Our Solutions
Вакуумные решения
Промышленные инструменты и решения

Что такое уровень шума?

Compressor Installations Sound Compressed Air Wiki Compressors Basic Theory Physics of Air Compressors

Все машины производят шум и вибрацию. Шум – это форма энергии, которая распространяется продольными волнами в атмосфере, т. е. в упругой среде. Звуковая волна вызывает незначительные изменения давления окружающего воздуха, которые можно обнаружить с помощью чувствительных к давлению приборов (например, микрофона).

Что такое звуковая мощность и звуковое давление?

Источник звука излучает звуковую энергию, что приводит к изменению звукового давления в воздухе. Звуковая энергия здесь выступает причиной, звуковое давление – следствием. Рассмотрим следующую аналогию: электрический нагреватель излучает тепло в помещение, из-за чего меняется температура. Очевидно, что изменение температуры зависит от самого помещения. Но при одинаковой входящей мощности нагреватель вырабатывает одинаковую тепловую мощность, которая почти не зависит от окружающей среды. Между звуковой мощностью и звуковым давлением наблюдается такая же зависимость. То, что мы слышим, – это звуковое давление, но оно вызвано звуковой мощностью источника шума. Звуковая мощность измеряется в ваттах. Уровень звукового давления измеряется в децибелах (дБ), т. е. по логарифмической шкале (шкале децибелов) относительно стандартизированного эталонного значения:


LW = уровень звуковой мощности (дБ)
W = фактическая звуковая мощность (Вт)
W0 = эталонная звуковая мощность (10-12 Вт)

Уровень звукового давления измеряется в паскалях (Па). Также уровень звукового давления можно измерять в децибелах (дБ), т. е. по логарифмической шкале (шкале децибелов) относительно стандартизированного эталонного значения:

Lp = уровень звукового давления (дБ)
p = фактическое звуковое давление (Па)
p0 = эталонное звуковое давление (20 x 10-6 Па)

Наблюдаемое звуковое давление зависит от расстояния до источника и акустических условий, в которых распространяется звуковая волна. Так, распространение шума в помещении зависит от размеров помещения и звукопоглощающей способности поверхностей. Следовательно, одно только измерение звукового давления не позволит нам правильно определить производимый машиной шум. Звуковое давление, в отличие от звуковой мощности, во многом зависит от условий окружающей среды.

Поэтому информация об уровне звукового давления всегда должна сопровождаться дополнительной информацией о расстоянии между источником шума и точкой измерения (например, в соответствии с определенным стандартом) и Постоянной Помещения для того помещения, в котором проводятся измерения. В противном случае помещение считается неограниченным (т.е. рассматривается как открытое пространство). На открытом пространстве нет стен, от которых отражаются звуковые волны, что влияет на измерение.

Что такое поглощение звука?

При соприкосновении звуковых волн с поверхностью часть волн отражается, а вторая часть поглощается материалом поверхности. Поэтому звуковое давление в данный момент времени всегда частично состоит из звука, производимого источником звука, и частично из звука, который отражается от окружающих поверхностей (после одного или нескольких отражений). Эффективность звукопоглощения зависит от материала поверхности. Как правило, эта способность выражается коэффициентом поглощения (от 0 до 1, где 0 соответствует полному отражению, а 1 – полному поглощению).

Что такое постоянная помещения, и как ее рассчитать?

Постоянная помещения описывает влияние помещения на распространение звуковых волн. Для помещения с разными поверхностями, стенами и внутренними перегородками этот показатель рассчитывается с учетом размеров и поглощающей способности поверхностей. Постоянная рассчитывается по формуле:

Реверберация

Постоянную помещения также можно определить с помощью измеренного времени реверберации. Время реверберации T определяется как время после отключения источника шума, за которое звуковое давление уменьшается на 60 дБ. Коэффициенты поглощения у различных материалов поверхностей зависят от частоты и, следовательно, являются производной от времени реверберации и постоянной помещения. Средний коэффициент поглощения для помещения рассчитывается следующим образом:

V = объем помещения (м3)
T = время реверберации (с)

Постоянную помещения K получаем из выражения:

A = общая площадь помещения (м2)

Как выражается зависимость между уровнем звуковой мощности и уровнем звукового давления?

В отдельных случаях соотношение между уровнем звуковой мощности и уровнем звукового давления можно выразить простым способом. Если звук исходит от точечного источника в помещении без отражающих поверхностей или на улице, где рядом с источником звука нет стен, звук распространяется равномерно во всех направлениях, и измеренная интенсивность звука будет одинаковой в любой точке на одинаковом расстоянии от источника звука. Соответственно, интенсивность остается постоянной во всех точках на сфере, окружающей источник звука.

Если расстояние до источника удваивается, сферическая поверхность увеличивается в четыре раза. Отсюда можно заключить, что уровень звукового давления понижается на 6 дБ при каждом удвоении расстояния до источника звука. Но это правило не распространяется на помещения с твердыми отражающими стенами. В этом случае нужно учитывать звук, отражаемый стенами.

Lp = уровень звукового давления (дБ)
Lw = уровень звуковой мощности (дБ)
Q = коэффициент направления
r = расстояние до источника звука

Для коэффициента Q в данном случае допускается использовать эмпирические значения (при другом расположении источника звука значение Q рассчитывается):
Q=1, если источник звука находится в середине большого помещения.
Q=2, если источник звука расположен близко к центру твердой, отражающей стены.
Q=4, если источник звука расположен близко к пересечению двух стен.
Q=8, если источник звука расположен близко к углу (пересечение трех стен).

Если источник звука находится в помещении, в котором граничные поверхности не поглощают все звуки, уровень звукового давления будет возрастать из-за эффекта реверберации. Это возрастание обратно пропорционально постоянной помещения:

В непосредственной близости от источника шума уровень звукового давления падает на 6 дБ при каждом удвоении расстояния. На больших расстояниях от источника уровень давления в основном зависит от отраженного звука и, следовательно, по мере увеличения расстояния уменьшение звукового давления заметно замедляется. Машины, через корпусы и станины которых проходит звук, ведут себя не так, как точечные источники, если расстояние между наблюдателем и центром машины меньше двух-трехкратного наибольшего размера машины.

Как мы измеряем шум?

измерение шума от компрессорной установки

Человеческое ухо с разной эффективностью различает звуки разной частоты. Низкие и очень высокие частоты воспринимаются хуже, чем частоты в диапазоне 1000–2000 Гц. Различные стандартные фильтры корректируют измеренные уровни по низким и высоким частотам с учетом человеческого слуха. При измерении производственных и промышленных шумов обычно используется А-фильтр, а уровень шума выражается в дБ(A).

Что происходит при взаимодействии нескольких источников звука?

Если звук подается от нескольких источников в направлении одного общего принимающего устройства, звуковое давление увеличивается. Но так как значения уровня шума определяются логарифмически, простое алгебраическое сложение ничего не даст. При наличии более двух активных источников шума сначала определяют сумму уровней двух первых источников, затем к ней добавляют значение для следующего источника, и так далее. Так, при наличии двух источников шума с одинаковыми уровнями общий уровень шума увеличивается на 3 дБ.

Отдельно рассматривается фоновый шум, значение которого вычитается. Фоновый шум считается отдельным источником шума, и его значение вычитается из измеренного уровня шума.

Другие статьи по этой теме

Шум от компрессорных установок

Работа всех агрегатов сопровождается шумом и вибрациями, и компрессоры здесь не исключение. Узнайте больше о производимом компрессорами шуме и способах его снижения.