Общие сведения. В последнее десятилетие в связи с бурным развитием техники

В последнее десятилетие в связи с бурным развитием техники, сопровождающимся постоянным увеличением мощности и производительности машин, скорости их рабочих органов, шум на рабочих местах постоянно возрастает и во многих случаях значительно превышает допустимые меры. Это привело к тому, что человек на производстве и в быту постоянно подвергается воздействию шума высоких уровней. Проблема борьбы с шумом является неотъемлемой частью охраны труда и защиты окружающей среды.

Борьба с шумом является комплексной проблемой, связанной с решением гигиенических, технических, управленческих и правовых задач.

1.4 Физико-технические характеристики шума

Любое нарушение стационарности состояния сплошной жидкой, твердой или газообразной среды в какой-то точке пространства приводит к появлению возмущений, распространяющихся от этой точки, которые называют волнами.

Шум – беспорядочное сочетание звуков различной частоты и интенсивности, вызывающее неприятные субъективные ощущения.

Пространство, в котором распространяются звуковые волны, называется звуковым полем.

Звук характеризуется частотой, интенсивностью и звуковым давлением.

Частота звука влияет на слуховое восприятие, определяя высоту звучания. Слуховой орган человека воспринимает в виде слышимого звука колебания упругой среды в диапазоне частот 16 Гц-20 кГц - волны называют звуковыми. Колебания с частотами ниже 16 Гц называют инфразвуковым, выше 20 кГц- ультразвуком.

Увеличение частоты от 100 до 200 Гц или от 1 до 2 кГц вызывает одинаковое ощущение повышения тона в два раза. Эта особенность слуха позволила воспринимаемый ухом человека частотный диапазон разбить на 10 октав, где октава – это полоса частот, в которой отношение верхней частоты к нижней равно 2. Для обозначения октавы используется среднегеометрическая частота

.

Например, для октавы 45-90 Гц =63 Гц.

Так как шум представляет собой беспорядочное сочетание звуков, различных по частоте к звуковому давлению, то по частотному спектру шум подразделяется на широкополосный, с непрерывным спектром шириной более одной октавы, тональный, в спектре которого преобладает одна или несколько частот, т.е. звуки находятся на одной высоте. Импульсный шум воспринимается как отдельные удары и состоит из одного или нескольких импульсов звуковой энергии, продолжительностью каждого 1с.

Звуковая волна несет определенную энергию в направлении распространения. Энергия, переносимая звуковой волной в единицу времени через единицу поверхности, называется интенсивностью звука(J) и измеряется в Вт/м² . Наименьшая интенсивность звука, которую слышит ухо, называется порогом слышимости J_min= 10^-13 Вт/м², а наибольшая интенсивность, которая воспринимается на слух и создает ощущение боли – болевым порогом J_mах= 10 Вт/м². В диапазоне от порога слышимости до болевого порога интенсивность увеличивается в десять раз. Человеческому уху такой большой диапазон доступен благодаря способности уха реагировать не на абсолютную интенсивность, а на её прирост, называемый уровнем интенсивности. При увеличении интенсивности в десять раз звук воспринимается как вдвое более громкий. В связи с наличием ступенчатости восприятии и большой широты диапазона воспринимаемых энергий используют логарифмическую шкалу, так называемую шкалу бел или децибел.

Уровень интенсивности равен

Б или дБ, (1.1)

где J – интенсивность данного звука, Вт/м²;

J₀- интенсивность на пороге слышимости, Вт/м².

Весь огромный диапазон слышимых звуков укладывается в 140 дБ, что упрощает процедуру оценки шума и учитывает особенности восприятия звуков.

Звуковое давление Р, (Па) – разность между атмосферным давлением и давлением в данной точке звукового поля.

Между силой звука и звуковым давлением существует квадратичная зависимость

где J – интенсивность данного звука, Вт/м²;

р – звуковое давление, (Па);

ρ – плотность среды, кг/м³;

С- скорость распространения звука в среде, м/с.

