Физические характеристики шума

Проблема шума является одной из острейших проблем развития современной цивилизации. Неблагоприятное акустическое воздействие в той или иной мере ощущает почти каждый второй житель нашей планеты [1]. И сейчас акустическое загрязнение среды оказывает на человека не меньшее влияние, чем разрушение озонового слоя или кислотные дожди.

В наши дни шум становится одной из глобальных экологических проблем. Внедрение в промышленность новых интенсивных технологий, рост мощности и быстроходности оборудования, широкое использование быстроходного наземного, воздушного и водного транспорта, применение разнообразной бытовой техники – все это приводит к тому, что где бы ни был человек – на работе, дома или на отдыхе – всюду он подвергается многократному воздействию шума.

Осознавая актуальность этой проблемы, человечество вынуждено тратить на ее решение значительные материальные и интеллектуальные ресурсы. И с каждым годом для обеспечения приемлемых уровней воздействия шума на человека эти затраты только возрастают.

Вместе с тем решение проблем акустического загрязнения среды обитания часто сталкивается с рядом трудностей отнюдь не технического характера. Во-первых, этому порой мешает некомпетентность в вопросах акустики руководителей, не понимающих, что борьба с шумом является очень кропотливой работой, требующей от персонала высокой квалификации.

Во-вторых, трудности в решении этих вопросов обусловлены несерьезным, легкомысленным отношением к экологическим проблемам вообще, и к проблемам борьбы с шумом в частности. Вследствие этого вопросы решаются по остаточному принципу, когда будут ресурсы, время или вынудят обстоятельства, и зачастую до них просто не доходят руки. Наконец сюда же следует отнести и нашу низкую законопослушность, когда многие принятые законы просто не выполняются, и это считается в порядке вещей.

Естественно, что оперировать такими большими цифрами довольно неудобно. Кроме того, и это наиболее важно, ощущения человека, возникающие при действии различных раздражителей, в частности при шуме, пропорциональны согласно закону Вебера - Фехнера, логарифму количества энергии раздражителя. В этой связи получили широкое распространение в практической акустике логарифмические величины - уровни звукового давления, интенсивности и мощности, измеряемые в дБ и определяемые по формуле:

где p₀ — пороговое значение звукового давления, p₀ = 2 • 10^-5 Па.

Из данных, представленных в табл. 1, следует, что использование логарифмических величин позволило существенно уменьшить диапазон изменения акустических параметров: 8 порядков в изменениях звукового давления (при использовании интенсивности звука это соответствует даже 16 порядкам) равно только трем порядкам в изменениях уровня звукового давления.

Снижение шума также можно оценить в децибелах. Если исходный уровень шума L₁ уменьшен до уровня L₂, то величина снижения шума

Если в расчетную точку попадает шум от п источников, каждый из которых создает в расчетной точке одинаковый уровень звукового давления (интенсивности) L, то суммарный уровень шума определится выражением

Если имеется два источника, создающие в заданной точке разные уровни звукового давления L₁ и L₂, то суммарный уровень шума

где L — наибольший из двух уровней L₁ и L₂; DL - добавка, величина которой будет зависеть от разности L₁ - L₂ (табл. 2).

Добавка для суммирования двух уровней шума

Рассмотренные особенности логарифмического суммирования имеют большое практическое значение при разработке мероприятий по защите от шума.

Уровень звука. Чувствительность слуха падает с понижением частоты звука. Для того, чтобы приблизить результаты объективных измерений к субъективному восприятию, вводят понятие корректированного уровня звукового давления. Коррекция заключается в том, что вносятся поправки к уровню соответствующей величины, зависящие от частоты звука. Эти поправки стандартизированы в международном масштабе.

Корректированный уровень звукового давления называется уровнем звука и измеряется в дБ (А).

Суммарный уровень звука со сложным спектральным составом определяется по уровням звука составляющих по формуле

где L_A – уровень звука в дБ (А) на данной частоте.

Характеристикой постоянного шума на рабочих местах являются уровни звукового давления в дБ в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц.

Допускается в качестве характеристики постоянного широкополосного шума на рабочих местах принимать уровень звука в дБА, измеренный на временной характеристике «медленно» шумомера, определяемый по формуле:

где Р_А – среднеквадратичная величина звукового давления с учетом коррекции «А» шумомера, Па.

