Введение

Стратегии снижения шумового загрязнения или уменьшения его воздействия – это снижение или смягчение шумового загрязнения.

Контроль шума или его снижение – это комплекс стратегий, направленных на уменьшение шумового загрязнения или снижение его воздействия, как на открытом воздухе, так и в помещении.

Обзор

Основными областями снижения или устранения шума являются: контроль транспортного шума, архитектурное проектирование, градостроительство посредством зонирования, и контроль профессионального шума. Шум дорожного движения и авиационный шум – наиболее распространённые источники шума в окружающей среде. Общественная деятельность может создавать уровни шума, которые постоянно влияют на здоровье населения, проживающего или находящегося в помещениях, как внутри, так и снаружи, вблизи развлекательных заведений с усиленными звуками и музыкой, что представляет значительные трудности для эффективных стратегий по снижению шума. Разработано множество методов для снижения уровня звука внутри помещений, многие из которых поддерживаются местными строительными нормами. В идеальных проектных решениях планировщикам рекомендуется сотрудничать с инженерами-конструкторами для оценки компромиссов между проектированием дорог и архитектурным дизайном. Эти методы включают проектирование наружных стен, межквартирных стен, а также конструкций пола и потолка; кроме того, существует широкий спектр специализированных средств для подавления реверберации в специальных помещениях, таких как аудитории, концертные залы, развлекательные и общественные пространства, столовые, студии звукозаписи и конференц-залы. Многие из этих методов основаны на применении материаловедения для создания звукопоглощающих барьеров или использования звукопоглощающих материалов для внутренней отделки. Контроль промышленного шума является частью архитектурного контроля шума в помещениях, с акцентом на конкретные методы звукоизоляции от промышленного оборудования и защиты работников на рабочих местах. Маскировка звука – это активное добавление шума для снижения раздражения от определенных звуков, в отличие от звукоизоляции.

Стандарты, рекомендации и руководящие принципы

Каждая организация устанавливает собственные стандарты, рекомендации и указания относительно допустимых уровней шума для работников, при превышении которых необходимо внедрять меры по контролю шума.

Управление по охране труда и гигиене труда (OSHA)

Требования OSHA устанавливают, что при воздействии на работников шума, превышающего 90 А-взвешенных децибел (dBA) за 8-часовое средневзвешенное время (TWA), на рабочем месте необходимо внедрять административные и/или новые инженерные средства контроля. OSHA также требует контроля импульсного и ударного шума для предотвращения превышения пикового уровня звукового давления в 140 дБ (SPL). Снижение вредного воздействия шума достигается за счет уменьшения его интенсивности в источнике, минимизации распространения шума до воспринимающего и обеспечения воспринимающего средствами для его ослабления.

Путь

Принцип снижения шума путем модификации путей распространения применим к изменению прямых и косвенных путей шума. Шум, распространяющийся по отражающим поверхностям, таким как гладкие полы, может быть опасным. Модификация путей включает в себя использование физических материалов, например, звукопоглощающих панелей и стен, для создания звукового барьера, который изменяет существующие системы снижения опасного шума. Также возможно проектирование звукоизолирующих кожухов для шумного оборудования и изолированных кабин, из которых работники могут дистанционно управлять оборудованием. Эти методы предотвращают распространение звука по пути к работнику или другим лицам.

Приемник

В производственной или коммерческой среде работники должны соблюдать соответствующую программу охраны слуха. Административные меры контроля, такие как ограничение доступа персонала в зоны с высоким уровнем шума, предотвращают излишнее шумовое воздействие. Средства индивидуальной защиты органов слуха, например, пенные беруши или наушники, снижающие уровень звука, служат последней линией защиты для работника.

Основные технологии

Звукоизоляция: предотвращение передачи шума путем создания массивного барьера. Обычно используются материалы с высокой плотностью, такие как кирпич, толстое стекло, бетон, металл и т.д. Звукопоглощение: пористый материал, действующий как «шумопоглотитель», преобразуя звуковую энергию в тепло внутри материала. Типичные звукопоглощающие материалы включают развязанные свинцовые плиты, пенопласты с открытыми ячейками и стекловолокно. Демпфирование вибраций: применяется для больших вибрирующих поверхностей. Механизм демпфирования заключается в поглощении энергии вибрации из тонкого листа и рассеивании ее в виде тепла. Часто используется сталь с вибропоглощающим покрытием. Виброизоляция: предотвращает передачу энергии вибрации от источника к приемнику путем введения гибкого элемента или физического разрыва. Типичные виброизоляторы – пружины, резиновые опоры, пробка и т.д.

