 |
|
Через ограждение; 2 — через отверстия; 3 — по строительным конструкциям
1) через ограждение, которое под действием переменного давления падающей на него волны, колеблясь как диафрагма, излучает шум в тихое помещение;
2) непосредственно по воздуху через различного рода щели и отверстия;
3) посредством вибраций, возбуждаемых в строительных конструкциях механическим путем (удары, хождение и т. п.).
В первых двух случаях передаются звуки, возникающие и распространяющиеся по воздуху и условно называемые воздушными звуками. В третьем случае энергия возникающих упругих колебаний распространяется по конструкциям (по стенам, перекрытиям, трубопроводам и т. п.) и затем излучаются в виде шума. Такие колебания называются структурными или ударными звуками.
Ниже рассматривается изоляция только от действия воздушного звука. Вопросы виброизоляции рассмотрены в гл. 4.
Наиболее эффективное снижение воздушного шума можно достичь путем установки звукоизолирующих преград в виде стен, перегородок, кожухов, кабин, выгородок и т. д.
Сущность звукоизоляции ограждения состоит в том, что падающая на него звуковая энергия отражается в гараздо большей мере, чем проникает за ограждение
Звукоизолирующее свойства ограждения, установленного на пути распространения звука, характеризуются коэффициентом звукопроницаемости, представляющей отношение звуковой мощности, прошедшей через ограждение, к падающей на него звуковой мощности:
Звукоизолирующая способность ограждения выражается величиной R = 10 lg (1/t)(дБ).
Ограждения бывают однослойные и многослойные. Звукоизолирующая способность (дБ) однородной перегородки может быть определена по формуле
R = 20 lg (Gf) - 60, (18)
где G — масса 1 м2 ограждения, кг;f — частота, Гц. Из формулы (18) следуют два важных вывода.
1. Звукоизолирующая способность ограждений тем выше, чем они тяжелее, она меняется по так называемому закону массы. Так, увеличение массы в 2 раза приводит к повышению звукоизоляции на 6 дБ.
2. Звукоизолирующая способность одного и того же ограждения возрастает с увеличением частоты. Другими словами, на высоких частотах эффект от установки ограждения будет значительно выше, чем на низких частотах.
Необходимо отметить, что эта формула применима не во всем диапазоне частот, поскольку в ней не учитывается влияние жесткости. В действительности же в частной характеристике однослойного ограждения можно выделить три диапазона (рис. 47).
Рис. 47. Частотные диапазоны звукоизоляции однослойного ограждения
Звукоизоляция в диапазоне I определяется жесткостью ограждения и резонансными явлениями. Учитывая, что у большинства однослойных ограждений собственная частота колебаний лежит ниже нормируемого диапазона частот (ниже 45 Гц), расчет звукоизоляции в диапазоне I не производят.
В диапазоне II звукоизоляция подчиняется закону массы по формуле (18).
В диапазоне III сначала наблюдается ухудшение звукоизоляции вследствие возникновения явления волнового совпадения, при котором распределение давления в падающей звуковой волне вдоль ограждения точно соответствует распределению амплитуды смещения собственных изгибных колебаний ограждения, что приводит к своеобразному пространственному резонансу и интенсивному росту колебаний. Затем звукоизоляция, зависящая не только от массы, но и от жесткости ограждения, увеличивается с ростом частоты несколько быстрее, чем в диапазоне II.
Рассмотренная величина звукоизолирующей способности ограждения показывает, насколько понижается уровень шума за перегородкой в предположении, что далее он распространяется беспрепятственно (например, шум через ограждение выходит на улицу). В случае же передачи шума из одного помещения в другое (см. рис. 46) уровень шума, проникшего в помещение, зависит от многократных ограждений от внутренних поверхностей. Чем больше гулкость помещения и больше площадь перегородки, тем больше уровень шума в таком помещении, а значит, тем хуже его фактическая звукоизоляция Rф (дБ):
Rф = R + 10lg(A/S),
где А — эквивалентная площадь звукопоглощения тихого помещения, м2; S — площадь перегородки, м2.
Применение этого выражения рассмотрим на таком примере. Пусть уровень звукового давления в шумном помещении L1 = 100 дБ, а допустимый уровень шума в тихом помещении L2 = 60 дБ. Тогда требуемое снижение шума ΔLтр = L1 — L2 = 40 дБ должно быть равно фактической изоляции которая может быть обеспечена либо за счет только высокой звукоизолирующей способности R, либо за счет меньшей величины R, но с добавочным звукопоглощением, увеличивающим величину А.