Характеристикой непостоянного шума на рабочих местах является эквивалентный (по энергии) уровень звука в дБА.

Эквивалентный /по энергии/ уровень звука, L_A_экв, дБА, непостоянного шума – уровень звука постоянного широкополосного шума, который имеет такое же среднеквадратичное звуковое давление, что и данный непостоянный шум в течение определенного интервала времени [17].

Предельно допустимые уровни звука и эквивалентные уровни звука на рабочих местах с учетом напряженности и тяжести трудовой деятельности представлены в табл. 4.

Каждый день, общаясь с другими людьми, слушая музыку или пенье птиц, мы даже не задумываемся, каким образом мы этот делаем. Унас не возникает при этом чувств изумления или восхищения, хотя в действительности есть чему удивляться. Самый громкий из слышимых звуков примерно в 10 миллиардов раз интенсивнее самого тихого звука. Ухо может анализировать звуки в диапазоне частот, самая высокая из которых более чем в тысячу раз превышает самую низкую частоту. Для сравнения воспринимаемый глазом человека свет располагается лишь в октавном частотном диапазоне, граничные частоты которого отличаются в два раза. Устройство уха столь тонко и сложно и при этом обеспечивается такая высокая точность и многофункциональность, что наука до сих пор еще не до конца разгадала все тайны его работы.

Устройство органа слуха показано на рис. 1. Анатомически этот орган может быть разделен на три части: наружное, среднее и внутреннее ухо. Наружное ухо состоит из ушной раковины и слухового канала, заканчивающего барабанной перепонкой.

Слуховой канал – это слегка сужающийся канал длиною 2…3 см – предохраняет от повреждения внутреннее ухо и играет роль резонатора. Собственная частота воздушного столба в слуховом канале 2…4 кГц, благодаря чему в этом диапазоне частот из-за резонанса происходит усиление звуковых колебаний. Пройдя слуховой канал, звуковая волна встречает на своем пути барабанную перепонку, которая представляет собой эластичную мембрану, удерживаемую специальными мышцами в состоянии. Барабанная перепонка находится на границе наружного и среднего уха, и именно здесь происходит начальный этап преобразования объективного звука в субъективный.

В полости среднего уха, заполненной воздухом, располагаются три соединенные между собой слуховые косточки, так называемые молоточек, наковальня и стремя. Молоточек соединен с барабанной перепонкой таким образом, что последняя оказывается слегка вогнутой в сторону среднего уха, что придает ей воронкообразную форму. Движение барабанной перепонки передается сросшимся с ней молоточком через наковальню на стремя. Форма стремени оправдывает его название. Своим основанием оно упирается в овальное окно – часть перегородки, разделяющей среднее и внутреннее ухо. Учитывая, что площадь поверхности овального окна значительно меньше площади барабанной перепонки, а плечи рычага образуемого молоточком и наковальней обеспечивают трехкратное увеличение силы, действующей на стремя, получим, что давление, оказываемое на овальное окно, в десятки раз превышает давление, испытываемое барабанной перепонкой.

Еще одной важной особенностью строения уха является то, что оно обладает механизмами защиты от механических повреждений при действии шума высокой интенсивности. Первый механизм, так называемый ушной рефлекс, заключается в том, что при воздействии шума с уровнями примерно 90 дБ и выше в течение более 0,01 с, происходит рефлекторное сокращение мышц, связанных с барабанной перепонкой, в результате она становится более жесткой и менее чувствительной к действующему шуму.

Второй защитный механизм состоит в изменении характера колебаний слуховых косточек в среднем ухе. Они снабжены двумя мышцами, которые при наличии звука высокой интенсивности, сокращаются, вызывая тем самым изменения в движении стремени, существенно уменьшающие давление, оказываемое с его стороны на овальное окно, и, таким образом, защищая внутреннее ухо от повреждений.

