Источники шума и их характеристики

При непериодичности колебаний возникают шумы: либо это длительное колебание, но очень неправильное, сложное по форме (шипение, скрип), либо же отдельные выбросы (щелчки, стуки). С этой точки зрения к шумам следует отнести и звуки, выражаемые согласными.

Выделяют следующие источники шума:

а) естественного происхождения.

В реальной атмосфере вне зависимости от человека всегда присутствуют шумы естественного происхождения с широким спектральным диапазоном от инфразвука с f = 3·10^-3 Гц до ультразвука и гиперзвука (10¹⁹ – 10¹³ Гц); (шум морского прибоя, горного обвала, грозового разряда, извержение вулкана, пение птиц). Источниками инфразвуковых шумов могут быть различные метеорологические и географические явления (магнитные бури, полярные сияния, движение воздуха в кучевых и грозовых облаках, ураганы, землетрясения). В слышимой области частот под действием ветра всегда создается звуковой фон. В природе при обтекании воздухом различных тел за счет отрыва вихрей образуются инфразвуковые колебания и слышимые низкие частоты.

б) техногенного происхождения – все применяемые в современной технике механизмы, оборудование и транспорт.

Техногенные шумы по физической природе могут быть разделены:

– на механические, возникающие при взаимодействии различных деталей в механизмах (одиночные или периодические удары), а также при вибрациях поверхностей машин, устройств и т. п.;

– электромагнитные, возникающие вследствие колебаний деталей и элементов электромеханических устройств под действием электромагнитных полей (дроссели, трансформаторы, статоры, роторы);

– аэродинамические, возникающие в результате вихревых процессов в газах (адиабатическое расширение сжатого газа или пара из замкнутого объема в атмосферу; возмущения, возникающие при движении тел с большими скоростями в газовой среде, при вращении лопаток турбин и т.п.);

– гидродинамические, вызываемые различными процессами в жидкостях (возникновение гидравлического удара при быстром сокращении кавитационных пузырей, кавитация в ультразвуковом оборудовании, в жидкостных системах самолета).

Любой источник шума характеризуется, прежде всего, звуковой мощностью.

Звуковая мощность источника Р – общее количество звуковой энергии, излучаемой источником шума в окружающее пространство за единицу времени.

Если окружить источник шума замкнутой площадью, то звуковая мощность источника

(5.14)

где I_n – нормальная к поверхности составляющая интенсивности.

Окружая источник шума условной сферой с достаточно большим диаметром r, чтобы можно было считать источник точечным, получим величину средней интенсивности звука на поверхности этой сферы:

. (5.15)

Это выражение предполагает излучение шума по всем направлениям одинаковым, что справедливо для точечных источников, размеры которых малы по сравнению с длиной излучаемых ими волн. Однако источники шума часто излучают звуковую энергию неравномерно по всем направлениям, т. е. обладают определенной направленностью излучения. Эта неравномерность излучения характеризуется коэффициентом Ф – фактором направленности, показывающим отношение интенсивности звука, создаваемой направленным источником в данной точке I, к интенсивности I_ср, которую развил бы в этой же точке ненаправленный источник, имеющий ту же звуковую мощность и излучающий звук в сферу (во все стороны одинаково), т. е.

. (5.16)

Характеристики направленности обычно представляют в виде зависимости показателя направленности G от угла между выбранным направлением и осью источника (рис. 5.4).

, (5.17)

где р и L – звуковое давление и его уровень, измеренный на определенном расстоянии от источника звука, дБ; р_ср и L_ср – звуковое давление и его уровень, усредненный по всем направлениям при том же расстоянии.

Рис. 5.4. Показатель направленности шума

Шумовыми характеристиками, которые должны быть указаны в прилагаемых к машине документах, являются:

1) уровни звуковой мощности шума в октавных полосах со среднегеометрическими частотами от 63 до 8000 Гц;

2) характеристики направленности излучения шума машины.

Уровни звуковой мощности L_Р (дБ) установлены по аналогии с уровнем интенсивности звука:

, (5.18)

где Р – фактическая звуковая мощность; Р₀ – пороговая звуковая мощность, равная 10^-12 Вт.

Дополнительными характеристиками являются октавные уровни звукового давления или уровни звука на определенном расстоянии от машины.

Если в расчетную точку попадает шум от нескольких источников, складываются их источники, но не уровни:

I_∑ = I₁ + I₂ + … + I_n.

Разделим на I₀ и прологарифмируем:

или

(5.19)

При большом числе одинаковых источников глушение лишь нескольких из них практически не ослабит суммарный шум. Если же на рабочее место попадает шум от разных по интенсивности источников, то снижать необходимо сначала шум от более мощных источников.

Для нескольких одинаковых источников формула (5.19) примет вид

L_∑ = L_i + 10 lg n. (5.20)