Промислова екологія - Апостолюк C.O. - Розділ 7. ЗАХИСТ ДОВКІЛЛЯ ВІД ЕНЕРГЕТИЧНОГО ЗАБРУДНЕННЯ НА ПРОМИСЛОВИХ ПІДПРИЄМСТВАХ

7.1. Захист довкілля від шумового та вібраційного забруднень

7.1.1. Загальні поняття про шум та його параметри

Стандарт ДСТУ 2325-93 розглядає шум як хаотичну суміш звуків різної частоти і сили. Звук — це хвильовий коливний рух пружного середовища, що сприймається органом слуху будь-якої живої істоти. Звук, що поширюється у повітрі, називають повітряним, у твердих тілах — структурним.

Ділянка повітря, де відбувається коливний процес, називається звуковим полем. Кількість коливань за одиницю часу (за 1 с) називають частотою коливань з одиницею вимірювання Гц.

Людина здатна сприймати не всі звукові частоти, а лише звуки частотою від 20 Гц до 20 кГц. Час, протягом якого відбувається одне коливання, називається періодом коливання. Відстань між двома сусідніми шарами повітря, де існує однаковий звуковий тиск, називається довжиною звукової хвилі. Швидкість поширення звукової хвилі називають швидкістю звуку.

Швидкість поширення звукової хвилі визначають за формулою

Де X — довжина хвилі, м, Т — період коливання, с.

Швидкість поширення звукових хвиль для різних середовищ відрізняється, визначається властивостями речовин, їхньою густиною та пружністю.

Швидкість поширення звуку в повітрі та газах визначається за формулою Лапласа

де К — показник адіабати; для повітря = 1,41; Р — атмосферний тиск, дин/см2 (дина — сила, здатна надати масі в 1 г прискорення 1 см/с2); р — густина середовища, г/см8.

При підвищенні тиску швидкість звуку змінюється незначно, оскільки при цьому збільшується і густина середовища. При підвищенні температури густина середовища зменшується і швидкість звуку збільшується. У цьому випадку швидкість звуку можна визначити за формулою

де у = —--коефіцієнт розширення повітря; т — температура середовища, °С.

При підвищенні температури повітря на 1 °С швидкість звуку зростає на 0,6 м/с.

Шум характеризується такими параметрами: частотою (Гц), звуковим тиском (Н/м2), силою звуку (Вт/м2), потужністю звуку (Вт), рівнем сили звуку (гучності) (дБ), рівнем звукового тиску (дБ), рівнем звукової потужності (дБ).

Звуковий тиск — це різниця між атмосферним тиском і тиском звукової хвилі у певній точці звукового поля, де відбувається стискання і розрідження повітря. Для людини існують нижня і верхня межі чутливості звукових тисків. Нижню межу називають порогом чутливості, верхню — больовим порогом.

Поріг чутливості — це дуже мала (незначна) зміна групового тиску, яку спроможне сприйняти людське вухо. Найкраща чутливість незначної зміни звукового тиску для людини спостерігається при частоті / - 1000 Гц. Тиск на порозі чутливості при частоті / = 1000 Гц приймають Р0 = 2 х Ю_6 Н/м2.

Больовий поріг — це максимальний звуковий тиск, що сприймається людським вухом як звук при частоті /= 1000 Гц, становить Рб - 20 Н/м2.

Сила звуку — це потік звукової енергії, що проходить за 1 с через площу 1 м2, перпендикулярно до напрямку поширення звукової хвилі, визначають за формулою

де Р — звуковий тиск, н/м2; р — густина повітря, г/сма; С — швидкість звуку, м/с.

Добуток р х С називають питомим акустичним опором середовища, через яке поширюється звук. Питомий акустичний опір, як і швидкість звуку, для різних речовин відрізняється (табл. 7.1).

Таблиця 7.1. Значення швидкості звуку, густини та акустичного опору для деяких середовищ (при t = 20 °С)

Сила звуку порогу чутливості дорівнює /0 " 10"12 Вт/м2, а больового порогу Ів=10г Вт/м2.

Особливістю людського вуха е те, що воно спроможне реєструвати не абсолютну, а відносну зміну частоти й звукового тиску, може сприймати частоти та звуки ступенево. Наприклад, зміна частоти з 250 до 500 Гц сприймається слухом так само, як зміна частоти з 1000 до 2000 Гц. Кожний наступний ступінь відрізняється від попереднього на 12,4 %. Враховуючи це, вчені запропонували спеціальний інтервал частот. Відношення частот двох коливань звуків називають інтервалом.

