Лекция 4 шум

1
ИСТОЧНИК: Охрана труда в машиностроении: Учебник для
машиностроительных вузов/Под общ.ред.Е.Я.Юдина,
2-е изд. – М.:Машиносмтроение,1983.-432 стр.
(164 -206+Лекции) Лекция 4. Виброакустика.
Защита от шума, инфразвука, ультразвука
Акустические колебания воздействуют на человека в окружающей среде
и на производстве.
Физическая природа АКУСТИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИИЙ - это упругие
колебания воздушной среды, распространяющиеся волнообразно и
создающие в пространстве звуковое поле.
Характеристиками звукового поля, в котором распространяются звуковые волны, являются:
звуковое давление р (Па),
интенсивность звука I (Вт/м2).
ЗВУКОВОЕ ДАВЛЕНИЕ р - разность между мгновенным значением ПОЛНОГО давления и
средним давлением, которое наблюдается в невозмущенной
среде.
ИНТЕНСИВНОСТЬ ЗВУКА I - средний поток энергии в какой либо точке среды, переносимой
звуковой волной в единицу времени, отнесенный к единице
площади поверхности, нормальной к направлению
распространения волны.
Зависимость звукового давления от ВРЕМЕНИ можно представить в виде СУММЫ
конечного или бесконечного числа СИНУСОИДАЛЬНЫХ (гармонических) колебаний
этой величины. Каждая такая синусоидальная составляющая характеризуется
АМПЛИТУДОЙ ( например, звукового давления) и периодом колебаний Т.
Число колебаний в секунду называется ЧАСТОТОЙ колебаний f, измеряемой в герцах, Гц,
f = 1/T Гц,
1000 Гц = 1 кГц.
Акустические колебания в зависимости от восприятия человека с
НОРМАЛЬНЫМ слухом подразделяются на:
- слышимые - ЗВУКОВЫЕ - в диапазоне часто 16 Гц - 20 кГц
- неслышимые (не вызывающие слуховых ощущений)
*ИНФРАЗВУКОВЫЕ - ниже частоты 20 Гц,
*УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ - ВЫШЕ 20 кГц.
Обычно принято использовать СРЕДНЕКВАДРАТИЧНОЕ ЗНАЧЕНИЕ
звукового давления, которое воспринимает наш орган слуха – ухо.
Зависимость среднеквадратичных значений звукового давления (или
соответствующих им уровней в децибелах) от частоты называется
частотным спектром шума (или просто спектром).
2
В диапазоне слышимого человеческим ухом звука, изменение
- абсолютных значений звукового давления, (Па), происходит в диапазоне от
2.10-5 до 2.102 Па ( 7-8 порядков),
- интенсивности звука - 10-12...102 Вт/м 2 при частоте 1000 Гц.
Для упрощения операций со столь большими числами (а также для
учета ЛОГАРИФМИЧЕСКОЙ зависимости между интенсивностью звука и
слуховым восприятием /закон Вебера-Фехнера/) используют в величину
ЛОГАРИФМИЧЕСКОГО УРОВНЯ в ДЕЦИБЕЛАХ.
Величина уровня звукового давления (дБ)
L = 10 lg (р СК2 / p0 2 ) = 20 lg (р СК / p 0 ),
где р СК - среднеквадратичная величина звукового давления, Па,
p 0 = 2 .10-5 Па — пороговое звуковое давление МИНИМАЛЬНО РАЗЛИЧИМОЕ
УХОМ ЧЕЛОВЕКА на частоте 1000 Гц.
Диапазоны акустических уровней в дБ: 0 - 140 дБ.
Частотный диапазон, в котором рассматриваются АКУСТИЧЕСКИЕ
процессы, простирается от единиц герц (1 Гц) до сотен кГц (100 кГц), а для
контактного ультразвука - до десятков тысяч кГц (31,5.103 кГц).
Поэтому частотный диапазон для описания частотных характеристик
шума, инфра- и ультразвука разбивают на СТАНДАРТНЫЕ полосы частот,
которые характеризуются:
- граничными значениями (верхней граничной частотой fв и нижней
граничной частотой fн,
- среднегеометрической частотой полосы fс.г., определяемой по формуле:
______
fс.г. = V fв.fн.
Среднегеометрическая частота служит для обозначения или наименования полосы (например, октавная полоса 63 Гц).
Октавные полосы частот характеризуются тем, что у них постоянно соотношение верхней и нижней граничных частота:
верхняя граничная частота fв равна УДВОЕННОЙ нижней граничной
частоте fн:
fв / fн = 2;
Среднегеометрическая частота октавной полосы fс.г. равна:
____
____
fс.г. = Vfв.fн = V2 .fн
3
Значения граничных и среднегеометрических частот СТАНДАРТНЫХ
октавных полос:
0,7 -1,4 -2,8 -5,6 -11,2 -22,5 - 45- 90- 180 -355-710- 1400 -2800 -5600 -11200
1 2 4 8 16 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000...
Шум - это всякий нежелательный для человека ЗВУК,
т.е. оцениваемый негативно и наносящий вред здоровью.
Область слышимых звуков ограничена:
- снизу - порогом слышимости,
- сверху - порогом болевого ощущения.