С особой легкостью шум проникает через всякого рода щели и отверстия в ограждениях, окнах, дверях. На это обстоятельство часто не обращают должного внимания, что приводит к значительному ухудшению звукоизоляции.
При устройстве ограждений, состоящих из различных элементов, например, перегородки с дверями, смотровыми окнами и т. п., особенно при изоляции мощных источников шума, необходимо стремиться к тому, чтобы звукоизолирующие способности этих более «слабых» элементов и самой перегородки по своей величине не очень отличались друг от друга. В противном случае шум будет проникать через такие элементы и снижение уровня шума всей конструкцией окажется незначительным. Для того чтобы сделать составное ограждение «равнопрочным» в отношении звукоизоляции, двери и окна в шумных помещениях, например, в боксах для испытания двигателей, делают с повышенной звукоизоляцией.
Звукоизоляция многослойных ограждений, как правило, бывает более высокой, чем звукоизоляция однослойных ограждений той же массы. Широкое распространение находят двойные ограждения с воздушным промежутком, заполненным звукопоглощающим материалом.
Иногда понятия «изоляция» и «поглощение» звука отождествляются друг с другом, хотя между ними есть принципиальное различие. Звукоизолирующая конструкция служит для того, чтобы не пропускать звук из шумного помещения в более тихое, изолируемое помещение. Основной акустический эффект обусловлен отражением звука от конструкции.
Звукопоглощающие материалы и конструкции предназначены для поглощения звука как в помещениях с источником, так и в соседних помещениях. Поглощение звука обусловлено переходом колебательной энергии в тепло вследствие потерь на трение в звукопоглотителе. Потери на трение наиболее значительны в пористых материалах, которые по этой причине и используют в звукопоглощающих конструкциях. Для звукоизолирующих же конструкций требуются плотные, твердые и массивные материалы.
Для уменьшения шума в помещениях, соседних с помещением источника этого шума, метод звукоизоляции является значительно более эффективным по сравнению с методом звукопоглощения. Звукоизолирующие конструкции ослабляют шум в соседних помещениях на 30—50 дБ, в то время как установка в помещении одних звукопоглотителей, даже с высокими звукопоглощающими свойствами, дает снижение шума всего на 6—8 дБ. В то же время для эффективной защиты от шума мощных источников, например, реактивных двигателей в испытательных боксах, требуется совместное использование методов звукоизоляции и звукопоглощения.
Рис. 48. Звукоизолирующий кожух:
А — схема кожуха; б — конструкция кожуха для электродвигателя; 1 — звукопоглощающий материал; 2 — глушитель шума; 3 — источник шума; 4 — стенка; 5 — электродвигатель; б, 7 — каналы с глушителями для входа и выхода воздуха
Как отмечалось в гл. 4, снижение вибраций, а следовательно, и шума может быть достигнуто за счет применения вибродемпфирующих покрытий.
Снижение шума вибродемпфирующими покрытиями происходит не только вследствие увеличения внутренних потерь, но и за счет возрастания звукоизолирующей способности стенок конструкции, особенно при нанесении толстых слоев покрытия.
Хорошие результаты дает применение вибродемпфирующих мастик, которые могут быть нанесены на любые поверхности.
Звукоизолирующие кожухи, экраны, кабины. Звукоизолирующими кожухами закрывают наиболее шумные машины и механизмы, локализуя таким образом источник шума. Koжyxи изгoтовляют обычно из дерева, металла или пластмасы. Внутренняя поверхность Стенок кожуха обязательно облицовывается звукопоглощающим материалом (рис. 48, а). С наружной стороны на кожух иногда наносится слой вибродемпфирующего материала. Кожух должен плотно закрывать источник шума.
Для машин, выделяющих тепло (электродвигатели, компрессоры, дизели и т. п.), кожухи снабжают вентиляционными устройствами с глушителями (рис. 48, б).
Эффективность установки кожуха (дБ) определяется по формуле
ΔLкожух = R + 10 lg а,
где а — коэффициент звукопоглощения материала, нанесенного на внутреннюю поверхность кожуха; R — звукоизолирующая способность стенок кожуха, определяемая по формуле (18).
Устанавливаемый кожух не должен жестко соединяться с механизмом. В противном случае его применение дает отрицательный эффект (кожух становится дополнительным источником шума).
Рис. 49. Экранирование источников шума:
А — схема экрана и его эффективность; б — расположение экранов в вычислительных центрах; в — экранирование источников механического шума; 2 — шумное оборудование; 2 — экран со звукопоглощающей облицовкой; 3 — рабочее место; 4 — дисковая пила
В тех случаях, когда невозможно изолировать шумные машины или в связи с необходимостью следить за рабочим процессом, пульт управления машин заключают в звукоизолированную кабину со смотровым окном, при этом помещение кабины акустически обрабатывается.
