Исследование шума и вибрации

Цель работы. Освоить методику исследований, расширить знания и умения в оценке уровня шума и вибрации.

Задание. 1. Изучить характеристики шума и вибраций и основные приборы для их измерения. 2. Измерить и оценить уровень шума различных источников и уровень звукового давления в октавных полосах частот. 3. Оценить влияние различных заслонок на уровень шума и подкладок из различных материалов на уровень вибрации площадки с виброисточником.

Рекомендуется провести сначала работу по шуму, а затем по вибрации.

Исследование шума

Базовый теоретический материал. Шум – это беспорядочное сочетание различных по частоте и силе звуков, мешающих человеческой деятельности и вызывающих неприятные ощущения.

Органы слуха человека воспринимают звуковые волны с частотой от
16 до 20000 Гц. Колебания с частотой до 16 Гц (инфразвук) и свыше 20000 Гц (ультразвук) не вызывают слуховых ощущений, но оказывают биологическое воздействие на организм.

Шум отрицательно влияет на организм человека и, в первую очередь, на его центральную нервную и сердечно-сосудистую системы. Длительное воздействие шума снижает остроту слуха. При действии шума снижается способность сосредоточить внимание, точность выполнения работ, связанных с приемом и анализом информации, на 10–15 % падает производительность труда. Кроме того, шум вызывает усталость. В настоящее время шум является одним из основных техногенных загрязнителей окружающей среды. В связи с этим снижение уровня шума, защита от него людей – очень важная задача.

Шум характеризуется физическими и физиологическими параметрами. Физическими параметрами звука являются частота, интенсивность (сила), звуковое давление, уровень шума, громкость; физиологическими – ощущение громкости, мешающей разговорной речи, появление функциональных расстройств некоторых органов или организма.

Интенсивность (сила) звука I – средняя по времени энергия, переносимая звуковой волной за 1 с через сечение площадью в 1 м, расположенное перпендикулярно направлению распространения звуковой волны. Интенсивность звука – величина векторная, измеряется в Вт/м².

Звуковое давление р – дополнительное давление, отличное от атмосферного, возникающее в газе или жидкости при прохождении через них звуковой волны.

Для характеристики уровня шума используют не непосредственно значения интенсивности звука и звукового давления, которыми неудобно оперировать, а их логарифмические значения, называемые уровнем интенсивности или уровнем звукового давления.

Уровень интенсивности звука, дБ:

(6.1)

где I – интенсивность звука, Вт/м;

I ₀ – интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости человеческого уха.

Уровень звукового давления, дБ:

(6.2)

где p – звуковое давление, Па;

p_o – звуковое давление, соответствующее порогу слышимости че­лове­чес­ко­го уха, Па.

Порогу слышимости, т.е. едва ощущаемому звуку, соответствует звуковое давление p₀ = 2 · 10⁵ Н/м² и интенсивность I ₀ = 10¹² Вт/м². Порогу, вызывае-мому в органах слуха болевое ощущение, соответствует звуковое давление
Р₁ = 2 · 10² Н/м² и интенсивность I ₁ = 10¹² Вт/м². Пороговые значения давления и интенсивности звука соответствуют частоте 1000 Гц.

Уровень интенсивности звука на пороге слышимости условно принят за начало отсчета (L = 0 Б) и назван белом (Б). На практике применяется более мелкая единица – децибел (дБ). Увеличение интенсивности звука L_i по сравнению с I ₀
в 10 раз (до 10¹¹ Вт/м²) будет соответствовать 1 Б, в 100 раз (до 10^–10 Вт/м²) – 2 Б и т.д. На пороге болевых ощущений уровень звука равен 14 Б.

При распространении звука в нормальных атмосферных условиях
L_i = 2 L_P. При расчетах уровня шума используют величину интенсивности звука, а для оценки воздействия шума на человека – уровень звукового давления.

Слуховой аппарат человека по-разному воспринимает звуки различной частоты, поэтому введено понятие громкости, которая измеряется в фонах. Один фон – это громкость при частоте 1 000 Гц и уровне интенсивности 1 дБ. Стандартным звуком считается звук частотой 1 000 Гц и интенсивностью 20 дБ (20 фон).

Разложение шума на его составляющие тона с определением их величины на отдельных частотах называется спектральным анализом. Таким образом, спектр шума – это взаимозависимость звука (дБ) и частоты (Гц). На практике измерение уровней шума ведут не на каждой отдельной частоте, а в октавных полосах. Октава – диапазон частот, в котором верхняя граница частоты вдвое больше нижней, например: 45–90 Гц, 90–180 Гц и т.д. Для удобства и сопоставимости измерений границы всех полос стандартизированы, а измерения ведутся на среднегеометрических частотах 63, 125, 250, 500, 1 000, 2 000, 4 000 и 8 000 Гц. Среднегеометрическая частота между верхней f_в и нижней f_н границами октавы определяется так:

(6.3)

Шум может быть широкополосный с непрерывным спектром более одной октавы и тональный, в спектре которого имеются выраженные дискретные тона.