Слуховое восприятие человека
Болевой порог - 120 - 140 дБ (соответствует звуковому давлению 200 Па
и интенсивности 100 Вт/м2).
При 150 дБ - неизбежен разрыв барабанных перепонок, контузия, при
уровнях более 160 дБ - возможен смертельный исход.
Порог слышимости сильно отличается на разных частотах.
Речевые частоты 500 - 2000 Гц,
Ухо МЕНЕЕ чувствительно к звукам низкой частоты, поэтому порог
слуха на низких частотах - ВЫШЕ, а на высоких частотах – НИЖЕ.
Эмоционально ПЛОХО воспринимается (и более опасен)
высокочастотный шум (ножом по стеклу).
Постоянно действующий шум из-за АДАПТАЦИИ организма
воспринимается более БЛАГОПРИЯТНО, чем прерывистый шум.
Менее БЛАГОПРИЯТЕН (и более опасен) ДИСКРЕТНЫЙ шум.
Уровень до 30-35 дБА - комфортное самочувствие, шум привычен и не
беспокоит человека
до 50 дБА - не влияют на здоровье человека,
до 70дБА - в условиях среды обитания создают значительную
нагрузку на нервную систему, вызывая ухудшение
самочувствия, при длительном воздействии может
быть причиной неврозов;
свыше 75дБА - может привести к потере слуха.
4
При длительном воздействии уровней свыше 80 дБА происходит
частичная или полная потеря слуха (патология, называемая невритом
слухового нерва, или в просторечьи – тугоухость, и даже ГЛУХОТА).
Потеря слуха определяется по результатам аудиометрии, показывающей
СМЕЩЕНИЕ (повышение) порогов слышимости.
Уровни звука в децибелах:
 Шелест листвы 15-20
 Разговор: 40—45
 Офис: 50—60
 Улица: 70—80
 Фабрика (тяжелая промышленность): 70—110
 Фрезерный станок ( на рабочем месте) - 90 -95
 Цепная пила: 100
 Отбойный молоток –до 115
 Старт реактивного самолёта: 120
 Вувузела: 130
Гигиеническое нормирование шума осуществляется по:
- Санитарным нормам СН 2.2.4/2.1.8.562-96 "Шум на рабочих местах, в
помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой
застройки",
- ГОСТ 12.1.003-83 "ССБТ. Шум. Общие требования безопасности".
Нормируемыми параметрами ШУМА являются:
- спектры шума, в виде зависимостей уровней звукового давления L (в дБ) от
среднегеометрической частоты в ДЕВЯТИ октавных полосах (Гц), от 31,5
до 8000 Гц;
- уровень звука LА в дБА, который является одно числовой интегральной
ПО ЧАСТОТЕ характеристикой ПОСТОЯННОГО широкополосного
шума, и измеряется с учетом коррекции "А" ( ∆LA).
Коррекция "А" ИМИТИРУЕТ специфику восприятия звука ухом
человека и представляет собой зеркальное отражение КРИВОЙ
слухового восприятия шума человеческим ухом.
Коррекция "А" строится по отношению к чувствительности уха на 1000 Гц, принятой
за базовую (нулевую), на низких частотах корректирующий коэффициент большой (изза низкой чувствительности уха), а на частотах выше 1000 Гц коррекции практически нет (из-за
практически постоянной чувствительности уха).
5
LA = L - ∆LA
Частота, Гц
16 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
Коррекция ∆LA,дБ 80 42 26,3 16,1 8,6 3,2 0 -1,2 -1,0 1,1
Частотная кривая A приблизительно соответствует амплитудно-частотной
характеристике слуха человека в условиях невысокого шума, B – среднего, С – высокого
уровней шума.
Коррекция С практически линейна в нормируемом диапазоне частот. Она дает
одночисловую ИНТЕГРАЛЬНУЮ ПО ЧАСТОТЕ оценку ОБЩЕГО УРОВНЯ шума.
Частотные фильтры D имеют специфическое назначение – используются для оценки
авиационного шума.
- эквивалентный (по энергии) уровень звука LАэкв в дБА, который
*представляет собой одно числовую интегральную ПО ВРЕМЕНИ
характеристику НЕПОСТОЯННОГО шума и
*равен уровню звука постоянного широкополосного шума, имеющего
такое же среднеквадратичное звуковое давление, что и данный
непостоянный шум в течение определенного интервала времени, и
определяемый по формуле:
Т
LАэкв = 10 lg 1/Т ∫ (PА(t)/ P0)2 dt
0
Где PА(t) - текущее значение уровня звука, Па;
Po
- исходное значение звукового давления (в воздухе 2.10-5 Па),
Т
- время действия шума, ч.
6
Классификация шумов
- по характеру СПЕКТРА шум подразделяется на:
* широкополосный - с непрерывным спектром шириной более 1 октавы;
* тональный - в спектре которого имеются выраженные дискретные тоны
(линейчатый или смешанный спектр) /практически при измерении
спектра в 1/3 октавных полосах частот имеется превышение уровней
звукового давления в одной полосе над соседними не менее чем на 10 дБ./
- по ВРЕМЕННЫМ характеристикам шум подразделяется на:
*постоянный - уровень звука которого за 8-часовой рабочий день
изменяется во времени НЕ более чем на 5 дБА при измерениях на
временной характеристике "медленно";
*непостоянный - уровень звука которого за 8-часовой рабочий день
изменяется во времени БОЛЕЕ чем на 5 дБА при измерениях на
временной характеристике"медленно".
