frecvențe medii geometrice standard fixe de 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Hz.

La orez! 11.1, a...g prezintă grafice ale vibrațiilor sonore în coordonate (nivel de presiune acustică - timp). În fig. 11.1, d...z Spectrele sonore sunt prezentate în coordonate (nivel de presiune sonoră - frecvență). Spectrul de frecvență al unei vibrații complexe, constând din multe tonuri simple (oscilații), este reprezentat de un număr de linii drepte de diferite înălțimi, construite la frecvențe diferite.

Orez. 11.1. Grafice ale vibrațiilor sonore corespunzătoare spectrelor lor de sunet.

Organul auzului uman este capabil să perceapă o gamă semnificativă de intensități sonore - de la abia audibile (la pragul audibilității) la sunete la pragul durerii. Intensitatea sunetului la pragul durerii este de 10 16 ori mai mare decât intensitatea sunetului la pragul audibilității. Intensitatea sunetului (W/m2) și presiunea sonoră (Pa) la pragul de audibilitate pentru sunetul cu o frecvență de 1000 Hz sunt, respectiv eu 0=10 -12 și p o= 2∙.1О -5.

Utilizarea practică a valorilor absolute ale mărimilor acustice, de exemplu, pentru reprezentarea grafică a distribuției presiunii sonore și a intensităților sunetului de-a lungul spectrului de frecvență, este incomodă din cauza graficelor greoaie. În plus, este important să se țină seama de faptul că organul auzului uman răspunde la o modificare relativă a presiunii și intensității sonore în raport cu valorile de prag. Prin urmare, în acustică se obișnuiește să funcționeze nu cu valori absolute ale intensității sunetului sau ale presiunii sonore, ci cu nivelurile lor logaritmice relative. L, luate în raport cu valorile prag ρ o sau eu 0.

Unitatea de măsură pentru nivelul de intensitate a sunetului este un bel (B). Bel este logaritmul zecimal al raportului dintre intensitatea sunetului I și intensitatea pragului. La eu/eu 0=10 nivel de intensitate a sunetului L=1B, la eu/eu 0=100 L= 2B; la eu/eu 0=1000 L= 3B etc.

Cu toate acestea, urechea umană poate distinge clar o modificare a nivelului sonor de 0,1 B. Prin urmare, în practica măsurătorilor și calculelor acustice, se folosește o valoare de 0,1 B, care se numește decibel (dB). În consecință, nivelul de intensitate a sunetului (dB) este determinat de relație

L=10∙lgI/I 0.

Deoarece I = Р 2 /ρс, apoi nivelul presiunii acustice (dB) se calculează folosind formula

L = 20lgP/P0.

Organul auzului uman și microfoanele sonometrelor sunt sensibile la modificările nivelului presiunii sonore, prin urmare normalizarea zgomotului și gradarea scalelor instrumentelor de măsurare sunt efectuate în funcție de nivelul presiunii sonore (dB). În măsurătorile și calculele acustice, se folosesc valori fără vârf (maximum) ale parametrilor I; R; W,și valorile lor pătratice medii, care pentru oscilațiile armonice sunt de câteva ori mai mici decât maximul. Introducerea valorilor pătratice-rădăcină medie este determinată de faptul că acestea reflectă în mod direct cantitatea de energie conținută în semnalele corespunzătoare primite în instrumentele de măsură, precum și de faptul că organul auzului uman reacționează la modificările presiunea sonoră pătrată medie.

Într-o unitate de producție există de obicei mai multe surse de zgomot, fiecare dintre acestea afectând nivelul general de zgomot. La determinarea nivelului de sunet din mai multe surse, se folosesc dependențe speciale, deoarece nivelurile de sunet nu sunt adăugate aritmetic. De exemplu, dacă fiecare dintre cele două platforme de vibrații creează un zgomot de 100 dB, atunci nivelul total de zgomot în timpul funcționării lor va fi de 103 dB și nu de 200 dB.

Două surse identice produc împreună un nivel de zgomot cu 3 dB mai mare decât nivelul fiecărei surse.

Nivelul total de zgomot de la P sursele de nivel de zgomot egal într-un punct echidistant de ele sunt determinate de formula

L suma =L+10lg n

Unde L- nivelul de zgomot al unei singure surse.

Nivelul total de zgomot la punctul de proiectare dintr-un număr arbitrar de surse de diferite intensități este determinat de ecuație

Unde L 1,..., Ln- nivelurile de presiune acustică sau nivelurile de intensitate produse de fiecare sursă la punctul de proiectare.

