Общие сведения о производственном шуме

 

 Шум – это совокупность звуков, неблагоприятно воздействующих на организм человека и мешающих его работе и отдыху.

    Источниками звука являются колебания материальных частиц и тел, передаваемых жидкой, твердой и газообразной средой.

    Звук, распространяющийся в воздухе или через ограждающие конструкции, называется воздушным, а в материале – структурным. Звук в воздухе распространяется волнами сжатия и разряжения, а втвердых телах возможна передача другими видами волн.

  Область пространства, в котором распространяются звуковые волны, называется звуковым полем, которое характеризуется скоростью распространения звука, интенсивностью звука и звуковым давлением.

    Скорость, с которой распространяется звуковая волна, называется скоростью звука. Скорость звука С, м/с, является функцией плотности r, кг/м³, и модуля объемной упругости К, Па, среды и определяется по формуле

                                                           ____

                                                  С = √К/ r.                                           (6.1)

 

   Скорость звука для газообразной среды является функцией температуры и определяется по формуле

 

С = 332 + 0,6 t_C,                                        (6.2)

 

где t_C – температура окружающей среды, °С.

    Скорость звука в воздухе при нормальной температуре составляет приблизительно 340 м/с, в воде –1430 м/с, морской воде – 1510 м/с, во льду – 3200 м/с, в стали – 5200 м/с, в алмазе – 18000 м/с.

    Звук, параметры которого изменяются во времени по гармоническому закону, называется тоном. Тон звука определяется его частотой. Высокочастотные звуки воспринимаются как звуки высокого тона, а низкочастотные – низкого тона.

    Звук с частотой от 16 Гц до 20 кГц называется слышимый, с частотой менее 16 Гц – инфразвук и более 20 кГц – ультразвук.

   Звуковая мощность и уровень звуковой мощности. Источник звука излучает энергию более или менее независимо от окружающей среды. Мощность источника звука находится в широких пределах от 10 ^-12 до многих миллионов ватт. Звуковая мощность говорящего человека составляет 10^-5 Вт.

   Ухо человека не может определять звуковую мощность в абсолютных единицах, но может сравнивать мощность различных источников звука по уровню звуковой мощности L _N, дБ, связанной со звуковой мощностью N источника зависимостью      

                                          L_N = 10 lg (N / N ₀),                                      (6.3)

где N _o = 10 ^-12 Вт – минимальное значение звуковой мощности, с которой шум начинает восприниматься ухом человека. За единицу измерения уровня звуковой мощности источника звука принят дБ.

    Интенсивность звука. Звуковые волны передают энергию, а на их возбуждение в каждую единицу времени также затрачивается определенная энергия, т.е. мощность. Звуковая мощность источника определяет интенсивность генерируемых волн – это количество звуковой энергии, передаваемой звуковой волной за 1 с через площадку 1 м ², перпендикулярную направлению распространения звука. За единицу интенсивности принят поток звуковой энергии в 1 ватт на 1 м² поверхности (Вт/м²). Интенсивность звука определяется по формуле

 

                                               I = P _Э ² / ρ С,                                      (6.4)

 

где P _Э – эффективное (среднеквадратичное) значение звукового давления,

          Па;

   r – плотность среды, кг/м³;

   С – скорость звука, м/с.

     Эффективное значение звукового давления определяется по формуле          

                            

                                                                                  (6.5)

 

где Р – мгновенное значение звукового давления, Па;

Т – время воздействия шума, ч.

   Уровень интенсивности звука L_I, дБ, определяется из выражения

 

                                   L_I = 10lg(I/I₀),                                               (6.6)

                                                        

где I ₀ – пороговое значение интенсивности звука, равно 10 ^–12 Вт/м²

    Звуковое давление и уровень звукового давления. Звуковым давлением называется разность между мгновенным значением полного давления, создаваемого звуковой волной и средним давлением, которое наблюдается в невозмущенной среде. За единицу измерения звукового давления принят Паскаль (Па).

    Звуковое давление в данной окружающей среде зависит от акустических свойств этой среды и от источника звука. Диапазон звукового давления очень широк. Звуковое давление от обычной речи человека на расстоянии 1 м составляет 0,02 Па, а при взлете реактивного самолета на расстоянии 15 м – 200 Па.

     Порог слуха молодого человека в диапазоне частот от 1000 до 4000 Гц соответствует давлению 2 × 10^-5 Па. Это наименьшее значение звукового давления, воспринимаемое человеческим ухом. Наибольшее значение звукового давления, вызывающего болезненные ощущения, называется порогом болевого ощущения и составляет 2 × 10 ² Па. Между этими значениями лежит область слухового восприятия.