Непостоянный шум подразделяется на:
*колеблющийся - уровень звука которого непрерывно меняется во
времени;
*прерывистый - уровень звука которого СТУПЕНЧАТО изменяется (на
5 дБА и более), причем длительность интервалов, в течение которых
уровень остается ПОСТОЯННЫМ, составляет 1 с и более;
*импульсный - состоящий из одного или нескольких звуковых сигналов,
каждый длительностью менее 1 с, при этом уровни звука в дБАI и дБА,
измеренные соответственно на временных характеристиках "импульс" и
"медленно", отличаются не менее чем на 7 дБ.
Нормативы шума установлены в виде ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫХ
УРОВНЕЙ (ПДУ) для:
постоянного - уровни звукового давления (УЗД) в 9 октавных полосах
в дБ и уровни звука в дБА,
-непостоянного - эквивалентные (по энергии) уровни звука в дБА.
В Санитарных нормах 2.2.4/2.1.6.562-96 ОСНОВНЫЕ ПДУ звука и эквивалентного уровня звука установлены с учетом напряженности и
тяжести трудовой деятельности. которые должны устанавливаться в
соответствии с Руководством Р 2.2.755-99.
7
Для НАПРЯЖЕННОСТИ легкой степени и при ТЯЖЕСТИ труда,
соответствующей легкой и средней физической нагрузке, установлен
ПДУ - 80 дБА, что является НАИБОЛЬШИМ ПДУ.
При НАПРЯЖЕННОСТИ той же легкой степени с увеличением
ТЯЖЕСТИ труда до тяжелого 2-ой и 3-ей степени ПДУ снижается до - 75
дБА.
При ТЯЖЕСТИ труда, соответствующей легкой и средней физической
нагрузке, с увеличением НАПРЯЖЕННОСТИ труда до напряженного 2-ой
степени ПДУ снижается до - 50 дБ.
Для основных наиболее типичных видов трудовой деятельности и
рабочих мест в СН 2.2.4/2.1.8.562-96 и ГОСТ 12.1.003-83 установлены ПДУ
всех нормируемых величин.
ПДУ звукового давления в октавных полосах частот для всех видов
трудовой деятельности имеет графически примерно одинаковый характер
спектра, который называется ПРЕДЕЛЬНЫМ СПЕКТРОМ (ПС).
Предельный спектр характеризуется определенными стандартными и
примерно постоянными СООТНОШЕНИЯМИ между значениями УЗД в
нормируемых ОКТАВАХ.
Для различных видов трудовой деятельности и рабочих мест разница
значений ПС в некоторых октавах составляет 1-2 дБ. ПС обозначают
по
значению УЗД в октаве 1000 Гц.
Например, ПС-75 означает, что в октаве 1000 Гц ПДУ УЗД равен 75 дБ.
Соотношение между величиной, дающей наименование ПС (ПС1000 - ПДУ в
октаве 1000 Гц), и УРОВНЕМ ЗВУКА LА, в нормативах составляет:
LА = ПС1000 + 5 дБА.
ПС-75- цеха заводов , ПС-60- точная сборка, ПС-45- лаборатории, КБ
В нормативах для постоянных рабочих мест в производственных
помещениях и на территориях предприятий при выполнении ВСЕХ видов
работ, за исключением перечисленных НИЖЕ в качестве ПДУ звукового
давления установлен:
предельный спектр - ПС-75 и соответствующие ему
уровень звука и эквивалентный уровень звука - 80 дБА.
8
ПДУ УЗД, УЗ и ЭУЗ установлен для таких видов работ, как
*конструкторские и проектные работы, программирование, преподавание, обучение - ПС-45, 50 дБА;
*административно- управленческая деятельность, измерительные и
аналитические работы в лабораториях - ПС-55, 60 дБА;
*работа, выполняемая с часто получаемыми указаниями и
акустическими сигналами, требующая постоянного слухового
контроля, диспетчерская работа (в т.ч. участки точной сборки, в залах
обработки информации на вычислительных машинах) - ПС-60, 65 дБА;
*работа, требующая сосредоточенности (в т.ч. в кабинах наблюдения
без речевой связи по телефону) - ПС-70, 75 дБА.
Нормативы на уровне ПС-75 - ПС-80 имеют ЦЕЛЬ - защитить человека
от ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ЗАБОЛЕВАНИЯ (потери слуха). Более
низкие ПС нацелены на снижение УТОМЛЯЮЩЕГО действия шума,
снижающего РАБОТОСПОСОБНОСТЬ.
