Для снижения акустического загрязнения окружающей среды используют:
· замену шумных источников и технологий на малошумные;
· изменение направленности излучения шума источником;
· снижение шума по пути распространения от источника до защищаемого от шума места;
· комплекс средств защиты от шума в шумном агрегате, транспортном средстве;
· архитектурно-планировочные меры в жилой застройке;
· организационные мероприятия;
· улучшение качества воспринимаемого звука;
· новые акустические технологии.
Замена шумных источников на малошумные едва ли не самая кардинальная мера борьбы с шумом. Например, замена двигателя внутреннего сгорания на электродвигатель существенно снижает внешний шум автомобилей, строительных машин и др. Электромобиль почти на 15 дБА менее шумен, чем автомобиль с дизельным двигателем. Примеры удачного использования малошумной технологии:
o погружение свай с помощью бурения позволяет снизить шум по сравнению с вибропогружением или ударным погружением на 30…40 дБА;
o шум, генерируемый шинами автомобиля при движении, может быть снижен на 3…4 дБА при замене асфальтового покрытия на специальные покрытия с содержанием резины;
o шум при качении колеса по рельсам можно ослабить на 8…10 дБА, снизив волнообразный износ рельсов путем их шлифования.
В общем случае ослабление шума в источнике обеспечивается уменьшением силового воздействия в источнике или звукоизлучающей способности элементов источника шума. В первом случае уравновешивают вращающиеся части, увеличивают время соударения деталей, уменьшают зазоры в сочленениях и соединениях, а также частоту вращения, линеаризируют аэродинамические и гидравлические потоки, снижают скорость движения. Во втором демпфируют вибрирующую поверхность, излучающую звук, уменьшают площадь звукоизлучения, нарушают синфазность колебаний излучающей поверхности, увеличивают коэффициент потерь материалов, из которых изготавливаются детали источника шума.
Снижение шума в окружающей среде путем изменения направленности излучения основано на том, что некоторые источники шума (в основном аэродинамического происхождения) неравномерно излучают шум в окружающее пространство. Показатель направленности, например, для реактивной струи может достигать 10…15 дБ, поэтому при направлении среза струи в сторону, противоположную защищаемому объекту, на это значение может быть уменьшен шум в окружающей среде. Несколько меньший эффект (до 5 дБ) может быть достигнут при направлении, например, среза трубы для сброса воздуха или отверстия воздухозаборной шахты в сторону, противоположную жилому району.
Для снижения шума на пути распространения используются два принципа: защита расстоянием, которое обеспечивает затухание звука в пространстве, и установка на пути распространения сооружений, которые обеспечивают отражение звука. В частности, при удвоении расстояния от точечного источника звука, например, со 100 до 200 м или с 500 до 1000 м шум уменьшается на 6 дБА. Если источник шума протяженный, линейный (например, движущийся поезд), то на расстояниях, сравнимых с его длиной, действует закон снижения шума на 3 дБА при удвоении расстояния. Вблизи больших плоских источников заметного затухания звука не происходит (рис. 6.5). При больших расстояниях от источника действует первый принцип, т.е. снижение на 6 дБА.
Рис 6.5 Зависимость уровней звукового давления от расстояния до источника:
с – длина линейного источника; b и а – размеры плоского источника
Принцип защиты расстоянием осуществляется путём создания санитарно-закрытой СЗЗ между источником шума (железной или автомобильной дорогой, вентиляционной шахтой, строительной площадкой и т.д.) и жилой застройкой. В практике СЗЗ достигает 50-100 м, что зачастую явно недостаточно для снижения шума в жилой застройке до нормы.
Так, шум интенсивного автотранспортного многополосного потока в дневное время достигает 80-85 дБА на стандартном расстоянии 7,5 м. Автотранспортный поток (АТП) – линейный источник звука, поэтому его затухание 3 дБА при удвоении расстояния. Нетрудно подсчитать, что на расстоянии 100 м (при отсутствии зелёных насаждений и сооружений на пути распространения) шум АТП снижается приблизительно до 70-75 дБА при норме 55 дБА, т.е. требуемое дополнительное снижение шума составляет 15-20 дБА.
Основной конструкцией, снижающей шум на пути от источника до защищаемого объекта (жилого района), являются акустические экраны (АЭ) или иные сооружения, которые могут дать экранирующий эффект, например, дома, стенки, выемки, зеленые насаждения (рис. 6.6).
