Теория звука. Что такое шум?

Звуком называют механические колебания упругого тела в частотном диапазоне слышимости человека. Шум – это нерегулярные колебания без закономерной зависимости.
Основные понятия
Звуковое давление p. Явление звука придает воздуху колебания. Это происходит потому, что импульс передается на молекулы воздуха, а от них – на следующие молекулы воздуха. Таким образом возникают попеременно зоны разрежения и уплотнения воздуха. При этом возникает звуковое давление, которое в нашем ухе вызывает ощущение звука.

Под звуковым давлением понимают изменение атмосферного давления внутри определенного периода времени. Началом отсчета является давление p0 = 2 * 10-5 Н/м2 или 20 µПа (1 Па = 1 Н/м2). Это самое меньшее давление звука, которое может воспринять еще человек с неповрежденным слухом (порог слышимости).
Звуковая мощность Р. Звуковой мощностью называют всю звуковую энергию, излучаемую источником звука по всем направлениям в помещении.
Звуковая мощность Р (Вт) = звуковая энергия Е / время t.
Звуковая энергия Е. Звуковая энергия зависит как от мощности звука, так и от времени его действия.
Е (Вт * с) = Р * t.
Интенсивность звука I. Под интенсивностью звука понимают звуковую мощность на единицу площади.
Интенсивность звука I (Вт/м2) = звуковая мощность Р / площадь А.
Уровень звукового давления L. Если две интенсивности звука соотнести в логарифмической зависимости, то такое соотношение интенсивности двух звуков названо в честь американского физика А. Б. Белла «Бел».
Уровень звукового давления = 10* lg (I1 / I ).
Чтобы по возможности избежать величины с запятой, уровни звукового давления даются в Децибелах (10 дБ = 1 Бел).
Скорость звука С. Скорость звука зависит:
- от материала, в котором распространяется звук;
- от температуры этого материала;
- от частоты.
Чем выше температура материала, тем лучше звукопроницаемость, так как теплые молекулы более подвижны, чем холодные.
Для воздуха справедлива формула:
СL = 331,2 + 0,6 * ΔT, где
CL – скорость звука в воздухе в зависимости от температуры,
331,2 – скорость звука в воздухе при О°С,
ΔT – разница температур с О°С.
Длина волны λ. Звук распространяется волнообразно. Длина волны зависит:
- от величины расстояния распространения звука в воздухе;
- от частоты.
Длина волны может быть измерена:
- от максимума до максимума;
- от нулевой точки до нулевой точки.
Длина волны λ (м) = скорость звука в воздухе CL / Частота f.
Порог слышимости – болевой порог
Порог слышимости |
Болевой порог |
|
Частота |
Ок. 16 Гц |
Ок. 16 000 Гц |
Звуковое давление |
P = 2 * 10-5 H/м2 = 20 µПа |
P = 20 H/м2 |
Звуковая интенсивность |
I = 10-12 Вт / м2 |
I = 1 Вт / м2 |
Уровень звукового давления |
L = 0 Дб |
L = 120 Дб |
Звуковое давление имеет такую силу, что 30-летний человек с нормальным слухом еще может его воспринять. |
Звуковое давление достигает такого уровня звука, что мы воспринимает его давление или его интенсивность как болевое ощущение. |
Шкала громкости
Ступени шума |
Фоны в дБ (А) |
Процесс |
Ощущения |
20 |
Тиканье тихих часов, легкий шелест листвы, спокойная комната ночью |
Очень тихо |
|
30 |
Шелест листьев, шепот, разговор соседей, еле понятный |
Тихо |
|
1 |
40 |
Близкий шепот, средние шумы в жилом помещении |
Почти тихо |
50 |
Разговор |
Умеренно громко |
|
60 |
Шум в офисе, ресторане, магазине |
Умеренно громко |
|
2 |
70 |
Громкий разговор, громкое радио, крик |
Громко |
80 |
Уличный шум при сильном движении |
Громко |
|
90 |
Шумный производственный цех, автосигнал |
От громкого до непереносимого |
|
3 |
100 |
Отбойный молоток, маленький самолет |
|
110 |
Штаповочно-котельное производство, громкая музыка, сигнал машины скорой помощи |
||
≥120 |
Реактивный двигатель, двигатель ракеты |
Виды шума
- Воздушный шум
- Корпусный шум
- Ударный шум (особая форма передачи корпусного шума)