11.2. EFECTUL ZGOMOTULUI

DESPRE CORPUL UMAN. NIVELURI DE ZGOMOT PERMISE

Din punct de vedere fiziologic, zgomotul este orice sunet care este neplăcut de perceput, interferează cu vorbirea și afectează negativ sănătatea umană. Organul auzului uman răspunde la modificări ale frecvenței, intensității și direcției sunetului. O persoană este capabilă să distingă sunete în intervalul de frecvență de la 16 la 20.000 Hz. Granițele percepției frecvențelor sunetului nu sunt aceleași pentru diferiți oameni; depind de vârstă și de caracteristicile individuale. Oscilații cu o frecvență sub 20 Hz (infrasunete)și cu o frecvență de peste 20.000 Hz (ecografie), Deși nu provoacă senzații auditive, ele există în mod obiectiv și produc un efect fiziologic specific asupra corpului uman. S-a stabilit că expunerea prelungită la zgomot provoacă diverse modificări negative asupra sănătății organismului.

Obiectiv, efectul zgomotului se manifestă sub formă de creștere a tensiunii arteriale, puls și respirație rapidă, scăderea acuității auzului, atenție slăbită, o anumită afectare a coordonării motorii și scăderea performanței. Subiectiv, efectul zgomotului poate fi exprimat sub formă de dureri de cap, amețeli, insomnie și slăbiciune generală. Complexul de modificări care apar în organism sub influența zgomotului a fost recent considerat de medici „boala zgomotului”.

Studiile medicale și fiziologice au arătat, de exemplu, că atunci când efectuează lucrări complexe într-o cameră cu un nivel de zgomot de 80...90 dBA, un muncitor trebuie să depună în medie cu 20% mai mult efort fizic și nervos pentru a avea productivitatea muncii atinsă. la un nivel de zgomot de 70 dBA. În medie, putem presupune că o scădere a nivelului de zgomot cu 6... 10 dBA duce la o creștere a productivității muncii cu 10... 12%.

Când intră într-un loc de muncă cu niveluri ridicate de zgomot, lucrătorii trebuie să fie supuși unui examen medical cu participarea unui otolaringolog, neurolog și terapeut. Inspecțiile periodice ale lucrătorilor din atelierele zgomotoase trebuie efectuate în următoarele perioade: dacă nivelul de zgomot în orice bandă de octave depășește 10 dB - o dată la trei ani; de la 11 la 20 dB - 1 dată și doi ani; peste 20 dB - o dată pe an. Persoanele sub 18 ani și lucrătorii care suferă de deficiențe de auz, otoscleroză, disfuncție vestibulară, nevroză, boli ale sistemului nervos central sau boli cardiovasculare nu sunt acceptați să lucreze în atelierele zgomotoase.

Baza reglementării zgomotului este limitarea energiei sonore care afectează o persoană în timpul unui schimb de muncă la valori care sunt sigure pentru sănătatea și performanța sa. Standardizarea ia în considerare diferența de pericol biologic 4 al zgomotului în funcție de compoziția spectrală și de caracteristicile de timp și se realizează în conformitate cu GOST 12.1.003-83. Pe baza naturii spectrului, zgomotul este împărțit în: bandă largă cu emisie de energie sonoră într-un spectru continuu lat mai mult de o octava; tonal cu emisia de energie sonoră în tonuri individuale.

Standardizarea se realizează prin două metode: 1) conform spectrului maxim de zgomot; 2) prin nivelul sonor (dBA), măsurat atunci când răspunsul în frecvență de reglare „A” al sonometrului este pornit. Conform spectrului de limitare, nivelurile de presiune sonoră sunt normalizate în principal pentru zgomot constant în benzi de frecvență standard de octave cu frecvențe medii geometrice 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Hz.

Nivelurile de presiune sonoră la locurile de muncă în intervalul de frecvență reglementat nu trebuie să depășească valorile specificate în GOST 12.1.003-83. Pentru o evaluare aproximativă a zgomotului, puteți utiliza caracteristica de zgomot în nivelurile de zgomot în dBA (când caracteristica de corecție a sonometrul „A” este pornit), la care Sensibilitatea întregii căi de măsurare a zgomotului corespunde cu sensibilitatea medie a organului auditiv uman la diferite frecvențe ale spectrului.

Standardizarea ține cont de riscul biologic mai mare al zgomotului tonal și de impuls prin introducerea de amendamente corespunzătoare.

Datele de reglementare privind nivelurile de presiune sonoră în octave în dB, nivelurile de sunet în dBA pentru întreprinderile industriale și vehicule sunt date în GOST 12.1003-83. Pentru clădirile rezidențiale și publice, standardizarea se realizează conform SN 3077-84 „Standarde sanitare pentru zgomotul admis în clădiri rezidențiale, clădiri publice și în zone rezidențiale.”

