Czy można dobrać tłumik bez pełnych danych akustycznych źródła hałasu?

Tłumienie dźwięku w instalacjach wentylacji

Zajmując się projektowaniem instalacji wentylacji, a także pracując w dziale wsparcia technicznego bardzo często spotykam się z problemem doboru tłumika, który ma za zadanie obniżyć poziom hałasu w instalacji za tłumikiem o konkretną wartość, wyznaczoną w założeniach np. 20 [dB].
Teoretycznie, nie ma w tym zadaniu nic nadzwyczajnego i w zasadzie każdy dobór tłumika do tego się sprowadza, jednak czy nie posiadając pełnych danych o źródle hałasu, przedstawionych w postaci charakterystyki oktawowej urządzenia, nadal jest to takie proste i jednoznaczne? Spróbujmy odpowiedzieć na to pytanie, ilustrując zagadnienie odpowiednim przykładem.
 

Załóżmy, że mamy do czynienia z dwoma wentylatorami oznaczonymi jako „A” i „B”, o identycznym poziomie głośności, generującymi hałas na poziomie LwA = 90 dB(A) mocy akustycznej. Celowo posłużyłem się tu wartością poziomu mocy akustycznej LwA [dB(A)] a nie poziomu ciśnienia akustycznego LpA [dB(A)], aby uwolnić się od warunków odniesienia pomiaru głośności jakimi są: odległość od urządzenia, chłonność akustyczna pomieszczenia czy współczynnik kierunkowy rozchodzenia się dźwięku.

Tym co akustycznie odróżnia oba wentylatory jest jedynie ton generowanego dźwięku (różnica w hałasie generowana w poszczególnych częstotliwościach). Wentylator „A” odbierany będzie przez słuchacza jako średnio- lub niskotonowy, natomiast wentylator „B” charakteryzuje się wysokim dźwiękiem, jednak ogólne wrażenie głośności będzie takie samo w obu przypadkach.


Potwierdzenie powyższego założenia uzyskujemy, wyliczając ważony poziom mocy akustycznej dla każdego z urządzeń (patrz tabela 1.1 oraz 2.1). W tym celu do wartości głośności, podanej dla częstotliwości środkowej każdego pasma oktawowego Lw.F [dB] (wiersz 1) należy dodać poprawkę korekcyjną filtra A (wiersz 2), otrzymując wartości skorygowane Lw.F+A (wiersz 3), a następnie zsumować logarytmicznie wszystkie pasma zgodnie ze wzorem:

equation.pdf ) [dB(A)]

Wynik tak przeprowadzonych obliczeń (wiersz 4) jest jednakowy dla obu wentylatorów i wynosi:

LwA(„A”) = LwA(„B”) = 90 dB(A)

Jeśli przyjrzymy się wynikom w poszczególnych pasmach oktawowych, uzyskanym po nałożeniu poprawki krzywej A (wiersz 3) zobaczymy, że dominującą częstotliwością w przypadku wentylatora „A” jest 500 Hz (oraz poboczne 250 Hz i 1 kHz) natomiast w przypadku wentylatora „B” częstotliwość 8 kHz (oraz sąsiadujące 4 kHz i 2 kHz). Głośności w pozostałych pasmach oktawowych w praktyce nie mają znaczenia w ogólnym wrażeniu słuchowym, ponieważ różnica głośności jest zbliżona lub nawet przekracza 10 [dB].

Podane dominujące częstotliwości  {250 Hz, 500 Hz, 1 kHz} oraz {2 kHz, 4 kHz, 8 kHz} przekładają się odpowiednio na odbiór wentylatora „A” jako średniotonowego i wentylatora „B” jako wysokotonowego.

W dalszej części przykładu, do obniżenia hałasu od obu wentylatorów, zastosujemy taki sam tłumik kanałowy o wielkości 1000x700x1500 mm firmy TROX zbudowany z 3 kulis o grubości 230 mm. Zakładany przepływ powietrza wynosi 6000 [m3/h]. Do dyspozycji mamy 3 rodzaje kulis tj. XKA, MKA oraz RKA różniących się konstrukcją, a co za tym idzie różną skutecznością tłumienia De [dB] w poszczególnych pasmach oktawowych. Wybrałem kulisę MKA (kod tłumika: MSA230-103-3-PF / 1000x700x1500) z charakterystyką, jak na załączonym wykresie.

 

Gdzie:
De [dB] – tłumienie w poszczególnych pasmach oktawowych {63 Hz do 8 kHz}
Lw [dB] – szumy własne tłumika
f[Hz] – częstotliwości środkowe pasm oktawowych

Obliczenia związane z tłumieniem hałasu wykonujemy w poszczególnych pasmach oktawowych w kolejnych krokach (patrz tabela 1.2 oraz 2.2).
Należy pamiętać, że każdy tłumik poza zdolnością tłumienia De [dB] stanowi wtórne źródło dźwięku w instalacji. Hałas generowany przez tłumik Lw.MSA, (tabela 1.2 oraz 2.2. wiersz 4) należy również uwzględnić w obliczeniach. Różnica pomiędzy poziomem dźwięku w kanale (za tłumikiem) a szumem własnym tłumika większa niż 8-10 dB nie będzie w sposób znaczący wpływała na efekt tłumienia.

 

 

Algorytm obliczeniowy:

  • od głośności źródła (wentylatora) Lw.F [dB] (wiersz 1) odejmujemy arytmetycznie zdolność tłumienia De.MSA [dB] (wiersz 2);
  • na uzyskany w ten sposób wynik, czyli efekt tłumienia (wiersz 3), nakładamy szumy własne generowane przez tłumik Lw.MSA [dB] przy wydatku obliczeniowym 6000 m3/h (wiersz 4), wykonując sumowanie tym razem logarytmiczne;
  • otrzymujemy nową wartość hałasu Lw.2 [dB] (wiersz 5) po przejściu dźwięku przez zastosowany tłumik;
  • dalsze obliczenia wykonujemy analogicznie jak poprzednio (tj. nałożenie krzywej A i suma logarytmiczna poszczególnych pasm), uzyskując nowy ważony poziom mocy akustycznej LwA.2 [dB(A)]reprezentujący skuteczność tłumienia;
  • skuteczność tłumienia to różnica między poziomem hałasu bez i z tłumikiem (wiersz 9).

Zestawmy wyniki obliczeń wykonane dla obu wentylatorów.
Efekt tłumienia tego samego tłumika w przypadku wentylatora „A” to uzyskany poziom mocy akustycznej:

LwA.2 („A”) = 66,1 [dB(A)]

Efekt tłumienia tego samego tłumika w przypadku wentylatora „B” to uzyskany poziom mocy akustycznej:

LwA.2 („B”) = 72,2 [dB(A)]

Zatem różnica w efekcie tłumienia to:

LwA.2 („B”) – LwA.2 („A”) = 72,2 – 66,1 = 6,1 dB

W akustyce różnica 6 dB to efekt słuchowy porównywalny z podwojeniem głośności, a więc różnica jest niebagatelna. 

Czym spowodowana jest tak duża rozbieżność w wynikach obliczeń?

Na to i inne pytania odpowiedź w pełnej wersji artykułu, do pobrania w PDF.

Instalnews - bezpłatny biuletyn e-czasopisma InstalReporter 12/2017 4/2017 6/2016