Для защиты работающих от непосредственного (прямого) воздействия шума используют экраны, устанавливаемые между источником шума и рабочим местом (рис. 49, а). Акустический эффект экрана основан на образовании за ним области тени, куда звуковые волны проникают лишь частично. Степень проникновения зависит от соотношения между размерами экрана и длиной волны Я: чем больше λ, тем меньше при данных размерах область тени за экраном, а следовательно, и снижение шума. По этой причине экраны применяют в основном для защиты от средне- и высокочастотного шума. На низких частотах экраны малоэффективны, так как за счет эффекта дифракции звук легко их огибает. Важно также расстояние от источника шума до экранируемого рабочего места — чем оно меньше, тем больше эффективность экрана.
Для повышения эффективности экраны часто делают сложной формы (рис. 49, б, в), при этом их облицовывают звукоизолирующим материалом. В шумных цехах ряд рабочих мест, например, операторов пультов управления размещают в звукоизолированных кабинах.
Глушители шума. Они применяются в основном для уменьшения шума различных аэрогазодинамических установок и устройств.
В практике борьбы с шумом используют глушители различных конструкций, выбор которых зависит от конкретных условий каждой установки, спектра шума и требуемого заглушения.
Глушители принято разделять на активные и реактивные. Принадлежность тому или иному классу определяется по принципу работы: активные глушители, содержащие звукопоглощающий материал, поглощают поступившую в них звуковую энергию, а реактивные отражают ее обратно к источнику.
Наиболее простым глушителем активного типа является облицовка канала звукопоглощающим материалом, так называемый трубчатый глушитель. Принципиальные схемы глушителей этого типа показаны на рис. 50, а. Волокнистый звукопоглощающий материал применяют в виде набивки или в виде матов, которыми обертывается внутренняя перфорированная труба. Обычно шаг перфорации t = 2d, где d — диаметр перфорации (4 —8 мм); коэффициент перфорации при этом равен 0,2. Уменьшение этого значения коэффициента перфорации приводит к заметному снижению эффективности глушения на высоких частотах;
Для сокращения длины глушителя за счет повышения его эффективности в канале устанавливают звукопоглощающие пластины, разбивая его тем самым на ряд отдельных каналов меньшего поперечного сечения (рис. 50, б).
Снижение шума в трубчатом глушителе (круглом или квадратном) может быть определено по опытным данным.
Эффективное снижение шума обеспечивают сотовые глушители (рис. 50, в), хотя применение их в ряде случаев затруднительно из-за относительно высокого гидравлического сопротивления и невозможности осуществления проходного канала.
Затухание шума на облицованных поворотах (рис. 50, г) может быть значительным — до 10—15 дБ.
Необходимая длина глушителя lтр (м) может быть определена по формуле
lтр=ΔLтр/ΔL, (19)
где ΔLтр — требуемое заглушение, дБ; ΔL — заглушение на 1 м длипы глушителя (берется из справочников).
Проектная длина глушителя принимается по наибольшему из всех значений LTp, полученных в результате расчета для отдельных октавных полос.
Рис. 50. Глушители активного типа:
А — трубчатый; б — пластинчатый; в — сотовый; г — звукопоглощающая облицовка поворота; в — глушитель с цилиндрическими элементами; 1 — трубопровод; 2 — корпус глушителя; 3 — перфорированная стенка; 4 — стеклоткань; 5 — звукопоглощающий материал
Звукопоглощающие элементы можно изготовлять в виде цилиндров, располагаемых параллельно оси канала. В крупных глушителях их удобно подвешивать в вертикальном положении (рис. 50, д).
Экранные глушители могут устанавливаться на выходе из канала в атмосферу или на входе в канал (рис. 51).
Рис. 51. Экранные глушители: 1 — металлический лист; 2 — звукопоглощающий материал
На низких частотах экран практически не оказывает действия на излучаемый шум. На высоких частотах эффективность его установки может составлять 10—25 дБ, причем максимальный эффект наблюдается в осевом направлении.
Большое значение имеет расстояние экрана до канала и диаметр экрана — чем ближе экран расположен и чем больше его диаметр, тем эффективнее его установка. Диаметр экрана принимается обычно в 2 раза большим, чем диаметр канала. Что же касается расстояния экрана от конца канала, то здесь требования акустики приходят в противоречие с требованиями аэродинамики, так как при слишком близком расположении экрана резко увеличивается гидравлическое сопротивление. Поэтому при установке экранов приходится находить оптимальное решение.
Рис. 52. Реактивные глушители: