Охорона праці - Москальова В.М - 5.5. Як розрахувати рівні шуму?

Більшість виробничих процесів супроводжується дією на працюючих шуму. Будь-який звук характеризується частотою коливань f, Гц, інтенсивністю І, Вт/м2 і звуковим тиском р, Па. Звуковим тиском називають додатковий тиск, що виникає в середовищі від звукових хвиль. Швидкість коливань частинок середовища залежить від миттєвого звукового тиску і акустичного опору середовища рс:

де р- густина середовища, кг/м3;

с - швидкість розповсюдження звукових хвиль в даному середовищі, м/с.

Інтенсивність звуку визначається за середнім значенням звукової енергії, що проходить за одиницю часу через одиницю площі, перпендикулярної до напрямку поширення звуку:

де /— інтенсивність звуку, Вт/м2; V - миттєва швидкість коливань, м/с.

Рівень інтенсивності звуку у децибелах (дБ) визначають за формулою:

де Іо - інтенсивність звуку на порозі чутності.

Рівень звукового тиску у децибелах визначають за формулою:

де р- звуковий тиск даного звуку:

ро — звуковий тиск на порозі чутності (ро = 2-10 Па).

Рівень інтенсивності (або звуковою тиску) у децибелах не завжди відповідає фізіологічному відчуттю гучності звуку, тому що чутливість органу слуху людини не однакова до звуків різних частот. На рис. 5.14 наведені криві рівної* гучності звуків, тобто кожна з них поєднує точки з однаковим відчуттям гучності. Кожен шумомір має стандартну характеристику "А", яка заокруглює коливання на низьких частотах відповідно до суб’єктивного сприйняття їх органом слуху людини.

Рівень звукового тиску, отриманий за характеристикою "А" шумоміру, називають рівнем звуку, одиницею виміру якого є дБА. Шкала "А" шумоміру застосовується для орієнтовної оцінки шуму.

Весь діапазон звуків, що відчуває людина, поділяється на октавні смуги із середньогеометричними частотами від 65 до 8000 Гц, значення їх подвоюються від однієї до наступної смуги.

Рис. 5.14. Криві рівної гучності звуків.

Таблиця 5.7. Нормативні рівні звукового тиску /рівні звуку для виробничих приміщень (витяг з "ДСН 3.3.5.037-99 "Державні санітарні норми виробничого шуму, ультразвуку та інфразвуку")

Звукоізоляція - це здатність огороджувальних конструкцій відбивати і послабляти звукову енергію, що падає на них. Звукоізолююча здатність конструкцій (стіни, перекриття, загородки, кожуха) тим більша, чим більша її поверхнева густина, тобто маса її 1 м . Саме тому ці конструкції виготовляють з металу, товстого скла, залізобетону, цегли. На рис. 5.15 показані схематично джерела шуму (ДШ) і засоби звукоізоляції на промисловому підприємстві та можливі шляхи розповсюдження шуму з одного приміщення в інше.

Для звукопоглинання використовують здатність пористих матеріалів, таких як шлаковата, повсть, пінополіуретан, поглинати енергію звукових хвиль. Облицювання внутрішніх поверхонь приміщень чи кожухів машин зменшує рівень шуму на 6 -8 дБ і більше. Крім названих матеріалів застосовують також перфоровані екрани, об’ємні підвісні поглиначі, драпірування стін тканинами тощо.

Рис. 5.15. Засоби звукоізоляції на промисловому підприємстві (а) та шляхи розповсюдження шуму з одного приміщення в інше (б): а) І — звукоізолюючі огорожі; 2 - звукоізолюючі кабіни; 3 - звукоізолюючі кожухи; 4 — акустичні екрани; б) І - пряме проникнення шуму через огорожі; 2 - пряме проникнення шуму через будь-який отвір в огорожі; 3 — шлях непрямої передачі шуму через огорожу; 4 - передача структурного шуму від джерела вібрації через підвалини, перекриття, перегородку

Найбільший ефект щодо зниження шуму досягається суміщенням методів звукоізоляції і звукопоглинання. З цією метою, наприклад, звукоізолюючі металеві кожухи із середини облицьовують звукопоглинаючими матеріалами, а огорожі роблять багатошаровими з м’якими або повітряними прошарками. На рис. 5.16 показані деякі схеми звукоізолюючих кожухів.

Для ефективного зниження шуму на шляхах його розповсюдження встановлюють перешкоди, а саме: стіни, перегородки, кожухи, кабіни, які відбивають звукову енергію.