Дороги

Исследования шумозащитных экранов показали неоднозначные результаты в отношении их эффективности в снижении шумового загрязнения. Электрические и гибридные транспортные средства могут снизить уровень шума, но только если их доля в общем объеме транспортных средств на дороге будет значительной; даже если доля электромобилей в городском потоке достигнет пятидесяти процентов, общее снижение уровня шума составит всего несколько децибел, что будет едва заметно. В настоящее время на уровень шума на автомагистралях меньше влияет тип двигателя, поскольку на высоких скоростях преобладают аэродинамические шумы и шум от шин. К другим мерам по снижению шума в источнике относятся: улучшенная конструкция протектора грузовых шин в 1970-х годах, более эффективная шумоизоляция выхлопных систем дизельных двигателей в 1980-х годах и местные правила, запрещающие эксплуатацию транспортных средств без глушителей. Наиболее перспективные направления для снижения шума от дорог – это решения в области городского планирования, проектирование дорог, проектирование шумозащитных экранов, контроль скорости, выбор дорожного покрытия и ограничения на движение грузового транспорта. Контроль скорости эффективен, поскольку минимальные шумовые выбросы возникают при равномерном движении транспортных средств со скоростью от 30 до 60 километров в час. При превышении этого диапазона шумовые выбросы удваиваются с каждым увеличением скорости на пять километров в час. На самых низких скоростях преобладает шум торможения и разгона. Выбор дорожного покрытия может изменить уровень шума в два раза при скоростях выше 30 километров в час. Более тихие покрытия пористые, имеют отрицательную текстуру поверхности и содержат мелкий и средний заполнитель; самые шумные покрытия имеют поперечные канавки, положительную текстуру поверхности и крупный заполнитель. Сцепление с дорогой и безопасность дорожного движения также являются важными факторами при выборе дорожного покрытия. При проектировании новых городских автомагистралей и магистральных улиц принимается множество решений, касающихся трассировки и геометрии дороги. Использование компьютерного моделирования для расчета уровня шума стало стандартной практикой с начала 1970-х годов. Это позволяет минимизировать воздействие повышенного уровня шума на чувствительные объекты. Аналогичный подход применяется к городским системам массового транспорта и другим видам железнодорожного транспорта. Ранними примерами городских железнодорожных систем, спроектированных с использованием этой технологии, были: расширение линий Boston MBTA (1970-е годы), расширение системы BART в Сан-Франциско (1981), система METRORail в Хьюстоне (1982) и система MAX Light Rail в Портленде, штат Орегон (1983). Шумозащитные экраны могут быть установлены как на существующих, так и на планируемых объектах транспортной инфраструктуры. Они являются одними из наиболее эффективных мер по модернизации существующих дорог и обычно позволяют снизить уровень шума в прилегающих жилых зонах до десяти децибел. Для проектирования экрана требуется компьютерная модель, поскольку рельеф местности, микрометеорология и другие локальные факторы делают эту задачу очень сложной. Например, дорога, расположенная в выемке или подверженная воздействию сильных ветров, может создать условия, при которых распространение звука в атмосфере будет неблагоприятным для любого шумозащитного сооружения.

