Анализ свойств, звукоизоляции и звукопроницаемости материалов. Методы и свойства их измерения

Спектр шумов электрического происхождения, как правило, близкий к равномерному, а акустического происхождения - ближе к речевому. Поэтому частотная зависимость порога слышимости для первых имеет тенденцию роста к высоким частотам, так как ширина критических полосок растет с увеличением частоты. Для речевых шумов порог слышимости почти не зависит от частоты.

Индустриальные, атмосферные и станционные помехи, кроме тональных, могут быть отнесены и к импульсным, и к гладким, с равномерным или низкочастотным спектром. Кроме этих помех, приходится иногда считаться с помехами от самомаскировки речи, т. е. с маскировкой слабых звуков, следующих за громкими [15].

Борьба с акустическими шумами ведется путем устранения (или ослабления) действия источников шума, а также путем повышения звукоизоляции помещений. Учет их действия на прием речевого сигнала делается при расчете и измерении разборчивости речи.

1.4.9 Линейные искажения

В общем случае коэффициент передачи тракта

 (1.27)

где и - звуковые давления в начале и конце тракта; - модуль коэффициента передачи; - фазовый сдвиг в тракте.

Частотная зависимость коэффициента передачи, называемая частотной характеристикой тракта передачи, приводит к изменению соотношений между амплитудами частотных составляющих, входящих в первичный сигнал. Субъективно эти искажения ощущаются как изменение тембра первичного сигнала. Например, если подавлены низкочастотные составляющие, то звучание будет звенящее. При подавлении высокочастотных составляющих звук глухой. При резком подчеркивании низкочастотных составляющих звучание получается бубнящим, а при резком подчеркивании высокочастотных - свистящим. Эти искажения (называемые частотными) оценивают по величине неравномерности частотной характеристики

(1.28)

где и - максимальный и минимальный коэффициенты передачи в заданном диапазоне частот.

Неравномерность часто измеряют в логарифмических единицах, в таком случае

(1.29)

где и - максимальный и минимальный уровни вторичного сигнала при постоянстве уровня первичного. На рисунке 1.5 показана одна из характеристик тракта передачи сигнала. При определении неравномерности частотной характеристики следует исключать из рассмотрения пики и провалы в частотной характеристике, если они уже 1/8 октавы. Такое условие введено из-за наличия широких критических полосок слуха, а также из-за того, что при быстром изменении первичного сигнала его спектр расплывается и эти пики и провалы сглаживаются.

Рисунок 1.5 - Определение частотной характеристики и частотного диапазона

Как правило, частотная характеристика наиболее неравномерна в областях самых низких и самых высоких частот диапазона, т. е. вблизи его границ, поэтому для широкополосных трактов передачи сигнала, например вещательных, неравномерность частотной характеристики часто задают в двух диапазонах: номинальном и в основном (200-5000 Гц) [2].

Частотно-амплитудные искажения обычно устраняют путем частотной коррекции в звеньях тракта, ближайших к искажающим.

Нормы на допустимые частотные искажения были определены экспериментально. Установлено, что на низких частотах искажения более заметны, чем на высоких.

1.4.10 Нелинейные искажения

Различают два вида нелинейности: нелинейность степенного типа и нелинейность из-за амплитудного ограничения. Первая характеризуется зависимостью

...,

где и - коэффициенты пропорциональности; - мгновенные значения первичного сигнала; - мгновенное значение вторичного.

Амплитудное ограничение бывает сверху и снизу (центральное). При ограничении сверху (рис. 1.6) характеристика тракта до некоторого значения может быть линейной. Сигналы с амплитудами больше ограничиваются. При центральном ограничении (рис. 1.6, б) слабые сигналы (меньше ) срезаются, а остальные искажаются.

Рис. 1.6 - Амплитудное ограничение для сигналов с большой и небольшой амплитудами: а) ограничение сверху; б) снизу (центральное)

Исследование показало, что искажения, вызванные амплитудным ограничением сверху, мешают восприятию сигналов меньше, а при центральном ограничении - больше, чем искажения степенного типа. Нелинейные искажения степенного типа в виде гармонических составляющих вызывают ощущения дребезжания, а нелинейные искажения в виде разностных тонов вызывают ощущение модуляции громкости звука (обычно это заметно на низких частотах).

Результаты исследований показали, что слушатель меньше замечает несимметричные искажения, когда наибольшей по амплитуде оказывается вторая гармоника, так как она находится в октаве с основной частотой, Симметричные искажения более заметны, так как третья гармоника получается очень большой и оказывается в квинте с основной. При сужении полосы частот заметность искажения уменьшается. Это объясняется тем, что ряд гармоник и комбинационных составляющих оказывается за пределами передаваемого диапазона частот.

Нелинейные искажения чаще всего оцениваются с помощью коэффициента нелинейных искажений (КНИ)

(1.30)

где - амплитуды гармоник сигнала, начиная со второй; - амплитуда основной составляющей [14].

Кроме такой оценки, существуют методы разностных колебаний взаимной модуляции и другие.

1.4.11 Переходные искажения

При сжатии динамического диапазона применяют различные автоматические регуляторы уровня. Эти регуляторы имеют большую постоянную времени восстановления и вызывают искажения, называемые переходными, Переходные искажения создаются собственными колебаниями, происходящими в различных звеньях тракта. По своему звучанию они сходны с нелинейными искажениями, так как в сигнале появляются комбинационные частоты.

1.4.12 Допустимые величины искажений

Допустимые величины искажений определяются, во-первых, заметностью и, во-вторых, возможностью реализации трактов передачи сигналов, которая обуславливается рядом факторов: техническими, экономическими, эксплуатационными. С точки зрения реализуемости аппаратуры и из экономических соображений при определении величин тех или иных искажений приходится идти на компромиссы: уменьшение одних искажений часто вызывает увеличение других. На основе ряда исследований были определены наиболее оптимальные комбинации величин искажений.

Заметность искажений - субъективное понятие, так как порог заметности у разных людей разный. Для профессионалов порог заметности искажений всегда меньший, чем для большинства слушателей. Принято считать порогом заметности такие искажения, которые замечают 75% слушателей.