Для тонального и импульсного шума ПДУ должны быть на 5 дБ
МЕНЬШЕ. Для шума, создаваемого ВЕНТИЛЯТОРАМИ,
КОНДИЦИОНЕРАМИ И ВОЗДУШНОГО ОТОПЛЕНИЯ ПДУ
должны быть на 5 дБ МЕНЬШЕ. Для колеблющегося во времени и
прерывистого шума МАКСИМАЛЬНЫЙ УРОВЕНЬ ЗВУКА не должен
превышать 110 дБА, а для импульсного шума - 125 дБI.
Запрещается даже кратковременное пребывание в зонах с УЗД свыше 135 дБ в любой октаве.
(Максимальное значение УЗД для ПС-80 октаве 31,5 Гц - 107 дБ.)
В ГОСТ 12.1.003-83 для характеристики НЕПОСТОЯННОГО шума
допускается использовать ДОЗУ шума Д, в Па2.ч.
Доза шума - интегральная величина, учитывающая акустическую
энергию, воздействующую на человека, за определенный период времени, и
определяемая по формуле:
Т
Д = ∫ PА2 (t) dt
0
рА(t) - текущее значение уровня звука, Па;
Т
- время действия шума, ч.
Допустимая доза шума Ддоп за время рабочего дня (рабочей смены)
Т р.д. определяется по формуле:
Ддоп = р2Адоп . Т р.д.,
где рАдоп - допустимое значение звукового давления, соответствующее
допустимому уровню звука,Па
Допустимому уровню звука 80 дБА соответствует значение PАдоп = 0,2 Па.
(В ГОСТ ошибочно указано PАдоп = 0,356 Па, что соответствует 85 дБ).
При Тр.д = 8 ч Ддоп = 0,32 Па2.ч. (В ГОСТ ошибочно указано Ддоп = 1
Па2.ч, что соответствует 85 дБ).
9
Техническое нормирование шума машин и оборудования
предусматривает установление ШУМОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК (ШХ)
машин и оборудования в стандартах и технических условиях на них, для
- получения объективной характеристики способности машин
излучать (генерировать) шум в местах их установки (эксплуатации)
независимо от акустических свойств производственных помещений;
- использования их в качестве исходных параметров для расчета на стадии проектирования шумового воздействия на рабочих местах с
учетом всех факторов, влияющих на передачу излучаймого шума от
источника его возникновения к работающему человеку;
- выбора и расчета методов и средств снижения шума на путях его
распространения;
- сравнения шумовой активности, а значит и безопасности различных
машин, особенно одного типа и назначения.
ШХ является ВАЖНЕЙШЕЙ технической характеристикой машин
наряду с такими показателями, как мощность, производительность и
т.п. и определяют их шумовую безопасность.
ШХ должна контролироваться при изготовлении машин, сдаче-приемке
готовой продукции, а так же после ремонта.
Основными параметрами ШХ машин являются:
- спектральная характеристика в виде уровней звуковой МОЩНОСТИ
(УЗМ) Lw в дБ в тех же 9 октавных полосах частот;
- интегральная одно числовая характеристика в виде корректированного
уровня звуковой МОЩНОСТИ (КУЗМ) LwА в дБА.
Звуковая мощность - это общее количество звуковой энергии, излучаемой
источником шума в окружающее пространство в единицу времени.
(ЗМ определяется потоком интенсивности звука I через замкнутую
поверхность площадью S, окружающую источник звука).
Уровень звуковой мощности определяется по формуле:
Lw = 10 lg (W/Wo),
-12
где Wo = Io. So = 10 Вт - мощность, переносимая звуковой волной
интенсивностью Io = 10-12 Вт/м2 через единичную площадку So = 1 м2).
В самом общем виде УЗМ Lw (и КУЗМ LwА) связаны с УЗД L
(и соответственно Уровнем Звука LА) соотношением:
Lw = L + 10 lg (S/Sо)
где S - площадь условной измерительной поверхности (сферы или
полусферы), которая располагается на расстоянии 1 м от поверхности
машины и на которой размещаются точки при измерении УЗД в октавных полосах частот,м2,
Sо= 1 м2.
10
Методы и средства ЗАЩИТЫ
Основные методы и средства защиты от шума установлены в ГОСТ
12.1.029-80 "ССБТ. Средства и методы защиты от шума. Классификация."
Наиболее правильным и ЭФФЕКТИВНЫМ - является снижение шума
В ИСТОЧНИКЕ, что реализуется при конструировании машин и
проектировании технологических процессов.
Здесь возможны два принципиальных направления:
* применение технологических процессов и оборудования, НЕ создающих
чрезмерного шума,
например: - электрофизические методы в металлообработке,
- создание неразъемных соединений сваркой, склеиванием,
прессованием (вместо ударной клепки),
- автоматизация формовки и зачистки в литейном производстве
(вместо ручной выбивки и обрубки),
- литье под давлением,
- тонкое литье вместо ковки,
- применение гидроприводов вместо пневматических и др.
* создание малошумных конструкций традиционных машин и оборудования
за счет снижения возникающих в них шумов механического, аэродинамического, гидравлического и электромагнитного происхождения.
11
Основные пути создания малошумных схем и принципов действия
машин путем снижения шумов различного происхождения:
- в зубчатых передачах - снижение механического шума за счет использования неметаллических материалов (пластмасс, текстолита) для зубчатых
колес;
- в вращающихся механизмах - снижение механического шума путем
уменьшения неуравновешенности вращающихся роторов за счет
балансировки вращающихся масс;
- в подшипниках качения - снижение механического шума за счет увеличения точности изготовления (идеальность геометрических форм, соосность
посадочных мест), применение вибродемпфирующих вкладышей, выбор
смазочных материалов (по густоте);
- в вентиляторах - кроме снижения механического шума, снижение
аэродинамических шумов за счет увеличения диаметра колеса, снижения
окружной скорости при сохранении производительности, рационального
профилирования лопаток и т.п.;
- в насосах - кроме снижения механического и аэродинамического шума,
снижение гидродинамических шумов за счет снижения кавитации путем
увеличения зазоров между лопастями рабочего колеса и лопатками
отводящих
устройств,
выбор
оптимального
профиля
лопаток,
благоприятного соотношения числа лопастей рабочего колеса и
направляющего аппарата и др;
- в электрических машинах - кроме снижения механического и
аэродинамического шума, снижение магнитных шумов, (возникающих в
результате воздействия на статор и ротор переменных сил магнитной
индукции в воздушном зазоре).
12
Для снижения аэродинамического шума машин, использующих
атмосферный воздух в качестве рабочего тела, - вентиляторов,
воздуходувок, газотурбинных и дизельных установок, пневматических
машин в том числе ручных и т.п. - весьма ЭФФЕКТИВНО применение
ГЛУШИТЕЛЕЙ.
Глушители делятся на:
- активные (абсорбционные, диссипативные) - основаны на превращении в
звукопоглощающих элементах глушителя звуковой энергии набегающих
волн в тепло;
- реактивные (отражающие, пассивные) - основаны на отражении
внутри глушителя набегающих на него волн;
- комбинированные, использующие и отражение и поглощение.
Активные глушители содержат звукопоглощающий материал (ЗПМ),
размещаемый на внутренних полостях глушителя.
Следующие конструктивные схемы АКТИВНЫХ ГЛУЩИТЕЛЕЙ с ЗПМ:
- трубчатые, в виде внутренней перфорированной трубы, на которой
расположен герметичный кожух круглого или квадратного поперечного
сечения, заполнены ЗПМ;
- пластинчатые для каналов большого сечения, в виде пластин из ЗПМ,
размещенных на небольшом расстоянии друг от друга в герметичном кожухе обычно прямоугольного сечения;
- сотовые, обеспечивающие повышенную эффективность при меньших
габаритах, но имеющих достаточно высокое гидравлическое
сопротивление и существенное снижение площади сечения проходного
канала:
. Глушители активного ( абсорбционного) типа:
а — трубчатый;- б — пластинчатый; в — сотовый; г — звукопоглощающая
облицовка поворота; д — глушитель с цилиндрическими элементами
13
Эффективность глушителей трубчатых и пластинчатых максимальна в
октавах 500 и 1000 Гц, где может достигать 40 - 50 дБ (при размерах сечения
100 - 200 мм и длине до 2 м).
- экранные на каналах выхода (или входа) воздуха в атмосферу или его забора,
в виде насадок (экранов) на трубу (канал), облицованных ЗПМ и, как правило,
ИЗМЕНЯЮЩИХ НАПРАВЛЕНИЕ звукового потока.
Эффективность экранных глушителей на высоких
частотах может достигать 10-25 дБ.
Для уменьшения НИЗКЧАСТОТНОГО шума необходимые размеры ЗПМ
становятся слишком большими и более эффективными становятся
РЕАКТИВНЫЕ ГЛУШИТЕЛИ.
Реактивные глушители: а — камерный; б — резонансный; в — четвертьволновой ; (г - глушитель шума выпуска мотоциклетного двигателя)
Длина четверть волнового
узкого отростка равна ¼ длины волны заглушаемого звука.
Эти элементы соединятся между собой с помощью труб, щелей и отверстий.
Их используют для снижения шума с резко выраженными дискретными составляющими и в узких частотных диапазонах.
Резонансный глушитель весьма эффективен для снижения шума выхлопа
газов двигателей внутреннего сгорания. В нем поток газа через камеру НЕ
протекает и КАМЕРА присоединяется к основному трубопроводу через одно
или несколько отверстий (кольцевой) или трубок (с ответвлениями). Такой
тип глушителя называют объемным резонатором или глушителем Гельмгольца.
Эффективность реактивных глушителей может достигать 20-30 дБ.
14
Для снижения шума НА ПУТИ ЕГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ от
источника возникновения к человеку широко используют
принципы
ЗВУКОИЗОЛЯЦИИ и ЗВУКОПОГЛОЩЕНИЯ.
Звукоизоляция - способность ограждающей конструкции ОТРАЖАТЬ
большую часть падающей на нее звуковой мощности воздушного шума.
Характеризуется коэфициентом звукопроницаемости t, зависящим от
частоты:
t = (Рпр / Рп)2 = Iпр / Iп,
где Рп и Iп - соответственно звуковое давление и интенсивность ПАДАЮЩЕЙ на ограждение звуковой волны,
Рпр и Iпр - соответственно звуковое давление и интенсивность ПРОЩЕДШЕЙ через ограждение звуковой волны.
