Ustroje rezonatorowe obniżające hałas niskoczęstotliwościowy w

BEZPIECZEÑSTWO PRACY 11/2000
dr in¿. ANNA KACZMARSKA
doc. dr in¿. DANUTA AUGUSTYÑSKA
Centralny Instytut Ochrony Pracy
prof. dr hab. in¿. ZBIGNIEW ENGEL
Akademia Górniczo-Hutnicza
Ustroje rezonatorowe obni¿aj¹ce ha³as
niskoczêstotliwoœciowy w kabinach przemys³owych
Praca wykonana w ramach Programu
Wieloletniego (b. SPR-1) pn. „Bezpieczeñstwo i ochrona zdrowia cz³owieka w
œrodowisku pracy” dofinansowanego
przez Komitet Badañ Naukowych
chrona przed dŸwiêkami o niskich czêstotliwoœciach jest
skomplikowana ze wzglêdu na
znaczne d³ugoœci fal (np. fala o czêstotliwoœci 20 Hz ma d³ugoœæ 17 m), dla których tradycyjne œciany, przegrody, ekrany i poch³aniacze akustyczne s¹ ma³o skuteczne. W niektórych przypadkach dŸwiêki niskoczêstotliwoœciowe s¹ wzmacniane na skutek rezonansu pomieszczeñ, elementów konstrukcyjnych budynków lub
ca³ych obiektów. Poziomy ciœnieñ akustycznych mog¹ wówczas przekraczaæ
poziomy mierzone w pobli¿u ich Ÿróde³.
Tak czêsto dzieje siê we wnêtrzu przemys³owych kabin dŸwiêkoizolacyjnych.
Na ogó³ w celu ograniczenia ha³asu
niskoczêstotliwoœciowego i infradŸwiêkowego wymagane jest ka¿dorazowo indywidualne projektowanie zabezpieczeñ
po uprzedniej szczegó³owej analizie widma ha³asu.
Ustroje rezonatorowe
o komorach pojedynczych
W celu poprawy izolacyjnoœci akustycznej przemys³owych kabin dŸwiêkoizolacyjnych w zakresie ha³asu niskoczêstotliwoœciowego stosowane s¹ indywidualnie projektowane (w zale¿noœci od
dominuj¹cych czêstotliwoœci w widmie
ha³asu) ustroje rezonatorowe, konstruowane na bazie rezonatorów Helmholza.
Na podstawie analizy ró¿nych konstrukcji maj¹cych na celu obni¿enie poziomu ciœnienia akustycznego we wnêtrzu kabiny, zaprojektowano i wykonano
drewniane modele ustroju rezonatorowe-
14
Rys. 1. Widok elementu panelowego ustroju rezonatorowego: a – bez wype³nienia, b – z wype³nieniem
go w dwóch wariantach. Jako materia³
konstrukcyjny do budowy modeli wykorzystano p³yty ze sklejki drewnianej o
gruboœci 18 mm. Poszczególne elementy
³¹czono ze sob¹ za pomoc¹ wkrêtów do
drewna, b¹dŸ na zasadzie wsuwania jednych elementów w wyfrezowane prowadnice innych elementów. Pozwoli³o to na
zbudowanie ró¿nych wariantów modelu
ustroju rezonatorowego dla ka¿dej z
dwóch podstawowych wersji:
z 32 rezonatorami, w p³ycie czo³owej
32 otwory o œrednicy 10 mm,
gdzie:
– objêtoœæ komory rezonatora V =
230x227.5x100 mm, a odpowiadaj¹ca
czêstotliwoœæ drgañ w³asnych powietrza
wype³niaj¹cego rezonator fr = 41 Hz,
– objêtoœæ komory rezonatora V =
230x227.5x200 mm, fr = 29 Hz,
– rezonator ma jeden, symetrycznie
umieszczony otwór – szyjkê,
– œrednica szyjki d = 10 mm,
– d³ugoœæ szyjki l = 18 mm.
Rys. 2. Widok ustrojów rezonatorowych zamontowanych w kabinie
z 8 rezonatorami, w p³ycie czo³owej 8
otworów o œrednicy 20 mm,
gdzie:
– objêtoœæ komory rezonatora V =
478x473x100 mm, a odpowiadaj¹ca czê-
BEZPIECZEÑSTWO PRACY 11/2000
stotliwoœæ drgañ w³asnych powietrza wype³niaj¹cego rezonator fr = 35 Hz,
– objêtoœæ komory rezonatora V =
478x473x200 mm, a fr = 25 Hz,
– rezonator ma jeden, symetrycznie
umieszczony otwór – szyjkê,
– œrednica szyjki d = 20 mm,
– d³ugoœæ szyjki l = 18 mm.
Widok elementu panelowego o wymiarach 2000x1000 przedstawiono na
rys. 1. Elementy panelowe mog¹ byæ ³¹czone w wiêksze powierzchnie, w zale¿noœci od potrzeb (od rozmiarów kabiny).
Ka¿dy z wariantów ustrojów modelowych dodatkowo mo¿e byæ wype³niony
we³n¹ mineraln¹ lub piank¹ poliuretanow¹. Przyk³adowe wnêtrze kabiny dŸwiêkoizolacyjnej wraz z zamontowanymi
ustrojami rezonatorowymi przedstawia
rys. 2. Natomiast parametry akustyczne
omawianych ustrojów, tj. orientacyjna
izolacyjnoœæ akustyczna w zakresie niskich czêstotliwoœci oraz pog³osowy
wspó³czynnik poch³aniania dŸwiêku
przedstawia rys. 3 i 4.
