Залежність рівня звукового тиску, що сприймається людиною від частоти звуку (криві рівної гучності)

В зв’язку з тим, що слухове сприйняття пропорційне логарифму кількості звукової енергії були використані логарифмічні значення – рівні звукової інтенсивності (L_i) та звукового тиску(L_p), які виражаються у децибелах (дБ). Рівень інтенсивності та рівень тиску звука виражаються формулами:

L_i = 101g J /J₀, дБ;

L_р = 201g р /р₀, дБ;

де J₀,- значення інтенсивності на нижньому порозі чутності його людиною при частоті 1000 Гц, J₀ = 10^-12 Вт/м₂; р₀ - порогові значення на нижнього порозі чутності звукового тиску людиною на частоті 1000 Гц, р₀ =2*10^-5 Па.

На порозі больового відчуття (верхнього порога) на частоті 1000 Гц значення інтенсивності J_п =102 Вт/м², а звукового тиску рп=2·10 Па.

Спектр шуму – залежність рівнів інтенсивності від частоти. Розрізняють спектри суцільні (широкосмугові), у яких спектральні складові розташовані по шкалі частот безперервно, і дискретні (тональні), коли спектральні складові розділені ділянками нульової інтенсивності. На практиці спектральну характеристику шуму звичайно визначають як сукупність рівнів звукового тиску (інтенсивності) у частотних октавних смугах. Ширина таких смуг відповідає співвідношенню f_в/f_н =2, де f_в - верхня частота смуги, f_н – нижня частота смуги. Оскільки сприйняття звуку людиною різниця за частотою, для вимірів шуму, що відповідає його суб’єктивному сприйняттю вводять поняття коректованого рівня звукового тиску. Корекція здійснюється за допомогою поправок, які додаються у частотних смугах. Значення загального рівня шуму з урахуванням вказаної корекції по частотним смугам називають рівнем звука (дБА)

За часовими характеристиками шуми поділяють на постійні і непостійні. Постійними вважають шуми, у яких рівень звуку протягом робочого дня змінюється не більше ніж на 5 дБА. Непостійні шуми поділяються на переривчасті, з коливанням у часі, та імпульсні. При переривчастому шумі рівень звуку може різко падати до фонового рівня, а довжина інтервалів, коли рівень залишається постійним і перевищує фоновий рівень, досягає 1 с та більше. При шумі з коливаннями у часі рівень звуку безперервно змінюється у часі. До імпульсних відносять шуми у вигляді окремих звукових сигналів тривалістю менше 1 с кожний, що сприймаються людським вухом як окремі удари.

Джерело шуму характеризують звуковою потужністю W(Вт), під якою розуміють кількість енергії у ватах, яка випромінюється цим джерелом у вигляді звуку в одиницю часу.

Рівень звукової потужності(дБ) джерела визначають за формулою:

L_w = 10 lg W/W₀,

де W⁰ – порогові значення звукової потужності, яке дорівнює 10-12 Вт.

В випадку, коли джерело випромінює звукову енергію в усі сторони рівномірно, середня інтенсивність звуку в будь-якій точці простору буде дорівнювати:

J_ср = W/4×p×r²,

де r – відстань від центра джерела до поверхні сфери, що віддалена на таку достатньо велику відстань, щоб джерело можна було вважати точковим.

Якщо випромінювання відбувається не в сферу, а в обмежений простір, вводиться кут випромінювання W, який вимірюється в стерадіанах. Тоді

J_ср = W/W×r².

Якщо джерело шуму являє собою пристрій, розташований на поверхні землі, то W=2p, у двогранному куті W=p, у тригранному W=p/2.

Фактором направленості джерела називають відношення інтенсивності звуку, який випромінюється в даному напрямі, до середньої інтенсивності

Ф = J/J_ср

Шумові характеристики обов’язково встановлюють в стандартах або технічних умовах на машини і вказують у їх паспортах. Значення шумових характеристик встановлюють, виходячи з вимог забезпечення на робочих місцях, житловій території і в будинках допустимих рівнів шуму.

Розрахунок очікуваної шумової характеристики є необхідною складовою частиною конструювання машини або транспортного засобу.

 

Ультра та інфразвук

Ультразвук широко застосовують в техніці для диспергування рідин, очищення частин, зварювання пластмас, дефектоскопії металів, очищення газів від шкідливих домішок тощо.