Предельно допустимые уровни шума установлены ГОСТ 12.1.003-83 «ССБТ. Шум. Общие требования безопасности» и СН 2.2.4/2.1.8.562-96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки». Данные документы устанавливают как допустимый уровень звукового давления в октавных полосах для стандартного ряда среднегеометрических частот, так и для ориентировочной (общей) оценки шума, измеренного по шкале А шумомера. Эта шкала имитирует общую чувствительность уха человека во всем диапазоне частот. Величина уровня звука, измеренного по этой шкале, обозначается в дБА (прил. Г).

При этой измерительной системе за начало отсчета принимается уровень звука на пороге слышимости (L = 0 Б). Поскольку человеческое ухо воспринимает изменение звука в 0,1 Б, то интенсивность звука измеряют в децибелах (дБ) 1 Б = 10 дБ. Шум разных частот воспринимается по-разному, поэтому уровень звукового давления определяется на стандартных среднегеометрических частотах. Для ориентировочной (общей) оценки шума принято пользоваться общим уровнем шума по шкале «А» шумомера, именуемым уровнем звука в дБА.

Суммарный уровень шума L _сум в децибелах от нескольких источников
(L ₁ L₂, L₃…..L_n) определяется по формуле

. (6.4)

Для измерения и анализа шума используют шумомеры, анализаторы, дозиметры шума различных конструкций. В качестве датчиков в акустических трактах принимают конденсаторные или электродинамические микрофоны. Принцип работы приборов для измерения шума основан на преобразовании давления звуковых волн, воспринимаемых микрофоном, в пропорциональные по величине электрические сигналы, которые после усиления подаются на измерительный прибор и оцениваются по шкале в децибелах.

На рабочих местах измеряют шум на уровне уха работающего (1,2–1,5 м от пола) при включении 2/3 установленного оборудования в характерном режиме работы. В цехах замеры производят в двух точках по продольной оси помещения на расстоянии 1/3 от поперечных стен на высоте 1,5 м от пола, в кабинетах без оборудования – в середине.

Метод защиты от шума в каждом конкретном случае выбирается отдельно. Чаще всего уменьшают шум в источнике, изменяют направленность излучения шума, планировку и акустическую обработку, уменьшают шум на пути его распространения, применяют средства индивидуальной защиты и др. Для снижения шума надо знать звукоизолирующие свойства материалов. Экспериментально звукопоглощающие свойства различных материалов оценивают по разности уровней звукового давления в децибелах без звукопоглощающих заслонок и при их наличии.

Оборудование. Измеритель шума и вибрации установка с шумовой камерой и звукоизолирующими заслонками из различного материала; источники шума; рулетка.

Порядок выполнения работы

1. Замерить общий уровень шума в децибелах по шкале А шумомера от двух источников.

2. Найти суммарный уровень шума двух источников расчетным и опытным путями. Сравнить результаты между собой и с допустимыми нормами.

3. Измерить уровень звуковых давлений в октавных полосах, произвести замеры на разных частотах, результаты измерений записать в табл. 6.1.

 

Таблица 6.1

Результаты измерений

Параметры замера	Частота, Гц
Частота, Гц	31,5					1 000	2 000	4 000	8 000
Шум, дБ
Доп. значение, дБ

4. Замеренный уровень шума представить в виде графика спектра шума. Для этого по горизонтальной оси отложить частоту, а по вертикальной – равномерную шкалу децибел с динамическим диапазоном 20 дБ.

5. Удаляя магнитофон (или другой источник постоянного шума) на расстояние 0,25; 0,5; 1,0; 2,0; 3,0 м, замерить уровень звука по шкале А в дБА. Построить график L = f(S).

 

Рис. 6.1. Координатная сетка для построения графика спектра шума

 

 

В отчете необходимо найденные показатели шума сравнить с нормируемыми и сделать выводы, можно ли работать при таком шуме. К отчету прилагаются таблица и график спектра шума, таблица и график зависимости уровня шума от расстояния до источника.

Контрольные вопросы

1. Что такое шум? В каких пределах частот воспринимаются звуки ухом человека?

2. Что такое стандартные среднегеометрические частоты?

3. Что такое децибел?

4. Какие характеристики имеет шум?

5. В чем заключается принцип работы приборов по измерению шума?

6. Как измерить общий (эквивалентный) уровень шума и уровень звукового давления в октавных полосах?

7. Как слагается шум двух источников?

8. В каких местах замеряется шум в производственном помещении?

9. Изучить средства защиты от шума.