Уменьшение звуковой мощности источника

Мероприятия уменьшения шума источника зависят от природы шума.

Механические шумы снижаются за счет уменьшения перехода механической энергии в акустическую путем:

- повышения точности изготовления машин;

- уменьшения передаваемых нагрузок и частоты вращающихся частей;

- замены ударных процессов на безударные;

- улучшения балансировки вращающихся частей;

- замены в механизмах возвратно-поступательного движения на вращательное;

- использования незвучных материалов (пластмассы, незвучные металлы с большим внутренним трением);

- совершенствования смазки трущихся поверхностей;

- применения клиноременных и зубчатоременных передач вместо зубчатых.

Аэродинамические шумы от перехода энергии газовой струи в аэродинамическую энергию. Снижение аэродинамических шумов достигается:

- уменьшением скорости обтекания тел;

- совершенствованием аэродинамических характеристик тел;

- улучшением аэродинамических характеристик машин (вентиляторов, турбин);

- трансформацией спектра шума в высокочастотную, ультразвуковую область;

- снижением градиента скорости струи за счет совершенствования конструкции.

Гидродинамические шумы при переходе энергии жидкости в акустическую снижаются за счет:

- улучшения гидродинамических характеристик насосов;

- уменьшения турбулентности потока жидкости;

- использования оптимальных режимов работы насосов;

- исключения гидравлических ударов рациональной конструкцией гидросистемы;

- недопущения резких закрытий трубопроводов.

Электромагнитные шумы при переходе энергии электромагнитного поля в акустическую. Методами защиты служат:

- использование в конструкции электрических машин скошенных пазов якоря двигателя;

- применение плотной прессовки пакетов в трансформаторах;

- учет влияния на ферромагнитные массы переменных магнитных полей.

Звукопоглощение

Звукопоглощение основано на переходе энергии колеблющихся частиц воздуха в теплоту за счет потерь на трение в порах материала.

Характеристикой звукопоглощающих свойств материала служит коэффициент звукопоглощения α:

,

где W_пoгл, W_пад – звуковая энергия, соответственно поглощенная и падающая на поверхность материала.

Звукопоглощающими материалами считаются материалы с коэффициентом звукопоглощения более 0,2. У материалов с развитой пористой структурой (незамкнутые поры) величина коэффициента достигает α = 0,6–0,9. К таким материалам относятся минеральная вата, стекловолокно, древесноволокнистые плиты и т.п.

Использование звукопоглощения для снижения шума в помещении именуется акустической обработкой помещения.

Акустическая обработка осуществляется различными методами:

- облицовка внутренних поверхностей помещений звукопоглощающими материалами;

- подвеска на потолочные перекрытия звукопоглотителей, выполненных из звукопоглощающего материала.

При выборе звукопоглощающего материала учитывается частота шума, а также условия эксплуатации облицовки (запыленность, влажность и др.). Снижение уровня шума методом звукопоглощения определяется зависимостью

_,

где В ₁ и В ₂ – постоянные помещения до и после акустической обработки, В _1,2 = А _1,2(1–α_1,2): А _1,2 – эквивалентные площади звукопоглощения до и после обработки помещения,
α_1,2 – средние коэффициенты звукопоглощения до и после обработки.

Величина

,

где V – объем помещения в м³; Т – время реверберации, т.е. время, в течение которого уровень звукового давления уменьшается на 60 дБ после прекращения действия источника шума.

Рис. 75. Штучные звукопоглотители

Наибольший эффект метода звукопоглощения обеспечивается в низких помещениях (до 6–4 м) при высоких частотах шума. Одиночные объемные звукопоглотители используются в помещениях, где затруднена установка облицовки. Звукопоглотители представляют собой геометрические тела различной формы, выполненные из звукопоглощающего материала (рис. 75). Для расчета снижения шума звукопоглотителями используется формула

_,

где А_шт – эквивалентная площадь звукопоглотителя; n – количество поглотителей.

Звукоизоляция

Звукоизоляция – это снижение шума на пути его распространения за счет звукоизолирующих преград (стен, перегородок, экранов и т.п.).

Звуковая энергия отражается от ограждений и только часть ее проходит через ограждение.

Характеристикой звукоизоляции служит коэффициент звукопроницаемости τ, равный отношению звуковой мощности, прошедшей через ограждение (W_пр), к звуковой мощности (W_пад), падающей на ограждение:

.

Другой характеристикой звукоизоляции является коэффициент звукоизоляции:

(дБ).

_.

Для оценки звукоизоляции однородной перегородки используется зависимость

(дБ),

_,

где m ₀ – масса 1 м² ограждения (кг); f – частота (Гц).