Порогу слышимости на эталонной частоте (1000 Гц) соответствует

Р₀ = 2х10^-5 Па, болевому порогу - Р_max = 2х10² Па.

Уровень звукового давления

, дБ или дБ. (1.2)

Уровнями интенсивности шума обычно оперируют при выполнении акустических расчетов, а уровнями звукового давления – при измерении шума и оценке его воздействия на человека, так как наш орган слуха чувствителен не к интенсивности, а к среднеквадратичному давлению.

Слуховой орган неодинаково чувствителен к звукам различных частот. Звуки малой частоты воспринимает как менее громкие по сравнению со звуками большей частоты. Высокочастотный шум более опасен для человека, что учитывается при гигиеническом нормировании. Поэтому для оценки субъективного ощущения введено понятие уровня громкости. Единицей уровня громкости является фон. Он соответствует разности уровней интенсивности в 1 Б эталонного звука при частоте 1000 Гц. Таким образом, на частоте 1000 Гц уровни громкости (в фонах) совпадают с уровнями звукового давления (в децибелах). Уровень громкости является его звуковая мощность. Она соответствует общему количеству звуковой энергии, излучаемой источником шума в окружающее пространство за единицу времени

(1.3)

где Р – звуковая мощность источника, Вт;

Р₀ – пороговая величина звуковой мощности, Р₀= 10^-12 Вт.

По временным характеристикам шумы делятся на постоянные и непостоянные.

К постоянным относятся шумы, уровень звука которых за 8-и часовой день изменяется во времени не более, чем на 5 дБА.

Уровни непостоянного шума оцениваются эквивалентным уровнем звука , характеризующимся средним значением энергии звука в дБА. Этот уровень измеряется специальным интегрирующим шумомером или рассчитывается по формуле

(1.4)

где t_{i -} доля числа отсчетов в данном интервале уровней от общего числа отсчетов, %;

L_i – средний уровень звука в данном интервале;

i - 1, 2, 3 ……;

n – число отсчетов уровней.

Шум, являющийся сложным звуком, можно разложить на простые составляющие, графическое изображение которых называ­ется спектром. Спектр шума может быть разным. По характеру спектра шумы подразделяют на широполостные и тональные. По величине интервалов между составляющими его звуками различают шум дискретный (линейчатый) с большими интервалами, сплош­ной с бесконечно малыми интервалами и смешанный, характери­зующийся отдельными пиковыми дискретными составляющими на фоне сплошного спектра. Производственные шумы чаще всего имеют смешанный спектр.

По частоте шумы разделяют на низкочастотные, если макси­мальные уровни звукового давления лежат в области низких час­тот (до 350 Гц), среднечастотные (максимум в диапазоне частот 350...800 Гц) и высокочастотные (максимум выше 800 Гц).

По временным характеристикам шумы подразделяют на посто­янные и непостоянные. К постоянным относятся шумы, уровни звука которых за восьмичасовой рабочий день изменяются во времени не более чем на 5 дБ. А (уровень звука измеряется шумомером по шкале А). Непостоянные шумы разделяют на колеблющиеся во вре­мени, прерывистые и импульсные. К колеблющимся шумам относят­ся такие, уровни звука которых непрерывно меняются во времени. К прерывистым — шумы, уровни звука которых меняются ступен­чато на ≥5 дБ. К импульсным — шумы, состоящие из одного или нескольких звуковых сигналов, длительность каждого из которых менее 1 с. Наибольшую опасность для человека представляют то­нальные высокочастотные непостоянные шумы.

Любой источник шума характеризуется звуковой мощностью, которая определяет общее количество звуковой энергии, излуча­емой источником в окружающее пространство за единицу време­ни. Мощность звука связана с интенсивностью зависимостью

, (1.5)

где S — поверхность сферы, в центре которой находится источ­ник шума интенсивностью L.

Уровень акустической мощности источника шума

L_W=10 lg (W/W₀), (1.6)

где W_u — условный порог акустической мощности (W_o = 10-¹² Вт).