Говоря об устройстве среднего уха, следует также отметить, что оно соединено с носоглоткой, а значит и с окружающей средой с помощью узкого канала, называемой евстахиевой (слуховой) трубой, по имени открывшего ее итальянского анатома. Эта труба, обычно закрытая, открывается при глотании, уравнивая давление по обе стороны барабанной перепонки. Если по каким-либо причинам давление не выровнено, барабанная перепонка испытывает дополнительное сопротивление при своем движении, что приводит к некоторой потере слуха, а при большем перепаде давления и к появлению боли в ушах. Это происходит при подъеме на высоту, при полете на самолете, особенно на взлете и посадке. Обычно при глотании эти ощущения пропадают: евстахиева труба открывается и давление выравнивается. Но при насморке эта труба заполнена слизью и давление не может уравняться. Если при этом заполнена слизью и сама полость среднего уха, то движение слуховых косточек тормозится вязким трением, что еще больше снижает чувствительность уха.

Казалось бы, не очень-то и мудреные функции среднего уха: слуховые косточки, как простейшая механическая система, передают колебания от барабанной перепонки во внутреннее ухо. Но есть одна вещь, которая не может не вызвать восхищения - поразительная точность, с которой работает эта система. Можно подсчитать, что на пороге слышимости человека, в области высоких частот, частицы воздуха в звуковой волне, а, следовательно, и барабанная перепонка перемещаются с очень малой амплитудой 5.10^-10 см.

Это существенно меньше даже диаметра атома водорода, равного 10^-8 см. Если учесть, что слуховые косточки, как система рычагов, также уменьшают эту амплитуду – в 3 раза, то получим еще меньшую величину!

Кроме того, здесь возникает один интересный вопрос: каким образом можно воспринимать слабые звуки, если амплитуда перемещения частиц в такой звуковой волне на несколько порядков меньше длины свободного пробега молекул в атмосферном воздухе? И почему в этом случае тепловое движение молекул воздуха не маскирует слабых акустических колебаний, и мы не слышим тепловой шум?

А все дело в том, что тепловое движение молекул хаотично, а воспринимаемый ухом звук это регулярные колебания воздуха, соприкасающегося с барабанной перепонкой. Поэтому сравнивать с акустическим движением данной частицы среды следует не движение отдельной молекулы, а результирующую составляющую теплового движения молекул, т.е. броуновское движение данной частицы. Амплитуда броуновского движения составляет порядка 10^-12 см, что меньше амплитуды акустических колебаний [4]. Но запас совсем не велик, и будь ухо на пару порядков чувствительнее, а при имеющем место огромном диапазоне чувствительности нашего уха в 13 порядков это совсем немного, ощущения постоянного шума в ушах, от теплового движения воздуха у барабанной перепонки, нам было бы не избежать.

Но настоящие таинства слуха начинаются во внутреннем ухе. Там располагается самый сложный элемент уха – улитка, поперечное сечение которой представлено на рис. 2.

Она состоит из спиральной трубочки длиной около 3 см, заполненной жидкостью, называемой перилимфой, и делится перегородкой на две части: верхний (вестибулярный) и нижний (барабанный) каналы. Эти каналы на конце улитки соединяются небольшим отверстием, называемым геликотремой. Если мысленно развернуть улитку, она приобретет форму, представленную на рис. 3, а. Движение стремени в овальном окне подобно поршню вызывает колебания перилимфы. Эти колебания, распространяясь от овального окна вдоль перегородки, огибают ее, проходя через геликотрему, и далее идут в обратном направлении по нижнему каналу, пока не достигают круглого окна, затянутого гибкой мембраной, где и рассеиваются. Перегородка улитки, по сути, образована двумя мембранами: базилярной (основной) мембраной, очень тонкой и тугой вблизи овального окна, но становящейся более толстой и податливой по мере продвижения к хвосту улитки, и мембраной Рейснера. Между ними, на верней поверхности основной мембраны, по всей ее длине размещается кортиев орган, представляющий собой набор из приблизительно 24000 тысяч так называемых волосковых клеток – особо чувствительных клеток, каждая из которых соединена с нервными волокнами слухового нерва и реагирует на колебания базилярной мембраны.