У техніці застосовують звукові хвилі частотою вище 11,2 кГц, тобто захоплюється частина діапазону відчутних для людини звуків. На організм людини ультразвук впливає, головним чином, при безпосередньому контакті, а також через повітря. При дотриманні заходів безпеки робота з ультразвуком на стані здоров’я не позначається.

Коливання та звук інфразвукових частот широко розповсюджені в сучасному виробництві й на транспорті. Вони утворюються під час роботи компресорів, двигунів внутрішнього згоряння, великих вентиляторів, руху локомотивів та автомобілів. Інфразвук є одним з несприятливих факторів виробничого середовища, і при високих рівнях звукового тиску (більше 110-120 дБ) спостерігається шкідливий вплив його на організм людини.

Вібрація

Вібрація це механічні коливання пружних тіл або коливальні рухи механічних систем. Для людини вібрація є видом механічного впливу, якій має негативні наслідки для організму.

Причиною появи вібрації є неврівноважені сили та ударні процеси в діючих механізмах. Створення високопродуктивних потужних машин і швидкісних транспортних засобів при одночасному зниженні їх матеріалоємності неминуче призводить до збільшення інтенсивності і розширення спектру вібраційних та віброакустичних полів. Цьому сприяє також широке використання в промисловості і будівництві високоефективних механізмів вібраційної та віброударної дії. Дія вібрації може приводити до трансформування внутрішньої структури і поверхневих шарів матеріалів, зміни умов тертя і зносу на контактних поверхнях деталей машин, нагрівання конструкцій. Через вібрацію збільшуються динамічні навантаження в елементах конструкцій, стиках і сполученнях, знижується несуча здатність деталей, ініціюються тріщини, виникає руйнування обладнання. Усе це приводить до зниження строку служби устаткування, зростання імовірності аварійних ситуацій і зростання економічних витрат. Вважають, що 80% аварії в машинах і механізмах здійснюється в наслідок вібрації. Крім того, коливання конструкцій часто є джерелом небажаного шуму. Захист від вібрації є складною і багатоплановою в науково-технічному та важливою у соціально-економічному відношеннях проблемою нашого суспільства.

Дія вібрації визначається інтенсивністю коливань, їх спектральним складом, тривалістю впливу та напрямком дії. Показниками інтенсивності є середньоквадратичні або амплітудні значення віброприскорення (а), віброшвидкості(v), вібро зміщення (x). Параметри x,v, a – взаємозалежні, і для синусоїдальних вібрацій величина кожного з них може бути обчислена за значеннями іншого зі співвідношення:

a = v(2πf)= x(2πf)2

де 2π f – кругова частота вібрації, с^-1.

Логарифмічні рівні віброшвидкості (Lv) в дБ визначають за формулою:

де v - середньоквадратичне значення віброшвидкості, м/с, (v= , де v_i – миттєві значення віброшвидкості за період осереднення Т); v_o - опорне значення віброшвидкості, що дорівнює 5 х 10^-8 м/с (для локальної та загальної вібрацій).

Логарифмічні рівні віброприскорення (La) в дБ визначають за формулою:

де a - середнє квадратичне значення віброприскорення, м/с²; a_о - опорне значення віброприскорення, що дорівнює 3 х 10^-4 м/с².

За способом передачі на тіло людини розрізняють загальну та локальну (місцеву) вібрацію. Загальна вібрація та, що викликає коливання всього організму, а місцева (локальна) – втягує в коливальні рухи лише окремі частини тіла (руки, ноги).

Локальна вібрація, що діє на руки людини, утворюється багатьма ручними машинами та механізованим інструментом, при керуванні засобами транспорту та машинами, при будівельних та монтажних роботах.

Загальну вібрацію за джерелом виникнення поділяють на такі категорії:

Категорія 1 – транспортна вібрація, яка діє на людину на робочих місцях самохідних та причіпних машин, транспортних засобів під час руху по місцевості, агрофонах і дорогах (в тому числі при їх будівництві). До джерел транспортної вібрації відносять, наприклад, трактори сільськогосподарські та промислові, самохідні сільськогосподарські машини; автомобілі вантажні (в тому числі тягачі, скрепери, грейдери, котки та ін.); снігоприбирачі, самохідний гірничошахтний рейковий транспорт.