11.3. INSTRUMENTE DE MĂSURARE A ZGOMOTULUI

Pentru măsurarea nivelului de zgomot se folosesc sonometre, ale căror elemente principale sunt un microfon care convertește vibrațiile sonore ale aerului în cele electrice, un amplificator și un cadran sau indicator digital. Sonometrele obiective moderne au caracteristici corective de frecvență „A” și „Lin”. Caracteristica liniară (Lin) este utilizată la măsurarea nivelurilor de presiune acustică în benzi de octave 63...8000 Hz, când sonometrul are aceeași sensibilitate pe întregul interval de frecvență. Pentru ca citirile sonometrului să fie mai aproape de senzațiile subiective de zgomot, se folosește caracteristica sonometrului „A”, care corespunde aproximativ cu sensibilitatea organului auditiv la diferite volume. Gama de niveluri de zgomot măsurate de sonometre este de 30...140 dB.

Analiza de frecvență a zgomotului este efectuată de un sonometru cu un analizor de spectru atașat, care este un set de filtre acustice, fiecare dintre acestea trece printr-o bandă de frecvență îngustă definită de limitele superioare și inferioare ale benzii de octave. Pentru a obține rezultate de înaltă precizie în condiții de producție, se înregistrează doar nivelul sunetului în dBA, iar analiza spectrală se efectuează folosind o înregistrare a zgomotului pe bandă, care este descifrată cu echipamente staționare.

Pe lângă instrumentele principale (sonometru și analizor), se folosesc înregistratoare, care înregistrează pe bandă de hârtie distribuția nivelurilor de zgomot pe frecvențele spectrale și un spectrometru, care face posibilă prezentarea procesului analizat pe ecran. Aceste dispozitive captează o imagine spectrală aproape instantanee a zgomotului.

11.4. MIJLOACE ŞI METODE DE PROTECŢIE FONIC

Elaborarea măsurilor de combatere a zgomotului industrial ar trebui să înceapă în etapa de proiectare a proceselor și mașinilor tehnologice, elaborarea unui plan de etaj și a unui plan general pentru întreprindere, precum și a secvenței tehnologice a operațiunilor. Aceste măsuri pot fi: reducerea zgomotului la sursă; reducerea zgomotului de-a lungul căilor sale de propagare; activitati de arhitectura si planificare; îmbunătățirea proceselor și mașinilor tehnologice; tratarea acustică a spațiilor.

Reducerea zgomotului la sursă este cea mai eficientă și mai rentabilă. La fiecare mașină (motor electric, ventilator, platformă de vibrații), ca urmare a vibrațiilor (coliziunilor) atât ale întregului utilaj, cât și ale părților sale constitutive (roți dințate, rulmenți, arbori, roți dințate), apare zgomot de origine mecanică, aerodinamică și electromagnetică.

La acţionarea diferitelor mecanisme, zgomotul poate fi redus cu 5...10 dB prin: eliminarea golurilor din angrenaje şi conexiunile pieselor cu rulmenţi; utilizarea conexiunilor globoide și chevron; utilizarea pe scară largă a pieselor din plastic. Zgomotul în rulmenți și roți dințate scade, de asemenea, pe măsură ce viteza și sarcina scad. Adesea, nivelurile crescute de zgomot apar din cauza reparației intempestive a echipamentelor, atunci când fixarea pieselor este slăbită și apare o uzură inacceptabilă a pieselor. Reducerea zgomotului mașinilor cu vibrații se realizează prin: reducerea zonei elementelor vibratoare; înlocuirea transmisiilor cu angrenaje și lanț cu curele trapezoidale sau hidraulice; înlocuirea rulmenților cu rulmenți de alunecare, acolo unde acest lucru nu determină o creștere semnificativă a consumului de energie (reducerea zgomotului cu până la 15 dB); creșterea eficienței izolării vibrațiilor, deoarece reducerea nivelului de vibrație al pieselor duce întotdeauna la o scădere a zgomotului; reducerea intensității procesului de formare a vibrațiilor datorită unei ușoare creșteri a timpului de vibrație.

Zgomotul de origine aerodinamică și electromagnetică poate fi deseori redus doar prin reducerea puterii sau a vitezei de funcționare a mașinii, ceea ce va duce inevitabil la o scădere a productivității sau la perturbarea procesului tehnologic. Prin urmare, în multe cazuri, când nu a putut fi realizată o reducere semnificativă a zgomotului la sursă, se folosesc metode de „Reducerea 1 a zgomotului de-a lungul căilor de propagare a acestuia, adică folosesc carcase de protecție împotriva zgomotului, ecrane și zgomot aerodinamic. amortizoare.

Măsurile de arhitectură și planificare includ măsuri de protecție împotriva zgomotului, începând cu elaborarea unui plan general pentru o întreprindere din industria construcțiilor și a unui plan de atelier. Se recomandă aranjarea celor mai zgomotoase și periculoase industrii în complexe separate, asigurând goluri între cele mai apropiate obiecte învecinate în conformitate cu Standardele Sanitare SN 245-71. La planificarea spațiilor în interiorul clădirilor industriale și auxiliare, este necesar să se asigure distanța maximă posibilă a spațiilor cu zgomot redus față de spațiile cu echipamente tehnologice „zgomotoase”.

Prin planificarea rațională a unei unități de producție, este posibilă limitarea răspândirii zgomotului și reducerea numărului de lucrători expuși la zgomot. De exemplu, atunci când platformele vibrante sau morile cu bile sunt amplasate într-o încăpere izolată de alte zone ale atelierului, se obține o reducere bruscă a nivelului de zgomot de producție și condiții de lucru îmbunătățite pentru majoritatea lucrătorilor. Plasarea pereților și a tavanului unei spații industriale cu materiale fonoabsorbante ar trebui utilizată în combinație cu alte metode de reducere a zgomotului, deoarece numai prin tratarea acustică a încăperii se poate obține o reducere a zgomotului cu o medie de 2...3 dBA. . O astfel de reducere a zgomotului nu este de obicei suficientă pentru a crea un mediu de zgomot favorabil în zona de producție.

Măsurile tehnologice de combatere a zgomotului includ selecția proceselor tehnologice care utilizează mecanisme și mașini care generează sarcini dinamice minime. De exemplu, înlocuirea mașinilor care utilizează metoda vibrației de compactare a amestecului de beton (platformă vibratoare etc.) cu mașini care utilizează tehnologie fără vibrații pentru producerea produselor din beton armat, atunci când turnarea produselor se realizează prin presare sau injectare a amestec de beton într-o matriță sub presiune.

Pentru protejarea lucrătorilor din spațiile de producție cu echipamente zgomotoase se utilizează: izolarea fonică a spațiilor auxiliare adiacente zonei de producție zgomotoase; cabine de observare și control de la distanță; ecrane acustice și carcase de izolare fonică; tratarea pereților și plafoanelor cu placare de izolare fonică sau folosirea de absorbanți pentru piese; cabine și adăposturi izolate fonic pentru odihnă reglementată pentru lucrătorii de la posturile zgomotoase; acoperiri de amortizare a vibrațiilor pe carcasele și carcasele mașinilor și instalațiilor cu vibrații active; izolarea vibrațiilor mașinilor active cu vibrații bazate pe diverse sisteme de absorbție a șocurilor.

Acolo unde este necesar, măsurile de protecție colectivă sunt completate cu utilizarea echipamentului personal de protecție împotriva zgomotului sub formă de diferite căști, dopuri de urechi și căști.

11.5. Izolarea fonică

Zgomotul care circulă prin aer poate fi redus semnificativ prin instalarea de bariere de izolare fonică în calea sa sub formă de pereți, pereți despărțitori, tavane, carcase speciale de izolare fonică și ecrane. Esența izolației fonice a unui gard este că cea mai mare parte a energiei sonore care cade pe acesta este reflectată și doar o mică parte din aceasta pătrunde prin gard. Transmiterea sunetului prin gard se realizează după cum urmează: o undă sonoră incidentă pe gard îl pune în mișcare oscilativă cu o frecvență egală cu frecvența vibrațiilor aerului în val. Gardul oscilant devine o sursă de sunet și îl radiază în camera izolată. Transmiterea sunetului dintr-o cameră cu o sursă de zgomot către o cameră adiacentă are loc în trei direcții: 1 - prin fisuri și găuri; 2 - datorita vibratiei obstacolului; 3 - prin structuri adiacente (zgomot structural) (Fig. 11.2). Cantitatea de energie sonoră transmisă crește odată cu creșterea amplitudinii vibrației gardului. Fluxul energiei sonore

A la întâlnirea cu un obstacol, γ4 negativ este parțial reflectat, parțial absorbit în porii materialului obstacol Și absorbși trece parțial dincolo de barieră datorită vibrațiilor sale A prosh - Cantitatea de energie sonoră reflectată, absorbită și transmisă este caracterizată de coeficienții: reflexia sunetului β=A neg/A; absorbția fonică α=A absorb /A; conductivitatea sunetului τ=A trecut /A. Conform legii conservării energiei α+β+τ=1. Pentru cele mai utilizate materiale de placare a clădirilor α= O.1 ÷0.9 la frecvente 63...8000 Hz. Calitățile aproximative de izolare fonică ale unui gard sunt estimate prin coeficientul, conductivitatea sunetului m. În cazul unui câmp sonor difuz, valoarea izolației fonice proprii a gardului. R(dB) este determinată de dependență