Рис. 2. Поперечное сечение улитки Рис. 3. Развертка улитки (а) и

Когда впервые в XIX веке стали изучать болезнь рабочих-котельщиков, связанную с глухотой к определенным звукам, оказалось, что у них были повреждены некоторые участки базилярной мембраны. У этих людей, которые всю трудовую жизнь ковали или клепали металл, хроническая глухота развилась к звукам тех частот, что превалировали в производственном шуме. Отсюда следовал вывод, что громкие звуки затрагивают ту часть уха, которая была наиболее чувствительна к ним. Это дало основание выдающемуся немецкому естествоиспытателю Гельмгольцу предположить, что волокна базилярной мембраны подобны струнам рояля. Каждое такое волокно находится в натянутом состоянии, слабо связанно с другими и, имея свою резонансную частоту, возбуждает при резонансе соединенное с ним нервное окончание. Такая модель, простая по существу, позволяла, например, легко объяснить способность нашего слуха различать звуки по частоте, т.е. проводить частотный анализ звука. Однако она оказалась слишком упрощенной, чтобы описать все многообразие особенностей нашего слухового восприятия. И дальнейшие исследования подтвердили правомерность этого вывода.

Венгерский ученый Бекеши в 30 – 40 годах прошлого века детально исследовал работу слухового аппарата. За полученные при этом результаты позднее его удостоили Нобелевской премии. Он показал, что колебания жидкости в улитке приводят к изгибным колебаниям основной мембраны, причем амплитуда этих колебаний, начиная с овального окна, медленно нарастает и в определенном месте мембраны достигает максимума, а затем быстро затухает. Положение максимума зависит от частоты звука (рис. 3, б). Чем ниже эта частота и соответственно чем больше длина волны, тем на большем расстоянии от овального окна будут располагаться максимальные амплитуды колебаний. При частоте 16 кГц максимум находится непосредственно у овального окна, при частоте 2 кГц – в середине основной мембраны, а при нижних граничных частотах слышимого диапазона – на ее краю. Таким образом, гармонический тон возбуждает в основной мембране не одно единственное волокно, настроенное на данную частоту, как это полагал Гельмгольц, а в той или иной степени всю мембрану!

При изгибных колебаниях основной мембраны в соответствующих волосковых клетках появляются сдвиговые напряжения, что в свою очередь приводит к возникновению в них электрических сигналов. Таким образом, звук оказывается закодированным всплесками электрической активности большого количества волосковых клеток. Однако структура этого кода до конца не выяснена. Над этим работают во многих мировых научных центрах. Картина последовательности импульсов, возникающих даже при действии чистого тона, очень сложна и не зависит явно от частоты этого тона. Дело еще осложняется тем, что волосковые клетки генерируют электрические сигналы даже тогда, когда никакого звука нет. Между тем решение задачи расшифровки слухового кода позволило бы не только понять природу субъективного восприятия звука человеком, но и могло бы найти широкое практическое применение, например, в системах связи.

Далее, закодированные звуковые сигналы направляются по слуховым нервам в височно-затылочную часть коры головного мозга, где производится их окончательный анализ. И здесь все организованно очень сложно. Так, в мозгу только часть нервных клеток реагирует на чистые тона, а остальные клетки реагируют на звуки более сложного спектрального состава. Но даже те нервные клетки, которые реагируют на чистые тона, делают это удивительно сложным образом. Так одни из них реагируют только на начало звука, другие – на его окончание. Одни группы нейронов имеют узкие полосы отзывчивости (пропускания), другие – широкие, а третьи реагируют только на изменение частоты звука.

Но зачем такое разнообразие функций нейронов? Ведь природа не терпит излишеств. По-видимому необходимость этого вытекает из особенностей нашего слухового восприятия, позволяющих нам одновременно решать сразу несколько сложных задач. Услышав слово, мы сразу определяем его значение и одновременно можем оценить кем, мужчиной или женщиной, знакомым или незнакомым человеком, оно сказано. При этом мы также различаем и эмоциональный настрой говорящего и многие другие нюансы произнесенного слова или фразы. И все мы это делаем за десятую долю секунды – именно столько уходит у нас на весь этот анализ!

Резюмируя, можем еще раз сказать, что мы еще не очень хорошо понимаем, как мы слышим. Здесь много работы еще впереди, и, несомненно, это принесет множество удивительных открытий.