Если в производственном помещении находится n одинаковых источников шума, равноудаленных от расчетной точки и облада­ющих одинаковым уровнем шума L, то общий уровень

, (1.7)

где L₁ — уровень шума одного источника, дБ;

n — число источ­ников.

Из формулы (7) следует, что два одинаковых источника со­здадут суммарный уровень всего на 3 дБ больший, чем каждый из них (так как 101g2 = 10 0,3 = 3); 10 источников — на 10 дБ; 100 источников — на 20 дБ и т.д.

На производстве такое условие часто невыполнимо, поскольку износ технологического оборудования неодинаков, поэтому рас­чет L_Σ ведут по другой формуле

, (1.8)

где L₁, L₁, L_n, — уровни звукового давления, создаваемого источ­никами в расчетной точке.

При измерении и анализе шумов, проведении акустических расчетов спектры (рисунок 1) оценивают в октавных или третьоктавных диапазонах. Полоса частоты, в которой верхняя гранич­ная частота f₂ в два раза больше нижней f₁, называется октавной, т.е. f₁/f₂= 2. Для третьоктавной полосы . В качестве частоты, характеризующей полосу в целом, принимают среднюю геометрическую полосу .

1.5 Действие шума на организм

Всякий нежелательный для человека звук является шумом. Ин­тенсивное шумовое воздействие на организм человека неблаго­приятно влияет на протекание нервных процессов, способствует развитию утомления, изменениям в сердечно-сосудистой системе и появлению шумовой патологии, среди многообразных проявле­ний которой ведущим клиническим признаком является медлен­но прогрессирующее снижение слуха – тугоухости. При большом звуковом давлении может произойти разрыв барабанной перепонки.

Обычные промышленные шумы характеризуются хаотическим сочетанием звуков. В производственных условиях источниками шума являются работающие станки и механизмы, ручные, механизиро­ванные и пневмоинструменты, электрические машины, компрессо­ры, кузнечно-прессовое, подъемно-транспортное, вспомогательное оборудование (вентиляционные установки, кондиционеры) и т.д.

Исследованиями последних лет установлено, что под влиянием шума снижается острота зрения, нарушается функция желудочно-кишечного тракта, повышается внутричерепное давление, нарушаются процессы обмена и т.п.

Шум, особенно импульсный, ухудшает точность выполнения рабочих операций, затрудняет прием и восприятие информации. В результате воздействия шума на работающего человека снижается производительность труда, увеличивается брак в работе, создаются предпосылки к возникновению несчастных случаев.

1.6Гигиеническое нормирование и измерение шума

Нормирование шума в помещениях жилых, общественных зданий, на предприятиях и на их территориях производится по СНИП II-12-77 «Защита от шума» и ГОСТ 12.1.036-81.

Действующие в настоящее время нормы шума на рабочих местах регламентируются ГОСТ 12.1.003-89 «ССБТ. ШУМ. Общие требования безопасности». Нормирование шума осуществляется по различным параметрам в зависимости от вида шума.

Нормируемыми параметрами постоянного шума являются уровни звукового давления, измеренные в восьми октавных полосах со средне-геометрическими частотами: 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц при соответствующих им граничных частотах, Гц: 45 и 90; 90 и 180; 180 и 355; 355 и 710; 710 и 1400; 1400 и 2800; 2800 и 5600; 5600 и 11200 и эквивалентный (по энергии) уровень звука в децибелах (шкала А). С увеличением частоты допустимые значения уровней звукового давления уменьшаются. При нормировании учитывается характер труда.

Для тонального и импульсного шума допустимые уровни должны приниматься на 5 дБ меньше, ГОСТ 12.1.003-89 допускает устанавливать более жесткие нормы для отдельных видов трудовой деятельности с учетом напряженности труда.

Допустимые уровни звукового давления нормируют для каж­дой октавной полосы частот в соответствии с рекомендациями СН 2.2.4/2.1.8.562-96. Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки. Этот документ предусматривает дифференцированный подход с учетом характера производственной деятельности в условиях шума (умственный труд, нервно-эмоциональные нагрузки, физический труд и т.д.). Учитывают и характер действующего шума (тональ­ный, импульсный, постоянный и др.), и длительность воздей­ствия шумового фактора при расчете эквивалентных уровней для непостоянных шумов.