Rys. 3. Orientacyjna izolacyjnoœæ akustyczna wybranych wariantów ustrojów rezonatorowych w
zakresie niskich czêstotliwoœci
Ustrój rezonatorowy
o komorach sprzê¿onych
Kolejne badania przeprowadzono z
ustrojem rezonatorowym o bardziej
skomplikowanych kszta³tach, a wiêc z komorami sprzê¿onymi. Szkic tego rozwi¹zania przedstawiono na rys. 5, a wyniki
badañ izolacyjnoœci akustycznej R tego
ustroju przedstawia rys. 6. Lokalne mak-
simum przebiegu izolacyjnoœci akustycznej dla czêstotliwoœci: 16 Hz, 31,5 Hz i
63 Hz wskazuje na skutecznoϾ tego
ustroju w zakresie ha³asu niskoczêstotliwoœciowego.
***
Typowe kabiny maj¹ na ogó³ ma³¹ skutecznoœæ akustyczn¹ w zakresie niskich
czêstotliwoœci (0-15 dB). We wnêtrzu nie-
Rys. 4. Pog³osowy wspó³czynnik poch³aniania dŸwiêku dla wybranych wariantów ustrojów rezonatorowych: wariant 1 – 32 komory, 32 otwory, wariant 2 – 32
komory, 32 otwory, wype³nienie we³na mineralna, wariant 3 – 32 komory, 32 otwory, wype³nienie pianka poliuretanowa
15
BEZPIECZEÑSTWO PRACY 11/2000
Rys. 5. Schemat ustroju rezonatorowego o komorach sprzê¿onych
czêsto obserwowane jest w kabinach
metalowych; wzmocnienie poziomu ciœnienia akustycznego we wnêtrzu kabin
zwi¹zane jest prawdopodobnie z wystêpowaniem niekorzystnych zjawisk rezonansowych i niedostateczn¹ izolacyjnoœci¹ wibroakustyczn¹ kabin w tym zakresie czêstotliwoœci. Kabiny zlokalizowane w pobli¿u Ÿróde³ ha³asu niskoczêstotliwoœciowego i infradŸwiêkowego powinny byæ poddane szczególnej kontroli
pod wzglêdem stopnia wnoszonej ochrony w tym zakresie czêstotliwoœci, mog¹
bowiem nara¿aæ przebywaj¹cych w nich
ludzi na wiêkszy ha³as ni¿ gdyby znajdowali siê na zewn¹trz kabiny. W celu poprawy stopnia wnoszonej ochrony przez
kabinê w zakresie niskich czêstotliwoœci
mo¿na zastosowaæ wiele przedsiêwziêæ
zwi¹zanych z konstrukcj¹ kabiny, w tym
ustroje rezonatorowe (rys.7).
PIŒMIENNICTWO
Rys. 6. Wyniki badañ izolacyjnoœci akustycznej ustroju rezonatorowego o komorach
sprzê¿onych
Rys.7. Charakterystyka przybli¿onej izolacyjnoœci akustycznej D´p metalowej kabiny przemys³owej KB-2
usytuowanej w pomieszczeniu badawczym CIOP, sztuczne Ÿród³o dŸwiêku (zestaw g³oœnikowy)
przed umieszczeniem ustrojów rezonatorowych
po pokryciu powierzchni dwóch œcian kabiny ustrojami rezonatorowymi
których kabin zaobserwowano wzmacnianie poziomu ciœnienia akustycznego w
zakresie ha³asu niskoczêstotliwoœciowe-
16
go, siêgaj¹ce nawet do 10 dB. Zjawisko
wzmocnienia poziomu ciœnienia akustycznego we wnêtrzu kabin szczególnie
[1] Engel Z.: Ochrona przed drganiami i ha³asem. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa
1993
[2] Engel Z., Sadowski J. i inni: Wytyczne projektowania ochrony przeciwha³asowej stanowisk
pracy w halach przemys³owych ze wspomaganiem komputerowym. Warszawa, CIOP, II
wyd.,1993
[3] Kaczmarska A.: Certyfikacja kabin przemys³owych – badania akustyczne. Bezpieczeñstwo
Pracy 5/95, s. l6-22
[4] Kaczmarska A., Sikora J., Wszo³ek T.: Badania doœwiadczalne ustrojów rezonatorowych.
Mechanika 3/97, s. 429-440
[5] Kaczmarska A., Augustyñska D.: Ograniczanie ha³asu niskoczêstotliwoœciowego w kabinach
przemys³owych. CIOP, Warszawa 1999
[6] Kaczmarska A., Augustyñska D., Engel Z.:
Skutecznoœæ zabezpieczeñ przed ha³asem infradŸwiêkowym w warunkach przemys³owych. Zadania badawcze 03.8.14/SPR-1, CIOP, Warszawa 2000
[7] ISO 7196 Acoustics – Frequency weighting
characteristic for infrasound measurement
[8] Pr PN-EN ISO 11957 Akustyka – Wyznaczanie w³aœciwoœci dŸwiêkoizolacyjnych kabin.
Pomiary laboratoryjne i terenowe