В таблице 1.3 приведены значения для основных параметров качества, определенные на основе заметности искажений для трактов звукового вещания. Неравномерность частотной характеристики дана для номинального и основного частотных диапазонов. Коэффициенты гармоник даны для разных частотных диапазонов при работе на номинальном уровне.

Таблица 1.3

Класс качества	Параметры трактов для вещательных передач (от входа микрофона до выхода громкоговорителя)
	Частотный диапазон, Гц	Неравномерность, дБ	Коэффициент гармоник, %	Защита от помех, дБ
		В основном диапазоне	На краях диапазона	До 100 Гц	100 - 200 Гц	Выше 200 Гц	интегральных	внятных
Высший	30-15000	2	6	5	1,0	1,0	55	74
Первый	50-10000	2	6	6	2,5	2,5	52	70
Второй	100-6300	6	16	-	8,0	3,6	46	60
третий	200-4000	6	16	-	-	7,3	-	-

В таблице 1.4 приведены аналогичные данные для речевых трактов.

акустический интерферометр звукоизоляция звукопроницаемость

Таблица 1.4

Градации качества	Параметры трактов для речевой связи
	Частотный диапазон, Гц	Неравномерность, дБ (по отношению к тенденции 6дБ/окт.)	Коэффициент гармоник, %
Отлично	50-10000	±3	3
Хорошо	100-6000	±3	4
Удовлетворительно	300-3400	±3	6
Предельнодопустимо	400-2500	±3	-

Следует указать на то, что в обоих случаях искажения в основном вносит акустическая часть тракта (первичное помещение, приемник звука, вторичный источник звука, вторичное помещение), на долю остальной части трактов вещания и связи приходится значительно меньшая их часть [1].

1.5 Излучение и приём акустических сигналов

1.5.1 Микрофоны

Микрофоны - это преобразователи акустических колебаний в электрические. Большинство микрофонов является преобразователями акустической энергии в электрическую. Есть микрофоны, основанные на другом принципе - релейном. В них под действием акустических колебаний происходит преобразование энергии постоянного тока в энергию переменного тока. Рассмотрим технические показатели микрофонов.

Чувствительность - отношение напряжения на выходе микрофона к звуковому давлению , действующему на микрофон

(1.31)

Чувствительность определяют в зависимости от задания или по напряжению холостого хода, или по напряжению на номинальной нагрузке.

За номинальную нагрузку обычно принимают модуль внутреннего сопротивления микрофона на частоте 1000 Гц.

Внутреннее сопротивление микрофона . Для ряда микрофонов оно активно и практически не зависит от частоты. Если внутреннее сопротивление зависит от частоты, в справочниках приводят или среднее значение по частотному диапазону или модуль на частоте 1000 Гц.

Чувствительность по давлению - чувствительность при звуковом давлении, действующем только на поверхность звуковоспринимающего элемента и распределенным по нему равномерно.

Чувствительность по свободному полю - это чувствительность при воздействии на микрофон звукового давления в свободном ноле, когда напряжение на выходе микрофона относят к звуковому давлению в точке поля до размещения в ней микрофона:

(1.32)

Свободным полем называют область звукового поля, в которой влияние отражающих поверхностей пренебрежимо мало.

Чувствительность по диффузному полю - чувствительность при воздействии на микрофон звукового давления в диффузном поле , причем напряжение на выходе микрофона относят к звуковому давлению в точке поля до размещения в ней микрофона:

(1.33)

Диффузным полем называют область звукового поля, в каждой точке которого плотность звуковой энергии и поток акустической энергии на единицу площади одинаковы во всех направлениях.

Чувствительность микрофона зависит от частоты, поэтому введено понятие средней чувствительности - среднеквадратичное значение в номинальном диапазоне частот, причем усредняют чувствительность, измеренную на частотах, распределенных равномерно в логарифмическом масштабе.

Уровень чувствительности - чувствительность, выраженная в децибелах относительно величины 1 В/Па.

Стандартный уровень чувствительности - выраженное в децибелах отношение напряжения, развиваемого на номинальном сопротивлении нагрузки при звуковом давлении 1 Па, к напряжению, соответствующему мощности , т. е. уровень мощности, отдаваемой микрофоном в номинальную нагрузку при .

Частотная характеристика - зависимость уровня чувствительности от частоты. Ее неравномерность определяют в номинальном частотном диапазоне для данного типа микрофона.

Характеристика направленности - зависимость чувствительности микрофона в свободном поле от угла между рабочей осью микрофона и направлением на источник звука. Эту характеристику определяют или на ряде частот, или для полосы частот.

Индекс направленности - коэффициент направленности, выраженный в децибелах, показывает разницу в уровнях мощности, развиваемой микрофоном, при действии двух источников звука.

Перепад чувствительности «фронттыл» - отношение чувствительности микрофона в направлении оси к чувствительности под углом к его оси.

Уровень собственного шума. Даже в отсутствии какого-либо акустического сигнала около микрофона напряжение на его выходе не равно нулю. Наличие напряжения является следствием флуктуации частиц в окружающей среде, а также тепловых шумов сопротивлений в электрической части микрофона.

Чувствительность звеньев микрофона. Чувствительность микрофона можно представить как произведение чувствительностей отдельных звеньев, входящих в него [2].

Микрофоны по принципу электромеханического преобразования делятся на электродинамические, электростатические, электромагнитные и релейные. Электродинамические микрофоны по конструкции механической системы делятся на катушечные (динамические) и ленточные. Электростатические делятся на конденсаторные, в том числе и электретные, и пьезомикрофоны. Электромагнитные - на односторонние и дифференциальные. Релейные - на угольные и транзисторные.

1.5.2 Громкоговорители и телефоны

Громкоговорители и телефоны - это преобразователи электрических колебаний в акустические. В большинстве типов громкоговорителей и телефонов электрическая энергия преобразуется в акустическую. Есть громкоговорители, основанные на релейном принципе, в которых энергия постоянного потока воздуха преобразуется в акустическую энергию под действием акустических или механических колебаний (например, пневматические громкоговорители).

