Исследование шума и методов борьбы с ним

Цель работы:

- ознакомиться с особенностями воздействия звуковых волн и шума на организм человека;

- ознакомиться с нормативными требованиями к производственным шумам и шумам от других источников;

- определить эффективность средств поглощения звука и звукоизоляции;

- изучить характеристики и особенности использования шумомеров.

 

Общие положения.

1. Шумом называется совокупность звуков, издаваемых производственным оборудованием, природной средой, окружающей человека и т. п.

Общей особенностью шума, вибрации и зрения является принадлежность их к физическим явлениям, связанных с органами чувств. Все эти явления жизненно важны для человека и изменяются в очень широком диапазоне энергий и интенсивностей.

По интенсивности эти звуки отличаются в 10 ⁹- 10¹⁴ раз. Для «объективной линейной оценки» интенсивности в этом случае наши звуковой анализатор и мозг «логарифмируют» энергию сигнала.

Поэтому при оценке уровня интенсивности L_J (или энергии) звуковой волны используется десятичный логарифм энергии, умноженный на 10:

 

; ; , (1)

 

где J – интенсивность звуковой волны, J ₀ – пороговое (минимальное) значение интенсивности при частоте 1 кГц, ощущаемое человеком; p – звуковое давление, ρ - плотность среды, в которой распространяется звуковая волна, c – скорость звука; для порогового значения давления имеем p ₀ = 2 × 10 ^-5 Па.

Уровень L_J измеряется в децибелах (dБ); эта единица измерения расшифровывается следующим образом:

- деци – «величина, умноженная на 10» (как «дециметр»);

- 1 бел ≡ lg 10; это обозначение введено одним из первых связистов Беллом.

В логарифмическом масштабе зависимость L_J (J/J₀)линейна, что и позволяет нам «объективно» сравнивать звуки разной интенсивности.

Эта особенность наших органов чувств определяется как «закон Вебера – Фехнера».

Развитие физики позволило создать приборы, способные объективно измерять давление и интенсивность звуковых волн. При этом установлено, что наша субъективная «операция логарифмирования» немного некорректна; на частоте 1 кГц необходимо вводить поправку:

 

[дБА] = [дБ] + 5 дБ. (2)

 

где дБА – акустическая оценка уровня звука по физиологическому ощущению.

Задача 1. Нормируемый средний уровень шума в производственных помещениях равен 80 дБ. Чему равен уровень этого шума в дБА?

Ответ: 80 дБ + 5 дБ = 85 дБА.

Задача 2. Измеренный в цехе уровень шума равен 100 дБ.

1) Во сколько раз он превышает нормированный уровень по «физиологическому ощущению» персонала цеха?

Ответ: сравнение необходимо произвести в дБА; имеем: 100 дБ ≡ 105 дБА; норма 80 дБ ≡ 85 дБА; 105/85 = 1,24.

 

2) Во сколько раз измеренный уровень шума превышает норму по интенсивности (энергии)?

Ответ: сравнение энергий необходимо произвести на основе формулы (1); при этом после операции «потенцирования», имеем:

80 дБ= 10 lg (J _норм./ J ₀); 8 = lg (J _норм./ J ₀);

J _норм./ J ₀= 10⁸; 100 дБ= 10 lg (J _изм./ J ₀ );

J _изм./ J ₀ = 10¹⁰ ; J _изм./ J _норм.= 100.

Таким образом, неадекватно: по ощущению звук кажется всего на 24% больше нормы, в то время как по величине энергии он превышает ее в 100 раз.

Возможен и другой вариант решения этой задачи:

 

Δ L _J = 100 -80 = 20 = 10 lg [(J _изм./ J ₀)× (J ₀ / J _норм. )];

20 = 10 lg (J _изм/ J _норм); J _изм./ J _норм. = 100.

2. Уровни звукового давления

 

Таблица 1.

