El daño y la prevención del ruido
1.1 Daño del ruido
Desde la década de 1950, con el desarrollo de la industria y el transporte modernos, el problema de la contaminación acústica se ha vuelto cada vez más grave y se ha convertido en uno de los cuatro principales problemas de contaminación. Reconocida en todo el mundo, la contaminación ambiental (contaminación acústica, contaminación del agua, contaminación del aire y contaminación por desechos sólidos) amenaza gravemente la salud física y mental de las personas y el medio ambiente. Algunos datos muestran que las personas expuestas a ambientes con mucho ruido durante mucho tiempo experimentarán síntomas como fatiga auditiva (como la sordera al ruido reportada clínicamente), fatiga, ansiedad e irritabilidad. El ruido puede provocar disfunciones del sistema nervioso, acelerar el envejecimiento del corazón e incluso provocar directamente la aparición de determinadas enfermedades (como enfermedades del sistema nervioso, enfermedades del sistema cardiovascular, etc.). En el ámbito industrial, el ruido fuerte puede provocar fatiga acústica en máquinas, equipos y algunas estructuras industriales. Los efectos a largo plazo acortarán su vida útil e incluso provocarán accidentes de producción. Además, el impacto del ruido siempre ha atraído mucha atención en el ámbito militar. Los problemas de ruido afectarán al rendimiento en combate de determinadas armas técnicas. Por ejemplo, para armas como torpedos, minas, submarinos y barcos de superficie, el ruido propio excesivo no sólo afecta el funcionamiento de su propio sistema de navegación y reduce su alcance efectivo, sino que su ruido irradiado también reduce su propio ocultamiento, lo que lo hace vulnerable a los ataques enemigos. El factor principal en el ataque.
En el Foro Ambiental Mundial de Científicos Chinos celebrado en Shanghai del 5 al 7 de mayo de 2010, expertos en control de ruido como Fang Danqun, Tian Jing, Zhang Bin y Sun Jiaqi acordaron unánimemente que el "Duodécimo Cinco- Plan Anual" plan de protección ambiental Se debe prestar atención a los problemas de ruido. Después de repetidas discusiones, se redactaron sugerencias y llamamientos de expertos nacionales y extranjeros en control de ruido para fortalecer la gestión y el control del ruido ambiental en el "Duodécimo Plan Quinquenal" Nacional de Protección Ambiental. El llamamiento señalaba: Con el desarrollo de la industria y el transporte modernos, la contaminación acústica se ha vuelto cada vez más grave y se ha convertido en uno de los peligros públicos importantes en los tiempos modernos. Nueva York, Londres, Tokio y otras ciudades han informado que el número de quejas por ruido ocupa el primer lugar entre todos los tipos de casos de contaminación ambiental cada año. La contaminación acústica en China también es bastante grave. Según los datos estadísticos sobre peticiones medioambientales de 2001 a 2008 en la "Cronología estadística medioambiental de China de 2008", el número de peticiones de ruido y vibraciones ocupó el primer lugar entre 2001 y 2006. De 2007 a 2008, el número de peticiones de ruido y vibraciones fue ligeramente Las peticiones de contaminación ocuparon el segundo lugar. De vez en cuando se producen disputas, conflictos y protestas grupales provocadas por problemas de contaminación acústica, que incluso provocan víctimas. Según los resultados de la "Encuesta de satisfacción pública sobre las condiciones ambientales" publicada en el "Anuncio del estado ambiental de China" en 2009: "La mayor satisfacción del público encuestado con las condiciones ambientales urbanas y rurales es la calidad del agua potable, y la más baja es el ruido ambiental. y eliminación de residuos”. Por tanto, el problema del ruido ya no es simplemente un problema ambiental en las ciudades, sino también un problema grave en las zonas rurales. El problema del ruido se ha convertido en un problema social que restringe la mejora de la calidad de vida de las personas y afecta la construcción de una sociedad armoniosa. .