Принцип работы акустического экрана основан на создании зоны звуковой тени за ним в результате частичного отражения звука от его поверхности. Эффективность АЭ или экранирующего сооружения ухудшается из-за огибания звуковыми волнами (дифракции звуковых волн) препятствия между источником звука и защищаемым от шума объектом. Дифракция возрастает с увеличением длины звуковой волны и снижается при увеличении размеров АЭ. Эффективность экранирующих сооружений ориентировочно составляет (в зависимости от размеров и других особенностей): АЭ и насыпи – 5…15 дБА, зеленых насаждений – 3…8 дБА, выемки – до 25…30 дБА, здания – экрана – 15…20 дБА.
Рис. 6.6 Экранирующие сооружения для защиты от шума на пути его распространения:
1 – источник шума; 2 – АЭ; 3 – защищаемое здание; 4 – зеленые насаждения; 5 – насыпь; 6 – выемка; 7 – вспомогательное здание – экран; q – угол дифракции
Шумовиброзащитные конструкции. Источниками излучения шума в окружающую среду являются автомобили, самолеты, суда, строительные машины и установки, пневмоинструмент, воздухозаборные шахты, компрессоры, трамваи, троллейбусы и т.д. Шум, в основном, возникает в результате совершения работы или движения. Для снижения шума от таких источников применяется комплекс мер. Для перечисленных примеров характерно образование механического шума (двигатели внутреннего сгорания, компрессоры и др.), аэродинамического (выхлоп и всасывание двигателей, реактивная струя, обтекание движущегося с большой скоростью транспортного средства), электромагнитного (электродвигатели, генераторы), ударного (падение ударной части на сваю, качение колеса по рельсу), гидродинамического (гидронасосы, гидромоторы). Действие всех средств защиты от шума этих источников можно свести к трем основным принципам: отражение, поглощение звука (вибрации) или комбинированные (табл. П.5.3 Приложения 5).
По принципу действия средств шумовиброзащиты выделяют:
§ звукоизоляцию, которая основана на отражении звуковых волн от плоской массивной протяженной преграды. Основные звукоизолирующие конструкции – звукоизолирующие капоты (кожухи), перегородки, кабины;
§ звукопоглощение, которое основано на поглощении звуковых волн при их падении на плоскую, мягкую, пористую или волокнистую поверхность. Основная конструкция – звукопоглощающая облицовка в замкнутых объемах (помещениях, капотах и т.д.);
§ виброизоляцию, которая основана на отражении вибрации в устройствах, называемых виброизоляторами. Конструкции виброизоляторов – резиновые, резинометаллические, пружинные, пневматические;
§ вибродемпфирование, основанное на поглощении вибрации в вибродемпфирующих покрытиях, которые снижают как амплитуду колебания демпфируемой пластины, так и ее звукоизлучение. Вибродемпфирующие покрытия бывают мягкими, жесткими и комбинированными.
Глушители шума также основаны или на отражении звуковой энергии (реактивные), или на ее поглощении (абсорбционные), или на их комбинации (комбинированные).
Отметим, что эффективное использование перечисленных средств защиты от шума возможно только в комплексе. Например, для снижения наружного шума автомобиля применяются глушители на выхлопе и всасывании двигателя внутреннего сгорания (ДВС), звукоизолирующий капот на ДВС, установка АЭ на элементах капота и на шумящих агрегатах установка двигателя на резинометаллических виброизоляторах, а также демпфирование металлических конструкций и пр. Такой комплекс защитных устройств позволяет ослабить шум на 20…25 дБА. В то же время опыт использования супершумозаглушенных передвижных компрессорных станций ПКС (именно к этим агрегатам предъявляются особенно строгие требования по шумоглушению) показывает, что в них внешний шум удается снизить до 30…35 дБА за счет дополнительных затрат, которые могут достигать 40% их стоимости. В качестве примера шумозащиты на рис. 6.7 показана шумозащита ПКС с пониженной шумностью (65 дБА) и эффективностью шумозащиты 25 дБА.