Категорія 2 – транспортно-технологічна вібрація, яка діє на людину на робочих місцях машин з обмеженою рухливістю та таких, що рухаються тільки по спеціально підготовленим поверхням виробничих приміщень, промислових майданчиків та гірничих виробок. До джерел транспортно-технологічної вібрації відносять, наприклад, екскаватори (в тому числі роторні), крани промислові та будівельні, машини для завантаження мартенівських печей (завалочні), гірничі комбайни, самохідні бурильні каретки, шляхові машини, бетоноукладачі, транспорт виробничих приміщень.

Категорія 3 – технологічна вібрація, яка діє на людину на робочих місцях стаціонарних машин чи передається на робочі місця, які не мають джерел вібрації. До джерел технологічної вібрації відносяться, наприклад, верстати та метало-деревообробне, пресувально-ковальське обладнання, ливарні машини, електричні машини, окремі стаціонарні електричні установки, насосні агрегати та вентилятори, обладнання для буріння свердловин, бурові верстати, машини для тваринництва, очищення та сортування зерна (у тому числі сушарні), обладнання промисловості будматеріалів (крім бетоноукладачів), установки хімічної та нафтохімічної промисловості і т. ін.

Загальну технологічну вібрацію за місцем дії поділяють на такі типи:

а) на постійних робочих місцях виробничих приміщень підприємств;

б) на робочих місцях складів, їдалень, побутових, чергових та інших виробничих приміщень, де немає джерел вібрації;

в) на робочих місцях заводоуправлінь, конструкторських бюро, лабораторій, учбових пунктів, обчислювальних центрів, медпунктів, конторських приміщень, робочих кімнат та інших приміщень для працівників розумової праці.

За джерелом виникнення локальну вібрацію поділяють на таку, що передається від:

- ручних машин або ручного механізованого інструменту, органів керування машинами та устаткуванням;

- ручних інструментів без двигунів (наприклад, рихтувальні молотки) та деталей, які оброблюються.

За часовими характеристиками загальні та локальні вібрації поділяють на:

- постійні, для яких величина віброприскорення або віброшвидкості змінюється менше ніж у 2 рази (менше 6 дБ) за робочу зміну;

- непостійні, для яких величина віброприскорення або віброшвидкості змінюється не менше ніж у 2 рази (6 дБ і більше) за робочу зміну.

За напрямком дії загальну та локальну вібрації характеризують з урахуванням осей ортогональної системи координат X, Y, Z (рис. 10).

Напрями координатних осей при дії загальної (а) та локальної(б) вібрації

 

а	б

Рис. 10. Напрямок координатних осей при дії загальної (а)

і локальної вібрації (б)

 

Нормування шуму і вібрації

Нормування шуму для робочих місць регламентується державними стандартами ГОСТ 12.1.003-86 „Шум. Общие требования безопасности” та ДСН 3.3.6.037-99. В основу гігієнічних норм покладені такі принципи: зменшення інтенсивності звукового тиску до меж октави; характер шуму; собливості трудової діяльності.

Нормування шуму проводиться за двома методами: граничного спектра шуму та рівня звуку. Метод граничних спектрів застосовують для нормування постійного шуму. Він полягає в обмеженні рівнів звукового тиску в октавних смугах із середніми геометричними частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000 і 8000 Гц. Метод нормування за рівнем звуку, який використовується для орієнтовної оцінки постійного і непостійного шуму.

У табл. 23 наведені допустимі рівні звукового тиску в октавних смугах частот, рівні звуку та еквівалентні рівні звуку на робочих місцях, у виробничих приміщеннях, конструкторських бюро, приміщеннях лабораторій та інших для широкосмужного шуму згідно із ДСН 3.3.6.037-99.

З табл. 13 видно, що величини звукового тиску низьких частот мають більш високі значення і знижуються з підвищенням частоти. Це пояснюється тим, що людський організм легше переносить низькі частоти і значно гірше – високі. Допустимі рівні звукового тиску в октавних смугах частот, рівні шуму й еквівалентні рівні шуму на робочих місцях для тонального та імпульсного шуму слід приймати на 5 дБ менше тих значень, що наведені в табл. 13.

Нормами передбачається робочі зони з рівнем звуку, що перевищує 85 дБА, позначати спеціальними знаками, а працюючих у цих зонах – забезпечувати засобами індивідуального захисту органів слуху.