Рис. 7. Пути передачи звука от источника к приемнику

Снижения шума в источнике можно достигнуть с помощью следующих мероприятий:

§ изменение рабочего процесса для снижения шума;

§ оборудование рабочего места специальным материалом для гашения вибрации;

§ использование специального укрытия для проведения работ.

Снижение шума на путях его распространения возможно следующими способами:

§ снижением прямых составляющих звукового поля путем удаления приемника от источника на большее расстояние;

§ изменением направленности источника шума;

§ уменьшением реверберирующего звукового поля при помощи звукопоглощающего покрытия потолка и стен;

§ уменьшением шума, передаваемого конструктивными элементами здания, путем разрыва путей передачи звука и вибрации в плитах фундамента.

Снижение шума, воспринимаемого человеком, может быть достигнуто следующими мерами:

§ сокращением продолжительности ежедневного воздействия шума путем смены рабочего через определенные интервалы времени;

§ применением индивидуальных средств защиты слуха;

§ сокращением продолжительности пребывания человека в поле шума высокого уровня;

На рис. 8 представлены различные методы снижения шума, непосредственно вытекающие из изложенных выше вариантов. После завершения предварительных исследований следует рассмотреть пути возможного улучшения акустических условий. Основной задачей является определение наиболее экономичного и эффективного метода с целью обеспечения требуемого снижения шума в двух критических точках, причем чрезмерное уменьшение шума вызовет ненужные расходы.

1 – наушники; 2 – звукоизолирующее ограждение; 3 – экран; 4 – увеличение расстояния; 5 – звукопоглощающий потолок; 6 – звукоизолирующая перегородка; 7 – виброизолирующая опора

Для защиты работающих от непосредственного (прямого) воздействия шума используют экраны, устанавливаемые между источником шума и рабочим местом (рис. 10).

1 – источник шума; 2 – высокочастотная область; 3 – среднечастотная область; 4 – низкочастотная область; 5 – акустическая тень

Акустический эффект экрана основан на образовании за ним области тени, куда звуковые волны проникают лишь частично. По этой причине экраны применяют в основном для защиты от средне- и высокочастотного шума. На низких частотах экраны мало эффективны, так как за счет эффекта дифракции звук легко их огибает. Важным является также расстояние от источника шума до экранируемого рабочего места: чем оно меньше, тем больше эффективность экрана.

В особо благоприятных условиях экраны обеспечивают снижение уровня шума на 25 дБ. Однако практически нет оснований ожидать снижения уровня шума более чем на 10 дБ, а в ряде случаев уменьшение шума с помощью экранов едва-едва оправдывает вложенные затраты.

При использовании экранов в помещениях, где звук многократно отражается от всех внутренних поверхностей, шум передается на площадь тени реверберирующим компонентом звукового поля, что в значительной степени снижает эффективность экрана. Таким образом, преграды можно эффективно использовать только в открытом пространстве или в акустически обработанных помещениях. Для повышения эффективности экраны часто делают сложной формы, при этом их облицовывают звукопоглощающим материалом.

Физические явления, характеризующие процессы звукоизоляции и звукопоглощения, различны, но тесно связаны между собой. Рассматривая процесс прохождения звука через препятствие (перегородку) (рис. 11), можно видеть, что интенсивность падающего на препятствие звука I _пад разделяется на энергию, отраженную от этого препятствия I _отр, поглощенную в нем I _погл и прошедшую через препятствие I _пр.

Рис. 11. Распределение звуковой энергии при падении на

Звукоизоляция перегородки определяется через отношение интенсивности прошедшего через перегородку звука к интенсивности падающего на нее звука. Она обозначается через R и выражается обычно в дБ:

Процесс звукоизоляции оценивается отношением прошедшего потока энергии к потоку падающей энергии независимо от того, отразилась она или поглотилась препятствием. Процесс звукопоглощения оценивается отношением доли энергии, перешедшей в теплоту, к падающей энергии.

Звукоизоляция может определяться как отражением (рассеянием) звуковой волны от перегородки, так и поглощением звуковой энергии в перегородке. Звукоизоляцию однородной однослойной перегородки определяют с помощью следующего выражения:

где m₀ – поверхностная масса перегородки, кг/м².