Рис. 6.7 Схема шумоглушения передвижной компрессорной станции с пониженной шумностью:
1– звукоизолирующий капот; 2 – АЭ на проем; 3 – виброизоляторы; 4 – звукопоглощение; 5 – глушитель
Архитектурно-планировочные меры защиты от шума. В современном градостроительстве накоплен целый комплекс архитектурно-планировочных методов снижения шума в жилой застройке. К их числу следует отнести приемы, способствующие как снижению шума, так и повышению звукоизолирующей способности ограждающих конструкций зданий и сооружений. Для реализации первого направления наряду с уже упомянутыми акустическими экранами, зелеными насаждениями, расположением транспортных потоков в выемках, используются шумозащитные дома, в которых приняты меры по уменьшению воздействия шума от транспортного потока (на транспортную магистраль выходят окна нежилых помещений), а сам дом располагается по отношению к шумной магистрали так, чтобы за ним образовывалась зона акустической тени. Такие дома позволяют снизить шум на 15…20 дБА.
Как правило, архитектурная планировка, обеспечивающая акустический комфорт, включает комплекс мер по защите от шума (районирование жилых массивов, зеленые насаждения, расположение шумных магистралей на значительном удалении, применение шумозащитных домов и пр.). Шумозащитное зонирование территории города предполагает отделение транспортных магистралей промышленной зоной и торговыми предприятиями от жилого района (рис. 6.8).
Рис. 6.8 Шумозащитное зонирование г. Ньюбери (США):
1 – транспортные магистрали; 2 – промзона; 3 – торговые предприятия; 4 – жилые районы.
Особое внимание обращено на звукоизоляцию окон. В последние годы в решении этого вопроса достигнуты большие успехи благодаря применению специального акустического двойного и даже тройного остекления с уплотнением притворов, введением звукопоглощения по контуру в межоконном пространстве, увеличением толщины воздушного промежутка. Кроме того, используют окна из тяжелого стекла с увеличенной звукоизоляцией. Звукоизолирующая способность акустически обработанного остекления достигает 45…50 дБА, что близко к звукоизоляции стен и обеспечивает акустический комфорт в помещениях.
Организационные и прочие мероприятия по снижению шума в окружающей среде. К организационным мероприятиям по снижению шума в окружающей среде можно отнести:
§ запрещение звуковых сигналов (это позволило повсеместно снизить шум в городах до 10 дБА);
§ контроль за шумностью в городах;
§ ограничение времени и места движения грузовых автомобилей и мотоциклов;
§ вынесение шумных предприятий из спальных зон;
§ рациональную организацию движения транспортных потоков;
§ запрещение работы шумных источников (например, громкоговорящей связи на сортировочных и грузовых станциях);
§ регламентацию работы шумных источников (например, запрещение включать громкую музыку после 23.00).
Помимо этого, внедряется еще одно направление улучшения качества воспринимаемого звука – изменение его спектра на более приятный, маскировка неприятных звуковых сигналов и пр. Это – предмет изучения бурно развивающейся науки, которая носит название психоакустика.
Новые технологии снижения шума. В зависимости от дополнительного источника шума все многообразные средства защиты от шума можно разделить на две большие группы: пассивные и активные.
К пассивным средствам относятся те, в которых не используется дополнительный источник энергии. В активных средствах задействован дополнительный источник энергии, а принцип такой защиты от шума называется активной шумозащитой.
Активная шумозащита основана на хорошо известном явлении наложения звуковых волн с одинаковой частотой и амплитудой А в противофазе, которое легко понять из рис. 6.9. Такое явление, называемое интерференцией, приводит к ослаблению амплитуды результирующей волны. Это легко понять из следующего примера. Пусть складываются волны одинаковой частоты при совпадении направления колебаний. Если колебания происходят по синусоидальному закону, то амплитуда результирующей волны:
,
где А1 и А2 – амплитуды складывающихся волн; j – разность фаз между ними в рассматриваемой точке; А = 0 при А1 = А2 и j = 180°.
Рис. 6.9. Схема наложения звуковых волн (1 и 2) в противофазе
Вопросы для самоконтроля по теме №6.
1. Перечислите основные характеристики звуковых волн.
2. Укажите особенности воздействия шума на организм человека.
3. Каковы особенности нормирования шума?
4. Какие Вы знаете технические методы и средства защиты от акустического загрязнения (шума)?
5. Перечислите организационные мероприятия по снижению шума в окружающей среде.
6. Что такое активная шумозащита?