El 15 de diciembre de 2010, 11 departamentos del Consejo de Estado, incluido el Ministerio de Protección Ambiental, la Comisión Nacional de Desarrollo y Reforma, el Ministerio de Ciencia y Tecnología, el Ministerio de Industria y Tecnología de la Información y el Ministerio de Vivienda y Desarrollo Urbano-Rural, emitieron conjuntamente los Dictamenes Orientadores sobre el Trabajo de Prevención y Control para Mejorar la Calidad del Medio Acústico Urbano y Rural "Sobre el Fortalecimiento del Control de la Contaminación Acústica Ambiental". El documento señala: Con el desarrollo económico y social, el impacto de la contaminación acústica ambiental en nuestro país se ha vuelto cada vez más prominente y las disputas sobre la contaminación acústica ambiental ocurren con frecuencia. Resolver el problema de la contaminación acústica ambiental es un requisito inevitable para implementar el concepto de desarrollo científico y tecnológico y construir una civilización ecológica. Es una parte importante de la exploración de un nuevo camino para la protección ambiental en China. El artículo 23 del documento enfatiza: Se debe fortalecer la investigación y el desarrollo científico y tecnológico, se debe fortalecer el apoyo a la investigación y el desarrollo de tecnologías de mejora de la calidad del medio ambiente acústico y se deben adoptar planes científicos y tecnológicos, apoyándose en las autoridades de la industria, y el ruido. y se deben utilizar plenamente las bases de investigación de vibraciones de las instituciones de investigación científica, universidades y empresas pertinentes.
Por lo tanto, ya sea en el campo militar o civil, el control del ruido es una dirección de investigación que merece atención. Cómo reducir y controlar eficazmente el ruido ambiental es un problema urgente que enfrentamos y que debe resolverse.
1.2 Método de control pasivo del ruido
El llamado control de ruido consiste en utilizar varios principios de control de ruido para reducir o eliminar el ruido dañino en función de la naturaleza del objeto de control, el trabajo ambiente y los requisitos de control del efecto del ruido. Estratégicamente hablando, el control del ruido puede partir de tres aspectos: las fuentes de ruido, las vías de propagación del ruido y los receptores del ruido. El control de ruido tradicional adopta métodos de control pasivo, como absorción, aislamiento, amortiguación y silenciamiento estructural. El mecanismo de reducción de ruido consiste en lograr la atenuación de la energía sonora mediante la interacción entre las ondas sonoras del ruido y los materiales acústicos o estructuras acústicas, lo que se denomina ruido pasivo. Control de ruido de fuente.
1.2.1 Absorción de sonido y reducción de ruido
La absorción de sonido y reducción de ruido se utiliza principalmente para la reducción de ruido en interiores. Se refiere al método de utilizar materiales fonoabsorbentes o absorber energía sonora. para reducir la intensidad del ruido. Generalmente se utiliza el rendimiento de absorción acústica de un material o estructura absorbente de sonido, que se define como la relación entre la energía sonora absorbida y la energía sonora incidente total, es decir, a=E a/E i donde E i - la energía incidente energía sonora; Ea: la energía sonora material o incidente Energía sonora absorbida por una estructura.
El coeficiente de absorción acústica a es siempre inferior a 1. Cuanto mayor es A, más energía sonora se absorbe, lo que indica que el material o estructura tiene mejor rendimiento acústico.
Los materiales fonoabsorbentes comunes se refieren principalmente a materiales porosos que absorben el sonido, como lana de vidrio, lana de roca y espuma plástica. El mecanismo de absorción acústica consiste en que los materiales porosos tienen una gran cantidad de pequeños poros y agujeros que conectan el interior y el exterior. Cuando las ondas sonoras inciden sobre materiales porosos, las ondas sonoras pueden ingresar al material a lo largo de los poros y provocar la vibración de las moléculas de aire en los poros. Debido a la resistencia viscosa del aire y la fricción entre las moléculas de aire y las paredes de los poros, la energía del sonido se convierte en energía térmica por fricción y se produce la absorción del sonido.
Para las estructuras que absorben el sonido, el material en sí no tiene que tener propiedades de absorción del sonido obvias, pero se puede convertir el material en una estructura determinada después de un procesamiento mecánico simple y un tratamiento de la superficie, como perforaciones y ranuras. Tiene propiedades fonoabsorbentes. Como placas de yeso perforadas, absorbentes de sonido espacial y cuñas absorbentes de sonido, etc.