§ звукоизоляция ограждений тем выше, чем они тяжелее, она меняется по так называемому закону массы; так, увеличение массы в 2 раза приводит к повышению звукоизоляции на 6 дБ;

§ звукоизоляция одного и того же ограждения возрастает с увеличением частоты; другими словами, на высоких частотах эффект от установки ограждения будет значительно выше, чем на низких частотах.

В качестве звукопоглощающих материалов используются материалы: объемные волокнистые, вспененные полимерные и комбинированные. Заметим, что все эти материалы имеют низкий коэффициент теплопроводности, поэтому одновременно могут использоваться и для теплоизоляции.

Волокнистые материалы обладают высоким звукопоглощением и могут быть изготовлены из отходов текстильной промышленности по экологически чистой технологии. Предпочтительным является использование синтетических волокон в силу их прочности, стойкости к старению, устойчивости к гниению, воздействию грибка, атмосферным воздействиям, огнестойкости.

Широко используются материалы на основе стеклянных или базальтовых волокон. Так теплозвукоизоляционные маты марки СМ производятся из отходов производства стеклянного волокна и покрыты с двух сторон стеклотканью. Базальтовые маты БЗМ из супертонких стеклянных волокон горных пород, облицованных акустически прозрачной оболочкой, применяют в качестве звукопоглощающего наполнителя в средствах шумозащиты, работающих при высоких температурах, например, в глушителях шума.

К вспененным полимерным материалам относятся эластичный пенополиуретан, обладающий открытоячеистой структурой. Он стоек к действию бензина, масел, малогигроскопичен и используется в качестве звуко- и теплоизоляционного материала.

При разработке шумозащитных мероприятий все шире применяются многослойные комбинированные материалы, отвечающие определенным требованиям как к акустическим, так и к механическим свойствам. Это особенно важно, когда материал используется в неблагоприятных условиях эксплуатации, например, внутри моторного отсека машины. К таким материалам относится “Изомат”, состоящий из слоя пенополиуретана, защищенного стекловолокном, алюминиевой фольги и монтажного клеевого слоя; “Фолгин”, состоящий из нетканого волокнистого материала, соединенного с алюминиевой фольгой.

Иногда отождествляют понятия «изоляция» и «поглощение» звука, хотя между ними есть принципиальное различие. Звукоизолирующая конструкция служит для того, чтобы не пропускать звук из шумного помещения в более тихое, изолируемое помещение. Основной акустический эффект обусловлен отражением звука от конструкции.

Звукопоглощающие материалы и конструкции предназначены для поглощения звука как в помещениях с источником, так и в соседних помещениях.

Звукоизолирующие кожухи, кабины. Звукоизолирующими кожухами закрывают наиболее шумные машины и механизмы, локализуя таким образом источник шума. Кожухи изготовляют обычно из дерева, металла или пластмассы. Внутреннюю поверхность стенок кожуха обязательно облицовывают звукопоглощающим материалом (рис. 12). С наружной стороны на кожух иногда наносят слой вибродемпфирующего материала. Кожух должен плотно закрывать источник шума.

Рис. 12. Звукоизолирующие кожухи энергетической установки:

1, 2 – глушители шума на впуске и выпуске двигателя внутреннего сгорания (ДВС); 3 – кожух с звукопоглощающим материалом; 4, 5 – каналы с глушителями для входа и выхода воздуха;

Для машин, выделяющих теплоту (электродвигателей, компрессоров и т. п.), кожухи снабжают вентиляционными устройствами с глушителями.

Устанавливаемый кожух не должен жестко соединяться с механизмом.

В противном случае его применение дает отрицательный эффект (кожух становится дополнительным источником шума). Сама машина также должна устанавливаться на виброизоляторы, что дает существенный положительный эффект главным образом на низких частотах.

В тех случаях, когда невозможно изолировать шумные машины или в связи с необходимостью следить за рабочим процессом, пульт управления машин заключают в звукоизолированную кабину со смотровым окном, при этом помещение кабины акустически обрабатывают.

