مقاله بررسی اصول طراحی صدا خفه کنهای صنعتی

بخشی از مقاله

*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***

بررسی اصول طراحی صدا خفه کنهاي صنعتی

چکیده

پیشرفت فن آوري در تمام زمینه هاي صنعتی ، گسترش و کاربرد وسیع ماشین آلات و تجهیزات مختلف را به همراه داشته است. این رشد سریع سبب گردیده تا انسان در زندگی روزمره وشغلی خود هرچه بیشتر تحت تاثیر آشفتگی هاي ناخوشایند آکوستیکی یعنی صدا با شدت هاي مختلف قرار گیرد. به گونه اي که امروزه صدا جزیی از زندگی انسان را تشکیل می دهد. به همین ترتیب صدا یکی از خطرات شغلی و صنعتی به شمار می آید و بسیاري از کارکنان بخش صنعت درمعرض این عامل زیان آور قرار دارند.

تشخیص ویژگی ها و مشخصات آکوستیکی منبع اولین گام در طراحی تجهیزات کنترل آلودگی صوتی به شمار می رود. در روش هاي کاهش و کنترل آلودگی صوتی ، کنترل صدا در منبع تولید در زمره کاراترین و مفیدترین روش ها به شمار می رود. لذا جهت تعیین میزان کاهش صداي تولیدي ، بهترین روش اندازه گیري صدا در محل تولید ، در قبل و بعد از محل اعمال روش کنترلی است. با در نظر قرار دادن این موارد و همچنین اطلاعات مربوط به مشخصات فیزیکی منبع از جمله مکان ، چگونگی کارکرد و محدودیت ها می توان سیستم هاي کنترل صدا از جمله صدا خفه کن هاي صنعتی اي را طراحی و ساخت که نقش موثري در کاهش و در بازه مطلوب و استاندارد قرار دادن شدت صوت داشته باشند. در این مقاله به بررسی اصول طراحی و ساخت و نحوه عملکرد صدا خفه کن هاي صنعتی پرداخته می شود.

واژه هاي کلیدي : آلودگی صوتی ، کنترل و جذب صدا ، صدا خفه کن صنعتی

مقدمه

صداخفه کن ها به دو نوع کلی طبقه بندي می شوند. صداگیر جاذب و پراکنده. در صدا گیر هاي جاذب ، انرژي صوتی طی یک مسیر هوایی متشکل از فیبر یا فوم پلاستیک تبدیل به گرما تبدیل می شود. از این نوع صدا گیر در فرکانس هاي بالا و متوسط استفاده می شود.

صداگیرهاي پراکنده که امواج صوتی را به سمت منبع باز می گردانند. در این نوع از صداگیر حفره هایی براي فرکانس هاي پایین طراحی شده است. میزان تضعیف صدا بستگی به ابعاد و محفظه صدا گیر دارد. از آن ها اغلب در مسیر گازهاي ورودي به محفظه احتراق موتورها استفاده می کنند. صداگیر هاي پراکنده قابل تمیز کردن بوده و افت فشار ناچیزي ایجاد می کنند. ساده ترین نوع آن صدا خفه کن محفظه انبساط موتور است. محل قرارگیري صداگیر در کانال ها از جهت ایجاد صدا اهمیت زیادي دارد. موقعیت مطلوب را می توان در پایین دست جریان و پس از ایجاد نویز یا در بالا دست جریان و پیش از انتشار آن قرار داد. قرار دادن صدا گیر در زانویی ها افت فشار را افزایش داده و خود باعث ایجاد سر و صدا می گردد. در شرایط ایده آل صدا گیر را در انتهاي کانال و ورودي به فضاي اتاق قرار می دهند. در این مقاله ضمن بیان

مفاهیم اولیه صوت و روش هاي کاهش مقدار آن از نظر تئوري به بررسی روش هاي عملی کاهش صدا در صنعت با طراحی و ساخت صداخفه کن هاي جکطکطغکئطحض با کاربرد صنعتی پرداخته می شود.

-1 انواع صوت

اصواتمعمولاً از بسامد هاي ( فرکانس هاي ) بسیاري تشکیل می شوند . بیناب (spectrum) صوتی وسیع بوده و بر حسب میزان شنوایی به

سه ناحیه تقسیم می شوند:

اصواتی با بسامد 20 تا 20000 هرتز را بیناب((spectrum شنوایی می نامند. ارتعاش صوتی با بسامدهاي یاد شده حس شنوایی را در انسان تحریک می کنند . در بیناب((spectrum فوق بسامد هاي 500 تا 2000 هرتز ، بسامدهاي مکالمه را تشکیل می دهند.
ارتعاش هایی با بسامد هاي کمتر از 20 هرتز امواج مادون صوت می باشد که گوش انسان حساسیت چندانی به شنیدن آن ندارد.

