Главная страница » БЛОГ » Шум вентиляторов

Шум вентиляторов

    Шум вентиляторов — это волны сжатия/расширения, возникающие в результате работы вентилятора, распространяющиеся в воз­духе в диапазоне частот, доступном восприятию ухом человека (примерно 16— 16000 Гц)

    Наглядное представление уровней шума некоторых типичных источников
    Рис. 7.2 Наглядное представление уровней шума некоторых типичных источников

    Характеристики шума

    Шум вентиляторов, как и другой измеряют с использованием в основ­ном трёх физических величин: звуковое давление р (Па), интенсивность звука I (Вт/м2) и звуковую мощность W (Вт). Шум вентиляторов Рассмотрим эти параметры.

    Звуковое давление

    Звуковое давление р определяет силовое воздействие звуковой волны (волны сжатия/расширения) в заданной точке пространства на мембрану уха или за­меняющий ее микрофон. Это силовая характеристика выбранной точки звуко­вого поля. Звуковое давление р применяется для измерения шума от работы вентилятора в конкретной точке, например на рабочем месте или в месте отдыха. Кроме того, звуковое давление используется для измерения корпусного шума вентилятора (звуковое давление в определенной точке свободного пространства на некотором фиксированном расстоянии от поверхности корпуса вентилято­ра), а также для характеристики шума на выходе в свободном пространстве, окружающем крышный вентилятор (на некотором фиксированном расстоянии). Термин «свободное пространство» означает отсутствие вокруг измеряемого объекта (вентилятора) каких-либо посторонних источников шума или отражаю­щих поверхностей, которые могут исказить результаты измерений. Фактически те или иные помехи при реальных измерениях всегда имеют место, и поэтому необходимо пользоваться соответствующими ГОСТ, в которых установлены тре­буемые условия измерений и оценка возникающих при этом помех.

    Интенсивность звука

    Интенсивность звука I характеризует перенос энергии при распростране­нии звуковой волны, т. е. плотность потока звуковой мощности W[1]. Эта физи­ческая величина связана со звуковым давлением в общем случае сложными уравнениями акустики. В простейшем случае плоской звуковой волны в свобод­ном пространстве (которое моделируется для некоторого частотного диапазона в измерительных заглушенных камерах при испытаниях вентиляторов) интен­сивность звука I связана со звуковым давлением р формулой, которая играет большую роль в акустических измерениях:

    Шум вентиляторов Ф_1

    где p2 — средний квадрат звукового давления; р — плотность воздуха (при нор­мальных атмосферных условиях — 1,2 кг/м3); с — скорость звука (при нормаль­ных атмосферных условиях — 344 м/с).

    Звуковая мощность

    Звуковая мощность W определяет энергию звуковой волны, проходящую в единицу времени через заданную поверхность:

    Шум вентиляторов Ф_2

    где S — выбранная поверхность, через которую проходит звуковая волна, мощность которой определяется; Iп — составляющая интенсивности звука, нормальная к выбранной поверхности. В простейшем случае плоской звуковой волны

    Шум вентиляторов Ф_3

    Звуковая мощность W используется для характеристики шума вентилятора, распространяющегося по воздуховодам системы, на входе/выходе воздуховодов или вентилятора. Следует иметь в виду, что в большинстве случаев, например в воздуховодах, при сильных отражениях звука, при резонансах звуковое давле­ние не является характеристикой источника шума и поэтому используется звуко­вая мощность. Кроме того, шум, излучаемый из какого-либо отверстия вентиля­ционной системы, входного или выходного отверстий вентилятора, в общем случае имеет диаграмму направленности, т.е. излучается неравномерно по на­правлению.

    Как распространяется шум вентиляторов

    Для понимания физической сути величин р и W, а также диаграммы направ­ленности можно провести аналогию между звуковым излучением выхода вентиля­тора и светом фонаря (рис. 7.1).

