Что такое шум?

Шум – это случайные колебания звуков различной интенсивности и частоты. В обиходе шумом принято называть нежелательный, мешающий человеку звук. Подобно любому другому волновому процессу, звук характеризуется частотой колебаний. Частота колебаний (f) связана со скоростью звука и длиной волны следующим выражением:

где  – длина волны, м;  с – скорость звука, м/с (в воздухе с = 340 м/с).

За единицу частоты принят герц (Гц), равный одному колебанию в секунду (1/с). Частота звука, воспринимаемого ухом человека, лежит в пределах от 20 Гц до 20 000 Гц. Звуковые колебания с частотой меньшей 20 Гц называют инфразвуком, больше 20 000 Гц – ультразвуком.

В каждой точке звукового поля при распространении звуковой волны будут попеременно возникать деформации сжатия и разрежения, что приведет к изменению давления в среде по сравнению с атмосферным давлением. Разность между атмосферным давлением при отсутствии звукового воздействия и давлением в каждой точке звукового поля называется звуковым давлением (p). Фазе сжатия соответствует положительное значение звукового давления, фазе разрежения – отрицательное. Единицей измерения звукового давления является паскаль (Па). Величина звукового давления слышимого человеком звука изменяется в очень больших пределах – в 10⁷ раз. Учитывая трудности, связанные с использованием абсолютных значений звукового давления, эту величину принято оценивать в относительных логарифмических уровнях звукового давления, измеряемых в децибелах (дБ). Каждое значение этой логарифмической шкалы соответствует изменению звукового давления в определенное число раз.

Уровень звукового давления, выраженный в логарифмической шкале, находится по формуле

где р_ср – среднеквадратичное значение звукового давление, Па; р_0ср – среднеквадратичное значение звукового давления, соответствующее порогу слышимости и принятое за начало отсчета, р_0ср=2x10^-5 Па.

Введение уровня звукового давления позволило преобразовать огромный диапазон звукового давления в практически удобный диапазон уровней звукового давления. Например, болевому порогу восприятия звука человеком соответствует звуковое давление p_ср = 2x10² Па. Подставляя это значение в формулу (2), получим, что относительно порога слышимости изменение уровней звукового давления составит 140 дБ, а не 10⁷ раз, как для звукового давления.

Другое преимущество звукового давления заключается в том, что изменение его на 1 дБ приблизительно соответствует минимальному, едва ощутимому человеком изменению громкости звука.

При работе вентилятора и движении воздуха по элементам сети возникают колебания частиц воздуха, служащие источником шума. Также посторонние шумы могут передаваться из помещения в помещение по соединяющим их вентиляционным каналам (так называемый вторичный шум). Рассмотрим основные источники шума.

1. ШУМ ОТ ВЕНТИЛЯТОРА.

Вентилятор является основным источником шума в вентиляционных системах. Его шум складывается из аэродинамической и механической составляющих.

Аэродинамический шум вентилятора вызывается пульсациями давления и скорости потока воздуха в проточной части вентилятора и в примыкающих воздуховодах. Основная (критическая) частота этого шум (f_s) зависит от частоты вращения рабочего колеса:

где n – число оборотов вентилятора, об/мин; s – число лопаток вентилятора.

Механический шум возникает от работы электродвигателя, подшипников и т.п. Этот шум имеет широкий спектр, который имеет как частоты, кратные частоте вращения вентилятора, так и частоты ударного возбуждения механических колебаний деталей конструкции.

2. АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ ШУМ, ВОЗНИКАЮЩИЙ В ВОЗДУХОВОДАХ.

Аэродинамический шум в воздуховодах в первую очередь образуется, когда поток воздуха проходит острые грани, заслонки, зауженные участки, направляющие лопатки в прямоугольных отводах и т.п. Любая острая грань или препятствие на пути потока воздуха создает турбулентность потока и шум.

3. СТРУКТУРНЫЙ ШУМ.

Структурным называют шум при излучении его строительными конструкциями здания, жестко связанными с каким-либо вибрирующим механизмом, например, корпусом вентилятора. Для его снижения необходимо применять резиновые или пружинные виброизолирующие аммортизаторы под опоры вибрирующих агрегатов, гибкие вставки в воздуховоды и т.п.

Нормирование шума

Для оценки уровней шума в помещениях весь частотный диапазон был разбит на отдельные полосы – октавы. Среднегеометрические частоты октавных полос, на которых производится нормирование шума, строго стандартизированы: 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц. Шум считается допустимым, если измеренные с помощью шумомера или теоретически определенные уровни звукового давления (L) во всех октавных полосах нормируемого диапазона частот (31,5 - 8000 Гц) не превышают нормативных
значений.

Применяют и другой метод нормирования шума, основанный на интегральной оценке всего частотного диапазона «одним числом» при измерении шума с помощью характеристики «А» шумомера. В этом случаев спектре шума уменьшаются составляющие на низких и средних частотах (до 1000 Гц), что примерно соответствует характеру восприятия шума человеком на различных частотах. Определяемый уровень при этом называется уровнем звука (L_A) и характеризуется одним числом в дБА.

Нормирование шума производится в соответствии с требованиями СНиП 23-03-2003 «Защита от шума». Предельно допустимые уровни шума для жилых комнат квартир, номеров гостиниц, помещений офисов и кафе зависят не только от времени суток, но и от категории комфортности здания: А – высококомфортные условия, Б – комфортные условия, В – предельно допустимые условия. Кроме того, предельно допустимые уровни шума от оборудования систем вентиляции и кондиционирования воздуха следует принимать на 5 дБ (или 5дБА) ниже указанных в СНиП. Предельно допустимые уровни звукового давления в октавных полосах частот и уровни звука в дБА от работы систем вентиляции и кондиционирования воздуха представлены в таблице 1 согласно СНиП 23-03-2003 с учетом поправки –5 дБ (дБА).

Предельно допустимые уровни шума от работы систем вентиляции и кондиционирования воздуха (по СНиП 23-03-2003 «Защита от шума»)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УРОВНЕЙ ЗВУКОВОГО ДАВЛЕНИЯ В ПОМЕЩЕНИИ ПРИ РАБОТЕ ВЕНТИЛЯЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

Для того, чтобы правильно подобрать необходимый тип глушителя шума прежде всего необходимо определить уровни шума, которые создает в помещении работающая вентиляционная система. Данный расчет проводится в соответствии с требованиями СНиП 23-03-2003 и Руководства по расчету и проектированию шумоглушения вентиляционных установок.

Расчет уровней звукового давления проводиться для восьми октавных полос нормируемого диапазона частот со среднегеометрическими частотами 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц. Рассмотрим пример – шум от вентилятора распространяется по воздуховодам и излучается в помещение через воздухораспределительную решетку. В этом случае решетка будет являться источником шума (ИШ) в помещении.

Исходные данные для расчета (см. рис.1): тип помещения – офис, категории по комфортности Б, площадь помещения – 50 м², высота – 3 м, объём – 150 м³. Вентиляционная система включает в себя вытяжной вентилятор, три воздуховода сечением 500x300 мм длиной l₁ = 5 м, l₂ = 2 м, l₃ = 1 м. Воздухоприемная решетка имеет размеры 150x100 мм и расположена под потолком посередине стены. Расстояние от середины решетки до расчетной точки (рабочее место) r = 1,5 м.

Рис. 1. Расчетная схема для определения уровней шума в помещении при работе вентиляционной системы

Расчет включает в себя несколько основных этапов:
1) В помещении необходимо выбрать расчетную точку (РТ), в которой будет производиться расчет уровней звукового давления, и определить расстояние от нее до источника шума (решетка).