Izolarea fonică a gardurilor cu un singur strat. Structurile de izolare fonică sunt denumite în mod obișnuit un singur strat, dacă sunt realizate dintr-un material de construcție omogen sau sunt compuse din mai multe straturi din materiale diferite, legate rigid (pe toată suprafața) între ele, sau din materiale cu proprietăți acustice comparabile (de exemplu, un strat de cărămidă și tencuială). Să luăm în considerare caracteristicile de izolare fonică ale unui gard cu un singur strat în trei intervale de frecvență (Fig. 11.3). La frecvențe joase, aproximativ 20...63 Hz (fenomene de interval de frecvență. Zonele de vibrații rezonante ale gardurilor depind de rigiditatea și masa gardului, izolarea fonică a gardului este determinată de gardurile rezonante care apar în acesta, proprietățile materialului.De regulă, frecvența naturală a majorității pereților despărțitori cu un singur strat de construcție este sub 50 Hz. Nu este încă posibil să se calculeze izolarea fonică în primul interval de frecvență. Cu toate acestea, determinarea izolației fonice în acest interval nu este de o importanță fundamentală, deoarece normalizarea nivelurilor de presiune acustică începe la o frecvență de 63 Hz. În practică, izolarea fonică a unui gard din acest interval este nesemnificativă din cauza vibrațiilor relativ mari ale gardului în apropierea primelor frecvențe naturale, care este reprezentat grafic ca izolarea fonică scăderi în primul interval de frecvență.

Orez. 11.2. Căi pentru transmiterea sunetului dintr-o cameră zgomotoasă într-una adiacentă

(Z~3)f 0 0,5f Kp Nr.

Orez. 11.3. Izolarea fonică a gardurilor cu un singur strat în funcție de frecvența sunetului eu),

La frecvențe de 2...3 ori mai mari decât frecvența naturală a gardului (gama de frecvență II), izolarea fonică este determinată de masa pe unitate de suprafață a gardului. Rigiditatea gardului în gama II nu afectează în mod semnificativ izolarea fonică. Modificarea izolației fonice poate fi calculată destul de precis folosind așa-numita lege a „masei”:

R = 20 lg mf - 47,5,

Unde R- izolare fonica, dB; T- greutate 1 m 2 gard, kg; f- frecvența sunetului, Hz.

În intervalul de frecvență II, izolarea fonică depinde doar de masa și frecvența undelor sonore incidente. Aici, izolarea fonică crește cu 6 dB pentru fiecare dublare a masei incintei sau a frecvenței sunetului (adică 6 dB pe octava).

În intervalul de frecvență III, apare rezonanța spațială a gardului, la care izolarea fonică scade brusc. Pornind de la o anumită frecvență a sunetului f> 0,5f cr, amplitudinea de vibrație a gardului crește brusc. Acest fenomen se produce datorită coincidenței frecvenței oscilațiilor forțate (frecvența undei sonore incidente) cu frecvența oscilațiilor.

împrejmuire. În acest caz, dimensiunile geometrice și faza de vibrație a gardului coincid cu proiecția undei sonore pe gard. Proiecția undei sonore incidente pe gard este egală cu lungimea de undă de încovoiere a gardului atunci când faza și frecvența acestor vibrații coincid. În intervalul luat în considerare, apare efectul de coincidență a undelor, în urma căruia amplitudinea oscilațiilor undelor de îndoire ale gardului crește, iar izolarea fonică la începutul intervalului scade brusc. Modificarea izolației fonice aici nu poate fi calculată cu exactitate. Se numește frecvența sonoră cea mai joasă (Hz) la care devine posibil fenomenul de coincidență a undelor criticși calculat folosind formula

Unde h- grosimea gardului, cm; ρ - densitatea materialului, kg/m3; E- modulul dinamic de elasticitate al materialului de gard, MPa.

La o frecvență a sunetului peste valoarea critică, rigiditatea gardului și frecarea internă a materialului devin semnificative. Izolație fonică sporită cu f>f cr este de aproximativ 7,5 dB pentru fiecare dublare a frecvenței.