Источник шума	Уровень звукового давления, дБ	Отношение J/J0
Порог ощущения Карманные часы Шепот на расстоянии 0,5 -1 м Речь средней громкости на расстоянии 1м Средний шум в цехе; норма   Метро Работа на металлорежущих станках (на рабочем месте) Работа пневмоинструмента (на расстоянии 1м)   Шум на дискотеке; признаки «шумового опьянения» Работа реактивного двигателя Порог болевого ощущения Смертельно опасный шум	30 – 40   90 – 100   90 – 110   110 - 120     110 – 135 более 140	1000 – 10^4 1 000 000 10^8   10^9– 10^10   10^9-10^11   10^11– 10^12     10^11 - 3×10^13 10^14 10^14 10^16

 

Большой диапазон уровней интенсивности звуков и шумов иногда ставит неожиданные задачи, например, перед проектировщиками поточных линий в цехах машиностроительных предприятий.

Задача. На поточной линии рядомстоят два станка; один издает шум с уровнем интенсивности 110 дБ; второй – 60 дБ. Каков суммарный уровень интенсивности шума?

Решение. Очевидно, в пространстве между станками суммируются энергии звуковых волн. При этом на основе формулы (1) первый станок создаст интенсивность шума J₁ , равную:

110 = 10 lg (J ₁ /J ₀ ); J ₁ = 10¹¹ J ₀;

второй: 60 = 10 lg (J ₂ /J ₀); J ₂ = 10 ⁶ J ₀;

для суммы имеем: ;

.

В случае, если уровень интенсивности шума двух станков одинаков (),суммарный уровень интенсивности может быть определен по выражению:

 

Уровень интенсивности шума практически не увеличился. При борьбе с шумом эту особенность приходится учитывать в следующих формах.

1) Станки, которые шумят особенно сильно, группируют и звукоизолируют; персонал, работающий на них, использует средства индивидуальной защиты от шума. Зато персонал, который работает на малошумящих станках, находится в комфортных по шуму условиях.

2) При борьбе с шумом основное внимание обращают на оборудование (станки, их узлы и т.п.), с работой которых связан наибольший уровень шума.

3) Особые трудности борьба с шумом вызывает в случае, при котором все элементы (станки, их узлы, узлы сложных изделий и т.п.) «шумят» почти одинаково. В этом случае приходится искать принципиально новые решения (вплоть до замены технологии или принципа работы оборудования). Типичным примером является замена технологии клепки на технологию сварки.

Эта же особенность учтена при разработке шумомеров. Дело в том, что Человек способен «логарифмировать» интенсивность шума лучше, чем электронные устройства; поэтому, например, в шумомере ШУМ – 1м пришлось ввести 3 диапазона измерений уровня интенсивности шума (таблица 2).

 

Таблица 2

Тип шумомера	Диапазон измерений
ШУМ -1М30	30 дБ(А) – 120 дБ(А) 35 дБ(Б) – 130 дБ(Б) 40 дБ(С) – 130 дБ(С)

 

Разбиение на диапазоны позволило получить погрешность измерений меньше 1 дБ. Отметим, что прибор «измеряет дБ»; для перехода на уровни «акустического восприятия человеком» (дБА) необходимо использовать формулу (2).

 

Классификация шумов (ГОСТ 12.1.003-89 ССБТ)

1. По частоте различают:

· низкочастотные шумы (менее 300 Гц),

· среднечастотные шумы (300 ¼1000 Гц),

· высокочастотные шумы (более 1000 Гц).

2. По времени воздействия различают:

· постоянные шумы,

· непостоянные шумы.

Постоянный шум – это шум, уровень звукового давления которого за рабочую смену изменится не более, чем на 5 дБ.

3. По частотному спектру различают:

· широкополосный шум,

· тональный шум.

Широкополосный шум – это такой вид шума, уровень звукового давления в пределах одной октавы непрерывен.

Тональный шум – это такой вид шума, уровень звукового давления в пределах одной октавной полосы () имеет ярко выраженные тона (пульсации).

4. По происхождению различают:

· механические шумы, возникающие в подшипниках качения, зубчатых передачах, механизмах с возвратно-поступательным движением элементов кинематики и т.д.;

· аэродинамические шумы, возникающие при выхлопах, пульсациях и виброобразованиях газов;

· гидродинамические, возникающих при работе насосов (процесс кавитации, турбулентности, гидроудар);

· электромагнитные, возникающие при работе электромагнитных устройств переменного тока (трансформаторы, двигатели).