Работа громкоговорителей оценивается с помощью следующих технических показателей.

Номинальная мощность - максимальная подводимая электрическая мощность, ограниченная тепловой и механической прочностью громкоговорителя и возникновением нелинейных искажений, превышающих заданную величину.

Частотная характеристика громкоговорителя по звуковому давлению - зависимость звукового давления, развиваемого громкоговорителем в точке свободного поля (находящейся на определенном расстоянии от рабочего центра) от частоты при постоянном напряжения на зажимах громкоговорителя.

Рабочий центр - обычно геометрический центр симметрии выходного отверстия излучателя.

Среднее звуковое давление - среднеквадратичное значение звукового давления, развиваемого громкоговорителем в определенном диапазоне частот в заданной точке свободного поля. Усредняют значения звукового давления, измеренные на частотах, распределенных равномерно в логарифмическом масштабе.

Среднее стандартное звуковое давление - среднее звуковое давление, развиваемое в номинальном диапазоне частот на рабочей оси на расстоянии 1 м от рабочего центра при подведении к громкоговорителю напряжения, соответствующего подводимой электрической мощности 0,1 Вт.

Характеристическая чувствительность - отношение среднего звукового давления , развиваемого громкоговорителем в номинальном диапазоне частот на рабочей оси на расстоянии 1 м от рабочего центра, к корню квадратному из подводимой электрической мощности :

(1.34)

Входное сопротивление громкоговорителя - . Минимальный модуль полного электрического сопротивления громкоговорителя в диапазоне частот выше частоты основного резонанса механической колебательной системы громкоговорителя.

КПД громкоговорителя.

Осевая чувствительность громкоговорителя может быть представлена в следующем виде:

(1.35)

где - акустическая чувствительность; - механическая чувствительность; - коэффициент электромеханической связи; - электрическая характеристика; - полное механическое сопротивление подвижной системы (модуль); - входное электрическое сопротивление громкоговорителя (модуль); - звуковое давление на расстоянии 1 м от громкоговорителя; -- подводимое напряжение к нему.

По принципу преобразования громкоговорители делятся на электродинамические, электростатические и релейные. По типу излучателя громкоговорители делятся на диффузорные и рупорные, а также на одиночные и групповые. Электростатические по типу преобразователя делятся на конденсаторные, электретные и пьезо-громкоговорители. К релейным относятся только пневматические громкоговорители.

2. Методика выполнения измерений

Кроме аппаратуры общего применения (тональные генераторы, электронные вольтметры, измерители нелинейных искажений, измерители уровня, осциллографы, анализаторы гармоник, магнитофоны, измерительные усилители), при акустических измерениях используют специальную измерительную аппаратуру. К ней относятся: тональные генераторы с воющим тоном, шумовые генераторы, измерители звукового давления, акустический зонд, шумомеры, октавные фильтры, быстродействующие регистраторы уровня, реверберометры, искусственный рот, измерительный телефон, искусственное ухо, вибрационный столик, измерительные трубы, спектральные анализаторы, анализаторы амплитудных распределений, пистонофоны и дополнительные электроды и другие [2].

2.1 Определение звукоизоляции образца звукоизоляционного материала с помощью акустического интерферометра

Для обеспечения измерения параметров панелей звукопоглощения на звукоизоляцию в трубе акустического интерферометра в режиме без перемонтажа и источника звука рекомендуется: устанавливать систему акустического возбуждения у торцевой стенки интерферометра толщиной 500 мм с погрузкой через верхнею съёмную крышку.

Назначение методики выполнения измерений: измерение звукоизоляции образцов звукоизоляционных материалов при нормальном падении плоской волны на образец от 15 до 60 дБ в разных полосах частот в диапазоне частот от 20 до 200 Гц.

Область применения: исследования звукоизолирующих свойств образцов звукоизоляционных материалов.

Сведения о погрешностях измерений: границы относительной погрешности измерения звукоизоляции образцов равны ±27 % (от минус 2.7 до 2.1 дБ) для доверительной вероятности .

Методика устанавливает выполнения измерений звукоизоляции образцов звукоизоляционных материалов при нормальном падении плоской волны на образец в измерительной акустической трубе - акустическом интерферометре.

Характеристикой звукоизолирующих свойств является значение звукоизоляции, которое вычисляется как отношение значений интенсивности плоской звуковой волны, измеренных по обе стороны образца, закрепленного в центре интерферометра.

Методика позволяет производить измерения значений звукоизоляции от 15 до 60 дБ в диапазоне частот от 20 до 200 Гц.

2.2 Метод измерений

Метод измерений основан на измерении вектора интенсивности прямой волны с помощью пары микрофонов, называемой микрофонной базой. Характеристиками микрофонной базы являются фиксированное расстояние между акустическими центрами микрофонов (длина базы) и направление прямой, соединяющей центры - направление микрофонной базы.

Звукоизоляция преграды определяется как отношение интенсивности падающей и прошедшей через преграду плоской звуковой волны, сформированной в интерферометре [6]:

(2.1)

Акустический интерферометр представляет собой полую трубу квадратного сечения 0.8 х 0.8 м жесткими стенками. Длина трубы 33 м. Схема акустического интерферометра и структура измерительного тракта для определения звукоизоляции образца при нормальном падении звуковой волны приведена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Схема акустического интерферометра и структура измерительного тракта для определения звукоизоляции образца

На одном конце трубы размещен источник излучения, а противоположный конец закрыт слоем звукопоглощающего материала (минеральная вата). Образец устанавливается в специальном держателе, расположенном в центре трубы и обеспечивающем установку образца перпендикулярно фронту плоской волны и без зазоров между стенками трубы и образцом. Внутри АИ, заподлицо внутренней поверхности интерферометра, установлены по два микрофона с каждой стороны образца, образующие микрофонные базы (микрофоны 1 и 2) и (микрофоны 3 и 4) для измерения интенсивности падающей и прошедшей волны.

Измерения в интерферометре проводят в поле плоской волны. Максимальная частота , до которой можно проводить измерения, составляет

(2.2)

где - размер стороны квадратного просвета трубы, м; - скорость звука в трубе, .

Ниже трубу можно рассматривать как длинную линию, а распространяющейся в ней волны - как плоские. При максимальная частота измерений в интерферометре составляет 212 Гц.

При выполнении измерений применяют метод непосредственной оценки нормально компоненты вектора интенсивности с помощью микрофонных баз , и , размещаемых перпендикулярно фронту плоской волны в интерферометре. Спектральная обработка случайных стационарных процессов и на входах микрофонов , обеспечивает анализатор спектров, реализующий алгоритм быстрого преобразования Фурье.

Анализаторы, основанные на процедуре Фурье, являются узкополосными анализаторами с постоянной абсолютной полосой анализа. Проекция вектора интенсивности на направление микрофонной базы измеряется анализатором по формуле:

(2.3)

где - плотность воздуха, ; - расстояние между микрофонами , , м.

Функция представляет собой усредненный по независимым выборкам (реализациям) длиной секунд каждая односторонний взаимный спектр стационарных случайных процессов и в полосе анализа со средней частотой

(2.4)

где - преобразование Фурье случайного стационарного процесса ; - преобразование Фурье случайного стационарного процесса ; - знак комплексного сопряжения.

Размеры микрофонных баз выбираются из следующих соображений.

Максимальный размер микрофонной базы не должен быть больше четверти длины волны на верхней границе частотного диапазона:

(2.5)

где - длина волны в трубе на частоте 200 Гц, м; - скорость звука при данной температуре , определяемая по обязательному приложению ГОСТ 16297 - 80, .

Расчетное значение составляет 0,426 м.

С другой стороны, разность фаз между сигналами и должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить приемлемую погрешность измерений интенсивности во всем диапазоне частот.

На нижней границе диапазона, частоте набег фазы при составляет: рад, или 9.

Анализатор измеряет мнимую часть взаимного спектра с точностью до 5 значащих цифр. Тогда максимальная погрешность измерения интенсивности прямой волны анализатором составит: . Таким образом, две микрофонные базы , и длиной 0,42 м обеспечивают измерение интенсивности падающей и прошедшей волны в интерферометре сечением 0.8 х 0.8 м в диапазоне частот 20 - 200 Гц.

2.3 Характеристики погрешности измерений

При соблюдении требований методики и использовании рекомендованной аппаратуры, границы относительной погрешности измерений звукоизоляции образца в интерферометре равны % (от минус 2,7 до 2,1 дБ) для предварительной вероятности .

2.4 Требования безопасности

При выполнении измерений необходимо соблюдать требования безопасности, при работе с установками до 1000 В, ПТЭ и ПТБ электроустановок потребителей, а также требования безопасности, регламентируемые в нормативных документах предприятия, на котором они проводятся.

Измерения воздушного шума не оказывают влияния на окружающею среду.

2.5 Требования к квалификации операторов

К проведению измерений допускаются научные сотрудники, инженеры и техники, имеющие опыт проведения виброакустических испытаний, изучившие техническое описание и инструкции по эксплуатации используемых приборов, имеющие навык работы на приборах, знающие правила обработки результатов испытаний, правила техники безопасности и изучившие настоящую методику.

2.6 Условия измерений

Измерения звукоизоляции проводятся в нормальных климатических условиях:

- температура окружающей среды, 20 ± 10;

- атмосферное давление, кПа 98 - 106; (735 - 795 мм. рт. ст);

- относительная влажность воздуха, % не более 90;

- перед проведением испытаний материалы и изделия должны быть выдержаны в указанных условиях не менее 3 ч.

Измерения производятся при соблюдении следующих условий:

- при плотно закрытых подъёмных крышках со стороны громкоговорителя и над образцом;

- при установленном в проёме для монтажа испытательном образце;

- при работе системы возбуждения звука (СВАИ) в интерферометре;

- при неработающих сторонних источников шума и соблюдении тишины персоналом в помещениях, окружающих интерферометр;

- уровень звукового давления, создаваемый громкоговорителем в трубе интерферометра, должен превышать уровень помех не менее чем на 10 дБ.

Типовой измерительный тракт, включает излучатель плоской волны в интерферометре (СВАИ), две микрофонные базы, анализатор спектра, генератор шума в составе анализатора, усилитель мощности. Схема тракта представлена на рисунке 2.1.

Перечень рекомендуемых средств измерения указаны в таблице Б.1 приложения Б.

Применяемы средства должны быть проверены и откалиброваны.

Применяемое испытательное оборудование - акустический интерферометр - должно быть аттестовано в соответствии с ГОСТ 8.568 - 97.

2.7 Подготовка к проведению измерений. Выполнение измерений

2.7.1 Подготовка к проведению измерений

Перед выполнением измерений разрабатывают программу проведения измерений. В программе указывают цель, объём и условия проведения измерений, используемый измерительный тракт, описание образца и схема его размещения в интерферометре.

Установить испытуемый образец в проёме для монтажа образца.

Произвести внешний осмотр. Подъёмные крышки со стороны громкоговорителя и над образцом должны быть плотно закрыты. Во время измерений соблюдается тишина.

2.7.2 Выполнение измерений

Собрать измерительный тракт. Типовая схема измерительного тракта приведена на рисунке 2.1.

Приборы, входящие в измерительный тракт, привести в рабочее состояние в соответствии с инструкциями по эксплуатации.

Установить следующие параметры анализатора:

- верхняя частота анализатора 200 Гц;

- усреднение линейное;

- количество линий 800;

- режим узкополосного анализа Фурье;

- усреднение линейное;

- количество выборок 500.

Включить генератор шума в составе анализатора. С помощью входного аттенюатора добиться отсутствия перегрузки анализаторов. После включения генератора должно пройти не менее 10 секунд для достижения стационарного режима звуковых колебаний в интерферометре.

После окончания процесса усреднения зафиксировать результат измерения спектров интенсивности по двум микрофонным базам в соответствии с требованиями ГОСТ 26417 - 85.

Выключить приборы, входящие в электрический тракт.

2.8 Нормативные ссылки

В настоящей методике использованы ссылки на следующие стандарты и методики:

- ГОСТ Р 8,563 - 96 Государственная система обеспечения единства измерений. Методика выполнения измерений;

- СТП ИМЯН 073 - 98 Система качества института. Метрологическое обеспечение работ института. Методика выполнения измерений. Разработка и аттестация;

- МИ 1317 - 2004 Государственная система обеспечения единства измерений. Результаты и характеристики погрешности измерений. Формы представления. Способы использования при испытании образцов продукции и контроль их параметров;

- ГОСТ 16297 - 80 Материалы звукоизоляционные и звукопоглощающие. Методы испытаний;

- ISO 10536 - 2 Acoustics - Determination of sound absorbtion coefficient and umpedance in impendance tube;

- ГОСТ 27296 - 87 Защита от шума в строительстве. Звукоизоляция ограждающих конструкций. Методы измерений;

- Стандарт IEC 1043 Электроакустика. Инструменты для измерений интенсивности. Измерения, основанные на использовании двух микрофонов, измеряющих давление, 1993;

- ГОСТ 8.207 - 76 Государственная система обеспечения единства измерений. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдения. Основные положения;

- ГОСТ 8.038 - 94 Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная проверочная схема для средств измерений звукового давления в воздушной среде в диапазоне частот 2 Гц - 100 кГц;

- ГОСТ 26417 - 85 Материалы звукопоглощающие строительные;

- ГОСТ Р 8.568 - 97 Государственная система обеспечения единства измерений. Аттестация испытательного оборудования. Основные положения;

- ГОСТ 12090 - 80 Частоты для акустических измерений. Предпочтительные ряды.

3 Оценка погрешности измерений звукоизоляции образца

В общем случае факторами, определяющими погрешность измерения, являются:

- метод измерений, обуславливающий методическую погрешность;

- несовершенство используемых средств измерений, отражающееся в метрологических характеристиках средств измерений;

- квалификация операторов, проводящих измерения.

Оценка границ полной погрешности для результатов измерений звукоизоляции образца выполняется расчетным путём с учетом указанных выше факторов, а так же характера (систематическая, случайная) составляющих погрешностей. При выполнении расчетов используется положение ГОСТ 8.207 - 76. Все расчеты доверительных границ погрешностей выполняются для доверительной вероятности 0,95.

3.1 Методическая погрешность

В рассматриваемой методике используются метод непосредственной оценки интенсивности. Средства измерения выбраны такими, что их внесение в поле воздушного шума ввиду малости не учитывается. Следовательно, можно принять, что методическая погрешность отсутствует.

3.2 Инструментальная погрешность

Она обусловлена несовершенством средств измерений. Инструментальная погрешность (в общем случаи систематическая и случайная составляющие) может оцениваться по метрологическим характеристикам.

Анализ метрологических характеристик средств измерений проводится по элементам, входящим в измерительный тракт:

- громкоговоритель;

- микрофонная база;

- анализатор.

3.2.1 Микрофонная база

Микрофонную базу образует пара микрофонов с предварительным усилителем типа 4943.

Для данного средства измерения можно выделить несколько метрологических характеристик, создающих основной вклад в погрешность измерений давления:

дБ (12%) - неравномерность амплитудно-частотной характеристики микрофона, систематическая погрешность в диапазоне частот 5 Гц - 6,3 кГц;

дБ (8.4%) - погрешность определения чувствительности микрофона с предусилителем на базовой частоте 250 Гц [9].

Изменения нормированных параметров внешних условий измерений (температура, давление, влажность, напряженность магнитного поля) приводит к появлению следующих систематических погрешностей.

- Влияние температуры окружающего воздуха.

Для полудюймовых конденсаторных микрофонов влияние температуры оценивается не более в диапазоне температур от минус 10 до плюс 50. Для решаемых в методике измерительных задач температура окружающего воздуха установлена . Таким образом, отклонение от номинального значения 20 не превышает , что может приводить к погрешности от изменения температуры не более дБ (не более %), ввиду малости не учитывается.

- Влияние влажности окружающего воздуха

Погрешность от влияния влажности, при условии отсутствия конденсации, оценивается значением не более 0,1 дБ (1,2%), ввиду малости не учитывается.

- Влияние магнитного поля.

Наличие магнитного поля изменяет чувствительность микрофона. Поскольку измерения максимального и минимального давления производятся одним и тем же микрофоном, погрешность на наличие магнитного поля не учитывается.

- Влияние атмосферного давления.

Условия измерений допускаются изменение атмосферного давления от 98 до 106 кПа, т.е. на 8 кПа. Для микрофонов типа 4943 коэффициент влияния статического давления не более 0,008 дБ/кПа. Следовательно, данная погрешность не более 0,064 дБ, т.е. не более 0,7 %, ввиду малости не учитывается.

дБ, %) - граница относительной погрешности чувствительности базы по интенсивности по отношению к стоячей волне. По данным стандарта IEC 1043 при использовании микрофонов класса 1, образующих базу 50 мм, в поле плоской стоячей волны с заданным значением коэффициента стоячей волны 24 дБ границы погрешности чувствительности базы по интенсивности составляют дБ. На практике чувствительность зонда оказывается существенно лучшей из-за использования поглотителя в открытом конце интерферометра;

дБ, %) - границы погрешности, связанной с малостью градиента давления на верхних частотах диапазона. Также используются данные стандарта IEC 1043.

3.2.2 Анализатор

Методикой предусмотрено использование анализатора типа 3560, значения метрологических характеристик которого:

- погрешность от неравномерности амплитудно-частотной характеристики. Это систематическая погрешность и наибольшие её пределы % (0,1 дБ), ввиду малости не учитывается;

- погрешность измерения уровня сигнала, как правило, не более 0,1 дБ (1,2 %), ввиду малости не учитывается.

- погрешность обусловлена конечным временем наблюдения исследуемого стационарного процесса. По характеру это случайная погрешность.

При использовании анализаторов, основанных на процедуре быстрого преобразования Фурье, стандартная случайная составляющая погрешности обусловлена конечным числом независимых выборок исследуемого процесса при усреднении автоспектра случайного шума и вычисляется по формуле .

При установке параметров анализатора, погрешность не превышает 4.5% (0,38 дБ) [10].

3.2.3 Громкоговоритель ИАИ

Полный коэффициент гармонических искажений в рабочем диапазоне частот не более 5%. Погрешность не учитывается ввиду использования одновременных измерений интенсивности двумя микрофонными базами на шумовом сигнале.

Границы относительной систематической погрешности измерения звукоизоляции определяется выражением

Расчет даёт % (1.9 дБ)

Доверительные границы относительной погрешности измерения звукоизоляции при отношении систематической к случайной составляющей, равном в данном случае 5,5, определяется суммированием систематической и случайной составляющих погрешностей в соответствии с ГОСТ 8.207 - 76

где , для предварительной вероятности 0,95.

Расчеты дают значения =1,79 и 27% (2,1 дБ, 2,7 дБ) для доверительной вероятности .

В заключении следует отметить, что разработанная методика, позволяет оценивать звукоизоляционные свойства в широких динамических и частотных диапазонах. Используемый акустический интерферометр обладает достаточной точностью и удобством при проведении испытаний.

4. Экспериментальные данные

На акустическом интерферометре были произведены расчеты звукового давления при нормальном падении плоской волны на образец (простейший элемент конструкции звукоизоляции - сталь 3мм) от 15 до 60 дБ в узких полосах частот в диапазоне от 5 до 200 Гц.

По данным методики диапазон частот соответствует 20 - 200 Гц, но акустический интерферометр даёт возможность работать с инфразвуков на частоте возбуждение не менее 5 Гц.

Были построены графики распределения амплитуды звукового давления вдоль акустического интерферометра на разных частотах возбуждения.

Рисунок 4.1 - Распределение амплитуды звукового давления вдоль акустического интерферометра на частоте возбуждения 20 Гц



Рисунок 4.2 - Распределение амплитуды звукового давления вдоль акустического интерферометра на частоте возбуждения 63 Гц

Рисунок 4.3 - Распределение амплитуды звукового давления вдоль акустического интерферометра на частоте возбуждения 100 Гц



Рисунок 4.4 - Распределение амплитуды звукового давления вдоль акустического интерферометра на частоте возбуждения 160 Гц

Рисунок 4.5 - Распределение амплитуды звукового давления вдоль акустического интерферометра на частоте возбуждения 200 Гц

Остальная часть графиков представлена в приложениях.

На рисунках справа расположен излучатель, посередине образец. Амплитуда звукового давления плоской волны, проходя через образец, резко падает, что соответствует хорошей звукоизоляции и низкой звукопроницаемости стали.

Рисунок 4.6 - Распределение амплитуды звукового давления вдоль акустического интерферометра на частоте возбуждения 50 Гц

При частоте возбуждения 50 Гц амплитуда звукового давления вдоль акустического интерферометра после образца незначительно уменьшается, это происходит из-за того что пластина начинает резонансное движение, тем самым она сама начинает излучать звук.

По полученным экспериментальным данным можно сделать заключение, что влияние температуры и атмосферного давления несет незначительное изменение акустического давления, ввиду малости его можно не учитывать. Образец имеет хорошие показатели звукоизоляции и низкие звукопроницаемости в диапазоне частот от 5 до 200 Гц, за исключением диапазона его собственного резонанса.

5. Безопасность жизнедеятельности

5.1 Охрана труда

5.1.1 Порядок обеспечения работников специальной одеждой

В процессе работы на работника акустической лаборатории действует такой вредный фактор как повышенный уровень шума. Поэтому важно своевременно и в соответствии с нормами выдачи обеспечивать персонал средствами индивидуальной защиты.

Выдаваемые работникам средства индивидуальной защиты должны соответствовать их полу, росту и размерам, характеру и условиям выполняемой работы и обеспечивать безопасность труда. В соответствии со статьей 215 Трудового кодекса Российской Федерации средства индивидуальной защиты работников, в том числе иностранного производства, должны соответствовать требованиям охраны труда, установленным в Российской Федерации, и иметь сертификаты соответствия. Приобретение и выдача работникам средств индивидуальной защиты, не имеющих сертификата соответствия, не допускается.

Работодатель обязан заменить или отремонтировать специальную одежду и специальную обувь, пришедшие в негодность до окончания сроков носки по причинам, не зависящим от работника.

В случае пропажи или порчи средств индивидуальной защиты в установленных местах их хранения по не зависящим от работников причинам работодатель обязан выдать им другие исправные средства индивидуальной защиты [11].

Предусмотренные в Типовых отраслевых нормах дежурные средства индивидуальной защиты коллективного пользования должны выдаваться работникам только на время выполнения тех работ, для которых они предусмотрены, или могут быть закреплены за определенными рабочими местами (например, тулупы - на наружных постах, перчатки диэлектрические при электроустановках и т.д.) и передаваться от одной смены другой.

В этих случаях средства индивидуальной защиты выдаются под ответственность мастера или других лиц, уполномоченных работодателем.

Предусмотренные в Типовых отраслевых нормах теплая специальная одежда и теплая специальная обувь (костюмы на утепляющей прокладке, куртки и брюки на утепляющей прокладке, костюмы меховые, тулупы, валенки, шапки-ушанки, рукавицы меховые и др.) должны выдаваться работникам с наступлением холодного времени года, а с наступлением теплого могут быть сданы работодателю для организованного хранения до следующего сезона. Бригадирам, мастерам, выполняющим обязанности бригадиров, помощникам и подручным рабочих, профессии которых предусмотрены в соответствующих Типовых отраслевых нормах, выдаются те же средства индивидуальной защиты, что и рабочим соответствующих профессий.

Предусмотренные в Типовых отраслевых нормах средства индивидуальной защиты для рабочих, специалистов и служащих должны выдаваться указанным работникам и в том случае, если они по занимаемой должности или профессии являются старшими и выполняют непосредственно те работы, которые дают право на получение этих средств индивидуальной защиты.

Рабочим, совмещающим профессии или постоянно выполняющим совмещаемые работы, в том числе и в комплексных бригадах, помимо выдаваемых им средств индивидуальной защиты по основной профессии должны дополнительно выдаваться в зависимости от выполняемых работ и другие виды средств индивидуальной защиты, предусмотренные Типовыми отраслевыми нормами для совмещаемой профессии.

Работодатель обязан организовать надлежащий учет и контроль за выдачей работникам средств индивидуальной защиты с установленные сроки.

Выдача работникам и сдача ими средств индивидуальной защиты должны записываться в личную карточку работника.

В соответствии со статьей 212 Трудового кодекса Российской Федерации работодатель обязан обеспечить информирование работников о полагающихся им средствах индивидуальной защиты.

Обеспечение работников за счет собственных средств специальной одеждой, специальной обувью и другими средствами индивидуальной и коллективной защиты от воздействия вредных и (или) опасных производственных факторов осуществляют работодатели.

Перечень и нормы выдачи средств индивидуальной защиты, определяется уполномоченным государственным органом по труду. Средства индивидуальной защиты должны выдаваться при приеме или переводе работников на другую работу либо в связи с истечением срока пользования этих средств.

Сроки пользования средств индивидуальной защиты устанавливаются календарно и исчисляются со дня фактической выдачи работникам.

Работодатели должны приобретать только сертифицированные средства индивидуальной защиты. Средства индивидуальной защиты должны быть удобны при носке, не создавать препятствий движению, подбираться и выдаваться работникам по соответствующим размерам.

Специальная одежда, специальная обувь, которые не соответствуют предъявляемым требованиям или пришли в негодность до истечения установленного срока пользования, по причинам независящим от работника, подлежат замене.

С наступлением сезона специальная одежда и специальная обувь должны быть возращены тем работникам, которым они выдавались в предыдущий сезон.

Для хранения выданных работникам специальной одежды, специальной обуви и других средств индивидуальной защиты работодатель предоставляет специально оборудованные помещения (гардеробные) в соответствии с требованиями строительных норм и правил, санитарно-эпидемиологических правил и норм [12].

Работникам акустических лабораторий в первую очередь необходимы средства индивидуальной защиты органов слуха, чем являются наушники. Так же выдается специальная одежда по необходимости, куда входят халаты, обувь, перчатки и рабочая спецодежда.

5.2 Защита в чрезвычайных ситуациях

5.2.1 Назначение, принцип действия и виды автоматического пожаротушения на производстве

Проектирование пожарной сигнализации изобретение датчиков, реагирующих на свет, дым и тепло, стали шагом вперед в развитии сферы пожарной безопасности. Механизмы системы автоматического пожаротушения работают за счет пожарной автоматики. Назначение таких механизмов сводится к быстрому уничтожению очага возгорания без привлечения человеческих сил.

Функции систем автоматического пожаротушения сводятся к контролю температуры помещения и реагированию на возникновение дыма. Системы призваны контролировать целостность систем управления и оповещения. В случае возникновения очагов опасности механизм передает тревожный сигнал в пункт централизованного наблюдения. При этом срабатывают оповещатели светового или звукового типа, и происходит закрытие клапанов, препятствующих распространению огня. На эвакуационных путях, в свою очередь, включаются системы удаления дыма.

Среди систем пожаротушения различают газовые, аэрозольные, пенные, порошковые и водяные. У каждой из этих систем есть свои преимущества и особенности. Так, газовые механизмы в процессе пожаротушения не вызывают коррозии оборудования, в том числе электрического. Они способны функционировать в широком температурном диапазоне.

Автоматические системы пожаротушения предназначены для:

а) обнаружения, локализации и тушения пожара;

б) защиты людей и материальных ценностей от воздействия опасных факторов пожара;

в) сигнализации в помещение дежурного персонала о начале работы установки.

Необходимость оборудования зданий, помещений или сооружений системами пожаротушения определяется в соответствии с Приложением «А» СП 5.13130.2009 «Свод правил. Установки пожарной сигнализации и пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования».

Вид системы пожаротушения и тип огнетушащего вещества определяется для объекта защиты исходя из его характеристик (площадь, объем, этажность, функциональное назначение и т. д.), вероятности возникновения пожара того или иного типа и технических условий (например наличия требуемого расхода воды для нужд пожаротушения от Водоканала, температурного режима на объекте).

Типы и виды систем пожаротушения:

- спринклерные;

- дренчерные;

- тушение тонкораспыленной водой;

- газовые;

- аэрозольные;

- пенные;

- порошковые модульные.

Водяные и пенные системы пожаротушения подразделяются на спринклерные, дренчерные, спринклерно-дренчерные, установки пожаротушения тонкораспыленной водой и роботизированные.

Спринклерная система пожаротушения (спринклерное пожаротушение). Система, обеспечивающая подачу огнетушащего состава на очаг возгорания и состоящая из трубопроводов, оборудованных спринклерными оросителями с тепловым замком (открывается под воздействием температуры). В зависимости от нормальной (рабочей) температуры в помещении выбираются тепловые замки с соответствующей температурой открывания (в диапазоне от 57 до 343 °C). Системы спринклерного пожаротушения являются одними из самых распространенных и монтируется как правило под перекрытием помещения.

Спринклерные установки пожаротушения тонкораспыленной водой. Технология пожаротушения тонкораспылённой водой основана на ликвидации возгорания каплями воды с эффективным диаметром не более 100 мкм. Обладая высокой проникающей и охлаждающей способностью тонкораспылённая вода (водяной туман) позволяет надёжно тушить пожары при небольшом расходе огнетушащего вещества (менее 0,03 л/с кв.м) в течении 10…60 с.