Самолет

Как и в случае с дорожным шумом, мало что было сделано для снижения авиационного шума у источника, за исключением отказа от громких конструкций двигателей 1960-х годов и более ранних. Из-за своей скорости и мощности, шум выхлопных газов реактивных турбинных двигателей не поддается уменьшению простыми способами. Наиболее перспективными методами снижения авиационного шума являются планирование землепользования, ограничения на полеты и звукоизоляция жилых зданий. Ограничения на полеты могут включать предпочтительное использование взлетно-посадочных полос, траекторию и угол взлета, а также ограничения по времени суток. Эти меры иногда вызывают споры, поскольку могут повлиять на безопасность полетов, удобство авиаперевозок и экономику авиакомпаний. В 1979 году Конгресс США уполномочил FAA разработать технологии и программы для попыток звукоизоляции домов, расположенных вблизи аэропортов. Хотя это, очевидно, не улучшает ситуацию в окружающей среде, программа оказалась эффективной для жилых и школьных помещений. К числу аэропортов, где технология была применена на ранних этапах, относятся международный аэропорт Сан-Франциско, международный аэропорт Сиэтл-Такома, международный аэропорт Джона Уэйна и международный аэропорт Сан-Хосе в Калифорнии. В основе технологии лежит компьютерная модель, имитирующая распространение авиационного шума и его проникновение в здания. Можно анализировать изменения в типах самолетов, схемах полетов и местной метеорологии, а также преимущества различных стратегий модернизации зданий, таких как обновление кровли, улучшение остекления окон, установка дефлекторов в каминах, герметизация строительных швов и другие мероприятия. Компьютерная модель позволяет оценивать экономическую эффективность различных стратегий. В Канаде Транспортное управление Канады составляет прогнозы уровня шума (NEF) для каждого аэропорта, используя компьютерную модель, аналогичную используемой в США. Строительство жилых объектов не рекомендуется в зонах с высоким уровнем воздействия шума, определенных прогнозом.

Архитектурные решения

Практика архитектурной акустики в области шумоподавления включает в себя снижение реверберации звука внутри помещений, уменьшение передачи шума между помещениями и улучшение звукоизоляции ограждающих конструкций здания. В случае строительства новых (или реконструируемых) квартир, кондоминиумов, больниц и отелей, во многих штатах и городах действуют строгие строительные нормы, требующие проведения акустического анализа для защиты находящихся в здании людей. Что касается внешнего шума, то нормы обычно предписывают измерение внешней акустической обстановки для определения требуемого уровня звукоизоляции ограждающих конструкций. Архитектор может сотрудничать с акустиком для разработки наиболее экономически эффективных решений по созданию тихого интерьера (обычно 45 дБА). Наиболее важными элементами конструкции ограждающих конструкций обычно являются: остекление (толщина стекла, двухкамерные стеклопакеты и т.п.), перфорированный металл (используемый внутри или снаружи), кровельный материал, стандарты герметизации, дефлекторы для дымоходов, конструкция входных дверей, почтовые прорези, вентиляционные отверстия чердачных помещений и монтаж сквозных оконных кондиционеров. Что касается звука, генерируемого внутри здания, выделяют два основных типа передачи. Во-первых, воздушный звук проникает через стены, перекрытия и потолки и может исходить как от человеческой деятельности в смежных помещениях, так и от механического шума инженерных систем здания. К человеческой деятельности относятся речь, шум от звукоусиливающей аппаратуры или шум животных. К механическим системам относятся лифты, котлы, холодильные или кондиционирующие установки, генераторы и мусороуплотнители. Аэродинамические источники включают вентиляторы, пневматическое оборудование и процессы горения. Шумоподавление для аэродинамических источников включает в себя использование тихих воздушных сопел, пневматических глушителей и малошумных вентиляторов. Поскольку многие механические звуки по своей природе громкие, основным элементом проектирования является обеспечение соответствия конструкции стен или потолка определенным требованиям по звукоизоляции (обычно класс звукоизоляции 50), что позволяет значительно снизить уровень звука, достигающий людей. Второй тип внутреннего шума называется передачей индекса звукоизоляции от ударного шума (IIC). Этот эффект возникает не из-за передачи звука по воздуху, а из-за передачи звука через конструкцию самого здания. Наиболее распространенное восприятие шума IIC – это звук шагов людей в помещениях, расположенных выше. Низкочастотный шум легко передается через грунт и здания. Этот тип шума сложнее подавить, но необходимо рассмотреть возможность изоляции перекрытия или подвесного потолка на виброизолирующем профиле. Оба вышеупомянутых эффекта передачи могут исходить как от людей, находящихся в здании, так и от инженерных систем здания, таких как лифты, системы водоснабжения и отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. В некоторых случаях достаточно указать наилучшие доступные технологии шумоподавления при выборе строительного оборудования. В других случаях может потребоваться виброизоляция оборудования. В случае систем водоснабжения разработаны специальные протоколы, особенно для трубопроводов, обеспечивающие изоляционное крепление труб внутри стен здания. В случае центральных систем вентиляции важно предусмотреть шумоглушители на воздуховодах, которые могут передавать звук между различными помещениями здания. Проектирование специализированных помещений сопряжено с более сложными задачами, поскольку в этих помещениях могут быть особые требования, например, для концертных залов, звукозаписывающих студий или лекционных аудиторий. В этих случаях необходимо анализировать реверберацию и отражение звука, чтобы не только снизить шум в помещениях, но и предотвратить возникновение эхо. В таких ситуациях могут быть использованы специальные звукопоглощающие панели и облицовочные материалы для уменьшения нежелательных эффектов.