En talleres, fábricas, pasillos de aeropuertos y otros lugares, cuando las ondas sonoras se propagan en el interior, se reflejan en obstáculos como paredes, techos y suelos, formando un campo sonoro reverberante. Al colocar materiales que absorban el sonido en el interior, se puede absorber el sonido de reverberación y reducir el ruido interior. La absorción de sonido y la reducción de ruido pueden lograr hasta 10 ~ 15 dB de reducción de ruido.
1.2.2 Aislamiento acústico y reducción de ruido
Encierre las fuentes de ruido, como maquinaria y equipos, en un espacio pequeño para aislarlas del entorno circundante y reducir el impacto del ruido en el medio ambiente. Este enfoque se llama aislamiento acústico. Las barreras de aislamiento acústico y las cubiertas de aislamiento acústico son los dos diseños principales. Otras estructuras de aislamiento acústico incluyen: salas de aislamiento acústico, paredes de aislamiento acústico, cortinas de aislamiento acústico, puertas de aislamiento acústico, etc.
Las barreras acústicas se utilizan principalmente para bloquear la propagación del sonido directo. Se inserta una instalación entre la fuente de sonido y el receptor para proporcionar una atenuación adicional significativa de la propagación de la onda sonora, reduciendo así el impacto del ruido en una determinada zona donde se encuentra el receptor. Las barreras acústicas se utilizan principalmente en exteriores. A medida que la contaminación acústica del tráfico rodado se vuelve cada vez más grave, algunos países utilizan diversas formas de barreras para reducir el ruido del tráfico. Las instalaciones de barrera acústica junto a las vías del ferrocarril pueden reducir el impacto del ruido generado por el paso de los trenes sobre los residentes.
Una cubierta insonorizada es una cubierta que se utiliza para bloquear el ruido irradiado hacia el exterior por fuentes de ruido como maquinaria y equipo. Puede combinarse con la carcasa exterior de la máquina o puede ser una cubierta separada de la misma. la máquina. Un cerramiento insonorizado suele ser un complejo con funciones como aislamiento acústico, absorción acústica, amortiguación, aislamiento de vibraciones, ventilación y atenuación del sonido. La cubierta de aislamiento acústico se compone principalmente de una placa de cubierta, pintura amortiguadora y una capa absorbente de sonido. Su estructura se puede cerrar completamente, dejando las aberturas, válvulas u orificios de observación necesarios. Los recintos insonorizados pequeños miden sólo unos pocos centímetros, mientras que los más grandes pueden alcanzar decenas de metros de altura. Las instalaciones de recinto insonorizado del taller de la fábrica encierran las máquinas ruidosas en un espacio específico para reducir el daño auditivo causado por el ruido de las máquinas a los trabajadores que trabajan en el taller.
1.2.3 Reducción de ruido del silenciador
El silenciador es un dispositivo que evita la propagación del sonido y deja pasar el flujo de aire. Es una medida importante para eliminar el ruido aerodinámico. Los silenciadores generalmente se instalan en los canales de flujo de aire de equipos aerodinámicos (como sopladores, compresores de aire, puertos de escape de calderas, generadores, bombas de agua y otros puertos de escape, sin mencionar equipos más grandes) o como dispositivos de reducción de ruido en los sistemas de admisión y escape. .
Según el mecanismo de silenciamiento, los silenciadores pasivos se pueden dividir en silenciadores resistivos, silenciadores de resistencia, silenciadores compuestos de impedancia, silenciadores de placa microperforada, silenciadores de orificios pequeños, etc.
① Los silenciadores resistivos utilizan principalmente materiales porosos que absorben el sonido para reducir el ruido. El material fonoabsorbente se fija en la pared interior del canal de flujo de aire o se dispone de cierta manera en la tubería para formar un silenciador resistivo. Cuando las ondas sonoras ingresan al silenciador resistivo, parte de la energía sonora se convierte en energía térmica por fricción en los poros del material poroso y se disipa, lo que debilita las ondas sonoras que pasan a través del silenciador.
② El silenciador resistivo está compuesto por tubos y cámaras con una interfaz repentina. Es como un filtro acústico. Cada cámara con un tubo es una malla del filtro y tiene su propia frecuencia natural. Cuando las ondas sonoras que contienen varios componentes de frecuencia ingresan al primer tubo corto, solo las ondas sonoras con ciertas frecuencias cercanas a la frecuencia natural de la primera malla pueden pasar a través de la malla y alcanzar la hebilla del segundo tubo corto, mientras que aquellas con otras frecuencias las ondas sonoras no pueden pasar. la malla.