 

Таблиця 13

Нормовані рівні звукового тиску та рівні шуму на робочих місцях

Види трудової діяльності	Рівні звукового тиску (дБ) в октавних смугах із середньогеометричними частотами (Гц)	Рівень звуку в дБА
31,5
1. Творча діяльність, керівна робота з підвищеними вимогами, наукова діяльність, конструювання, викладання, проектно-конструкторські бюро, програмування на ЕОМ
2. Висококваліфікована робота, вимірювання й аналітична робота в лабораторіях
3. Робота, що виконується за вказівками та акустичними сигналами. Приміщення диспетчерських служб, машинописних бюро
4. Робочі місця за пультами у кабінах нагляду і дистанційного управління без мовного зв’язку. Приміщення лабораторій з шумним устаткуванням
5. Постійні робочі місця у виробничих приміщеннях та на території підприємств

 

Згідно із ДСН 3.3.6.039-99 гiгiєнiчнi норми вібрації встановлюють залежно від її виду, місця, часу та напрямку дiї. Гігієнічна оцінка вібрації, що діє на людину у виробничих умовах, здійснюється за допомогою таких методів: спектрального аналізу параметрів; інтегральної оцінки за спектром частот нормованих параметрів; дози вібрації. При спектральному аналізі нормованими параметрами використовуються середні квадратичні значення вiброшвидкості та вiброприскорення в октавних смугах із середньогеометричними частотами 1, 2, 4, 8, 16, 32, 63 Гц для загальної вібрації та 16, 32, 63, 125, 250, 500, 1000 Гц для локальної вібрації. Гігієнічні норми в логарифмічних рівнях середніх квадратичних значень віброшвидкостей для октавних смуг частот наведені в табл. 14, 15.

Сумарний час роботи в контакті з ручними машинами, які викликають вібрацію, не повинен перевищувати 2/3 робочої зміни. При цьому тривалість одноразової неперервної дії вібрації, включаючи мікропаузи, не повинна перевищувати 15 – 20 хв. Сумарний час роботи з віброінструментом при восьмигодинному робочому дні і п’ятиденному робочому тижні повинен скласти для слюсаря не більше 30 % зміни, для електромонтажника 22 %, для наладника 15 %. Маса обладнання, яка утримується руками, не більше 10 кг, а сила натиску не більше 196 Н.

 

Таблиця 14

Гранично-допустимі рівні локальної вібрації

Середньогеометричні частоти октавних смуг, Гц	Гранично-допустимі рівні вібрації по осях Хл, Yл Zл
Віброшвидкість	Віброприскорення
v, м/с 10^-2	Lv дБ	а, м/с^2	La, дБ
	2,8		1,4
	1,4		1,4
31,5	1,4		2,7
	1,4		5,4
	1,4		10,7
	1,4		21,3
	1,4		42,5
	1,4		85,0
Коректований, еквівалентний рівень	2,0		2,0

 

Таблиця 15

Гранично-допустимі рівні загальної вібрації категорії 3

(технологічна типу «в»)

Середньогеометричні частоти октавних смуг, Гц	Гранично-допустимі рівні вібрації по осях Хл, Yл Zл
Віброшвидкість	Віброприскорення
v, м/с 10^-2	Lv дБ	а, м/с^2	La, дБ
1/3 окт.	1/1 окт.	1/3 окт.	1/1 окт.	1/3 окт.	1/1 окт.	1/3 окт.	1/1 окт.
2,0	0,0112	0,02			0,089	0,18
4,0	0,008	0,014			0,032	0,063
8,0	0,008	0,014			0,016	0,032
16,0	0,016	0,028			0,016	0,028
20,0	0,0196				0,016
31,5	0,0315	0,056			0,016	0,028
40,0	0,04				0,016
50,0	0,05				0,016
63,0	0,063	0,112			0,016	0,028
80,0	0,08				0,016
Коректований, еквівалентний рівень	-	0,014	-		-	0,028	-

 

 

Висновоки

1. Для людини, яка керує машиною або слідкує за технологічним процесом, необхідно забезпечити відповідний рівень освітленості. Освітленість впливає на протікання процесу обміну речовин людини, підвищує діяльність окремих систем (наприклад, дихальної), але особливо впливає на функцію зору, а через неї і на продуктивність праці. Раціональне освітлення запобігає розвитку стомлюваності очей, підвищуючи видимість робочого простору, обладнання, інструментів, та запобігає виробничому травматизму. Освітлення буває природним, штучним і комбінованим. За функціональним призначенням штучне освітлення поділяється на робоче, чергове, аварійне, евакуаційне, охоронне.

