Системы борьбы с шумом и вибрацией

СИСТЕМЫ БОРЬБЫ 
С ШУМОМ И ВИБРАЦИЕЙ

А. Ю. КУРМЫШЕВА
А. В. РЯЗАНЦЕВА

Москва
ИНФРА-М
2020

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Рекомендовано Межрегиональным учебно-методическим советом профессионального 
образования в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, 
обучающихся по направлениям подготовки 20.03.01 «Техносферная безопасность», 
13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника» (квалификация (степень) «бакалавр») 
(протокол № 6 от 25.03.2019)

УДК  628.517(075.8)
ББК 38.93я73
 
К93

Курмышева А. Ю.
Системы борьбы с шумом и вибрацией : учебное пособие / А. Ю. Курмышева, А. В. Рязанцева. — Москва : ИНФРА-М, 2020. — 211 с. — (Высшее образование: Бакалавриат). — DOI 10.12737 / textbook_5c63bca70c
3f63.47962111.

ISBN 978-5-16-013799-5 (print)
ISBN 978-5-16-106476-4 (online)
Раскрыты теоретические вопросы природы слышимого шума, инфразвука, ультразвука, вибрации; дана подробная классификация этих 
явлений, описано их влияние на организм человека и природную среду. 
Отдельно изучены аспекты нормирования шума, вибрации, ультразвука 
и инфразвука: перечислены государственные стандарты и санитарные 
нормы и правила, относящиеся к вопросам виброакустической нагрузки 
на человека и природную среду, указаны основные параметры, по которым регламентируются шум и вибрация на рабочих местах, описаны приборы и методы измерения и контроля рассматриваемых явлений в производственной, бытовой и природной среде.
Соответствует требованиям федеральных государственных образовательных стандартов высшего образования последнего поколения.
Для студентов вузов, обучающихся по естественно-научным и инженерным направлениям. Может быть полезно магистрам, аспирантам, инженерам и слушателям факультетов повышения квалификации соответствующих отраслей.

УДК 628.517(075.8)
ББК 38.93я73

К93

Р е ц е н з е н т ы:
Н. А. Гапонюк, доцент кафедры «Экология и промышленная безопасность» Московского государственного технического университета имени Н. Э. Баумана (национального исследовательского университета);
М. Л. Гитарский, доктор биологических наук, профессор кафедры 
«Экология и природопользование» филиала «Угреша» Университета 
«Дубна»

ISBN 978-5-16-013799-5 (print)
ISBN 978-5-16-106476-4 (online)
© Курмышева А. Ю., 
Рязанцева А. В., 2019

Предисловие

В настоящее время, с ростом развития человеческого общества 
увеличиваются уровень и число производственных предприятий, 
автотранспортных магистралей, городов. Человек, проникая все 
глубже в природную среду, медленно, но уверенно превращает ее 
в техносферу. Этот термин — «техносфера» — в самом общем смысле подразумевает под собой область или часть биосферы, которая 
была преобразована человеком с помощью различных технических 
средств для удовлетворения своих социально-экономических потребностей. Таким образом, можно сказать, что, например, крупное промышленное предприятие или развитый город — это части 
техносферы или та область среды, в которой осуществляет свою 
деятельность человек.
Таким образом, создавая новую среду обитания, наше общество 
подвергается воздействию не только природных, но и техногенных 
факторов. К последним относят: химические факторы (выбросы 
и сбросы промышленных предприятий, бытовую химию, запыленность воздуха и т.д.), физические (различные излучения, электричество), биологические (бактерии и вирусы), психофизиологические (стрессы, нервно-психические и физические перегрузки). 
Среди физических техногенных факторов в особую группу воздействий выносят виброакустические техносферные явления, которые 
оказывают существенное влияние на жизнь и здоровье человека 
и окружающую природную среду.
Эти явления сопровождают нас на протяжении всей жизни, сопутствуют любому технологическому процессу, являются характеристикой любой крупной магистрали или улицы, поэтому человек 
часто воспринимает шум и вибрацию как данность — естественный 
фон развития. Тем не менее влияние этих явлений губительно как 
для человека, так и для природных экосистем.
Учитывая все вышесказанное, решение задачи специалиста в области техносферной безопасности — снизить виброакустические 
воздействия до безопасного уровня — является крайне актуальным.
В компетенции, которыми должен овладеть студент бакалавриата по направлению «Техносферная безопасность», входит умение 
идентифицировать и принимать меры по снижению негативных 
факторов среды обитания человека до приемлемого значения. 
В таких дисциплинах, как «Безопасность жизнедеятельности», 
«Негативные факторы производственной среды и их характери

стика» и др., акустические факторы рассматриваются вкупе со всеми 
остальными негативными явлениями, и им не уделяется детального 
анализа. Тем не менее данное учебное пособие будет полезно студентам, учащимся по направлениям 20.03.01 «Техносферная безопасность», 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника», а также 
направлениям, имеющим в своем учебном плане дисциплины 
«Акустика», «Промышленная акустика» и т.п., как источник более 
глубокого понимания сложных акустических явлений, их влияния 
на человека и окружающую среду, принципов нормирования и методов и средств защиты от этих факторов.
В результате освоения предлагаемого в настоящем учебном пособии материала студенты будут:
знать
 
• основные понятия и законы теории звука и вибрации;
 
• классификацию шума и вибрации, их источники;
 
• методы и средства измерения и контроля шума и вибрации;
 
• основную нормативную базу, регламентирующую уровни шума 
и вибрации;
 
• принципы нормирования уровней шума и вибрации;
 
• методы и средства защиты от шума и вибрации;
уметь
 
• производить контроль шума и вибрации на рабочих местах;
 
• пользоваться методами сбора исходных параметров для расчета 
систем защиты от шума и вибрации;
 
• пользоваться основной нормативной базой для контроля 
уровней шума и вибрации;
 
• применять профессиональные знания для сбора исходных 
данных для расчета и проектирования систем защиты от шума 
и вибрации;
 
• рассчитывать и проектировать системы защиты от шума и вибрации;
 
• анализировать эффективность разработанных мероприятий;
владеть
 
• нормативной базой допустимых уровней шума и вибрации 
на рабочих местах;
 
• методами расчета базовых систем защиты от шума и вибрации;
 
• методами экспериментального сбора исходных данных для расчета систем защиты от шума и вибраций;
 
• методами контроля уровней шума и вибрации на рабочих местах;
 
• навыками проектирования систем и средств защиты от шума 
и вибрации.

Отличительной чертой настоящего учебного пособия является рассмотрение новейших методик нормирования виброакустических факторов с учетом последних и актуальных санитарных 
норм и правил, а также сравнение и анализ принципиально различающихся методов нормирования действующих в настоящее время 
на территории Российской Федерации СанПиНов и ГОСТов.
Данное учебное пособие состоит из шести глав, каждая из которых сопровождается контрольными вопросами, тестами и задачами (главы 1, 3, 5, 6). В главе 1 ключевое внимание уделяется 
слышимому шуму, его физической природе, классификации, воздействию на человека и нормированию. Глава 2 имеет аналогичную 
структуру и посвящена звукам, выходящим за пределы чувственного восприятия человека, — ультра- и инфразвуку. Основные 
параметры, характеристики и способы нормирования вибрации, 
а также ее влияние на человека приведены в главе 3. Указанные 
первые три главы составляют теоретическую часть и являются базой для наиболее полного понимания второй части учебного пособия, посвященной непосредственному описанию методов и средств 
снижения виброакустической нагрузки на человека и природную 
среду. Этот вопрос рассматривается, начиная с главы 4, с описания и принципов работы приборов контроля и измерения уровней 
шума и вибрации. Главы 5 и 6 содержат в себе развернутые решения 
по обеспечению защиты от шума и вибрации соответственно. Для 
закрепления практического материала в конце каждой части приведены задачи, которые моделируют реальные ситуации, возникающие на предприятии при решении вопросов виброакустической 
безопасности.
Очевидным является тот факт, что развитие техносферы не стоит 
на месте: с каждым годом промышленные производства и технические системы усложняются, уровни организации взаимодействия 
«человек — машина» становятся все более разнообразными и т.д. 
Параллельно этому комплексное воздействие негативных факторов 
на человека приобретает все более многокомпонентную структуру, 
и оценивать шум и вибрацию лишь со стороны их индивидуального 
воздействия на организм человека будет правильно, но не совсем 
корректно. Логичным представляется развивать тему виброакустического влияния с учетом других техногенных воздействий: например, включать те или иные более строгие поправки на шум, если 
в помещении присутствует химический или другой физический 
фактор и т.д.

Глава 1 
ШУМ И ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКИ

«Шум» — понятие субъективное и имеет множество определений. Интуитивно понятно, что шум имеет ту же природу, что 
и звук, однако разница между двумя этими, по сути, одинаковыми 
явлениями не всегда очевидна. С точки зрения физиологии шум — 
это любой звук, неблагоприятно сказывающийся на здоровье человека. Шум в плане физического явления можно определить как 
звуки различной частоты и интенсивности, изменяющиеся во времени в произвольном порядке.
Поэтому шум с точки зрения техносферной безопасности можно 
рассматривать как совокупность звуков различной интенсивности 
и частоты, беспорядочно изменяющихся во времени и воздействие 
которых вызывает у человека неприятные субъективные ощущения.
Шум негативен не только как фактор физиологического дискомфорта, он также является одним из самых активных энергетических загрязнений природной среды, оказывая акустическую 
нагрузку на естественную среду, сбивая биоритмы многих животных и целых популяций и тем самым нарушая естественный баланс 
в экосистемах.
Таким образом, в цели и задачи таких отраслей науки, как, например, инженерная защита окружающей среды, безопасность 
и охрана труда, входит разработка мероприятий и средств снижения шумовой нагрузки на человека и природную среду. Но прежде 
подробно остановимся на том, что такое звук.

1.1. ПРИРОДА АКУСТИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

Любое тело, находясь в упругой среде, так или иначе контактирует с частицами, из которых состоит эта среда. Колеблющееся же 
тело не только соприкасается с компонентами среды, но и передает им колебательный импульс, который приводит их в движение. 
Иными словами, колеблющееся тело привносит в среду возмущения (деформации), компоненты этой среды начинают соприкасаться между собой, вовлекая в колебательный процесс все большее 
число частиц. Деформации начинают распространяться вокруг тела 
посредством передачи энергии от самых ближних к источнику колебаний областей ко все более дальним от него.
Следовательно, возмущения среды, или деформации, будут 
иметь некоторую скорость в процессе распространения, которая, 

в свою очередь, будет зависеть от размеров частиц среды, их плотности и других свойств конкретной области распространения. 
Стоит отметить, что сами частицы среды никуда от источника колебаний не перемещаются, а колеблются только вокруг положения 
своего равновесия (рис. 1.1, а).

0
0

T

а
б

t
t

α(t)
α(t)

αmax

Рис. 1.1. Простейший колебательный процесс:

а — колебания частицы вокруг положения своего 
равновесия, б — процесс колебаний

Простейший процесс колебаний описывается синусоидой 
(рис. 1.1, б):

 
α
α
ω
( )
sin
,
max
t
t
=
⋅
 
(1.1)

где αmax — амплитуда колебаний; ω — угловая частота, равная 2πf, 
где f — частота колебаний.
Несинусоидальные колебания принято характеризовать исходя 
из временного интервала, на котором вычисляется эффективное 
значение амплитуды колебаний:

 
α
α
эфф
/
= 







∫
(
)
.
( )

/
1

0

2

1 2
T
t dt

T

 
(1.2)

Для синусоидального процесса характерно равенство

 
α
α
α
эфф
max
max
/
=
=
⋅
2
0 71
,
.  
(1.3)

Как уже было отмечено, при нахождении в среде колеблющегося тела компоненты этой среды при соприкосновениях с телом существенно не меняют своего места в пространстве, а передают энергию своих колебаний соседним частицам. Те в свою 
очередь также остаются совершать перемещения вокруг своего 
положения равновесия. Таким образом, в пространстве среды 

образуются некие области последовательного сжатия и растяжения, которые образуют дополнительное давление в среде распространения. Если плотность и давление воздуха в равновесном состоянии обозначить через p0 и ρ0, а их мгновенные значения в данной точке — p и ρ, то для описания звуковой волны 
в воздухе можно оперировать периодическими изменениями 
избыточного давления ∆p = p – p0 или избыточной плотности  
∆ρ = ρ – ρ0 (рис. 1.2).

720

Время

730

740

750

760

770

p, мм. рт. ст.
∆p

Рис. 1.2. Изменение давления в среде при 
прохождении через нее звуковой волны

Колебания барабанной перепонки, а следовательно, и возникновение слуховых ощущений определяют именно изменения давления акустической волной.
Звуковые колебания способны распространятся в любой среде, 
за исключением вакуума. Скорость их распространения во многом 
зависит от упругости среды, ее плотности и температуры. Скорость 
звука в газовой среде зависит от молярной массы газа М и температуры Т. Не зависит от частоты колебаний:

 
v
RT
M
=
γ
, 
(1.4)

где R — универсальная газовая постоянная; γ — отношение теплоемкостей газа при постоянном давлении и постоянном объеме.
Скорости распространения волны в упругой среде:

v
p
=
∆
∆ρ  или 
v
p
=
d
dρ.

Максимальная амплитуда переменного акустического давления 
может быть вычислена через амплитуду колебания частиц:

 
P
f cA
= 2π ρ
,  
(1.5)

где Р — максимальное акустическое давление; f — частота, Гц; с — 
скорость распространения звука, м / с; ρ — плотность среды, кг / м3; 
А — амплитуда колебания частиц среды, м.

1.2. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АКУСТИЧЕСКОЙ ВОЛНЫ

Основные характеристики
акустической волны

Удельное
акустическое
сопротивление

Уровень
звука

Интенсивность

Длина
волны
Частота

1. Частота. Давление звуковой волны, распространяясь 
в среде, изменяется во времени. Эту зависимость можно изобразить 
в виде некоторого количества простых синусоидальных колебаний, 
каждое из которых характеризуется своим значением частоты.
Частота f — это количество колебаний звуковой волны в единицу времени (в секунду). Единица измерения — герц, Гц (рис. 1.3).

Время, с

1 Гц
10 Гц

1 с
1 с

Время, с
0
0

P
P

–P
–P

Рис. 1.3. Пример звуковых колебаний с частотами 1 и 10 Гц

По этой характеристике весь частотный диапазон звуковых колебаний принято разделять на три интервала: инфразвук с частотой 

колебаний до 20 Гц, слышимый звук — от 20 Гц до 20 кГц, ультразвук с частотой от 20 кГц. Установлено, что слуховой анализатор 
человека распознает и обрабатывает звуковые сигналы с частотой 
колебаний в интервале от 20 до 20 000 Гц.
Стоит сразу оговорить, что при характеристике шума и в акустических расчетах весь слышимый диапазон (условно принят от 16 
до 20 000 Гц) разделен на октавные полосы, на каждой из которых 
определяют звуковое давление или интенсивность.
Октавная полоса — полоса частот, у которой верхняя граничная 
частота в 2 раза больше нижней, т.е. fв = 2fн. Октавная полоса характеризуется своим среднегеометрическим значением, которое определяют по следующей формуле:

 
f
f
f
сг
н
в
=
⋅
. 
(1.6)

Для более детальной оценки спектра шума используют третьоктавные полосы частот, для которых fн = 21 / 3fв.
В основу базовой fсг в акустике положено значение 1 кГц, т.е. та 
частота, на которой восприятие звуков человеком физиологически 
достоверно. От значения базовой среднегеометрической частоты 
в разные стороны откладывают значения всех остальных октавных 
полос, округляя эти значения в низких частотах (рис. 1.4). В мировой практике принят стандартный ряд среднегеометрических частот 
октавных полос, к которым относят спектры шума при анализе 
акустических колебаний (fсг min = 31,5 Гц, fсг max = 8000 Гц) (табл. 1.1).
2. Длина волны. Говоря о частоте, нельзя не упомянуть еще одно 
важное понятие в акустике — длину волны. Данную величину определяют как расстояние между двумя ближайшими точками звуко
Октавная полоса

Логарифмический

масштаб

Линейный
масштаб

1/3-октавная
полоса

fо1

fн1
fв1, fн2
fв2, fн3
fв3

fо2
fо3

fо1

fн1
fв1, fн2
fв2,  fн3
fв3
f

f

fо2
fо3

Рис. 1.4. Октавные диапазоны в логарифмическом и линейном масштабах