Співвідношення частот може бути різним: 8 (октава), 1,41 (півоктава), 1,26 (третина октави). Діапазон звуків ділять на 9 октав: 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц.

В інженерній практиці часто оперують поняттям звукової потужності ТУ яку визначають за формулою

де І — сила звуку, Вт/м2; б — площа, що сприймає потік звукової енергії, м2.

Доведено, що між порогом чутливості і больовим порогом існує приблизно логарифмічна залежність. Тому в техніці для вимірювання звукового тиску, сили звуку й звукової потужності приймають логарифмічну шкалу, властивістю якої є те, що кожний наступний ступінь більший за попередній у 10 разів. З цієї ж причини умовно приймають одиницю вимірювання рівня звуку — бел (Б). У техніці використовується дрібніша одиниця —децибел (дВ), що дорівнює 0,1 Б.

Рівень сили звуку (інтенсивність звуку) визначають за формулою

де / — фактична сила звуку, Вт/см2; І0 — сила звуку порогу чутливості, Вт/м2, приймають 10~12 вт/м2.

Рівень звукового тиску визначають за формулою

де Р — фактичний звуковий тиск, Н/м2; Р0 — звуковий тиск порогу чутливості, приймаютьР0 = 2хЮ"5Н/м2.

Існує розмежування ділянок застосування термінів "рівень звуку" та "рівень звукового тиску". Для характеристики простих звуків в октавних смугах частот застосовується термін "звукового тиску"; для характеристики складних звуків (тобто нерозкладаних за октавними смугами) — "рівень звуку" в дБА (децибел за шкалою шумоміра А).

Крім рівнів звуку та звукового тиску, існує поняття рівня звукової потужності

де IV — фактична звукова потужність, вт; ЦГ0 — звукова потужність порогу чутливості, IV- = 10~12 Вт.

Характеристиками джерел шуму, що визначаються міждержавним стандартом ГОСТ 12.1.003-86, є: спектр звукової потужності, коректований рівень звукової потужності та фактор спрямованості випромінювання шуму.

Фактор спрямованості можна визначити за формулою

де Р — середньоквадратичне значення звукового тиску в заданій1 точці, Н/м2; Р — середньоквадратичне значення звукового тиску в заданій точці при рівномірному випромінюванні тієї ж звукової потужності у сферу, Н/м2.

При розташуванні джерела шуму на одній площині (на підлозі, стіні, біля екрана, який відбиває звукові хвилі) приймають Ф = 2; поряд з двогранним кутом — Ф = 4; поряд з тригранним -Ф = 8.

Еквівалентний рівень (за енергією) звукового тиску Ь , дБ, або звуку Ьр дБА, дозволяє визначити середній рівень протягом періоду усереднення Т з урахуванням часового інтервалу с, протягом якого цей рівень знаходиться в заданих межах

де і — номер інтервалу рівнів {і = 1, 2, 3,..., п).

В інженерній практиці важливими є принципи сумування рівнів шуму. Розглядають два варіанти сумування: сумування рівнів шуму однакових його джерел і сумування рівнів шуму різних його джерел.

Сумарний рівень шуму однакових джерел визначають за формулою

де Ь1 — рівень шуму одного джерела, дБ; іїо — кількість однакових джерел шуму.

Сумарний рівень шуму різних джерел визначають за формулою

де -^тах ~~ найбільший рівень шуму одного з його джерел, дБ; &Ьі+-ья— додаткова до максимального рівня шуму джерела, дБ,, визначається з табл. 7.2 залежно від різниці £ - Ь , {Ь0 —- рівень шуму більшого джерела, дБ; Ьм — рівень шуму меншого джерела, ДБ).

Таблиця 7.2. Значення для різних джерел шуму

При проектуванні виробничих, допоміжних і соціально-побутових будівель досить важливим є визначення допустимих відстаней від них до джерел шуму. Встановлено [13], що із збільшенням відстаней від джерела шуму його рівень зменшується на величину декременту затухання

де Іг4 — рівень шуму на відстані /, дБ; і — необхідна відстань від будівлі, що проектується, до джерела шуму, м; г — стандартна відстань джерела шуму до мікрофона приладу, на якій заміряють шум (г= 0,5—1,0 м).

Вираз 20х1#— називають декрементом затухання шуму, г

Шум як звук класифікують за двома характеристиками: частотою та походженням. За частотою розрізняють низькочастотний (/" < 300 Гц), середньої частоти (^ = 300—800 Гц), високочастотний (і > 800 Гц) шум.

За походженням шум поділяється на: механічний, ударний, аеродинамічний, гідравлічний та змішаний.