Совокупность восьми нормативных уровней звукового давле­ния на разных средних геометрических частотах называется предельным спектром (ПС). Каждый из спектров имеет свой индекс (например, ПС-80, где 80 — нормативный уровень звукового дав­ления, дБ, в октавной полосе с = 1000 Гц).

Некоторые стандартизованные параметры для широкополос­ного шума

приведены в таблице 1.1. Для ориентировочной оценки допускают за

Таблица 1.1 - Допустимые уровни звукового давления и эквивалентные уровни звука для широкополосного шума

Рабочее место	Lp, дБ, в октавных полосах со средними геометрическими частотами, Гц	Эквива­лентные уровни звука, дБА
Помещения конструктор-
ских бюро, програм­мистов вычислительных машин, лабораторий тео-
рет. ис­следований и т. п. Помещения управления,
Рабочие комнаты
Помещения ла­бораторий экспе­риментальных исследований
Постоянные ра­бочие мес-та и ра­бочие зоны в про-изводств. помещениях

характеристику постоянного шума на рабочем месте принимать уровень звука, измеряемой по шкале А шумомера. Са­мые жесткие нормы шума в настоящее время дей­ствуют в Казахстане, России, а наиболее мягкие в США. Чтобы осознать эти значения, необходимо помнить, что шум березовой рощи и пе­ние птиц составляют 35 — 45 дБА.

Для шума, создаваемого в помещениях установками кон­диционирования воздуха, вентиляции и воздушного отопления, а также в случае тонального или импульсного шума допустимые уровни на рабочих местах следует принимать на 5 дБ ниже значе­ний, указанных в таблице 1.1 Уровень звука связан с ПС зависи­мостью

дБА = ПС + 5дБ. (1.9)

Кроме характера выполняемых работ, учитывают и длитель­ность воздействия шума. В этом случае при воздействии широ­кополосного шума от 0,25 до 4 ч допустимые уровни могут быть увеличены на 20 дБ, а при воздействии тонального или импульс­ного (0,25—1,5 ч) — на 15 дБ.

Измерение уровней шума осуществляется приборами, называемыми шумомерами. Они позволяют измерять, регистрировать и исследовать уровни звукового давления по спектру частот. Для преобразования звуковых давлений в соответствующие им электрические сигналы применяются пьезоэлектрические микрофоны. Затем электрические колебания проходят через ламповый усилитель и фиксируются потенциометром, шкала которого проградуирована в децибелах или фонах.

На сегодняшний день существует ряд приборов, используемых для анализа шума: ВШВ-003 (позволяет проводить измерения в частотном диапазоне 2 (10) — 20000 Гц, уровень измеряемого зву­ка 25— 140 дБ),

ШВК-1 с фильтрами ФЭ-2, ФЭ-3 (уровень изме­ряемого звука 30— 140 дБ в частотном диапазоне 2 — 40000 Гц) и др. В прил. 3 представлены некоторые из них.

Шумомеры обычно снабжены корректирующими фильтрами с частотными характеристиками А, Б, С, Д. Шкала «А» стандартизирована и имеется во всех шумомерах. Для приближенной оценки шума допускается использовать общий его уровень при измерении по шкале «А» шумомера. В этом случае нормируется параметром уровень звука в дБА.

Измерение уровней звукового давления производится при включении характеристики «С», при этом к шумомеру присоединяются полосовые фильтры.

При измерении постоянного шума шумомер следует включить в положение «медленно» и отсчет вести по среднему положению стрелки при её колебаниях.

Учитывается длительность воздействия шума. Для непостоянного шума нормируемым параметром является уровень звука L_A единиц.

Импульсные шумы не поддаются замерам обычными шумомерами, поскольку последние обладают большой инерционностью. Поэтому для этих целей применяют специальные приборы, регистрирующие энергетический уровень звука.

