Шум и методы борьбы с ним

Размещено на http://www.allbest.ru/

10

1. Звук и его характеристики

Механические колебания частиц упругой среды в диапазоне частот 16 - 20000 Гц воспринимаются ухом человека и называются звуковыми волнами. Колебания среды с частотами ниже 16 Гц называют инфразвуком, а колебания с частотами выше 20000 Гц - ультразвуком. Длина звуковой волны связана с частотой f и скоростью звука с зависимостью = c / f .

Нестационарное состояние среды при распространении звуковой волны характеризуется звуковым давлением, под которым понимают среднеквадратическое значение превышения давления в среде при распространении звуковой волны над давлением в невозмущённой среде, измеряемое в паскалях (Па).

Перенос энергии плоской звуковой волной через единицу поверхности, перпендикулярную к направлению распространения звуковой волны характеризуют интенсивностью звука (плотностью потока звуковой мощности),

Вт/м²: I = P²/(?•c),

где P - звуковое давление, Па; - удельная плотность среды, г/м³;

c - скорость распространения звуковой волны в данной среде, м/с.

Скорость переноса энергии равна скорости распространения звуковой волны.

Органы слуха человека способны воспринимать звуковые колебания в очень широких диапазонах изменения интенсивностей и звуковых давлений. Например, при частоте звука в 1 кГц порогу чувствительности “среднего” человеческого уха (порог слышимости) соответствуют значения P₀ = 2·10-⁵ Па; I₀ = 10-¹² Вт/м², а порогу болевого ощущения (превышение которого уже может привести к физическому повреждению органов слуха) соответствуют значения P_б = 20 Па и I_б = 1 Вт/м². Кроме того, в соответствии с законом Вебера-Фехнера раздражающее человеческое ухо действие звука пропорционально логарифму звукового давления. Поэтому на практике обычно вместо абсолютных значений интенсивности и звукового давления используют их логарифмические уровни, выраженные в децибелах (дБ):

L_I = 10lg(I/I₀), L_P = 20lg(P/P₀) ; (1)

где I₀ = 10-¹² Вт/м² и P₀ = 2·10-⁵ Па - стандартные пороговые значения интенсивности и звукового давления. Для нормальных атмосферных условий можно считать, что L_I = L_P = L.

Если звук в данной точке складывается из n составляющих от нескольких источников с уровнями звуковых давлений L_i, то результирующий уровень звукового давления определяется по формуле:

(2)

где L_i - уровень звукового давления i-й составляющей в расчетной точке (дБ).

В случае n одинаковых составляющих звука L_i = L суммарный уровень составляет:

L = L + 10lg(n). (3)

Из формул (2) и (3) следует, что если уровень одного из источников звука превышает уровень другого более чем на 10 дБ, то звуком более слабого источника практически можно пренебречь, так как его вклад в общий уровень будет менее 0,5 дБ. Таким образом, при борьбе с шумом в первую очередь необходимо заглушать наиболее интенсивные источники шума. Кроме того, при наличии большого числа одинаковых источников шума устранение одного или двух из них очень слабо влияет на общее снижение уровня шума.

Характеристикой источника шума являются звуковая мощность и её уровень. Звуковая мощность W, Вт, - это общее количество звуковой энергии, излучаемой источником шума в единицу времени. Если энергия излучается по всем направлениям равномерно и затухание звука в воздухе мало, то при интенсивности I на расстоянии r от источника шума его звуковая мощность может быть определена по формуле

W = 4 r²I. По аналогии с логарифмическими уровнями интенсивности и звукового давления введены логарифмические уровни звуковой мощности (дБ) L_W = 10lg(W/W₀), где W₀ = 10^-12 - пороговое значение звуковой мощности, Вт.

Спектр шума показывает распределение энергии шума в диапазоне звуковых частот и характеризуется уровнями звукового давления или интенсивности (для источников звука - уровнем звуковой мощности) в анализируемых частотных полосах, в качестве которых, как правило, используются октавные и третьоктавные частотные полосы, характеризуемые нижней f_н и верхней f_в граничными частотами и среднегеометрической частотой f_сг = (f_н •f_в)^1/2.

Октавная полоса звуковых частот характеризуется отношением её граничных частот, удовлетворяющим условию f_в/f_н = 2, а для третьоктавной - условию f_в /f_н = 2^1/3 ? 1,26.

Каждая октавная полоса частот включает три третьоктавные полосы, причем среднегеометрическая частота центральной из них совпадает со среднегеометрической частотой октавной полосы. Среднегеометрические частоты f_сг октавных полос определяются стандартным двоичным рядом, включающим 9 значений: 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц.

2. Особенности субъективного восприятия звука

Восприятие звука человеческим ухом очень сильно и нелинейно зависит от его частоты. Особенности субъективного восприятия звука наиболее удобно иллюстрируются графически с помощью кривых равной громкости. Каждая из семейства кривых на рис. 1 характеризует уровни звукового давления на различных частотах, соответствующие одинаковой громкости восприятия звука и уровню громкости L_N (фон).

Уровень громкости L_N численно равен уровню звукового давления на частоте 1 кГц. На других частотах для обеспечения такой же громкости звука требуется устанавливать другие уровни звукового давления. Из рис. 1 следует, что вид кривой равной громкости и соответствующая ей характеристика слуховой чувствительности зависят от значения L_N.

При расчетах и измерениях частотную характеристику органа слуха принято моделировать частотной характеристикой корректирующего фильтра А. Характеристика А является стандартной и задается системой поправок А_i = ?(f_сгi), где f_сгi - среднегеометрическая частота i-й октавной полосы.

Для соответствия объективных результатов измерений уровня звукового давления субъективному восприятию громкости звука вводят понятие уровня звука. Уровень звука L_A (дБА) - результирующий уровень звукового давления шума, прошедшего математическую или физическую обработку в корректирующем фильтре с характеристикой А. Значение уровня звука приближенно соответствует субъективному восприятию громкости шума независимо от его спектра. Уровень звука вычисляется с учетом поправок А_i по формуле (2), в которую вместо L_i следует подставить (L_i + А_i). Отрицательные значения А_i характеризуют ухудшение слуховой чувствительности по сравнению со слуховой чувствительностью на частоте 1000 Гц.

2. Характеристики шума и его нормирование

По характеру спектра шумы подразделяют на широкополосные (с непрерывным спектром шириной более одной октавы) и тональные, в спектре которых имеются выраженные дискретные тона, измеренные в третьоктавных полосах частот с превышением уровня звукового давления над соседними полосами не менее чем на 10 дБ.

По временным характеристикам шумы делят на постоянные, уровень звука которых в течение 8-часового рабочего дня изменяется не более чем на 5 дБА при измерениях на временной характеристике “медленно” шумомера, и непостоянные, не удовлетворяющие данному условию.

Непостоянные шумы, в свою очередь, делятся на следующие виды:

· колеблющиеся во времени шумы, уровень звука которых непрерывно изменяется во времени;

· прерывистые шумы, уровень звука которых ступенчато изменяется (на 5 дБА и более), причём длительность интервалов, в течение которых уровень остается постоянным, составляет не менее 1 с;

· импульсные шумы, состоящие из одного или нескольких звуковых сигналов, каждый длительностью менее 1 с, при этом уровни звука в дБА и дБА(I), измеренные соответственно на временных характеристиках “медленно” и “импульс” шумомера, отличаются не менее чем на 7 дБА.

Для оценки непостоянных шумов введено понятие эквивалентного уровня звука L_Аэ (по энергии воздействия), выражаемого в дБА и определяемого по формуле L_Аэ = 10lg(I_АС/I₀), где I_АС - среднее значение интенсивности непостоянного шума, скорректированного по характеристике А, на интервале времени контроля Т.

Текущие значения уровня звука L_А и интенсивности I_А связаны соотношением

L_А(t) = 10lg(I_А(t) /I₀), I_АС/I₀ = (1/Т)(I_А(t) /I₀)dt, поэтому

(4)

Значения L_Аэ могут вычисляться как автоматически интегрирующими шумомерами, так и вручную по результатам измерений уровней звука через каждые 5 с в течение наиболее шумных 30 мин.

Нормируемыми параметрами шума являются:

· для постоянного шума - уровни звукового давления L_P (дБ) в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 31.5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000 и 8000 Гц; кроме того, для ориентировочной оценки постоянного широкополосного шума на рабочих местах допускается использовать уровень звука L_A, выраженный в дБА;

· для непостоянного шума (кроме импульсного) - эквивалентный уровень звука L_Аэ (по энергии воздействия), выраженный в дБА, представляет собой уровень звука такого постоянного широкополосного шума, который воздействует на ухо с такой же звуковой энергией, как и реальный, меняющийся во времени шум за тот же период времени;

· для импульсного шума - эквивалентный уровень звука L_Аэ, выраженный в дБА, и максимальный уровень звука L_{А max} в дБА(I), измеренный на временной характеристике “импульс” шумомера.

Допустимые значения параметров шума регламентируются СН 2.2.4/2.1.8.562-96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки». Допустимые значения параметров шума на рабочих местах устанавливаются в зависимости от вида выполняемой работы и характера шума. Для работ, связанных с творческой, научной деятельностью, обучением, программированием, предусмотрены наиболее низкие уровни шума.

Ниже приведены характерные виды работ, различаемые при нормировании, с указанием порядкового номера:

1) творческая, научная работа, обучение, проектирование, конструирование, разработка, программирование;

2) административно-управленческая работа, требующая сосредоточенности работа, измерительная и аналитическая работа в лаборатории;

3) диспетчерская работа, требующая речевой связи по телефону, в залах обработки информации на ЭВМ, на участках точной сборки, в машинописных бюро;

4) работа в помещениях для размещения шумных агрегатов ЭВМ, связанная с процессами наблюдения и дистанционного управления без речевой связи по телефону, в лабораториях с шумным оборудованием;

5) все виды работ за исключением перечисленных в пп. 1 - 4.

Для широкополосного шума на рабочих местах в табл. 1 приведены допустимые уровни звукового давления L_P в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами f_сг , уровни звука L_A (для субъективной оценки громкости постоянных шумов) и эквивалентные уровни звука L_Аэ (для оценки непостоянных шумов).

Таблица 1

Допустимые уровни шума

Для тонального и импульсного шумов, а также для шумов, создаваемых в помещениях установками кондиционирования и вентиляции, допустимые уровни должны быть на 5 дБ ниже указанных в табл.1 (при измерениях на характеристике “медленно” шумомера).

Для колеблющегося во времени и прерывистого шумов максимальный уровень звука не должен превышать 110 дБА.

Для импульсного шума максимальный уровень звука, измеренный на характеристике “импульс” шумомера, не должен превышать 125 дБА (I).

В любом случае запрещается даже кратковременное пребывание людей в зонах с уровнями звукового давления свыше 135 дБ в любой октавной полосе частот. Зоны с уровнем звука свыше 85 дБА должны быть обозначены знаками безопасности; работающих в таких зонах следует снабжать средствами индивидуальной защиты.

3. Методы и средства борьбы с шумом

Для уменьшения шума применяют следующие основные методы: устранение причин или ослабление шума в источнике возникновения, изменение направленности излучения и экранирование шума, снижение шума на пути его распространения, акустическая обработка помещений, архитектурно-планировочные и строительно-акустические методы.

Для защиты людей от воздействия шума используют средства коллективной защиты (СКЗ) и средства индивидуальной защиты (СИЗ). Предотвращение неблагоприятного воздействия шума обеспечивается также лечебно-профилактическими и организационными мероприятиями, включающими, например, медосмотры, правильный выбор режимов труда и отдыха, сокращение времени пребывания в условиях промышленного шума.

Снижение шума непосредственно в источнике осуществляется на основе выявления конкретных причин шумов и анализа их характера. Шум технологического оборудования чаще имеет механическое и аэродинамическое происхождение. Для снижения механического шума предусматривают тщательное уравновешивание движущихся деталей агрегатов, заменяют подшипники качения подшипниками скольжения, обеспечивают высокую точность изготовления узлов машин и их сборки, заключают в масляные ванны вибрирующие детали, заменяют металлические детали пластмассовыми. Для уменьшения уровней аэродинамического шума в источнике необходимо в первую очередь снижать скорость обтекания деталей воздушными и газовыми потоками и струями, а также вихреобразование путем использования обтекаемых элементов.

Большинство источников шума излучают звуковую энергию в пространстве неравномерно. Установки с направленным излучением следует ориентировать так, чтобы максимум излучаемого шума был направлен в сторону, противоположную рабочему месту или жилому дому.

Экранирование шума заключается в создании звуковой тени за экраном, располагающимся между защищаемой зоной и источником шума. Экраны наиболее эффективны для снижения шума высоких и средних частот и плохо снижают низкочастотный шум, который за счет эффекта дифракции легко огибает экраны.

В качестве экранов, защищающих рабочие места от шума обслуживаемых агрегатов, используют сплошные металлические или железобетонные щиты, облицованные со стороны источника шума звукопоглощающим материалом. Линейные размеры экрана должны превосходить линейные размеры источников шума не менее чем в 2 - 3 раза. Акустические экраны, как правило, применяются в сочетании со звукопоглощающей облицовкой помещения, так как экран снижает только прямой звук, а не отраженный.

Способ звукоизоляции с помощью ограждений заключается в том, что большая часть падающей на него звуковой энергии отражается и лишь незначительная её часть проникает через ограждение. В случае массивного звукоизолирующего плоского ограждения бесконечных размеров толщиной, много меньшей длины продольной волны, ослабление уровня звукового давления на данной частоте подчиняется так называемому закону массы и находится по формуле:

L_{P осл} = 20lg(mf) - 47,5 , (5)

где f - частота звука, Гц; m - поверхностная плотность, т.е. масса одного квадратного метра ограждения, кг/м². Из формулы (5) следует, что при удвоении частоты или массы звукоизоляция возрастает на 6 дБ. В случае реальных ограждений конечных размеров закон массы справедлив лишь в определённом диапазоне частот, обычно от десятков Гц до нескольких кГц.

Требуемое для данной октавной полосы частот (с соответствующей среднегеометрической частотой f_сг) ослабление уровня звукового давления определяется разностью:

L_{P треб} (f_сг) = L_{P изм}(f_сг) - L_{P норм}(f_сг), (6)

где L_{P изм}(f_сг) - уровень звукового давления, измеренный в соответствующей октавной полосе частот; L_{P норм}(f_сг) - нормативный уровень звукового давления.

В качестве звукоизолирующих материалов используют листы из оцинкованной стали, алюминия и его сплавов, древесноволокнистые плиты, фанеру и др. Наиболее эффективными являются панели, состоящие из чередующихся слоёв звукоизолирующих и звукопоглощающих материалов.

В качестве звукоизолирующих преград используются также стены, перегородки, окна, двери, перекрытия из различных строительных материалов. Например, дверь обеспечивает звукоизоляцию 20 дБ, окно - 30 дБ, межкомнатная перегородка - 40 дБ, межквартирная перегородка - 50 дБ.

Для защиты персонала от шума устраивают звукоизолированные кабины наблюдения и дистанционного управления, а наиболее шумные агрегаты закрывают звукоизолирующими кожухами. Кожухи выполняют обычно из стали, их внутренние поверхности облицовывают звукопоглощающим материалом для поглощения энергии шума внутри кожуха. Уменьшить шум в помещении можно также путём снижения уровней отраженного звука с использованием метода звукопоглощения. В этом случае обычно применяют звукопоглощающие облицовки и при необходимости штучные (объёмные) поглотители, подвешенные к потолку.

К звукопоглощающим относятся материалы, у которых коэффициент звукопоглощения (отношение интенсивностей поглощенного и падающего звуков) на средних частотах превышает 0.2. Процесс поглощения звука происходит за счёт перехода механической энергии колеблющихся частиц воздуха в тепловую энергию молекул звукопоглощающего материала, поэтому в качестве звукопоглощающих материалов используют ультратонкое стекловолокно, капроновое волокно, минеральную вату, пористые жесткие плиты.

Наибольшая эффективность достигается при облицовке не менее 60 % общей площади стен и потолка помещения. При этом можно обеспечить снижение шума на 6 - 8 дБ в зоне отраженного звука (вдали от источника) и на 2 - 3 дБ вблизи источника шума.

При строительстве крупных объектов используются архитектурно-планировочные и строительно-акустические методы борьбы с шумом

Если средства коллективной защиты от шума не обеспечивают требуемой защиты или их применение невозможно или нецелесообразно, то применяют средства индивидуальной защиты (СИЗ). К ним относятся противошумные вкладыши, наушники, а также шлемы и костюмы (используемые при уровнях звука выше 120 дБА). Каждое СИЗ характеризуется частотной характеристикой ослабления уровней звукового давления. Наиболее эффективно ослабляются высокие частоты звукового диапазона. Применение СИЗ следует рассматривать как крайнюю меру защиты от шума.

4. Стенд для измерения характеристик шума

источник шум воздействие

Стенд для измерения характеристик шума состоит из электронного имитатора источника шума и шумомера. В шумомере звуковые колебания преобразуются в электрические.

Упрощённая схема аналогового шумомера приведена на рис.2.

Рис. 2. Структурная схема шумомера

Шумомер состоит из измерительного микрофона M, переключателя D1 (“Диапазон 1”), усилителя У, формирователя F1 частотных характеристик с переключателем S1 их вида (A, LIN, EXT), второго переключателя D2 (“Диапазон 2”), квадратичного детектора КД, формирователя временных характеристик F2 с переключателем S2 их вида (S - “медленно”, F - “быстро”, I - “импульс”) и индикатора И, градуированного в децибелах. Переключатели S1 и S2 объединены и образуют общий переключатель режимов DR (“Режим”). В положении EXT переключателя DR подключается октавный полосовой фильтр со значением частоты f_сг, выбираемым переключателем DF.

В режиме S (“медленно”) осуществляется усреднение показаний шумомера. В режиме F (“быстро”) отслеживаются достаточно быстрые изменения шума, что необходимо для оценки его характера. Режим I (“импульс”) позволяет оценить максимальное среднеквадратическое значение шума. Результаты, полученные при измерениях в режимах S, F, I (уровни L_S , L_F , L_I), могут отличаться друг от друга в зависимости от характера измеряемого шума.

При измерении шума на рабочих местах производственных помещений микрофон располагают на высоте 1,5 м над уровнем пола или на уровне головы человека, если работа выполняется сидя, при этом микрофон должен быть направлен в сторону источника шума и удален не менее чем на 1 м от шумомера и человека, проводящего измерения. Шум следует измерять, когда работает не менее 2/3 установленных в данном помещении единиц технологического оборудования при наиболее вероятных режимах его работы.

Измерение результирующего уровня звукового давления (дБ) проводится при линейной частотной характеристике шумомера - переключатель DR (“Режим”) в положении “LIN”. Измерение уровней звука (дБА) осуществляется при включении корректирующего фильтра со стандартной частотной характеристикой A (переключатель DR в положении “А”).

Для исследования спектра шума переключатель DR устанавливается в положение “EXT” режима S (“медленно”). В этом случае частотная характеристика определяется подключенным октавным полосовым фильтром.

При измерениях в режиме S (“медленно”) отсчет производится по среднему положению стрелки прибора при её колебаниях. Для импульсных шумов следует дополнительно измерить уровень звука на временной характеристике I (“импульс”) с отсчетом в дБА(I) максимального показания стрелки прибора.

Заключение

Производственный шум является одним из неблагоприятных факторов на рабочих местах.

Анализ уровней шума в производственных помещениях показывает, что фактические величины на ряде рабочих мест превышают допустимые по санитарным нормам значения. На отмеченных производственных участках с высокими уровнями шума требуется провести шумозащитные мероприятия.

Внедрение таких мероприятий, а также обязательное использование индивидуальных средств защиты органов слуха позволит снизить вредное воздействие шума на персонал, сохранить его здоровье, будет способствовать снижению травматизма и повышению производительности труда.

Библиографический список:

1. Борьба с шумом на производстве: Справочник /Под общ. ред. Е.Я. Юдина. М.: Машиностроение, 1985.

2. Безопасность жизнедеятельности: Учебник для вузов /Под ред. С.В. Белова. М.: Высшая школа, 2004.

3. Безопасность жизнедеятельности. Безопасность технологических процессов и производств: Учеб. пособие для вузов / П.П. Кукин и др. М.: Высшая школа, 2001.

4. СН 2.2.4 / 2.1.8.562-96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки».

Размещено на Allbest.ru