Изоляция (звукоизоляция) ограждения R в дБ выражается величиной:
R = 10 lg (1/t).
Эфективность звукоизолирующего ограждения тем ВЫШЕ, чем ВЫШЕ
МАССА его 1 м2.
Звукоизоляция однослойной (однородной) перегородки может быть
определена по формуле:
R = 20 lg (mo. f) - 47,5,
2
где mo - масса 1м ограждения, кг; f - частота, Гц.
Из формулы следует, что
- увеличение массы в 2 раза ведет к повышению изоляции на 6 дБ;
- на высоких частотах эффект от изолирующего ограждения ВЫШЕ.
Резко снижает звукоизоляцию ОТВЕРСТИЯ и ЩЕЛИ в ограждениях.
Эффективность изоляции ограждающих конструкций весьма велика:
- кирпичная кладка (толщина 280 мм - 1 кирпич) - 46 дБА,
- железобетонная панель (толщина 100 мм)
- 41 дБА,
- двойное окно со стеклопакетом
- 30 дБА,
- одинарное окно (толщина стекла 4 мм)
- 23 дБА,
- стандартноая дверь (толщиной 40 мм)
- 21 дБА,
- изолирующие кожухи
- 20-30 дБА,
- кабины и посты управления
- до 35 дБА.
Средством звукоизоляции являются ЭКРАНЫ, применение которых
рационально только в том случае, если УЗД в РТ, создаваемый прямым
звуком от экранируемого источника, значительно выше уровней
отраженного звука в этой точке, а на открытой территории не менее чем на
10 дБ выше уровней, создаваемых другими источниками шума.
Эффективность ЭКРАНОВ тем выше, чем больше соотношение
геометрических размеров экранов (высоты и ширины) с длиной звуковой
волны l. ( λ= c/f; скорость звука в воздухе с = 344 м/с, f - частота, Гц )
Поэтому их целесообразно применять для снижения СРЕДНЕ- и
ВЫСОКО- частотного шума.
15
Звукопоглощение - свойство акустически обработанных поверхностей
уменьшать интенсивность отраженных ими волн за счет
преобразования звуковой энергии в тепловую.
Звукопоглощение достигается облицовкой поверхностей, на которые
падают звуковые волны, звукопоглощающими материалами и
конструкциями:
- облицовки из жестких однородных ПОРИСТЫХ материалов: *волокнистых
/минеральные, базальтовые, стеклянные и др. волокна/,
*ячеистых /ячеистый бетон/,
*губчатых /пенопласты/;
- облицовки с перфорированными покрытиями и в защитных оболочках из ткани или
пленки;
- объемные элементы различных форм в виде комбинации ДВУХ первых форм.
По форме звукопоглощающие материалы и изделия подразделяются на:
- штучные (плиты, блоки),
- рулонные (маты, холсты),
- рыхлые и сыпучие (вата минеральная и стеклянная, керамзит и другие пористые
заполнители).
Звукопоглощающие материалы характеризуются коэффициентом
звукопоглощения α, равным отношению звуковой энергии, поглощенной
материалом, к звуковой энергии, падающей на него.
α = Iпогл / Iпад ≤ 1,
где Iпогл - интенсивность поглощенного звука,
Iпад - интенсивность падающего звука.
Звукопоглощающие материалы должны иметь α БОЛЕЕ 0,2.
(У бетона, кирпича значение α не превышает 0,001-0,005)
Коэффициент α максимально достигает 1 (обычно в октавах 500-1000
Гц, иногда в ближайших к ним снизу и реже сверху).
Звукопоглощающие свойства материала зависят от толщины слоя, частоты звука, наличия воздушной прослойки.
Для большей эффективности пористые материалы должны иметь
открытые со стороны падения звука незамкнутые ПОРЫ.
16
Эффективность применения звукопоглощающей облицовки ∆L обл
оценивают
----------__
(в зоне отраженного звука на расстоянии rпр ≥√А/8 π ) по формуле:
∆L обл = 10 lg (B2 / B1),
где В - постоянные помещения≥
B1 - до проведения акустической обработки.
B2 - после проведения акустической обработки).
Величины B1 и B2 зависят от эквивалентной площади звукопоглощения
помещения А и от коэффициента звукопоглощения поверхностей α.
В расчетах значения В определяются в зависимости от вида помещений
по формуле:
В = А / (1 - α).
где А - эквивалентная площадь звукопоглощения помещения, м2,
α - средний коэффициент звукопоглощения помещения соответственно
α = А / Sпов,
где Sпов - общая площадь внутренних поверхностей помешения,м2
А = 0,16 V / Тр,
где V - объем помещения, м3,
Тр - время реверберации помещения,
(Время реверберации помещения - время, в течение которого после прекращения
действия источника звука уровень звукового давления уменьшается на 60 дБ или звуковая
энергия уменьшается в 106 раз;)
Звукопоглощающими облицовками покрывают
в низких помещениях - потолок, являющийся основной ОТРАЖАЮЩЕЙ
поверхностью, а облицовки уменьшают прежде всего ОТРАЖЕННЫЙ звук),
в высоких помещениях - стены (до 4-6 м высоты),
в кубических помещениях - и стены и потолок.
