9

Лабораторная работа №11

ИЗМЕРЕНИЕ ЗВУКОВОЙ МОЩНОСТИ ИСТОЧНИКА ШУМА

Цель работы

Ознакомить студентов с прибором для измерения шума, провес­ти измерение шума электровентилятора и определить его звуковую мощность.

Содержание работы

1.Определить уровни звуковой мощности (шумовую характерис­тику) электровентилятора по измерениям его шума.

2.В соответствии с заданием преподавателя выполнить акусти­ческий расчет и результата сравнить с требованиями санитарных норм.

Характеристики дума и методика акустического расчета

В настоящее время защита человека от шума стала одной из актуальнейших проблем. Действуя на центральную нервную систему, шум оказывает неблагоприятное влияние на организм человека, вызывает тяжелые заболевания. Утомление рабочих и операторов из-за сильного шума увеличивает число ошибок при работе, способствует возникновению травм. Шумом является всякий нежелательный для человека звук. Звук - как физическое явление - это продольные волны объемных деформаций упругой среды, т.е. сжатия и разряжения среды. Область пространства, в котором наблюдаются эти волны, на­зывается звуковым полем. Как физиологическое явление звук ощуща­ется органом слуха при воздействии звуковых волн в диапазоне 20-20000 Гц. Ниже 20 Гц и выше 20 кГц находятся соответственно области неслышимых человеком инфра- и ультразвуков. Звуковая вол­на характеризуется частотой и амплитудой колебаний: чем больше амплитуда колебаний, тем больше звуковое давление и тем громче ощущаемый человеком звук.

Единица измерения частоты колебаний - одно колебание в секунду (I Гц). Полоса частот, в которой верхняя граничная частота в два раза больше нижней, называется октавной. Среднегеометричес­кая частота октавной полосы в Гц выражается соотношением

,

где f₁ - нижняя граничная частота октавной полосы, Гц;

f₂ - верхняя граничная частота, Гц.

Измерения, акустические расчеты, нормирование производятся в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250,. 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц. Спектр шума - распределение звукового давления и интенсивности в октавных полосах частот. Спектры получают, используя анализаторы шума (составная часть шумомера) - набор электрических фильтров, которые пропускают сигнал в определенной полосе частот - полосе пропускания (например, октавный).

Звуковое давление p (Па) - разность между мгновенным значе­нием полного давления в воздухе и средним статическим давлением, которое наблюдается в среде при отсутствии звукового поля (атмос­ферным - в обычных условиях). В фазе сжатия звуковое давление положительно, а в фазе разряжения - отрицательно. Измерительный датчик звукового давления в шумомере - микрофон.

При распространении звуковой волны происходит перенос энер­гия. Средний поток энергии в какой-либо точке среды в единицу времени, отнесенный к единице поверхности, нормальной к направлению распространения волн, называется интенсивностью звука в дан­ной точке (Вт/м²):

I = P²/c

где Р— среднеквадратичное значение звукового давления, Па;

 - плотность среды, кг/м³;

c - скорость звука в среде, м/с;

c - удельное акустическое сопротивление среды, которое для воздуха равно 410 Пас/м (при нормальных атмосферных условиях).

Любой источник шума характеризуется прежде всего звуковой мощностью W (Вт), т.е. общим количеством звуковой энергии, излу­чаемой источником шума в окружающее пространство за единицу вре­мени.

Если принять, что в свободном звуковом поле (т.е. при отсут­ствии отраженных звуковых волн) источник шума излучает звуковую энергию равномерно по всем направлениям (что допустимо для многих машин и оборудования), то при достаточно большом расстоянии r от источника шума, расположенном на поверхности пола (т.е. при излучении в полусферу), звуковая мощность

W = I_срS = I_ср2r²

где I_ср - интенсивность звука, усредненная по измерениям звуко­вого давления по нескольким точкам на измерительной поверхности - полусфере S радиусом r (м);

r - расстояние от проекции центра источника на звукоотражающую поверхность пола до точки измерения.

Значения звукового давления, интенсивности звука и звуковой мощности изменяются в очень широких пределах. Поэтому были введены логарифмические величины - уровни звукового давления, уровни интенсивности и уровни звуковой мощности.

Уровень интенсивности звука (дБ) определяют по формуле

L_I = 10 lg(I/I₀),

где I - существующая в данный момент интенсивность звука, Вт/м²;

I₀ - интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости (I₀=10¹² Вт/м²) на частоте 1000 Гц.

Уровень звукового давления (дБ)

L=10 lg(P²/P₀²)= 20 lg(P/P₀),

где P - среднеквадратичная величина существующего (измеряемого в данный момент звукового давления, Па;

P₀ - пороговое значение звукового давления, равное 210^-5 Па на частоте 1000 Гц и выбранное таким образом, чтобы при нормаль­ное атмосферных условиях (, с₀) уровни звукового давления бы­ли равны уровням интенсивности, так как интенсивности при нормаль­ных атмосферных условиях

I = P²/c и I = P₀²/₀c₀.