Вид шума |
Воздушный |
Корпусный |
Ударный |
Среда передачи |
Воздух |
Твердые и жидкие материалы |
Твердые тела |
Источники |
Разговор, музыка, радио, телевизор |
Захлопывание двери, щелканье выключателя, смыв воды в туалете, шум потока в водопроводных трубах и в системе центрального отопления |
Ходьба по перекрытиям (по полу) |
Действие |
Источник приводит в колебательное движение частицы воздуха. Эти периодические колебания со своей стороны сообщают стене или перекрытию изгибные колебания, которые в свою очередь приводят частицы воздуха в соседнем помещении в колебательное движение. Это создает воздушный шум в соседнем помещении. |
Стены или перекрытия за счет механического воздействия приводятся в колебательное движение (изгибные колебания), которые в свою очередь приводят в колебательное движение частицы воздуха в соседнем помещении. Это создает воздушный шум в соседнем помещении. |
Перекрытие при ходьбе приводится в колебательное движение (изгибные колебания). Оно приводит в колебательное движение частицы воздуха над перекрытием и под ним. Кроме того, колебания передаются лежащим сверху и снизу частям стен и могут восприниматься в виде воздушного шума в соседних помещениях. |
Так как все три вида шума в конце концов воспринимаются ухом человека, то конечным видом действия в них является всегда воздушный шум.
Пути прохождения звука через конструкцию
- Звукопоглощение.
- Отражение.
- Звукопередача через конструкцию.
Шумоизоляция оборудования
Оборудование генерирует различные уровни и спектры звука в зависимости от конструкции, установки и мощности вентиляционного оборудования.
Существует ряд шумовых проблем, связанных с различными элементами оборудования. В любом случае решение будет более эффективным, простым и экономичным, если оно будет принято на стадии проектирования.
При решении задачи снижения шума в системе необходимо сделать следующее:
- проанализировать шум;
- определить источник и способ передачи;
- определить меры по снижению уровня шума.
В таблице ниже перечислен краткий список акустических проблем и краткое руководство по возможным решениям. Другие факторы, например размещение оборудования и распределение воздуховодов и трубопроводов, также должны быть тщательно проработаны на стадии проектирования.
Источник шума
|
Решение
|
Тип шума
|
---|---|---|
Оборудование
|
Шумоизоляция оборудования или изоляция помещения, в котором смонтировано оборудование, звукопоглощающими материалами |
Воздушный шум |
Воздуховоды
|
Звукоизоляция воздуховодов |
|
Установка шумоглушителей (трубчатых или пластинчатых) |
||
Трубопроводы
|
Звукоизоляция трубопроводов |
|
Установка виброопор трубопроводов |
Ударный шум |
|
Оборудование
|
Установка оборудования на виброопоры или плавающий пол |
Звукоизоляционные решения в системах ОВК
Снижение уровня шума в системах ОВК может быть достигнуто путем применения низкошумных узлов и агрегатов, их правильного монтажа, а также применения высокоэффективных звукопоглощающих материалов в узлах шумоглушения и изоляции воздуховодов.
Ограничение уровня шума систем вентиляции и кондиционирования имеет большое значение. Высокий уровень шума не только вызывает раздражение и ведет к снижению остроты слуха, но также способен вызывать стресс, бессонницу, повышенное артериальное давление. Строительные нормы «Защита от шума» регламентируют допустимый уровень шума в жилых помещениях не более 40 дБ.
Шумы, источником которых являются элементы системы вентиляции, имеют разную физическую природу. Всего можно выделить три типа шумов:
- Воздушные шумы, источником которых является собственно вентиляционное оборудование: установки кондиционирования воздуха, вентиляторные конвекторы, тепловые насосы и т. п. Эти шумы передаются вместе с воздушными потоками через приточно-вытяжные воздуховоды.