Спектральный состав шума обычно исследуется специальными приборами – анализатором шума. Наиболее широко распространены октавные анализаторы, измеряющие уровни звукового давления в различных октавных полосах.

При замерах шума микрофон обычно располагается на высоте 1,5 м от уровня пола и направляется в сторону источника шума с удалением от оператора не менее 2/3 установленного в данном помещении технологического оборудования при наиболее характерном режиме его работы. При гигиенической оценке источника шума ориентируются на максимальные значения уровня шума.

Стандарт предписывает зоны с уровнем звука выше 85 дБА обозначать специальными знаками, а работающих в этих зонах снабжать средствами индивидуальной защиты.

1.7 Защита от шума

Общая квалификация средств и методов защиты от шума приведена в ГОСТ 12.1.0.29-80 «ССБТ. Средства и методы защиты от шума. Классификация».

Уменьшение шума в источнике возникновения: замена ударных механизмов безударными, возвратно-поступательных движений вращательными, подшипников качения на подшипники сколь­жения, совершенствование кинематических схем, применение пластмассовых деталей, использование глушителей из звуко­поглощающего материала, виброизоляция шумных узлов и ча­стей машин, покрытие издающих шум поверхностей вибродемпфирующим материалом, статическая и динамическая балан­сировки.

Звукопоглощение: метод основан на поглощении звуковой энер­гии волн, распространяющихся по воздуху звукопоглощающими материалами, которые трансформируют ее в тепловую.

Звукопоглощающие материалы и конструкции подразделяют:

- на волокнисто-пористые (войлок, минеральная вата, фетр, аку­стическая штукатурка и др.);

- мембранные (пленка, фанера, закрепленные на деревянные обрешетки); - резонаторные (классический резонатор Гельмгольца);

- комбинированные.

Звукопоглощающие свойства материалов определяются коэф­фициентом звукопоглощения, равным отношению количества поглощенной звуковой энергии к общему количеству падающей энергии

, (1.10)

причем при ά = 0 вся звуковая энергия отражается без поглоще­ния; при ά = 1 вся энергия поглощается (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 -Схема поглощения (отражения) звуковой энергии в листовом конструкционном материале

Коэффициент звукопоглощения а конструкционными материалами (элементами):

- бетоном.................................................................... 0,015;

- стеклом.................................................................... 0,02;

- деревом.................................................................... 0,1;

- войлоком.................................................................. 0,3 — 0,5;

- открытым окном..................................................... 1,0.

Звукопоглощение в помещении определяют по формуле

ΔL_0бл = 101g (A₂/A₁), (1.11)

где А, — полное звукопоглощение в помещении до установки облицовки,

м² (A_t = ά_необлS_пов, м²; принимают ά_нео6л = 0,1);

А₂ — эк­вивалентная площадь поглощения после установки облицовки, м² (A₂ = А, +ΔA, где ΔА— добавочное поглощение, вносимое облицовкой).

Тогда величина снижения шума составит

ΔL_0бл = 101g (ΔA/A₁). (1.12)

Звукоизоляция: метод основан на отражении звуковой волны, падающей на ограждение (экран).

На рисунке 1.2, апоказаны пути проникновения шума (воздушного и структурного) при нахождении его источников как снаружи, так и внутри здания, а на рисунке 1.2, б— пути проникновения шу­мов из шумного в тихое помещение. От наружного или внутрен­него источника воздушный шум проникает через окна и стены, а вибрации передаются по грунту, трубопроводам и строительным конструкциям, колебания которых вызывают появление струк­турного шума.

Звукоизолирующие свойства ограждения (экрана) характери­зуются коэффициентом звукопроницаемости т — отношением про­шедшей звуковой мощности к падающей

.

Рисунок 1.2 - Проникновение шумов:

а — в здание: / — источник шума; 2 — источник вибраций; I — воздушный шум; II — структурный шум; б — из одного помещения в другое: 1,2— распростра­няющиеся по воздуху звуки или шумы; 3 — энергия упругих колебаний — рас­пространяется по строительным конструкциям и излучается в виде шума (струк­турные или ударные звуки, шумы); I — шумное помещение, II — тихое помещение

Звукоизолирующая способность конструкции

R = –10lg/τ. (1.13)

Увеличение расстояния от машин (аппаратов), производящих сильный шум: суммарный уровень шума, дБ, на расстоянии г, м, от источника в свободном пространстве

L_Σ = L₀-201gr- 11, (1.14)

где L₀ — уровень шума источника, дБ.

Защита от шума работающих может осуществляться коллективными и индивидуальными средствами.

Средства коллективной защиты по отношению к источнику возбуждения делятся на снижающие шум в источнике его возникновения и снижающие шум на пути его распространения от источника до защищаемого объекта.

Средства коллективной защиты в зависимости от способа реализации подразделяются на:

- архитектурно-планировочные (планировка зданий, генеральные планы объектов, рациональное размещение оборудования, рабочих мест, зон и режимов движения транспортных средств, создание шумозащитных зон);

- акустические (звукоизоляция, звукопоглащение, виброизоляция, глушители шума);

- организационно-технические (применение малошумных технологических процессов, оснащение шумных машин средствами дистанционного управления и автоматического контроля, совершенствование технологии ремонта и обслуживания машин, применение малошумных машин, использование рациональных режимов труда и отдыха).

Средства индивидуальной защиты от шума целесообразно применять в таких случаях, когда средства коллективной защиты не обеспечивают снижение шума до допустимых уровней. Средства индивидуальной защиты позволяют снизить уровень воспринимаемого звука на 10 …… 45 дБ, причем наиболее значительное снижение шума наблюдается в области высоких частот, которые наиболее опасны для человека.

К средствам индивидуальной защиты относятся противошумные наушники, вкладыши, шлемы и каски, костюмы.

Зоны с уровнем звука выше 35дБА должны быть обозначены знаками безопасности. Запрещается даже кратковременное пребывание в зонах с октавными уровнями звукового давления свыше 135 дБ в любой октавной полосе.

В данной лабораторной работе исследуется эффективность звукоизолирующих ограждений. Звукоизоляция ограждений должна обеспечивать снижение шума на рабочих местах до уровней, допустимых по нормам, во всех октавных полосах со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц. Требуемая звукоизоляция рассчитывается отдельно для каждой i–й ограждающей конструкции помещения (стены, окна, перекрытия, ворота, двери и др.) и для каждой из указанных октавных полос по следующей формуле

R_тр= L_ш -10lgB_и + 10lgS_i – L_доп + 10lgn, (1.15)

где L_ш – октавный уровень звукового давления в помещении с источниками шума, дБ;

B_и – постоянная, защищаемого от шума помещения, м² (приложение 1);

S_i – площадь, ограждающей конструкции (или отдельного её элемента),

через которую проникает шум в защищаемое от шума помещение, м²;

L_доп – допустимый октавный уровень звукового давления в защищаемом

от шума помещении, дБ;

n – общее число ограждающих конструкций или их элементов, через

которое проникает шум.

После проведения расчета требуемой звукоизоляции ограждений их конструкция подбирается таким образом, чтобы её частотная характеристика (изоляции воздушного шума) была не ниже требуемой.

1.8 Применяемые приборы и оборудования

Установка смонтирована внутри стенда и представляет собой (рисунок 1.3) камеру, раздельную съемной перегородкой. В камере установлены источники шума (динамик и электрический звонок) и конденсаторный микрофон. Динамик подключен к звуковому генератору, а микрофон к шумомеру.

Диапазон измерения шумомера 60-115 дБ. Шумомер измеряет уровни звукового давления (дБ) в октавных полосах на среднегеометрических частотах от 63 до 8000 Гц и общий уровень звука (дБА).

На лицевой панели шумомера расположены переключатель частотных характеристик, индикаторный стрелочный прибор, переключатель диапазона измерений, тумблер включения прибора.

Звуковой генератор позволяет изменять частоту в диапазоне от 25 до 20000 Гц и регулировать входное напряжение, подаваемое на вход динамика.

Рисунок 1.3

Дата добавления: 2015-07-18