Для снижения воздушного шума, создаваемого газодинамическими установками, содержащими участки с движением газа, используют глушители шума. Их главное назначение – существенно снизить шум, вызываемый потоком газа на выходе канала, где происходит выпуск газов в атмосферу. Совершенно очевидно, что в отличие от устройств звукоизоляции и звукопоглощения, в которых основной функцией является решение только акустической задачи, глушители шума кроме этого не должны существенно изменять производительность канала по выпуску газов, циркуляции воздуха и заметно снижать КПД газодинамической установки.

Глушители шума можно разделить на абсорбционные (диссипативные), реактивные и комбинированные. В диссипативных глушителях снижение шум достигается за счет потерь акустической энергии на трение в звукопоглощающих материалах (волокнистых или пористых поглотителях), расположенных на пути распространения звука. В реактивных глушителях (так называемых отражающих) это уменьшение шума достигается отражением энергии набегающих звуковых волн обратно к источнику. Глушители, в которых наблюдаются и диссипация, и отражение звуковой энергии, называют комбинированными. Строго говоря, любой глушитель является комбинированным, так как диссипативные элементы глушителей частично отражают волны, а в реактивных – энергия колебаний после переотражений переходит в тепловую.

Диссипативные глушители. Они эффективно работают в широком диапазоне частот, когда коэффициент звукопоглощения применяемого материала близок к единице (a = 0,8…1,0). Их целесообразно использовать для снижения шума, характеризуемого непрерывным (сплошным) спектром или дискретным спектром с большим числом гармонических составляющих. При этом в каналах с большой скоростью потока, высокой температурой или агрессивной средой применение таких глушителей предъявляет особые требования к содержащимся в них звукопоглощающим материалам. Так при использовании этого типа глушителей в системах выпуска двигателей используют температуростойкие поглотители. Обычно это минеральная вата, стекловолокно, базальтовые волокна.

Наиболее простым и распространенным глушителем абсорбционного типа является так называемый трубчатый глушитель, облицовка трубы которого осуществлена звукопоглощающим материалом (рис. 13, а).

С целью увеличения заглушения звука используются пластинчатые глушители, в которых аэродинамический трактат разделен продольными перегородками, облицованными звукопоглощающим материалом (рис. 13, б).

На выходе канала в атмосферу или на входе в канал устанавливают экранные глушители (рис. 14). На низких частотах экран практически не оказывает влияния на излучаемый шум. На высоких частотах эффективность его установки составляет 10…25 дБ, причем максимальный эффект наблюдается в осевом направлении.

Рис. 14. Типовые конструкции экранных глушителей шума

Реактивные глушители. Реактивные глушители шума представляют собой, по сути, акустические фильтры и характеризуются чередующимися полосами заглушения и пропускания звука, поэтому применяются для снижения шума с резко выраженными дискретными составляющими спектра. Реактивные глушители подразделяются на камерные, резонансные и комбинированные.

Камерные глушители состоят из одной или нескольких камер, представляющих собой полости в виде расширения трубопровода по его сечению (рис. 15, а). В камерном глушителе звуковые волны отражаются от противоположной стенки и, возвращаясь к началу в противофазе по отношению к прямой волне, уменьшают ее интенсивность.

Резонансные глушители бывают двух типов: резонаторы Гельмгольца и четвертьволновые резонаторы.

Резонатор Гельмгольца представляет собой полость объемом V, соединенную с трубопроводом отверстиями, называемыми горлом резонатора (рис. 15, б). Полость и отверстия в таком резонаторе образуют систему, обеспечивающую практически полное отражение звуковой энергии обратно к источнику на частотах, близких к его собственной (резонансной) частоте.

Собственная частота резонатора Гельмгольца определяется формулой:

где n – количество отверстий; S – площадь одного отверстия; L – эффективная длина горла резонатора, L = t +pd/4; t,d – соответственно глубина отверстий (толщина стенки трубопровода) и их диаметр.

а – камерный; б – резонатор Гельмгольца; в – четвертьволновой резонатор; г – комбинированный

В четвертьволновом резонаторе (рис. 15, в) звуковая волна на резонансной частоте проходит путь до торца трубы и обратно, кратный половине длины волны, и затем встречается со вслед бегущей волной, будучи с ней в противофазе. Образуется узел стоячей волны, через который, как известно, энергия на данной частоте не распространяется, т.е. шум на данной частоте будет заглушен.

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: