Показатели, характеризующие шум и вибрацию

 

Шум возникает при механических колебаниях в твердых, жидких и газо­образных средах. Механические колебания в диапазоне частот 20— 20 000 Гц воспринимаются слуховым органом человека в виде звука. Колебания с частотой ниже 20 Гц (инфразвук) и выше 20 000 Гц (ультра­звук) не вызывают слуховых ощущений, но оказывают биологическое воздействие на организм человека.

С физиологической точки зрения шум рассматривают как звуковой процесс, неблагоприятный для восприятия, мешающий разговорной и отрицательно влияющий на здоровье человека. При длительном воздействии шума не только снижается острота слуха, но и изменяется
кровяное давление, ослабляется внимание, ухудшается зрение, происхо­дят изменения в двигательных центрах, что вызывает определенное на­
рушение координации движений. Кроме того, значительно увеличива­ется расход энергии при одинаковой физической нагрузке. Интенсивный шум является причиной функциональных изменений сердечно – сосудистой системы, желудка и ряда других функциональных нарушений в организме челока. Особенно неблагоприятное воздействие шум оказывает на нервную и сердечно – сосудистой системы. Весь комплекс изменений, возникающих в организме человека при длительном воздействии шума, следует рассматривать как «шумовую болезнь».

Звук характеризуется частотой f, интенсивностью I и звуковым дав­лением р. Скорость распространения звуковых волн зависит от упругих свойств, температуры и плотности среды, в которой они распростра­няются. Скорость распространения звуковых волн в воздухе при t = 20°С и давлении р_ст = 760 мм рт. ст. равна примерно 344 м/с, в стали 5000 м/с, бетоне 4000 м/с.

Часть пространства, в котором распространяются звуковые волны,
называют звуковым полем. Любая точка звукового поля характеризу­ется определенным давлением и скоростью частиц воздуха. При звуко­вых колебаниях среды (например, воздуха) элементарные частички среды
начинают колебаться относительно своего начального положения.
Скорость этих колебаний v намного меньше скорости распространения
звуковых волн в воздухе (с). Во время распространения звуковых коле­баний в воздухе появляются области разрежения и области повышенного
давления, которые и определяют величину звукового давления р как
разность давления в возмущенной и невозмущенной воздушной среде.
При распространении звуковых волн происходит перенос кинетиче­ской энергии, которая определяется интенсивностью звука /. В условиях
свободного звукового поля, когда отсутствуют отраженные звуковые
волны, интенсивность звука измеряется средним количеством звуковой
энергии, проходящей в единицу времени через единицу поверхности,
перпендикулярной к направлению распространения звука:

I = υp     или    I = p² /(ρc),

где I — интенсивность звука, Н/м∙с; υ — мгновенное значение скорости колебаний, м/с; р — мгновенное значение звукового давления, Па; ρ — плотность среды, кг/м³; ρc — удельное акустическое сопротивление среды (волновое сопротивление Н∙с/м³); с — скорость звука в данной среде, м/с.

Минимальное звуковое давление р₀ и интенсивность /₀, едва разли­чимые органом слуха человека, называют пороговыми. Интенсивность и давление звука, соответствующие пороговым уровням звука при час­тоте 1000 Гц, составляют: I₀ = 10^-14 Н/с∙м, р₀ =2∙10^-5 Па. Сила звука на грани болевого ощущения в 10^-14 раз превышает силу звука на пороге слышимости.    

Таким образом, человек способен воспринимать звуки в большем диапазоне интенсивности, поэтому пользоваться абсолютными значе­ниями интенсивности звука и звукового давления, например для графического изображения распределения интенсивности звука по частотному спектру, крайне неудобно, В акустике принято измерять не абсолютные величины интенсивности звука или давления, а их относительные лога­рифмические уровни L, взятые по отношению к пороговому значению I₀ и р₀.

Если интенсивность звука I больше исходной в 10 раз, т. е. I/I₀ = 10,
то принято считать, что интенсивность звука I превышает исходную
на 1 Б (Бел), при I/I₀ = 100 превышает на 2 Б и т. д.

Орган слуха человека способен различать прирост звука на 0,1 Б, т. е. 1 дБ (децибел), который и принят в практике акустических измере­ний как основная единица. Таким образом, уровень интенсивности звука измеряют в децибелах (дБ):

                                                                 I

L = 10 lg −−

            I₀

Так как интенсивность звука пропорциональна квадрату звукового давления, уровень силы звука можно определить, исходя из величины звукового давления:

                                              I          p²                  p

L = 10 lg −− = 10 lg −− = 20 lg −−.

                                              I₀          p₀²               p₀

 

Уровень звука, вычисляемый по указанным зависимостям, в акустике принято называть уровнем звукового давления. Вес акустические изме­рения и нормативные данные представляют в виде уровней звукового давления.

Логарифмическая шкала децибел позволяет определить лишь фи­зическую характеристику шума. Однако она построена таким образом, что пороговое значения звукового давления p₀ соответствует порогу слышимости на частоте 1000 Гц.

Слуховой аппарат человека обладает неодинаковой чувствитель­ностью к звукам различной частоты, а именно — наибольшей чувстви­тельностью на средних и высоких частотах (800—4000 Гц) и наимень­шей — на низких (20—100 Гц). Поэтому для физиологической оценки шума используют кривые равной громкости (рис. 11.1), полученные по результатам изучения свойств органов слуха, которые позволяют оце­нивать звуки различной частоты по субъективному ощущению громкости, т. е. судить о том, какой из них сильнее или слабее.

 

 

 

Рис. 11.1. Кривые равной громкости звуков

 

Уровни громкости измеряются в фонах. На частоте 1000 Гц уровни Громкости приняты равными уровням звукового давления.

Вибрация. Колебания частей аппаратов, машин, коммуникаций и сооружений, вызываемые динамической неуравновешенностью вращающихся деталей, пульсацией давления при транспортировке жидкостей и газов и другими причинами, принято называть вибрацией.

Вибрация характеризуется следующими параметрами: частотой (Гц), амплитудой, вибросмещением (мм), амплитудой виброскорости (мм/с).

В нефтеперерабатывающейи нефтехимической промышленности вибрации могут вызвать нарушение механической прочности и герметичности аппаратов и коммуникаций, быть причиной различных аварий.

Вибрации вызывают в организме человека многочисленные реак­ции, которые являются причиной функциональных расстройств различных органов. Под действием вибрации происходят изменения периферической и центральной нервных системах, сердечно -  сосудистой системе, опорно – двигательном аппарате. Вредное действие вибрации выражается в виде повышенного утомления, головной боли, боли в суставах пальцев рук, повышенной раздражительности, нарушению координации дви­жений.

В отдельных случаях длительное воздействие интенсивных вибраций приводит к развитию вибрационной болезни, которая характеризуется тяжелыми, часто необратимыми изменениями в центральной нервной и сердечно-сосудистой системах, а также в опорно-двигательном аппа­рате. Степень тяжести и характер развития вибрационной болезни опре­деляются продолжительностью воздействия и интенсивностью вибрация. Успешное лечение вибрационной болезни возможно только на ранних стадиях развития. Тяжелые формы заболевания, как правило, ведут к частичной или полной потере трудоспособности.