    Звуковое излучение
    Звуковое излучение

    Мощность лампы является прямым аналогом зву­ковой мощности W выхода вентилятора и, как известно, не зависит от расстояния. Освещенность является аналогом интенсивности звука I и зависит от расстояния от источника. На оси фонаря освещенность максимальная и уменьшается по ква­драту расстояния. Но если выделить сферу R, то на сфере по мере удаления от оси фонаря освещенность будет из­меняться (в большинстве случаев уменьшаться). Например, осве­щенность в точке А (на расстоя­нии R, под углом 45° к оси фона­ря) меньше, чем максимальная освещенность. Изменение осве­щенности по сфере по мере удаления от оси излучения на­зывается диаграммой направлен­ности. У вентиляторов излуче­ние шума происходит примерно так же. Таким образом, звуковое давление в точке А, строго гово­ря, не является характеристикой шума излучаемого объекта, т. к. необходимо знать диаграмму на­правленности излучения.

    Измерения шума вентиляторов

    При акустических измерениях шума, вентилятор работает на стационарном аэроди­намическом режиме, т.е. его аэродинамические и акустические характеристики не меняются со временем. В процессе экспериментов измеряются, как правило, звуковое давление в определенной точке пространства или распределение звуко­вого давления по некоторой поверхности, определенной конкретным стандартом, если вычисляется звуковая мощность объекта. Кроме того, в последнее время появились международные и отечественные стандарты определения акустической мощности источника, опирающиеся на измерение акустической интенсивности. Измеряют звуковое давление с помощью микрофонов и обрабатывают с помощью шумомеров разных типов в зависимости от поставленной задачи.

    Так как человеческое ухо чувствительно к звуку в очень широком диапазоне громкостей, то в акустике принято использовать логарифмическую шкалу — шкалу в децибелах, позволяющую охватить широкий диапазон громкостей и наиболее приближенную к характеристике чувствительности уха. Значение па­раметра в децибелах пропорционально логарифму отношения соответствующей величины к пороговому значению.

    Так уровень звукового давления, дБ:

    Шум вентиляторов Ф_4

    где р0 = 2 • 10ˉ5 Па — пороговое значение звукового давления.

    Именно эту величину — звуковое давление, выраженное в децибелах, — по­казывают стандартные шумомеры.

    Интенсивность звука

    Шум вентиляторов Ф_5

    Здесь Li — уровень интенсивности звука, дБ; I0 = 10-12 Вт/м2 — пороговое значение интенсивности звука.

    Звуковая мощность

    Шум вентиляторов Ф_6

    Здесь Lw— уровень звуковой мощности, дБ; W0 = 10-12 Вт — пороговое значе­ние звуковой мощности.

    Поскольку для воздуха при нормальных условиях рс ≈ 400 Па • с/м, то уровни звукового давления и интенсивности в плоской волне Lр ≈ Li а уровень звуковой мощности  Lw ≈ Lp+10 lg S.

    Из формул следует, что если звуковые давления отличаются в два раза, то раз­ница уровней звукового давления равна 6 дБ, в три раза — 10 дБ. А если звуко­вые мощности отличаются в два раза, то разница уровней звуковой мощности равна 3 дБ.

    Для сферической волны с радиусом распространения R справедливо соотно­шение W = I(4пR²), и, следовательно, если мощность источника шума известна, то можно определить интенсивность на требуемом расстоянии R. Если расстоя­ние велико, то звуковую волну можно считать плоской и уровни звукового дав­ления примерно равны уровням интенсивности:

    Шум вентиляторов Ф_7

    В случае крышного вентилятора с известной звуковой мощностью на выходе, принимая свободное пространство вокруг него в виде полусферы, можно полу­чить следующее выражение:

    Шум вентиляторов Ф_8

    Отсюда видно, что удаление в два раза в свободном пространстве от крышного вентилятора, или воздухозаборной решетки, или от выхода вентиляционной системы приведет к снижению уровней шума на 6 дБ.

    Общее представление о шуме некоторых типичных источников дает нагляд­ная картинка (рис. 7.2). Как видно, уровень звукового давления, измеренный в лесу, 17—20 дБ, а в жилой комнате — около 40—50 дБ. Эти цифры полезно пом­нить, т. к. зачастую в каталогах дают заведомо неправдоподобные уровни шума вентиляторов или приточных установок.