Это позволяет без каких-либо негативных последствий, связанных с влиянием огнетушащего вещества, тушить пожары в архивах, библиотеках и музеях, что подтверждено специальными испытаниями. Как показывает практика, тонкораспылённая вода эффективно поглощает твёрдые частицы дыма. Имеются данные по успешному использованию тонкораспылённой воды при тушении электроустановок под напряжением 35 кВ без аварийных последствий.

Для создания тонкораспылённых струй воды применяются модульные или агрегатные установки, позволяющие обслужить объект практически любой степени сложности. Особенностью технологии диспергирования (размельчения) капель воды, применяемой в данных установках, является использование газожидкостной смеси, которая подаётся к оросителям установок по одному трубопроводу, что значительно упрощает технологию, монтаж и эксплуатацию установок.

Преимущества использования:

а) снижение в 2,5 раза расхода и в 4 раза объема воды, требуемой для пожаротушения;

б) снижение воздействия на людей опасных факторов пожара;

в) значительное снижение ущерба от пролива воды, наносимого объекту при работе установки;

г) низкая инерционность срабатывания.

Существует 2 вида спринклерных систем: водозаполненные и воздушные.

Таблица 5.1

Температурный режим в помещении	Отапливаемое	Неотапливаемое
Рекомендуемый вид системы	Водозаполненная	Воздушная
Характеристика системы	После вскрытия спринклеров вода в виде раздробленных струй подается к очагу возгорания. В течение первых минут пожара вода подается от автоматического водопитателя, а затем контрольно-сигнальный клапан включает пожарные насосы, которые обеспечивают подачу расчетного количества воды, необходимого для ликвидации пожара.	В этих системах в обычное время сеть труб от спринклеров до контрольно-сигнального клапана находится под давлением сжатого воздуха.

Дренчерная система пожаротушения -- установка пожаротушения, оборудованная дренчерными оросителями с открытым выходным отверстием или генераторами пены.

Дренчерные системы также применяются в качестве дренчерных завес, которые обеспечивают отсечение «стеной» огнетушащего вещества помещения, где возникло возгорание, от других помещений здания.

Устройство дренчерных завес -- популярное решение при разработке мероприятий, компенсирующих отступления от норм пожарной безопасности, а также при разработке специальных технических условий.

Примеры применения дренчерных завес:

а) вместо противопожарных стен 1-го типа для деления зданий на пожарные отсеки в зданиях;

б) для защиты постоянно открытых технологических проемов в производственных и складских;

Применяются также спринклерно-дренчерные системы, в которых подача огнетушащего вещества осуществляется только при совместном срабатывании пожарного извещателя дренчерной системы и оросителя спринклерной.

Системы газового пожаротушения (газовое пожаротушение).

Системы газового пожаротушения предназначены для обнаружения возгорания на всей контролируемой площади помещений, подачи огнетушащего газа и оповещения о пожаре.

Принцип действия установок газового пожаротушения основан на снижении концентрации кислорода за счет поступления в зону реакции негорючего газа. В случае применения сжиженных газов, их выпуск из баллона сопровождается снижением температуры, что ведет к уменьшению температуры в зоне возгорания. Автоматические установки газового пожаротушения предназначены для создания защитной среды в определенном объеме. Тушение пожара осуществляется заполнением помещения расчетным количеством огнетушащего вещества.

Установки газового пожаротушения способны потушить пожар в любой точке защищаемого помещения.

Преимущество: газовое пожаротушение, в отличие от водяного, аэрозольного, пенного и порошкового, не вызывает коррозии защищаемого оборудования, а последствия его применения легко устранимы путем проветривания. При этом, в отличие от остальных систем, автоматически газового пожаротушения могут работать при температуре: от -40° до +50°C.

Основной недостаток газовых систем пожаротушения: опасность для человека. Запрещено применение установок объемного углекислотного (СО2) пожаротушения в помещениях, которые не могут быть покинуты людьми до начала работы установки и в помещениях с большим количеством людей (50 человек и более). Системы газового пожаротушения могут использоваться для ликвидации пожаров и возгорания электрооборудования, находящегося под напряжением.

Системы пенного пожаротушения применяются для эффективного тушения пожаров классов, А и Б на нефтеналивных станциях и хранилищах, заводах по переработке и сжиганию мусора, сахарорафинадных заводах, складах пластмасс и полимеров, складах шинной продукции и изделий из резины - там где есть большая концентрация легковоспламеняющихся и горючих жидкостей и веществ.

В случае пожара происходит срабатывание системы и в защищаемое пространство подается через спринклеры, мониторы, дюзы или трубы (в зависимости от типа объекта) водопенный раствор. Возможность применения пены различной кратности: от низкой до высокой позволяет найти наиболее эффективный вариант пожаротушения. Наиболее часто применяется пена средней кратности реже - низкой. Высокократная пена используется в основном при объемном тушении.

По устройству системы пенного пожаротушения во многом аналогичны установкам водяного спринклерного пожаротушения.

Системы порошкового пожаротушения (порошковое пожаротушение).

Системы порошкового пожаротушения модульного типа предназначены для автоматического обнаружения пожара, передачи сообщения о пожаре дежурному персоналу, автоматической локализации и тушения пожара. Применяются для ликвидации пожаров A,B,C и D -- электрооборудования (электроустановок под напряжением).

Системы порошкового пожаротушения имеют широкое применение -- ими оборудуются масляные подвалы, компрессорные, насосные станции, металлообрабатывающие и сталепрокатные заводы, самолетные ангары, нефтеперегонные станции, котельные, лаборатории.

Системы модульного пожаротушения состоят, как правило, из технологической и электротехнической части.

В настоящее время существуют радиоканальные модульные системы порошкового пожаротушения, для монтажа которых не требуется прокладка кабельных линий, что облегчает установку системы на эксплуатируемом объекте или там где закончена чистовая отделка.

Недостатки порошковых систем пожаротушения: обладают прямым ингаляционным воздействием на человека, запрещена работа автоматических установок порошкового пожаротушения в помещениях с системами противодымной вентиляции.

Системы аэрозольного пожаротушения применяются для тушения пожаров электротехнического оборудования, энергетических объектов, защиты транспортных хозяйств, силовых установок и т. п.