Звукопоглощающие облицовки снижают шум:
- на 6-8 дБ - в зоне отраженного звука,
- на 2-3 дБ - вблизи источника.
Несмотря на относительно небольшую эффективность облицовок, их
применение ЦЕЛЕСООБРАЗНО, т.к. их эффективность БОЛЬШЕ на
ВЫСОКИХ ЧАСТОТАХ (8-10 дБ), что в результате улучшается
РАЗБОРЧИВОСТЬ речи.
Архитектурно-планировочные решения позволяют уменьшить шум на
рабочих местах путем:
- изменения направленности излучения в противоположную от рабочего
сторону,
- рациональной размещения шумящего оборудования (в отдельном помещении, с отделением менее шумного оборудования от более шумного);
- увеличения расстояния от рабочего места до шумящего оборудования, в т.ч.
и за счет дистанционного управления).
17
Средства индивидуальной защиты от ШУМА включают в себя:
- противошумные наушники с эффективностью от 5-12 дБ на низких частотах (в октавах 125 и 250 Гц) до 25-30 дБ на высоких частотах (в октавах
2000, 4000 и 8000 Гц);
- вкладыши (из ультратонкого волокна "Беруши", силиконовые типа "Грибок") с эффективностью 10-15 дБ на низких частотах,
до 26-31 дБ на высоких частотах;
- шлемы, имеющие невысокую эффективность на низких частотах, но наиболее высокую - на высоких частотах (как и при совместном использовании
наушников и вкладышей).
Организационные способы снижения шума включают в себя:
- сокращение времени работы в шумных условиях,
- рациональные режимы труда и отдыха,
- лечебно-профилактические мероприятия.
18
Защита территорий , прилегающих к объектам, являющимся
ИСТОЧНИКАМИ ШУМА (ИШ).
ИШ – транспортные потоки, шумящие предприятия, отдельные
помещения (компрессорные, вентиляционные и холодильные установки.
Защищаемые объекты – жилые помещения, места отдыха , социально
–культурные объекты (школы, ВУЗы, библиотеки, государственные и
другие учреждения, торговые предприятия, БОЛЬНИЦЫ, санатории и
т.п.), а также рабочие помещения, не создающие внутри шум
(обслуживающий персонал ), рабочие места на открытом воздухе и т.п.
Если в точке 1на расстоянии r1 от источника шума уровень звукового
давления в октавных полосах L(r1) (или уровень звука в этой точке)
известен, то в точке 2 на расстоянии r2 в том же направлении
соответствующий уровень L(r2) будет равен
L(r2) = L(r1) - 20 lg (r2 / r1).
Если известно значение УЗД точечного источника шума (ИШ) Lист ,то
можно определить УЗД в РАСЧЕТНОЙ ТОЧКЕ (РТ) , находящейся на
расстоянии r от ИШ, Lr:
Lr = Lист - 20 lg r.
Если в РТ должно быть допустимое значение УЗД Lr = Lдоп, значит
расстояние , на котором находится такая точка, будет равняться радиусу
САНИТАРНО-ЗАЩИТНОЙ ЗОНЫ (СЗЗ) r = rСЗЗ
Lr = = Lдоп = LСЗЗ = Lист - 20 lg rСЗЗ
и , обратно, можно найти радиус СЗЗ rСЗЗ , на котором находится СЗЗ:
rСЗЗ = 10 (Lист - Lдоп)/20
Размеры СЗЗ по различным критериям, в т.ч. и по ШУМУ, установлены для
различных предприятий в СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 «Санитарнозащитные зоны. Классификация предприятий, сооружений и иных
объектов».
19
УЛЬТРАЗВУК (УЗ)
УЗ в отличии от шума характеризуется:
- БОЛЬШИМИ значениями ИНТЕНСИВНОСТИ (до сотен Вт/м2),
- более КОРОТКИМИ длинами волн, которые легче фокусировать и
соответственно получать более узкое и направленное излучение, т.е.
сосредотачивать всю энергию УЗ) в нужном направлении и
концентрировать в небольшом объеме.
Вместе с тем, БОЛЬШАЯ ЧАСТОТА колебаний способствует БОЛЬШЕМУ
затуханию колебаний вследствие трансформации энергии в ТЕПЛОТУ.
По способу распространения подразделяется на: воздушый и контактный.
Ультразвуковая техника применяется для
(1) пайки, сварки, лужения, обезжиривания деталей и
(2)механической обработки твердых и хрупких материалов ( стекло,
кварц, кварц, карбид вольфрама, закаленные стали). При этом УЗ вызывает
явления кавитации в облучаемой жидкости (эмульсии, в которую может
добавляться мелкий абразив).
УЗ (контактный) используют для структурного анализа и контроля физико-механических свойств веществ и материалов (дефектоскопия).
В медицине -для диагностики и терапии различный заболеваний (УЗИ), резки
и соединения биологических тканей, стерилизации инструментов и рук и т.д.
Низкочастотный (до 105 Гц) воздушный ультразвук хорошо распространяется в воздухе.
Длительное воздействие воздушного ультразвука вызывает функциональные нарушения
нервной системы сердечно-сосудистой и эндокринной систем, слухового и вестибулярого
анализаторов.
