Тема: «Методы снижения шума на пути распространения. Средства индивидуальной защиты от шума»

Отличительным признаком одномерных систем является существование в системе одной выходной (переменная наблюдения ) и одной входной - управляющего воздействия .

4.1 Динамика одномерной системы может быть задана следующим описанием:

. (4.1)

Система (4.1) описывается обыкновенным дифференциальным уравнением - го порядка с правой частью - го порядка, где , , (при этом: ) и может быть приведена к стандартному виду:

, (4.2)

где - вектор состояния системы в – мерном фазовом пространстве; - скалярная переменная (управляющее) воздействие; - скалярная переменная (переменная наблюдения); - вещественный коэффициент; - квадратная ( ) действительная матрица состояния; - действительная матрица управления ( ); - действительная ( ) матрица наблюдения вида:

, ; (4.3)

Движения в системе (4.1) возникают как от управляющего воздействия , так и от ненулевых начальных условий (отклонений) .

Система (4.1) всегда полностью наблюдаемая, для полной управляемости должно выполняться условие

. (4.4)

В описании (4.2) составляющие вектора определяются в соответствии со следующими выражениями

а) при (представлено на рисунке 4.1):

(4.5)

б) при (представлено на рисунках 4.2 - 4.5):

(4.6)

Коэффициенты в (4.3) и в (4.2) определяются через коэффициенты согласно выражениям:

а) при

; (4.7)

б) при

. (4.8)

В структурном виде система (4.1), преобразованная к стандартному виду (4.2) - (4.3) при представлена на рисунке 4.1, при и – на рисунках 4.2 - 4.4.

Рисунок 4.1 – Структура преобразованной системы при

В структурном виде система (4.1), преобразованная к стандартному виду (4.2) - (4.3) при и – на рисунках 4.2 - 4.4.

Рисунок 4.2 – Структура преобразованной системы при

Рисунок 4.3 – Структура преобразованной системы при

Аналогично можно получать структурные схемы при , , … и т.д. вплоть до ( ) (представлено на рисунке 4.4).

Рисунок 4.4 – Структура преобразованной системы при и

В структурном виде система (4.1), преобразованная к стандартному виду (4.2) - (4.3) при и представлена на рисунке 4.5. В системе (4.1) при этом будет отсутствовать правая часть (система становится однородной). Движения в такой системе возникают только от ненулевых значений начальных условий (начальных отклонений) .

Рисунок 4.5 – Структура преобразованной системы при и

Система (4.1) всегда полностью наблюдаема по выходу (переменная ), при и (представлено на рисунке 4.4) всегда полностью управляема, при и (представлено на рисунке 4.5) понятие управляемости неприменимо.

Пример 4.1.Пусть система (4.1) при имеет следующий вид

. (4.9)

Система (4.9) может быть приведена к частному случаю системы (4.2) вида

. (4.10)

В описании (4.10) переменные состояния связаны с переменными состояния и переменными в описании (4.9) в соответствии с (4.5) следующими уравнениями:

,

где, в соответствии с (4.7) , , .

В структурном виде система (4.10) представлена на рисунке 4.6.

Рисунок 4.6 - Структурная математическая модель системы 4.10

Система по выходному сигналу всегда полностью наблюдаема, условие полной управляемости по входному управляющему сигналу определяется по - .

Тема: «Методы снижения шума на пути распространения. Средства индивидуальной защиты от шума»

Характеристики источников шума

Шумы принято классифицировать (ГОСТ 12.1.003—76) по их спектральным и временным характеристикам и по мощности.

В зависимости от характера спектра шумы бывают тональными, в спектре которых имеются слышимые дискретные тона, и широкополосными—с непрерывным спектром шириной более одной октавы. Например, шум дисковой пилы является тональным, а реактивного двигателя—широкополосным.