امواج صوتی با بسامد بیش از 20000 هرتز امواج فراصوت است که حس شنوایی را در انسان تحریک نمی کند.

بیناب (spectrum) شنوایی در برخی جانوران گسترده تر از انسان است، به طور مثال ، به نظر می رسد خفاش امواج صوتی بیش از 100000

هرتز را بشنود و سگ امواج صوتی درحدود 50000 هرتز راحس کند. در بررسی مشکلات ناشی از صدا ، اصوات دو ناحیه مادون صوت و فراصوت موردنظر نمی باشند ، بلکه اصواتی که در بیناب (spectrum) شنوایی قرار دارند، مورد توجه قرارمی گیرند.

2-1 مشخصات بینابی (spectrum) صدا (توزیع انرژي)

صدا ازنظر بیناب((spectrum به انواع مختلفی تقسیم بندي می شود:

-1 صداي با باند پهن : صدایی است که انرژي صوتی دریک باند پهن بسامد توزیع می شود. منبع اصلی صدا با باندپهن در صنایع ، صداي تخلیه هوا از کمپرسور هاي تولید باد است . بهترین نمونه آن صدایی مانند صداي غرش می باشد.

-2 صداي با باند باریک : صدایی است که انرژي صوتی دریک باند باریک بسامد توزیع می شود، مانند صداي اره نجاري ، رنده نجاري و بادبزن (fan)

-3 صداي کوبه اي( ضربه اي) : صدایی است که تکرار آن درکمتر از کسري از ثانیه باشد مانند صداي پرس.

جدول :1 بیناب (spectrum) بسامد هاي صداهاي گوناگون

3-1 کمیت هاي فیزیکی (مطلق)

الف) توان صوت : مقدار انرژي صوتی که در واحد زمان به وسیله منبع صدا تولید می شود توان صوت نامیده می شود که برحسب وات بیان می گردد. توان صوتی یکی از ویژگی هاي منبع صداست ومستقل از محیط انتشار می باشد.

ب) شدت صوت: مقدار توان صوتی که در واحد زمان از واحد سطحی که عمودبر امتداد انتشار صوت است ، می گذرد، شدت صوت نامیده می شود و واحد اندازه گیري آن وات بر متر مربع می باشد. هرچه شدت صوت بیشتر باشد ، احساس صدا شدید تر خواهد بود. رابطه بین توان و شدت را می توان به صورت زیر نشان داد:

در این رابطه :

: I شدت صوت ( وات بر متر مربع )

: W توان صوتی منبع ( وات )

: A مساحت سطح عمود بر امتداد انتشار ( متر مربع)

در یک میدان آزاد ، که مانعی بر سر راه عبور امواج صوتی وجود ندارد ، انرژي صوتی منبع به صورت سطوح کروي به فواصل مختلف از منبع در فضا منتشر می شود .در چنین حالتی منبع صوتی ، منبع نقطه اي فرض می شود و امواج صوتی ، امواج کروي هستند. مقدار انرژي صوتی که درواحد زمان از تمام سطح کره می گذرد توان صوتی منبع و توان صوتی که از واحدسطح می گذرد شدت صوت نامیده می شود.بنا براین ، با توجه به رابطه پیشین ، شدت برابر است با:

ط : فاصله منبع بر حسب متر و مساحت کره است .

از رابطه بالا می توان دریافت که اگر توان صوت ثابت باشد، شدت به صورت عکس مجذور فاصله از منبع تغییر می کند .

شکل:1 رابطه شدت صوت و فاصله را بیان می کند.

پ) فشار صوت جکطأکککطب 2غأپحض : فشار در هر نقطه نیروي وارد بر سطح است . تغییرات فشار در محیطی که در آن تعادل فشار به هم خورده است فشار صوت می نامند . در هوا فشار صوت ناشی از افزایش یا کاهش متناوب فشار ب پیرامون فشار جو جبض است ، یعنی فشار صوت تفاوت بین فشار جو و فشار واقعی درمدت انبساط وتراکم تعریف شده است . بنا بر این فشار به بسامد و طول موج بستگی ندارد. واحد فشار صوت در دستگاه متریک و واحدمتعارف آن در فیزیک صوت میکرو بار جتµض است.