- Шум от вибрирующего вентиляционного оборудования. Его источником является вращающееся или вибрирующее оборудование (вентиляторы и водоохладители). Вибрации оборудования передаются непосредственно на стенки воздуховодов и распространяются по ним далее в помещения. Часто ситуация усугубляется из-за низкой жесткости боковых стенок воздуховодов, что ведет к увеличению интенсивности их вибраций.
- Самогенерирующиеся шумы – это шумы, возникающие при прохождении воздуха через систему воздуховодов. Как правило, это происходит в точках турбулентности, например у заслонок, колен, Т-образных разветвлений, воздухораспределительных устройств системы воздуховодов.
Задача снижения шума систем вентиляции и кондиционирования является весьма актуальной. Еще на стадии проектирования здания и его системы вентиляции необходимо сформулировать требования по шумоизоляции помещений и разработать систему вентиляции исходя из этих требований. Задача правильного (с точки зрения шумоизоляции) проектирования и монтажа систем вентиляции должна решаться в комплексе: начиная с выбора вентиляционного оборудования и способов его шумоизоляции (виброизоляции), заканчивая выбором способов прокладки воздуховодов, их размеров, типов и мест расположения заслонок, колен, разветвлений.
Одним из возможных (и весьма эффективных) способов снижения шума системы вентиляции является дополнительная шумоизоляция ее воздуховодов и установка трубных или пластинчатых шумоглушителей. Это связано с тем, что шум системы вентиляции так или иначе исходит от воздуховодов. Именно воздуховод является источником шума, расположенным непосредственно в жилом или рабочем помещении.
Существует достаточно большой спектр материалов, которые применяются для дополнительной шумоизоляции воздуховодов. К таким материалам относятся органическое волокно с антибактериальной обработкой, материалы из вспененного полиэтилена и каучука. Наиболее эффективными шумоизоляционными материалами являются волокнистые материалы с открытой пористой структурой, они обладают высоким коэффициентом звукопоглощения. Они помогают уменьшить реверберацию звука и, таким образом, предотвратить его распространение. Самыми распространенными из них являются материалы на основе кварца. Матами на основе кварцевого волокна воздуховоды покрываются, как правило, снаружи (это наиболее распространенный способ шумоизоляции). В ряде случаев используются звукопоглощающие панели из кварца, установленные внутри воздуховода (большие воздуховоды прямоугольного сечения). Ассортимент продукции ISOTEC содержит как маты, так и плиты из минеральной ваты на основе кварца, которые являются эффективными решениями для звукоизоляции воздуховодов.
Турбулентность потока воздуха в воздуховоде является причиной аэродинамического шума. Для решения данной проблемы ISOTEC предлагает специальные звукопоглощающие плиты ISOTEC HVAC slab, предназначенные для монтажа внутрь воздуховода (трубчатого шумоглушителя). Эффективность данной системы шумоглушения напрямую зависит от коэффициента звукопоглощения применяемого материала. Для минераловатных материалов ISOTEC его значение одно из лучших. Коэффициент звукопоглощения зависит от частоты шума и от толщины звукопоглощающей плиты: чем больше толщина, тем сильнее ослабление шума. Частотная зависимость аналогична – эффективность звукопоглощающего материала возрастает с ростом частоты шума.
Звукоизоляционные решения в промышленности
Ключевыми вопросами в промышленности являются вопросы безопасности персонала, в частности рабочих, занятых на производстве, и людей, работающих с шумным оборудованием и машинами. Снижение уровня шума также важно для комфорта живущих поблизости людей, особенно когда промышленные процессы происходят в жилых районах или непосредственной близости от них. Обычные области применения звуковой изоляции включают всё от изоляции офисов, находящихся поблизости от шумных процессов, и установки звукоизолирующих экранов для рабочих до изоляции оборудования, работающего при высоких температурах.
Для оптимальной звукоизоляции в промышленности мы предлагаем широкий ассортимент продуктов ISOTEC из ваты на основе кварца и каменной ваты.
Решения ISOTEC из минеральной ваты характеризуются высоким коэффициентом звукопоглощения – 0,98 (в общестроительном частотном диапазоне). Это позволяет использовать их в качестве высокоэффективных звукопоглощающих материалов, в том числе в системах шумоглушения.