Изменения в ЦНС в начальной фазе проявляется нарушением рефлекторных функций мозга
(чувство страха в темноте, в ограниченном пространстве, резкие приступы учащения пульса,
чрезмерная потливость, спазмы в желудке, кишечнике, желчном пузыре). Жалобы на резкое
утомление, головные боли и чувство давления в голове, затруднения при концентрации внимания,
торможение мыслительного процесса, на бессонницу.
Воздействие высокочастотного (от 105 до 109 Гц) контактного ультразвука на руки приводит к
нарушению капиллярного кровообращения в кистях рук, снижению болевой чувствительности.
Гигиенические нормативы ультразвука установлены в ГОСТ 12.1.001-89 "ССБТ.
Ультразвук. Общие требования безопасности" и СанПиН 2.2.4/2.1.8.582-96
"Гигиенические требования при работах с источниками воздушного и контактного
ультразвук промышленного, медицинского и бытового назначения".
УЗ нормируются по уровням звукового давления в дБ (от 80 до 110 дБ)
в 1/3 октавных полосах частот от 12,5 кГц до 100 кГц.
Контактный ультразвук нормируется по допустимым пиковым значениям
виброскорости (абсолютные - от 5.10-3 до 1,6.10-2 м/с, уровни в дБ - от 100 до 110 дБ)
в октавных полосах частот от 8 кГц до 31500 кГц.
Защита:
- экранирование, кожухи, звукопоглощающие устройства;
- СИЗ (наушники, резиновые перчатки).
20
ИНФРАЗВУК (ИЗ)
ИЗ - акустические колебания с частотой ниже 20 Гц.
В условиях производства сочетается с низкочастотным шумом, иногда - с
низкочастотной вибрацией.
Из-за большой длины волны ИЗ меньше поглощается в воздухе и легче
огибает препятствия - распространяется на большие расстояния с
небольшими потерями частичной энергии.
Под воздействием ИЗ возникает вибрация крупных предметов строительных конструкций, из-за резонансных эффектов и возбуждения
вторичного индуцированного шума в звуковом диапазоне имеет место
усиление ИЗ в отдельных помещениях.
Источники ИЗ - средства наземного, воздушного и водного транспорта,
пульсация давления в газовоздушных смесях(форсунки большого диаметра) .
Наиболее типичные источники КОМПРЕССООРЫ, мощные
вентиляционные системы и системы кондиционирования, реактивные
двигатели самолетов и ракет, салоны автомобилей, автобусов, бульдозеров.
Уровень ИЗ может достигать 120 дБ и выше, но чаще работающие подвергаются воздействию ИЗ при уровнях 90-100 дБ.
В диапазоне звука 1-30 Гц порог восприятия ИЗ слуховых анализатором
- 80-120 дБА, а болевой порог - 130-140 дБА.
В исследованиях при уровнях ИЗ 95-100 дБ (при общем уровне шума 40
дБА) отмечались жалобы на раздражительность, головную боль, рассеяность, сонливость, головокружение. При наличии большего широкополосного шума указанные симптомы не наблюдаются даже с достаточно
высокими уровнями ИЗ из-за маскировки ИЗ шумом звукового диапазона.
При воздействии ИЗ уровнем 110-150 дБ могут возникать неприятные
субъективные ощущения и многочисленные реактивные изменения:
нарушения в ЦНС, сердено-сосудистой и дыхательной системах, вестибулярном анализаторе. Отмечают жалобы на головные боли, головоеружение,
осязаемые движения барабанных перепонок, звон в ушах и голове, снижение
внимания и работоспособности; может появиться чувство СТРАХА,
сонливость, затруднение речи; специфическая для действия ИЗ реакция нарущение равновесия. При действии ИЗ с уровнем 105 дБ отмечены
психофизиологические реакции в форме повышения тревожности и
неуверенности, эмоциональная неустойчивость.
Гигиенические нормативы ИЗ установлены в СанПиН 2.2.4/2.1.8.583-96
"Инфразвук на рабочих местах, в жилых и общественных помещениях и
на территории жилой застройки".
Нормирование ИЗ производится по допустимым УЗДавления в дБ в октавах
2-16 Гц и допустимому ОБЩЕМУ УЗД в дБ для различных производственных условий (по степени тяжести и степени интеллектуально-эммоциональной напряженности), а также для жилых и общественных зданий и на
территории жилой застройки.
21
ИЗ нормируется:
- для работ различной степени тяжести
*по УЗД в октавах - от 100 дБ в октаве 2 Гц до 85 дБ в октаве 16 Гц
(со снижением на 5 дБ в каждой октаве),
*по общему УЗД - 100 дБ;
- для работ различной степени интеллектуально-эмоциональной напряженности
*по УЗД в октавах - от 95 дБ в октаве 2 Гц до 80 дБ в октаве 16 Гц
(со снижением на 5 дБ в каждой октаве),
*по общему УЗД - 95 дБ.
На территории жилой застройки - еще на 5 дБ ниже;
В помещениях жилых и общественных зданий - еще на 5 дБ ниже.
Защита - борьба в источнике.