    Восприятие шума органами слуха человека, согласно закона Вебера-Фехнера, пропорционально логарифму отношения эффективного значения звукового давления к порогу слуха. Отсюда уровень звукового давления L дБ, определяется зависимостью

                                         L = 20 lg (P _Э / P ₀),                                      (6.8)

 где Р₀ = 2 × 10 ^-5 Па, – пороговое значение звукового давления или порог

            слышимости;

   P_Э – эффективное (среднеквадратичное) значение звукового давления

           в среде, Па.

     На пороге слышимости при среднегеометрической частоте 1000 Гц уровень звукового давления равен нулю, а на пороге болевого ощущения составляет 120¸130 дБ.

    Звуковое поле вокруг точечного источника шума характеризуется тем, что уровень звукового давления убывает обратно пропорционально квадрату расстояния от источника. При этом уровень звукового давления снижается на 6 дБ при удвоении расстояния от источника.

    При оценке, поступающего в расчетную точку, шума от нескольких источников суммировать можно только энергетические характеристики шума – интенсивность шума.                                           

    Уровни звуковой мощности, уровни интенсивности являются логарифмическими величинами, которые суммировать нельзя. Поэтому уровень звукового давления от нескольких источников шума определяется по формуле

 

                                                                     _n       

                                        L_{C УМ} = 10 lg å 10 ^0,1Li                                   (6.9)

                                                                   ^{I =1}

     Если источники шума имеют одинаковый уровень звуковой мощности, то суммарный уровень звукового давления в расчетной точке определяется по формуле

 

                                        L _СУМ = L_i + 10 lg n,                                (6.10)

 

где L_i – уровень звукового давления в расчетной точке от одного источника шума;

   n – количество источников шума.

    Для изучения шума, генерируемого производственным оборудованием, весь диапазон частот разделен на октавные полосы. Октавной полосой частот называется полоса, в которой значение верхней границы в два раза выше нижней. Каждая октавная полоса частот характеризуется среднегеометрической частотой f _С.Г, которая определяется из выражения 

 

                               ,                                        (6.11)

 

где f _Н – нижнее значение частоты в рассматриваемой интервале частот,

          Гц;

f _В – верхнее значение частоты в рассматриваемой интервале частот,

         Гц.

    Разделение шума на октавные полосы облегчает конструирование средств снижения шума, так как дает возможность независимо рассматривать высоко-, средне-, низкочастотные составляющие спектра.

   По характеру спектра шума выделяют:

· широкополосный шум с непрерывным спектром шириной более 1 октавы;

· тональный шум, в спектре которого имеются выраженные тоны. Тональный характер шума для практических целей устанавливается измерением в 1/3 октавных полосах частот по превышению уровня в одной полосе над соседними не менее чем на 10 дБ.

По временным характеристикам шума выделяют:

· постоянный шум, уровень звука которого за 8 – часовой рабочий день или за время измерения в помещениях жилых и общественных зданий, на территории жилой застройки изменяется во времени не более чем на 5 дБА при измерениях по шкале «А» на временной характеристике шумомера «медленно»;

· непостоянный шум, уровень которого за 8 – часовой рабочий день, рабочую смену или во время измерения в помещениях жилых и общественных зданий, на территории жилой застройки изменяется во времени более чем на 5 дБА при измерениях по шкале «А» на временной характеристике шумомера «медленно».

    Уровень звука L _A, дБА, постоянного широкополосного шума на рабочих местах, измеренный на временной характеристике «медленно» шумомера, определяется по формуле           

                                      

                                             L_A = 20 lg (P_A / P ₀),                              (6.12)

 

где Р _А – среднеквадратичная величина звукового давления с учетом

         коррекции «А» шумомера, Па.

     Эквивалентный по энергии уровень звука, L _АЭКВ, дБА, непостоянного шума за время Т – уровень звука постоянного широкополосного шума, который имеет такое же среднеквадратичное звуковое давление, что и данный непостоянный шум в течение определенного интервала времени.                                                                                                                                                                                           

Максимальный уровень звука, L _AМАКС, дБА – уровень звука, соответствующий максимальному показателю измерительного, прямопоказывающего прибора (шумомера) при визуальном отсчете, или значение уровня звука, превышаемое в течение 1 % времени измерения при регистрации автоматическим устройством.

    Вредное воздействие шума зависит от длительности нахождения человека в неблагоприятных в акустическом отношении условиях. Поэтому, введено понятие дозы шума Д, Па²×ч, как интегральной величины, учитывающей акустическую энергию, воздействующую на человека за определенный период времени Т. Доза шума определяется по формуле                                 

                                                                                           (6.13)                                     

где Р_А – среднеквадратичное значение звукового давления с учетом коррекции “А” шумомера, Па.