По временным характеристикам шумы подразделяют на постоянные, уровень звука которых за 8-часовой рабочий день изменяется во времени не более чем на 5 дБА, и непостоянные, для которых это изменение более 5 дБА (об уровне звука см. § 41). В свою очередь, непостоянные шумы делят на колеблющиеся во времени, прерывистые и импульсные.

1. Постоянный шум - шум, уровень звука которого изменяется во времени не более чем на 5 дБА при измерениях на временной характеристике "медленно" шумомера по ГОСТ 17187-81.

2. Непостоянный шум - шум, уровень звука которого изменяется во времени более чем 5 дБА при измерениях на временной характеристике "медленно" шумомера по ГОСТ 17187-81.

3. Колеблющийся шум - непостоянный шум, уровень звука которого непрерывно изменяется во времени.

4. Прерывистый шум - непостоянный шум, уровень звука которого периодически резко падает до уровня фонового шума, причем длительность интервалов, в течение которых уровень звука остается постоянным и превышающим уровень фонового шума, составляет 1 с и более.

5. Импульсный шум - непостоянный шум, состоящий из одного или нескольких звуковых импульсов, каждый длительностью менее 1 с, при этом уровни звука, дБА, измеренные при включении временных характеристик "медленно" и "импульс" шумомера по ГОСТ 17187-81, отличаются не менее чем на 7 дБА.

Любой источник шума характеризуется, прежде всего, звуковой мощностью.

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

Если окружить источник шума замкнутой поверхностью площадью S, то звуковая мощность источника (Вт):

,

где I_n —нормальная к поверхности составляющая интенсивности.

Окружая источник шума условной сферой с достаточно большим радиусом r(S=4πr²), чтобы можно бы­ло считать источник точечным, получим величину средней интенсивности звука на поверхности этой сферы (Вт/м²):

I_cp=P/4 πr²

Это выражение предполагает излучение шума по всем направлениям одинаковым, что справедливо для точечного источника, размеры которого малы по сравнению с излучаемыми им волнами. 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_cp, 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.

Ф= I/I_cp=p²/p²_cp

Характеристики направленности обычно представля­ют в виде зависимости показателя направленности G, измеряемого в децибелах шумомером, от угла между выбранным направлением на наблюдателя и осью источника (рис. 46_эа):

G= 20 lg p/p_cp =L-L_cp,,

где р и L — звуковое давление и его уровень, измеренный на определенном расстоянии от источника, дБ; p_c и L_cp— звуковое давление и его уровень, усреднен­ный по всем направлениям при том же расстоянии.

Так, шум осевого вентилятора излучается в основном, но направлению оси.

Дли того чтобы сравнивать шум различных машин друг с другом, производить расчеты уровни звукового давления в проектируемых помещениях, необходимо знать объективные характеристики шума, производимо­го машиной. Любая машина, будучи установленной в открытом пространстве, создает в разных точках личные уровни звукового давления, хотя ее звуковая мощность в остается неизменной.

В соответствии со стандартами (в частности, ГОСТ 12.1.024-81 и ГОСТ 12.1.025-81) такими шумовыми характеристиками, которые указываются в прилагаемой к машине технической документации, являются:

1) уровни звуковой мощности шума L_p в уставных полосах частот со среднегеометрическими частотами 63, 126, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц, а также коррек­тированный уровень звуковой мощности;

2) характеристики направленности излучения шума машиной.

Уровни звуковой мощности L_p (дБ) установлены то аналогии с уровнем интенсивности звука:

L_p =20 lg p/p₀,

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

Установлены следующие методы определения шумовых характеристик машин:

свободного звукового поля; применяется в заглушен­ных камерах с жестким полом и в помещениях с боль­шим звукопоглощением или в открытом пространстве;

отраженного звукового поля; используется в ревер-берационных камерах или в гулких помещениях;

образцового источника шума; применяется в обычных помещениях, цехах и реверберационных камерах;

измерения шумовых характеристик на расстоянии1м от наружного контура машин; используется в заглушенных камерах, помещениях с большим звукопоглощением, в открытом пространстве.