4-1 کمیات لگاریتمی ( تراز)

مقیاس لگاریتمی ( دسی بل ) : db فشار صوتی پیرامون در فشار جو (شرایط سطح دریا و دماي صفر درجه ) از آستانه شنوایی ج 2*10-5 Pa ض تا آستانه درد ج20 Paض تغییر می کند . در انتخاب مقیاس عملی براي اندازه گیري صدا دو مسئله وجود دارد:

-1 بیناب (spectrum) وسیع فشار صوتی از آستانه شنوایی تا آستانه درد با نسبت 106 که قابل اندازه گیري توسط دستگاههاي سنجش
-2 نیست .
واکنش غیر خطی گوش نسبت به صدا ، یعنی گوش به طور لگاریتمی درمقابل شدت و فشار صوت حساسیت نشان می دهد. از این رو

، با استفاده ازیک مقیاس لگاریتمی ، از سویی مقیاس اندازه گیري فشرده شده و از سویی دیگر با مشخصات واکنش گوش نسبت به فشار صوت نیز مطابقت می کند. مقیاس لگاریتمی مورد استفاده درآکوستیک بر حسب دسی بل بیان می شود. دسی بل واحدي است بدون بعد کهمعمولاً براي بیان نسبت یک کمیت اندازه گیري شده به کمیت مبنا به کار می رود. با استفاده از واحد ها دسی بل کمیت فیزیکی یادشده به صورت تراز کمیت ، اندازه گیري و محاسبه می شوند.

الف)تراز شدت صوت : از رابطه زیر محاسبه می گردد.

: L1 تراز شدت صوت ( دسی بل )

I :شدت صداي مجهول ( وات بر متر مربع )
: I . شدت مبنا که برابر 10-12 w/cm2

ب)تراز فشار صوت : از رابطه زیر بدست می آید.

: LP تراز فشار صوت ( دسی بل )

: P مقدار موثر فشار ( پاسکال )
: P. فشار مبنا که در سیستم متریک برابر با 2*10 -5 Pa است.

پ) تراز توان صوت : از رابطه زیر محاسبه می شود.

جدول : 2 توان و تراز صدا هاي گوناگون

5-1 بلندي صدا

مشخصات فیزیکی صدا به صورت کمیات فیزیکی و لگاریتمی قابل اندازه گیر ي است ولی در بررسی وارزشیابی مسایل صدا فقط به اندازه گیري نمی توان متکی بود ، زیرا صدا هایی که داراي فشار معینی هستند براي شنونده هاي مختلف به یک میزان بلند به نظر نمی رسند.

مطابق تعریف ، بلندي کمیتی است غیر از کمیت هاي فیزیکی صدا و بیانگر اثر و احساس شنوایی در شنونده است یا به عبارت دیگر ، بلندي یک واکنش ذهنی انسان به صداهاي پیرامونش است .

واحد تراز بلندي صدا فون (Phone)است. فون واحدي است بدون بعد و عبارتست از بلندي صدایی برابر یک صداي ساده با بسامد 1000

هرتز.

نمودار شماره 1 تراز فشار صدا رابراي صدا هاي ساده برحسب دسی بل در بسامدهاي مختلف با بلندي یکسان نشان می دهد.

ارزیابی ذهنی واقعی تر صدا بر حسب واحد سون (Sone) می باشد و ازواحد سون براي مشخص کردن کمیت نمایانگر ذهنی بلندي صدا استفاده می کنند. بلندي صدایی برابر یک سون معادل تراز بلندي آن صدا برابر با 40 فون می باشد و یا یک سون بلندي صدایی است معادل صدایی با بسامد 1000 هرتز که ترازفشار صداي آن 40 دسی بل است . براي محاسبه بلندي ازرابطه زیر استفاده می شود:

: I نمایانگر بلندي که آیدازنمودار شماره 2 بدست می .

: Im بیشترین مقدار نمایانگر بلندي

: I نمایانگر بلندي مربوط به هر بسامد

K :ضریب سنجش براي باند انتخابی ( اوکتاو باند ٠٫٣چk و1/2 اوکتاو باندk= و1/3 اوکتاوباند ( k=

جدول : 3 شدت و فشار و تراز شدت و تراز فشار صدا هاي گوناگون

فورد . و.ولائوبر ،آ ، آکوستیک درمعماري : مترجم ،لیاقتی ، غ ، دانشگاه شهید بهشتی ، تهران ،1369

مقیاس دسی بل

نمودار : 1 تراز فشار صدا

نمودار : 2 نمودار نمایانگر بلندي

براي تبدیل کمیت بلندي به کمیت تراز بلندي ( سون به فون ) از رابطه زیر استفاده می شود:

مفهوم بلندي به ندرت در قلمرو کنترل صدا در صنایع وارد می شود و این به دلیل طبیعت این عامل است . با وجود این ، بلندي یکی از اصول در ارزیابی واکنش انسان به صدا می باشد.