Уровень звуковой мощности источника шума (дБ)

L_W = 10 lg(I_W/I_{W 0}),

где W - звуковая мощность источника шума, Вт,

W₀ - пороговая звуковая мощность, W₀= 10^-12 Вт.

Для того чтобы сравнивать шум различных источников друг с другом, производить расчеты уровней звукового давления в помеще­ниях и на территориях, необходимо знать объективные характеристи­ки шума.

Такими шумовыми характеристиками, которые указываются в тех­нической документации, являются:

1. Уровни звуковой мощности L_W в октавных полосах частот.

1. Характеристики направленности излучения шума источником.

Искомый октавный уровень звуковой мощности L_W определяют по результатам измерения уровней звукового давления L в точках на измерительной поверхности S (м²), за которую обычно принимается площадь полусферы (на расстоянии 1 м от контура источника шума до точек измерений):

L_W = L_ср+10lg(S/S₀)

где L_ср - средний уровень звукового давления по ряду точек на измерительной поверхности S (м²); S₀ = 1 м².

При проектировании и эксплуатации предприятий и цехов нужно знать ожидаемые уровни звукового давления, которые будут в рас­четных точках на рабочих местах, с тем, чтобы сравнить их с нор­мами допустимого шума и, в случае необходимости, принять меры к тому, чтобы этот шум не превышал допустимого. Акустический расчет проводится в каждой из восьми октавных полос о точностью до десятых долей децибела. Результат округляется до целого числа децибел.

Для помещений с источником шума расчет включает:

а) выявление источника звука и его звуковой мощности W (шумовой характеристики: L_W в октавных полосах частот);

б) выбор расчетных точек и расстояний r от источника шума до расчетных точек;

в) вычисление или определение по справочным данным постоян­ной помещения В.

При работе источника шума звуковые волны в помещениях много­кратно отражаются от стен, потолка и различных предметов. Отраже­ния обычно увеличивают шум в помещениях на 10-15 дБ по сравнению с шумом того же источника на открытом воздухе.

Интенсивность звука I в расчетной точке помещения склады­вается из интенсивности прямого звука I_пр, идущего непосредст­венно от источника, расположенного на поверхности пола, и интен­сивности отраженного звука I_отр:

I = I_пр + I_отр = W/2r² + 4W/В,

где В - постоянная помещения, В=А/(1_ср);

А - эквивалентная площадь звукопоглощения, А=_ср S_пов, м²;

здесь _ср - средний коэффициент звукопоглощения внутренних по­верхностей помещения площадью S_пов. Коэффициент звукопоглоще­ния поверхности

 = (I_пад  I_отр)/ I_пад = I_поглощ/ I_пад ,

где I_отр, I_поглощ, I_пад - соответственно интенсивность отра­женного, поглощенного и падающего звуков. Значение   1.

Вблизи источника шума его уровень определяется в основном прямым звуком, а при удалении от источника - отраженным звуком.

Для помещения, в котором установлено несколько источников шума (n) с одинаковой звуковой мощностью W, интенсивность в расчетной точке

,

где r - расстояние от акустического центра каждого отдельного источника шума до расчетной точки (акустический центр источника шума - проекция геометрического центра источника на горизонталь­ную плоскость (рис.1)).

Рис.1. Схема расположения расчетной точки (РТ) и несколь­ких

источников шума (ИШ) в одном помещении (1,2- источники шума)

Разделив левую и правую части этого выражения на I₀ и логарифмируя обе части, получим

,

где L - ожидаемый октавный уровень звукового давления от всех источников в расчетной точке, дБ;

L_W - октавный уровень звуковой мощности, излучаемый одним источником шума, дБ (определяется по измерениям шума электровентилятора в данной лабораторной работе);

B - постоянная помещения с источником шума (в данной лабо­раторной работе для конкретного помещения определяется по табл.4), м.

Найденные значения L уровней сравнивают с допустимыми по нормам L_доп, (см. табл.1) и определяют требуемое снижение шума L_треб (дБ) в каждой из восьми октавных полос

L_треб= L L_доп.

Таблица 1

Пример акустического расчета. Определить ожидаемые уровни звукового давления на рабочем месте преподавателя в учебной лабо­ратории, создаваемые при работе электровентилятора на лаборатор­ном стенде. Шумовая характеристика электровентилятора дана в табл. 2. Расстояние от источника шума до расчетной точки r= 5 м. Постоянная помещения S для учебной лаборатории взята из справоч­ной литературы и приведена в табл. 2. Полученные по формуле (I) уровни звукового давления L сравниваем с допустимыми L_доп(см. п. 4 табл. I) и по формуле (2) определяем требуемое снижение шума L_треб. Все расчеты сведены в табл. 2

Описание лабораторной установки и приборов

На лабораторном стенде (рис. 2) на вращающемся основании 1 размещен электровентилятор 2. На расстояния 1 м от электровентилятора находится микрофон 3, укрепленный на неподвижной стойке. Благодаря вращающемуся основаню можно измерить шум с разных сто­рон электровентилятора, не передвигая микрофон.

Таблица 2

Рис. 2. Схема лабораторного стенда