Наиболее точными методами являются первые два, причем основным методом определения шумовых характеристик машин является испытание в свободном звуковом поле.

Рассмотрим применение перечисленных методов определения уровня звуковой мощности.

Метод 1. Свободное звуковое поле характерно тем, что на достаточно большом расстоянии r от источника, большем длины звуковой волны λ и размеров источника, звуковые волны распространяются так, что интенсивность звука убывает обратно пропорционально квадрату расстояния от источника. Уровень звукового давления снижается на 6 дБ при удвоении расстояния от источника:

I₁=P/ S₁

I₂=P/ S₂

S₁=4πr₁²

S₂=4πr₂²=4π(2r₁)²

I₂=P/4π(2r₁)²

ΔL=10 lg I₁/I₂ =10 lg4= 6 дБ

Для создания условий свободного звукового поля, если нет возможности проводить измерения в открытом пространстве, строят специально заглушенные камеры, которые позволяют осуществлять измерения независимо от наружных условий. Заглушенной камерой называется звуко- и виброизолированное помещение, в котором имеются условия, близкие к условиям распространения звука в свободном пространстве. На рис. 47, а показана одна из действующих заглушенных камер. Внутренняя поверхность камер облицовывается специальными звукопоглощающими клиньями, обеспечивающими плавный переход от малого акустического сопротивления воздуха в камере к большому акустическому сопротивлению стен. В результате почти полностью поглощается падающий на стены звук (отражение отсутствует).

Искомый уровень звуковой мощности L_P определяют по результатам измерений среднего уровня звукового давления L_cp на измерительной поверхности S (м²) (см., рис. 47,а), за которую обычно принимается площадь полусферы, т.е. S=2πr²:

L_P = L_cp +10 lg S₁/S₀

S₀ = 1м²

Аналогично определяется корректированный уровень звуковой мощности L_ра:

L_ра= L_Асp +10 lg S₁/S₀ ,

где L_Асp —средний уровень звука на измерительной поверхности.

Метод 2. В тех случаях, когда не требуется знания характеристик направленности излучения шума, шумовые характеристики определяют в отраженном звуковом поле. Такое поле характеризуется постоянством уровней звукового давления в различных точках помещений, в качестве которых обычно используют реверберационные камеры или обычные гулкие помещения,

Реверберацнонная камера представляет собой помещение объемом 60—1000 м3 с непараллельными внутренними ограждениями (рис, 47,6), поверхность которых является хорошим отражателем звука (коэффициент звукопоглощения а не превышает 0,05).

Уровень звуковой мощности (дБ) ;

L_P = L_cp +10 lg А/А₀ - 6,

где L_P - средний уровень звукового давления в камере. А­эквивалентная площадь звукопоглощения камеры, м², которая определяется экспериментально по измерениям времени реверберации Тр помещения (время, в течении которого уровень звукового давления в помещении уменьшается на 60 дБ после прекращения действия источника звука) и равняется А=0,16V/ Тр, V- объем помещения, м³ , А₀= 1 м²

Метод 3. При этом приближенном методе уровень звуковой мощности машины определяют путем сравнения шума машины с шумом образцового источника, уровень звуковой мощности L_Робр которого известен. Измерив средние уровни звукового давления машины L_cpи образцового источника L_обр в одних и тех же точках, уровень звуковой мощности (дБ) затем рассчитывают по формуле:

L_P = L_Робр + L_cp - L_обр

Метод 4. Данный метод является приближенным. Он используется в основном для определения уровня звуковой мощности больших машин.

Уровень звуковой мощности (дБ) вычисляют по формуле:

L_Р= L_сp +10 lg S/S₀ ,

где L_сp - средний уровень звукового давления на измерительной поверхности S , определяемой но ГОСТ 12.1.028-80.