2. Шум, вібрація, ультразвук, інфразвук за своєю фізичною природою є механічними коливаннями твердих тіл, газів, рідини. Шум являє собою сукупність звуків, які несприятливо діють на організм людини і викликають негативні відчуття. У фізичному розумінні шум – це швидкі й складні зміни тиску повітря. Рівень звукового тиску і шуму вимірюється шумоміром і виражається в одиницях інтенсивності шуму дБ. Децибел – це фізична одиниця вимірювання, яка не залежить від суб’єктивного сприйняття звуку. Джерелами шуму на виробництві є обладнання. Дуже часто шум виникає із-за невдалої конструкції. Шуми бувають тональнi та широкосмугові. За часовими характеристиками їх прийнято дiлити на постiйнi та непостiйнi.

3. Людина, яка має справу з механічним обладнанням та інструментами, потрапляє під дію вібрації. Шкода здоров’ю, що спричиняється вібрацією, залежить від амплітуди, частоти, швидкості та сили коливань. Частота вимірюється в герцах, амплітуда – в міліметрах. Частота вібрацій, яка виникає в мобільних засобах, складає 1 – 100 Гц, вібрація ручного механічного обладнання має частоту 5 – 700 Гц. Кожна частина тіла людини характеризується своїм критичним рівнем резонансу коливань. Якщо вібрація перевищує цей критичний рівень, органи починають вібрувати, що може призвести до смертельного результату. Розрізняють локальну та загальну вібрацію. Локальну вібрацію класифікують за джерелом виникнення, характером спектра, частотним спектром, тимчасовими характеристиками. Загальна ділиться на три категорії – транспортну, транспортно-технологічну, технологічну.

 

Питання для самоконтролю

 

1. Визначити поняття мікроклімату робочої зони, охарактеризувати його вплив на теплообмін організму людини з навколишнім середовищем.

2. Що таке тепловий удар.

3. Назвіть основні види теплообміну людини з навколишнім середовищем. Як вони залежать від параметрів мікроклімату?

4. Дати визначення понять: оптимальні (комфортні), припустимі і шкідливі умови роботи.

5. Назвіть прилади для вимірювання параметрів мікроклімата.

6. Який вплив шкідливих речовин на організм людини?

7. Опишіть основні джерела забруднення шкідливими речовинами повітряного середовища виробничих приміщень підприємств.

8. Як здійснюється нормування параметрів мікроклімату?

9. Приведіть класифікацію шкідливих домішок повітря робочої зони.

10. Як залежить шкідливий вплив домішок повітряного середовища від їхнього хімічного складу, часу дії, концентрації, параметрів мікроклімату, наявності інших шкідливих факторів, фізичної трудомісткості робіт?

11. Як здійснюється санітарно-гігієнічне нормування забруднень повітряного середовища на виробництві?

12. Як здійснюється визначення гранично припустимих концентрацій шкідливих домішок повітря робочої зони при наявності декількох домішок?

13. Опишіть загальні заходи і способи попередження забруднення повітряного середовища на виробництві.

14. Розкрийте основні світлотехнічні поняття: сила світла, світловий потік, освітленість, яскравість, контраст, видимість, фон. Одиниці виміру.

15. Яке значення має природне освітлення для працюючих як виробничий і фізіолого-гігієнічний фактор? Які бувають системи природного освітлення?

16. Розкрийте поняття: коефіцієнт природного освітлення, розряди робіт із зорової напруги.

17. Як здійснюється нормування природного освітлення?

18. Що таке шум? Причини і джерела виникнення шуму на підприємствах.

19. Які фізичні параметри використовують для характеристики шуму? Одиниці їхніх вимірів. Як визначаються логарифмічні рівні?

20. Як класифікуються шуми?

21. Дайте характеристику впливу шуму на організм людини.

22. Як здійснюється гігієнічне нормування шуму?

23. Що таке вібрація? Причини і джерела вібрації на підприємствах.

24. Якими фізичними параметрами характеризується вібрація? Одиниці їхнього виміру. Як визначаються логарифмічні рівні?

25. Як класифікується вібрація?

26. Дайте характеристику впливу вібрації на організм людини.

27. Як здійснюється гігієнічне нормування вібрації?

28. Класифікація загальної вібрації за джерелом виникнення?

29. Характеристики джерела шуму

30. Що таке ультра- інфра- звук?

 

 

Лекція 4