Аэродинамические и гидродинамические шумы

· шумы, обусловленные периодическим выбросом газа в атмосферу, работой винтовых насосов и компрессоров, пневматических двигателей, двигателей внутреннего сгорания;

· шумы, возникающие из-за образования вихрей потока у твердых границ. Эти шумы наиболее характерны для вентиляторов, турбовоздуходувок, насосов, турбокомпрессоров, воздуховодов;

· кавитационный шум, возникающий в жидкостях из-за потери жидкостью прочности на разрыв при уменьшении давления ниже определенного предела и возникновения полостей и пузырьков, заполненных парами жидкости и растворенными в ней газами.

Шумы электромагнитного происхождения

Шумы электромагнитного происхождения возникают в различных электротехнических изделиях (например, при работе электрических машин). Их причиной является взаимодействие ферримагнитных масс под влиянием переменных во времени и пространстве магнитных полей. Электрические машины создают шумы с различными уровнями звука от 20¸30 дБ (микромашины) до 100¸110 дБ (крупные быстроходные машины).

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Звуковое давлениеP, Па. Звуковые волны возбуждают колебания частиц воздушной среды, в результате чего изменяется атмосферное давление.

Звуковое давление – это переменная составляющая давления воздуха или газа, возникающая в результате звуковых колебаний.

Ухо человека усредняет действующее на него звуковое давление за период Т = 30 – 100 мс. Следовательно, человек воспринимает не абсолютную величину давления, а его среднеквадратичное значение:

.

Частота звука f, Гц. Частота звука определяется числом колебаний звукового давления в секунду. По частоте звуковые колебания подразделяются на три диапазона: инфразвуковые с частотой колебаний менее 20 Гц, звуковые – от 20 до 20 000 Гц и ультразвуковые – более 20 000 Гц. Весь диапазон частот разбивают на октавные полосы. В каждой октавной полосе верхняя граничная частота f_в вдвое больше нижней f_н, т. е. f_в /f_н = 2, а среднегеометрическая частотаf_сг, которая и характеризует октавную полосу, рассчитывается как .

Среднегеометрические частотыf_сг октавных полос слышимого звука стандартизованы и равны: 31,5; 63; 125; 250; 500; 1 000; 2 000; 4 000; 8 000 Гц.

Интенсивность звука , Вт/м². Интенсивность звука – это поток энергии, переносимый звуковой волной в единицувремени,отнесенный к единице площади поверхности,нормальной к направлению распространения волны. Интенсивностьзвука связана со звуковым давлением зависимостью:

,

(1)

где – плотность среды, кг/м³; c – скорость распространения звука в среде, м/с.

Уровень интенсивности L_I, дБ. Уровень звукового давления L_P, дБ. Слуховые ощущения человека, возникающие при шуме, пропорциональны логарифму количества энергии этого шума. Чтобы учесть ощущения человека, а также для упрощения операций с большими числами, характеризующими звук, на практике пользуются логарифмическим уровнем интенсивности L_I:

,

(2)

гдеI – текущее (фактическое) в каждый момент времени значение интенсивности звука; I₀ – порог слышимости.

При переходе к значениям уровня звукового давления, учитывая (1), получим:

,

(3)

гдеP – текущее (фактическое) значение звукового давления (P₀ = 2·10^-5 Па).

Величина уровня интенсивности звука используется при акустических расчетах, а уровня звукового давления – при измерениях шума. При нормальных атмосферных условиях (Т = 293 К и P_ст = 1034 ГПа) L_I = L_P .

Область слышимых звуков ограничивается не только определенными частотами (20 – 20 000 Гц), но и определенными предельными значениями звуковых давлений и их уровней. На рисунке 1 эти предельные значения уровней звукового давления изображены двумя кривыми. Нижняя кривая соответствует порогу слышимости. Верхняя кривая – порогу болевого ощущения (L = 120÷130 дБ). Звуки, превышающие по своему уровню этот порог, могут вызывать боли и повреждения в слуховом аппарате.

Область на частотной шкале, лежащая между этими кривыми, называется областью слухового восприятия.

Уровень звука L_A, дБА. Это величина, которая определяется по фор­муле:

, (4)

где P_A – звуковое давление, измеренное по шкале "А" шумомера. Характеристика ''А" шумомера при помощи специального фильтра обеспечивает имитацию чувствительности уха человека во всем акустическом диапазоне частот (рис.1).

Рис. 1. Слуховое восприятие человека:

1 – порог слышимости; 2 – порог болевого ощущения;

3 – область слухового восприятия человека

Эквивалентный по энергии уровень звука, , дБА, непостоянного шума – это уровень звука постоянного широкополосного шума, который имеет такое же среднеквадратичное звуковое давление, что и данный непостоянный шум в течение определенного интервала времени.

Это интегральный параметр, применяемый для оценки непостоянного шума:

или (5)

здесь Т – период времени усреднения уровней звука, с; t_i – временной интервал, в течение которого уровень звука L_Ai неизменен, с; n– количество временных интервалов за период усредненияΔt .

Уровень звуковой мощности L_W,дБ. Этот параметр применяют для шумовой характеристики машин и определяют по формуле

,

(6)

гдеW– звуковая мощность, Вт;W₀ = 10^-12 Вт – пороговая звуковая мощность, соответствующая пороговому уровню звукового давления L_P, создаваемому точечным источником на поверхности сферы площадью 1 м². Октавные уровни звуковой мощности определяются опытным путем и указываются в паспорте на оборудование.

Предельно допустимый уровень (ПДУ) шума – это уровень фактора, который при ежедневной (кроме выходных дней) работе, но не более 40 часов в неделю в течение всего рабочего стажа, не должен вызывать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений. Соблюдение ПДУ шума не исключает нарушения здоровья у сверхчувствительных лиц.

Допустимый уровень шума – это уровень, который не вызывает у человека значительного беспокойства и существенных изменений показателей функционального состояния систем и анализаторов, чувствительных к шуму.

Максимальный уровень звука, L_Аmax,дБА – это уровень звука, соответствующий максимальному показателю измерительного, прямопоказывающего прибора (шумомера) при визуальном отсчете, или значение уровня звука, превышаемое в течение 1 % времени измерения при регистрации автоматическим устройством.