Рис. 5.16. Схеми звукоізолюючих кожухів: а - знімного; б - розсувного; в - капотного типу; г - неоднорідної конструкції; І — стінка кожуха; 2 — звукопоглинаюче облицювання; 3 — машина; 4 — віброізолюючі опори машини; 5 - віброізолюючі прокладки; 6 - глушники у отворах для циркуляції повітря; 7 - глушник у отворі для кабелю; 8 - перфорований лист або сітка. Для звукоізоляції плоских огорож (дБА) користуються наступними формулами

Для огорож з бетону, цегли і подібних матеріалів, маса І м2 яких (т) 100+1000

кг/ м2:

Звукова енергія не тільки відбивається від огорож, а частково поглинається ними. Для ефективного звукопоглинання матеріал повинен мати наскрізну пористу структуру. Це такі матеріали як капронове волокно, мінеральна вата, пористий полівінілхлорид, пористі тверді плити та ін. Звукопоглинаючі властивості конструкції залежать від товщини поглинаючого шару, частоти звуку, ширини повітряного проміжку між цим шаром і відбивною стінкою, на якій він встановлений. Звукопоглинаючі облицювання вкривають перфорованим екраном.

Посилити звукоізоляцію можна виготовленням звукопоглинаючих стін з повітряним прошарком. Для стіни з подвійною перегородкою при зазорі 80+100 мм рівень шуму за стіною можна визначити за формулою:

де Ьф - рівень шуму перед стіною, дБ; <2і та (¡2- відповідно маса 1 м першої і другої перегородки, кг/ м2. На рис. 5.17. наведені деякі з конструкцій подвійних плоских огорож.

Рис. 5.17. Подвійні плоскі огорожі з двох одношарових пластин, з’єднаних між собою пружними зв’язками: а — повітряним шаром; б - звукопоглинаючим матеріалом; в - ребрами жорсткості, шпильками тощо (І — пластини; 2 - повітряний проміжок; 3 - шар ЗПМ; 4 - з’єднувальні елементи)

Максимальне зменшення енергії шуму звукопоглинаючою панеллю відбувається при повітряному зазорі між нею і стіною, який дорівнює близько І/4 довжини хвилі за мінусом І/2 товщини звукопоглинаючого шару. Тоді величина зазору, м:

fl— частота, ГЦ;

b - товщина панелі (перегородки), м.

Таблиця 5.8. Звукоізолююча здатність стін та перегородок. Акустично однорідної конструкції, дБ

Панельні конструкції переважно поглинають звуки низьких частот - 200+400 Гц. Це пояснюється тим, що у даній області лежать резонансні частоти власних коливань панелей. Тому доцільно застосовувати звукопоглинаючі панелі лише там, де переважають низькочастотні шуми.

Частота власних коливань панелі орієнтовно може бути визначена з виразу:

де Qi - маса одиниці площі панелі, кг/м ;

/ — повітряний зазор між панеллю і стіною, см.

Звукоізолююча здатність однорідних конструкцій стін і деяких перегородок наведена у табл. 5.8..

На відкритому повітрі і у великих приміщеннях зниження звукового тиску обернено пропорційне квадрату відстані від джерела шуму, тоді рівень звуку (звукового тиску), дБА (дБ):

де £і - рівень звукового тиску на відстані гх від джерела шуму, г2 — відстань, на якій визначається рівень звукового тиску

Рівень звуку (звукового тиску) на відстанях більше 30 м визначають за формулою, дБА (дБ):

Приклади розрахунків

Приклад 1.В ізольованому приміщенні працює вентиляційна установка з рівнем звукового тиску Ь — 105 дБА. Стіни приміщення товщиною у дві цеглини (52 см). Поверхнева щільність цегляної кладки товщиною їм становить 1640 кг/ м2. Визначити можливе використання суміжного приміщення за нормами ДСН 3.3.5.037 -99 "Державні санітарні норми виробничого шуму, ультразвуку та інфразвуку".

Приклад 2. Звукоізолюючий кожух гучної установки має ефективність Як = 25 дБА. Визначити потрібну товщину силікатного скла для глухого вікна у кожусі установки, яка б забезпечила звукоізоляцію Я на рівні Як.

Приклад 3. Визначити оптимальну ширину зазору між звукопоглинаючими перфорованими панелями і стіною, щоб забезпечити умову максимального звукопоглинання. Частота шуму джерела коливань/ = 600 Гц, рівень шуму Ьф = 87 дБА , швидкість звуку в повітрі с = 340 м/с, товщина звукопоглинаючого шару Ь = 6 см. Визначити також ефективність звукоізоляції при масі одиниці площі: панелі <2= 10 кг/ м2, стіни - б? ~ 420 кг/ ж.

Приклад 4. Визначити рівень звуку біля вікон будинку, розташованого на відстані 120 м під компресорної установки. Рівень звуку на відстані їм від приміщення компресорної установки становить 90 дБА.