Valoarea de mai sus a propriei capacități de izolare fonică a gardului arată de câți decibeli este redus nivelul de zgomot din spatele barierei, presupunând că apoi sunetele circulă nestingherite, adică nu există alte bariere. La transmiterea zgomotului dintr-o cameră în alta, nivelul de zgomot din aceasta din urmă va depinde de efectul reflexiilor multiple ale sunetului de la suprafețele interne. Cu o reflectivitate ridicată a suprafețelor interioare, va apărea „boomness” a încăperii și nivelul sunetului din ea va fi mai mare (decât în ​​absența reflexiei) și, prin urmare, izolarea fonică reală va fi mai mică. R f. Absorbția fonică a suprafețelor incintei camerei la o frecvență dată este o valoare egală cu produsul dintre suprafața incintei camerei S și coeficienții săi de absorbție a sunetului α ;

S eq =∑Sα

Rf =R+10 log S eq/S

Unde S eq- suprafata echivalenta de absorbtie acustica a incaperii izolate, m2; S- suprafața despărțitorului izolator, m2.

Principiul izolației fonice este implementat practic prin instalarea de pereți, tavane, carcase și cabine de observare izolați fonic. Pereții despărțitori izolați fonic reduc nivelul de zgomot din încăperile adiacente cu 30...50 dB.

Carcasele de izolare fonică sunt instalate atât pe mecanisme individuale (de exemplu, o unitate de mașină), cât și pe mașină în ansamblu. Carcasa are un design multistrat: carcasa exterioară este realizată din metal, lemn și o acoperire cu material elastic-vâscos (cauciuc, plastic) pentru a slăbi vibrațiile de încovoiere; Suprafața interioară este căptușită cu material fonoabsorbant. Puțurile și comunicațiile care trec prin pereții carcasei sunt prevăzute cu etanșări, iar întreaga structură a carcasei trebuie să acopere etanș sursa de zgomot. Pentru a elimina transmiterea vibratiilor de la baza, carcasa

Orez. 11.4. Carcasa de izolare fonică: 1- orificiu pentru îndepărtarea căldurii; 2- material elastic-vâscos; 3- corp; 4- material fonoabsorbant; 5- izolator de vibratii

instalat pe izolatoare de vibrații, în plus, în pereții carcasei sunt prevăzute canale de ventilație pentru a elimina căldura, a cărei suprafață este căptușită cu material fonoabsorbant (Fig. 11.4).

Izolarea fonică necesară a zgomotului aerian (dB) de către pereții carcasei în benzi de octave este determinată de formula

R tr =L-L extra -10lg regiune α +5

Unde L- nivelul presiunii sonore în octava (obținut din rezultatele măsurătorilor), dB; L suplimentar - nivelul de presiune sonoră de octavă admisibil la locurile de muncă (conform GOST 12.1.003-83), dB; α - coeficientul de reverberație de absorbție a sunetului căptușelii interioare a carcasei, determinat conform SNiP II-12-77. Capacitatea de izolare fonică a unei carcase metalice de 1,5 mm grosime, calculată conform acestui SNiP, este prezentată în Fig. 11.5.

Pentru a proteja operatorii unităților de amestecare a betonului și unităților de dozare de zgomot, panoul de comandă este amplasat într-o cabină izolată fonic dotată cu o fereastră de observare cu geam cu 2 și 3 straturi, uși etanșe și un sistem special de ventilație.

Operatorii de mașini sunt protejați de expunerea la sunet direct prin utilizarea ecranelor care sunt situate între sursa de zgomot și locul de muncă. Atenuarea zgomotului depinde de dimensiunile geometrice ale ecranului și de lungimile de undă ale sunetului. Când dimensiunea ecranului este mai mare decât lungimea de undă a sunetului, în spatele ecranului se formează o umbră sonoră, unde sunetul este atenuat semnificativ. Utilizarea ecranelor este justificată pentru protecția împotriva zgomotului de înaltă și medie frecvență

Fig. 11.5 Graficul izolației fonice a carcasei la frecvențe standard

Garduri izolate fonic multistrat. Pentru a reduce greutatea gardurilor și a crește capacitatea de izolare fonică a acestora, se folosesc adesea garduri multistrat. Spațiul dintre straturi este umplut cu materiale poros-fibroase sau se lasă un spațiu de aer de 40...60 mm lățime. Pereții gardului nu trebuie să aibă conexiuni rigide, iar rigiditatea lor la îndoire ar trebui să fie diferită, ceea ce se realizează prin utilizarea pereților de grosimi inegale cu un raport optim de 2/4. Calitățile de izolare fonică ale unui gard multistrat sunt afectate de masa stratului de gard t 1și m2, rigiditatea lipirii K, grosimea spațiului de aer sau a stratului de material poros (Fig. 11.6).