Звук через ограждения проходит (рис. 76) через отверстия в ограждении, через излучение шума ограждением под действием на него переменного давления падающего звука, а также от вибрации ограждения, возбуждаемой механическим воздействием на ограждение.
В последнем случае звуковые волны распространяются не по воздуху, а по конструкции. Из зависимости для оценки звукоизоляции однородной перегородки следует, что звукоизоляция повышается с ростом массы ограждения и частоты звука. На звукоизоляцию влияют жесткость ограждения, резонансные явления.

Рис. 76. Средства звукоизоляции: 1 – звукоизолирующий кожух; 2 – звукоизолирующая кабина; 3 – акустический экран

Основными типами устройств звукоизоляции являются: звукоизолирующие кожухи, кабины, экраны. Звукоизоляция позволяет ослабить шум в помещении на 30–50 дБ. Нанесение на внутренние поверхности конструкции вибродемпфирующих покрытий увеличивает внутренние потери и повышает эффективность звукоизоляции.

Эффективным, простым и дешевым методом снижения шума на рабочих местах является применение звукоизолирующих кожухов.

Для получения максимальной эффективности кожухи должны полностью закрывать оборудование, механизм и т.д. Конструктивно кожухи выполняются съемными, раздвижными или капотного типа, сплошными герметичными или неоднородной конструкции – со смотровыми окнами, открывающимися дверцами, проемами для ввода коммуникаций и циркуляции воздуха (рис. 77).

Кожухи изготавливают обычно из листовых несгораемых или трудносгораемых материалов (сталь, дюралюминий). Внутренние поверхности стенок кожухов обязательно облицовывают звукопоглощающим материалом, а сам кожух изолирован от вибрации основания. С наружной стороны на кожух наносят слой вибродемпфирующего материала для уменьшения передачи вибрации от машины на кожух. Если защищаемое оборудование выделяет теплоту, то кожухи снабжают вентиляционными устройствами с глушителями.

Рис. 77. Схемы звукоизолирующих кожухов:
а – съемного; б – раздвижного; в – капотного типа; г – неоднородной конструкции;
1 – стенка кожуха; 2 – звукопоглощающая облицовка; 3 – оборудование; 4 – виброизолирующие опоры
оборудования; 5 – виброизолирующие прокладки; 6 – глушители в отверстиях для циркуляции воздуха;
7 – глушитель в отверстии для провода; 8 – перфорированный лист или сетка

Рис. 78. Экранирование источников шума: 1 – шумное оборудование; 2 – экран со звукопоглощающей облицовкой; 3 – рабочее место

Для защиты от непосредственного, прямого воздействия шума используют экраны и выгородки (соединенные отдельные секции – экраны) (рис. 78).

Акустический эффект экрана основан на образовании за ним области тени, куда звуковые волны проникают лишь частично. При низких частотах (менее 300 Гц) экраны малоэффективны, так как за счет дифракции звук их легко огибает. Важно также, чтобы расстояние от источника шума до приемника было как можно меньше. Наиболее часто применяются экраны плоской и П-образной формы. Изготавливают экраны из сплошных твердых листов (металлических и т.п.) толщиной 1,5–2 мм с обязательной облицовкой звукопоглощающими материалами поверхности, обращенной к источнику шума, а в ряде случаев и с противоположной стороны.

Рис. 79. Звукоизолирующая кабина из сборных панелей: 1 – окно; 2 – вентилятор; 3 – глушитель шума; 4 – звукопоглощающий материал; 5 – виброизолятор

Звукоизолирующие кабины используют для размещения в них пультов дистанционного управления или рабочих мест в шумных помещениях (рис. 79). Используя звукоизолирующие кабины, можно обеспечить практически любое требуемое снижение шума. Обычно кабины изготавливают из кирпича, бетона и других подобных материалов, а также сборными из металлических панелей (стальных или из дюралюминия).

Глушители шума являются устройством снижения аэродинамического шума на пути его распространения.

Активные глушители содержат звукопоглощающий материал в виде набивки или матов, закрепляемых на внутренней поверхности глушителя, в виде звукопоглощающих пластин, устанавливаемых в канале глушителя.

Реактивные глушители отражают шумы обратно к источнику.

По принципу действия глушители подразделяют на активные (абсорбционные), реактивные и комбинированные (рис. 80).

а) б) в)

Рис. 80. Глушители: а – активный; б – камерный; в – резонансный

Они снижают шум в узких частотных пределах и подразделяются на камерные и резонансные. Камерные глушители выполняются в виде расширительных камер, отражающих звуковую волну обратно к источнику. В резонансном глушителе снижение шума достигается за счет потерь звуковой энергии на колебательный процесс в резонаторе, который рассчитывается на определенную длину звуковой волны.

Снижение шума в широком диапазоне частот достигается в комбинированных глушителях, в которых используют набор различных шумопонижающих активных и реактивных устройств.