Пост-архитектурные решения

Акустические панели для стен и потолков – распространенное решение для контроля шума в коммерческих и жилых зданиях, которые уже построены. Акустические панели могут изготавливаться из различных материалов, однако в коммерческих применениях часто используются панели на основе стекловолокна или минеральной ваты. Например, минераловолокнистая плита – широко применяемый акустический субстрат, а коммерческая теплоизоляция, такая как используемая для изоляции котлов, часто перепрофилируется для акустических целей по контролю шума, благодаря своей эффективности в снижении реверберации. Идеальные акустические панели не имеют лицевого или отделочного материала, который мог бы ухудшить характеристики акустического наполнителя, но эстетические и соображения безопасности обычно требуют применения тканевого покрытия или других отделочных материалов для минимизации акустического сопротивления. Отделка панелей иногда выполняется из пористых конструкций из дерева или металла. Эффективность акустической обработки после строительства ограничена объемом доступного пространства, поэтому акустические панели для стен часто изготавливаются под форму существующего помещения. Это достигается путем придания формы периметральному профилю, заполнения его акустическим субстратом, а затем натяжения и закрепления ткани в системе периметрального каркаса. Панели для стен могут быть изготовлены с учетом дверных проемов, плинтусов или других элементов. С помощью этого метода на стенах и потолках можно создавать большие панели (обычно более 15 метров). Двойное остекление и более толстые окна также могут предотвратить проникновение звука извне.

Промышленный

Промышленный шум традиционно ассоциируется с производственными предприятиями, где промышленное оборудование создает высокие уровни звука, часто превышающие 85 децибел. Хотя это наиболее заметный случай, существует множество других рабочих сред, где уровни звука могут находиться в диапазоне от 70 до 75 децибел, состоящих исключительно из офисной техники, музыки, систем оповещения и даже проникновения внешнего шума. Любая из этих сред может привести к негативному воздействию шума на здоровье, если интенсивность звука и время воздействия слишком велики. В случае с промышленным оборудованием, наиболее распространенными методами защиты работников от шума являются виброизоляция оборудования, создание звукоизолирующих барьеров из акрилового стекла или других твердых материалов, а также обеспечение средствами индивидуальной защиты органов слуха. В некоторых случаях само оборудование может быть перепроектировано для работы с меньшей вероятностью возникновения скрипа, трения, износа или других движений, вызывающих звуковые излучения. В последние годы появились программы и инициативы "Покупай тихо" для борьбы с профессиональным воздействием шума. Эти программы стимулируют покупку более тихих инструментов и оборудования и побуждают производителей разрабатывать менее шумные модели. В более традиционных офисных помещениях могут применяться методы архитектурной акустики, описанные выше. Другие решения могут включать поиск самых тихих моделей офисной техники, особенно принтеров и копировальных аппаратов. Ударные принтеры и другое оборудование часто оснащались "акустическими кожухами" для снижения уровня шума. Одним из источников раздражающего, хотя и не громкого, шума являются осветительные приборы (особенно старые люминесцентные лампы). Эти светильники можно модернизировать или проанализировать на предмет избыточного освещения, что является распространенной проблемой в офисах. В случае переосвещения можно применить уменьшение количества ламп или снижение использования световых групп. Фотографы могут снизить шум от фотокамер на съемочной площадке, используя звукоизолирующие чехлы.

Коммерческий

Сокращение стоимости технологий позволило применять технологии шумоподавления не только в концертных залах и студиях звукозаписи, но и в небольших предприятиях, чувствительных к шуму, таких как рестораны. Акустически поглощающие материалы, такие как стекловолоконная облицовка воздуховодов, панели из древесного волокна и переработанный деним, используются в качестве основы для произведений искусства в помещениях, где важна эстетика. Зоны смешанного использования представляют собой особенно сложные ситуации, требующие особого внимания к защите людей от вредного воздействия шумового загрязнения. Как правило, шум учитывается при проведении оценки воздействия на окружающую среду, если это необходимо (например, при строительстве транспортной системы).