Sub influența presiunii sonore variabile, primul strat al unei bariere multistrat începe să vibreze și aceste vibrații sunt transmise materialului elastic care umple golul dintre straturi. Datorită proprietăților de izolare a vibrațiilor ale umpluturii, vibrațiile celui de-al doilea strat al barierei vor fi semnificativ slăbite și, în consecință, zgomotul excitat de vibrațiile celui de-al doilea strat al barierei va fi semnificativ redus. Cu cât rigiditatea materialului care umple golul dintre straturi este mai mare, cu atât izolarea fonică a gardului multistrat este mai mică.

W

7t

Shch//////////////A

sch	La
	m 2

U//////////Sh////,

Orez. 11.6. Principii de izolare fonică cu gard multistrat

Teoretic, izolarea fonică a unui gard dublu strat poate fi de 70...80 dB, dar datorită căilor indirecte de propagare a sunetului (prin structuri adiacente), izolarea fonică practică a unui gard dublu nu depășește 60 dB. Pentru a reduce transmisia indirectă a sunetului, este necesar să se depună eforturi pentru a preveni propagarea undelor de îndoire de-a lungul structurilor adiacente. În acest scop, este recomandabil să izolați prin vibrații gardul folosind elemente elastice.

Găurile și crăpăturile din garduri reduc semnificativ efectul de izolare fonică. Gradul de reducere a izolației fonice depinde de raportul dintre dimensiunea găurilor și lungimea undei sonore incidente și de poziția relativă a găurilor. Cu dimensiunea gaurii d, mai mare decât lungimea de undă λ, energia sonoră transmisă prin gaură este proporțională cu aria sa. Cu cât izolarea fonică intrinsecă a gardului este mai mare, cu atât efectul pe care găurile îl au asupra reducerii izolației fonice este mai mare. Găuri mici d≤λîn cazul unui câmp sonor difuz au un efect semnificativ asupra reducerii izolaţiei fonice. Găurile sub formă de fantă îngustă duc la o reducere mai mare a izolației fonice (cu câțiva decibeli) decât găurile rotunde de suprafață egală.

11.6. ABSORBȚIA SUNETARĂ

Absorbția sunetului- aceasta este proprietatea materialelor și structurilor de construcție de a absorbi energia vibrațiilor sonore. Absorbția sunetului este asociată cu conversia energiei vibrațiilor sonore în căldură din cauza pierderilor prin frecare în canalele materialului fonoabsorbant. Absorbția acustică a unui material este caracterizată de coeficientul de absorbție a sunetului α, care este egal cu raportul dintre energia sonoră absorbită de material și energia acustică incidentă. Materialele fonoabsorbante includ materiale cu α> 0,2. Căptușirea suprafețelor interioare ale spațiilor industriale cu materiale fonoabsorbante asigură o reducere a zgomotului cu 6...8 dB în zona de sunet reflectat și cu 2...3 dB în direct. zona de zgomot. Pe lângă placarea încăperilor, se folosesc absorbante de sunet bucăți, care sunt corpuri volumetrice fonoabsorbante de diverse forme, suspendate liber și uniform în volumul încăperii. Placarea fonoabsorbantă este plasată pe tavan și pe părțile superioare ale pereților. Absorbția maximă a sunetului se poate realiza prin acoperirea a cel puțin 60% din suprafața totală a suprafețelor de închidere a încăperii, iar cea mai mare eficiență se realizează în încăperi cu înălțimea de 4...6 m. Reducerea presiunii sonore nivelul într-o încăpere tratată acustic în zona de sunet reflectat se calculează prin formula

∆L = 20lgB 2 /B l

Unde ÎN 1Și LA 2- spații permanente înainte și după tratament acustic, determinate conform SNiP II-12-77

B 1 =B 1000 μ

unde B 1000 este constanta camerei, m 2, la o frecvență medie geometrică de 1000 Hz, determinată în funcție de volumul încăperii V,(vezi mai jos); μ - multiplicatorul de frecvență determinat din tabel. 1.11.

Pe baza localului permanent găsit ÎN 1 pentru fiecare bandă de octavă, calculați aria echivalentă de absorbție a sunetului (m2):

A=B 1 /(B 1 /S+1)

Unde S- suprafața totală totală a suprafețelor de închidere a încăperii, m2.

Zona sunetului reflectat este determinată de raza maximă r pr(m) - distanța de la sursa de zgomot la care nivelul presiunii sonore a sunetului reflectat este egal cu nivelul presiunii sonore emise de această sursă.