Sólo puede reflejarse de un lado a otro en una habitación pequeña. Por eso, a esta estructura que tiene una función de filtrado de ondas sonoras la llamamos filtro acústico. Seleccionando la combinación adecuada de tubos y cámaras, se puede filtrar el ruido de ciertos componentes de frecuencia, logrando así el propósito de silenciar.
③El silenciador compuesto de impedancia se compone de una estructura resistiva y una estructura resistiva combinadas de cierta manera.
④Los silenciadores de placa microperforada generalmente están hechos de placas de metal puro con un espesor inferior a 1 mm. Las placas delgadas se perforan con brocas comerciales con aberturas inferiores a 1 mm y la tasa de perforación es del 1% al 3. %. Al elegir diferentes profundidades de cavidad con diferentes tasas de perforación y espesores de placa, se puede controlar el rendimiento espectral del silenciador para lograr buenos efectos de silenciamiento dentro del rango de frecuencia requerido.
⑤La estructura del silenciador de orificio pequeño es un tubo recto con un extremo cerrado y se perforan muchos orificios pequeños en la pared del tubo. El principio del silenciador de orificio pequeño se basa en el espectro del ruido del chorro. Si el área total de la boquilla se mantiene sin cambios y se reemplaza por muchas boquillas pequeñas, cuando el flujo de aire pasa a través del orificio pequeño, el espectro del chorro. el ruido cambiará a alta frecuencia o frecuencia ultraalta. La alta frecuencia reduce significativamente los componentes del sonido audible en el espectro, reduciendo así la interferencia y el daño a las personas.
1.3 Método de control activo del ruido
En términos generales, el método de control pasivo mencionado anteriormente tiene un buen efecto de control sobre el ruido de frecuencia media y alta, pero tiene poco efecto sobre el ruido de baja frecuencia. Y estos métodos tienen desventajas como instalación y mantenimiento, equipos voluminosos y gran tamaño en diversos grados. Por esta razón, la gente comenzó a buscar nuevos métodos de control para compensar las deficiencias de los métodos de control pasivo, por lo que surgió la tecnología de control activo de ruido (Active Noise Control, ANC). En teoría, el control activo de ruido (también conocido como control activo de ruido) puede lograr una gran reducción de ruido en el rango de baja frecuencia. Al mismo tiempo, todo el sistema puede hacerse de tamaño pequeño, fácil de diseñar y controlar y tiene una gran sensación de superioridad.
1.3.1 El principio básico del control activo del ruido
El principio básico del control activo del ruido se basa en el principio de interferencia destructiva de las ondas sonoras, que fue propuesto por el físico alemán Paul L e u g en 1933 Fue propuesto por primera vez en 1933 y patentado en Alemania y Estados Unidos en 1936.
El control activo del ruido de las tuberías en la patente de L e u g se basa en el principio de interferencia destructiva de las ondas sonoras, utilizando fuentes sonoras secundarias añadidas artificialmente para formar ondas sonoras emitidas por ellas con las ondas sonoras emitidas por La fuente de ruido primaria original. La interferencia destructiva logra la atenuación del ruido. Se utiliza un micrófono para detectar ruido y convertirlo en una señal eléctrica, que es amplificada por un amplificador y luego excita al hablante. El altavoz produce una onda sonora secundaria con igual amplitud y fase opuesta a la onda sonora primaria. Los dos se anulan mutuamente. De este modo se forma una zona silenciosa local aguas abajo del gasoducto.
Para obtener buenos efectos de cancelación de ruido, es necesario determinar con precisión el tiempo que tardan las ondas sonoras en propagarse desde el micrófono al altavoz, y el amplificador debe tener buenas características de frecuencia de radiación y frecuencia de fase. . En general, se cree que el sistema de Leug es el primer sistema de control activo de ruido anticipado, lo que sienta una base teórica para el desarrollo vigoroso de la reducción activa de ruido. Sin embargo, en la década de 1930, el nivel de la tecnología electrónica en ese momento era difícil de cumplir con los requisitos anteriores, por lo que el ideal de Leug no se realizó y quedó archivado durante casi 20 años.