6-1 معیار هاي صدا

تعیین معیارهاي ( استاندارهاي) صدا درصنعت سالهاي زیادي مورد بحث و تبادل نظر بوده است. علت اصلی این بحث ها قبول این واقعیت می باشد که مواجهه بیش از حد با صدا براي حس شنوایی و اندام مربوط زیان آور است.

میزان و وسعت آسیب به مقدار زیاد به انرژي صداي جذب شده توسط گوش بستگی دارد. در سال 1969 حد مواجه یا حد آستانه مجاز برابر 90dbA براي هشت ساعت کار تعیین شد که در سالهاي بعد در بعضی از کشورها این میزان به 85dbA کاهش یافت . مطالعات بعدي نشان
داد که به ازاي کاهش زمان مواجهه ، افزایش تراز فشار صدا زیان آور نخواهد بود. این کاهش زمان و افزایش تراز فشار بر اساس نصف شدن زمان مواجهه ازیک سو وافزایش تراز فشار صدا به میزان 5dbA از سوي دیگر است.

زمان مواجهه میزان تراز فشار
( ساعت ) صدا (دسی بل )

جدول : 4 میزان مواجهه با صدا در رابطه بامدت زمان مواجهه

جدول : 5 میزان مواجهه افراد با مدت زمان مواجهه

درصورتی که زمان مواجهه با صدا در ساعات مختلف نوبت کاري متفاوت باشد ، اثر ترکیبی آن باید مورد توجه قرار گیرد و باتوجه به رابطه زیر باید مقایسه گردد:

: C زمان مواجهه با تراز فشار صدا معین
: T زمان مواجهه مجاز با تراز فشار صدا
براي حدود مواجهه مجاز با صداي ضربه اي می توان از جدول شماره6 استفاده نمود. در ضمن در مواجهه با صداي ضربه اي حداکثر تراز مجاز صداي ضربه اي نباید از 140 db تجاوز کند.

جدول: 6 حدود مواجهه با صداي ضربه اي در یک نوبت

-2 اصول کنترل صدا در صنعت

در صنایع مختلف در حیطه کنترل فنی روش هاي عمومی به 3 گروه طبقه بندي می گردند:

-1 کنترل مبتنی بر سازه (passive control)

-2 کنترل مبتنی بر دفاع صوتی یا ( (active control

-3 حفاظت فردي

کنترل مبتنی بر سازه شامل مراحل زیر می باشد.

(1کنترل در منبع صوتی (2کنترل در مسیر انتشار صوت (3 حفاظت پرسنل از طریق پناهگاه سازي صوتی

(1) کنترل درمنبع صوتی :

روشهاي اصلی کنترل صدا در منبع به شرح زیر می باشد :

-1 انتخاب صحیح دستگاه متناسب با فرایند تولید -2 نگهداري صحیح دستگاهها -3 محل و نحوه استقرار دستگاه -4 کنترل ارتعاش-5

نصب کاهش دهنده هاي صدا بر روي دستگاه -6 تغییر در اجزا و کار دستگاه -7 محصور کردن دستگاه

(2) کنترل در مسیر انتشار صوت

در صورتی که کنترل صدا درمنبع میسر یا موثر نباشد ، جلوگیري از انتقال یا انتشار صدا به عبارت دیگر کنترل آن درمسیر انتشار است که خود شامل چند شیوه است مدنظر قرار می گیرداصولاً. این روش مبتنی بر دو خاصیت جذب صوت (sound absorption) و ایزولاسیون صوت (sound insulation) در مصالح می باشد.

روش هاي اصلی کنترل صدا در مسیر انتشار به شرح زیر می باشد:

الف ) مجزا نمودن منابع اصلی صدا از سایر منابع ب )جدا سازي بخش هاي پر سرو صدا از سایر بخش هاي کارگاه ج) کنترل صدا مبتنی بر جذب صدا د) کنترل مبتنی بر ایزولاسیون صوتی ه ) دفاع صوتی ( (active noise control