Când în interior P surse de zgomot identice, deci

B 8000- deplasare constanta la o frecventa de 8000 Hz;

B 8000 =B 1000 μ 8000

Sediu permanent LA 2(m2) într-o încăpere tratată acustic este determinată de dependență

B 2 =(A′+∆A)/(1-α 1)

Unde A′=α(S-regiunea S) - suprafata echivalenta de absorbtie a sunetului de catre suprafete neocupate de placari fonoabsorbante, m 2; α - coeficientul mediu de absorbție a sunetului în încăpere înainte de tratarea acustică a acesteia;

Caracteristici fiziologice sunetul se referă la caracteristicile subiective ale senzației auditive a sunetului de către aparatul auditiv uman. Caracteristicile fiziologice ale sunetului includ frecvențele minime și maxime de vibrație percepute de o persoană dată, pragul de audibilitate și pragul de durere, volumul, înălțimea și timbrul sunetului.

Frecvențele minime și maxime de vibrație percepute de o persoană dată. Frecvențele vibrațiilor sonore se află în intervalul 20-20000 Hz. Cu toate acestea, cea mai scăzută frecvență percepută de o anumită persoană este de obicei mai mare de 20 Hz, iar cea mai mare este mai mică de 20.000 Hz, care este determinată de caracteristicile structurale individuale ale sistemului auditiv al persoanei. De exemplu:  min =32 Hz, Max =17900 Hz.

Pragul de auz se numeşte intensitatea minimă percepută de urechea umană eu o. Se crede că eu o =10 -12 W/m 2 la  =1000 Hz. Cu toate acestea, de obicei, pentru o anumită persoană, pragul de auz este mai mare eu o .

Pragul de auz depinde de frecvența vibrației sonore. La o anumită frecvență (de obicei 1000-3000 Hz), în funcție de lungimea canalului auditiv al aparatului auditiv uman, are loc o amplificare rezonantă a sunetului în urechea umană. În acest caz, senzația de sunet va fi cea mai bună, iar pragul de auz va fi minim. Pe măsură ce frecvența de oscilație scade sau crește, starea de rezonanță se înrăutățește (frecvența se îndepărtează de frecvența de rezonanță) și pragul de auz crește în consecință.

3. Pragul durerii este senzația de durere experimentată de urechea umană la intensități ale sunetului peste o anumită valoare eu de atunci(unda sonoră nu este resimțită ca sunet). Pragul durerii eu de atunci depinde de frecvență (deși într-o măsură mai mică decât pragul de auz). La frecvențe joase și înalte pragul durerii scade, adică. durerea se observă la intensități mari.

4. Volumul sunetului Se numește nivelul de senzație auditivă a unui sunet dat. Volumul depinde, în primul rând, de persoana care percepe sunetul. De exemplu, cu o intensitate suficientă la o frecvență de 1000 Hz, volumul poate fi egal cu zero (pentru o persoană surdă).

Pentru o anumită persoană care percepe un sunet, volumul depinde de frecvența și intensitatea sunetului. Ca și în cazul pragului de auz, volumul este de obicei maxim la o frecvență de 1-3 kHz, iar volumul scade pe măsură ce frecvența scade sau crește.

Puterea unui sunet depinde de intensitatea sunetului într-un mod complex. În conformitate cu legea psihofizică Weber-Fechner, volumul E direct proporțional cu nivelul de intensitate:

E = k . jurnal(I/I 0 ), Unde k depinde de frecventa si intensitatea sunetului.

Volumul sunetului se măsoară în fundaluri. Se crede că volumul din fundal este numeric egal cu nivelul de intensitate în decibeli la frecvență 1000 Hz. De exemplu, volumul sunetului E=30 fundal; aceasta înseamnă că această persoană, în funcție de nivelul de percepție, simte sunetul specificat în același mod ca sunetul, frecvența 1000 Hz si nivelul sunetului 30 dB. Grafic (vezi manualul) sunt construite curbe de volum egal, care sunt individuale pentru fiecare persoană în parte.

Pentru a diagnostica starea sistemului auditiv al unei persoane, folosind un audiometru, ei iau audiogramă- dependenţa pragului de auz de frecvenţă.

5. Pas se numește senzația umană a unui ton pur. Pe măsură ce frecvența crește, crește și înălțimea. Pe măsură ce intensitatea crește, înălțimea scade ușor.

6. Timbrul sunetului se numește senzația umană a unei vibrații sonore complexe date. Timbrul sunetului este colorare sunet prin care distingem vocea unei anumite persoane. Timbrul depinde de spectrul acustic al sunetului. Cu toate acestea, același spectru acustic este perceput diferit de oameni diferiți. Deci, dacă aparatele auditive a două persoane sunt schimbate una pentru cealaltă, iar analizatorul de sunet al creierului rămâne același, atunci culoarea sunetului de la persoanele pe care le cunoaște va părea diferită, de exemplu. el poate să nu recunoască vocea unei persoane cunoscute sau vocea poate părea schimbată.