Захист вiд шуму, iнфразвуку, ультразвуку

Захист вiд шуму, iнфразвуку, ультразвуку

1. Характеристика шуму

Людина живе в свiтi звукiв вiд самого народження протягом всього життя. На лекцii про освiтлення ми говорили, що до 90% iнформацii про навколишнi середовище людина одержуi вiд органiв зору. З тих, що залишилися 5% - 10% доводиться на органи слуху. В нашiй лекцii траплятимуться два поняття: звук i шум. Вони, в принципi, рiвнозначнi, але поняття тАЮзвук" бiльш широке. Це музика, шелестiння листя, шум прибою. Крiм того, це жива мова, яка вiдводить людинi особливе мiсце в природi. Поняття шум трохи вужче. РЖснуi два визначення шуму:

Шум - це неритмiчне звукоутворення, безладна мiшанина звукiв.

Шум - це будь-який звук, що заважаi людинi.

Статистика стверджуi, що останнiми роками шум як в побутi, так i на робочих мiсцях постiйно збiльшуiться десь на 1-3 дБ в рiк.

Як приклад збiльшення шумностi в побутi можна пригадати майже всi побутовi пристроi, прилади i пристосування: пральнi машини, пилососи, мопеди, електродрилi та iнший електроiнструмент.

Тому на даний час поряд з термiном тАЮзабруднення навколишнього середовищатАЭ, де маiться на увазi в основному хiмiчне i механiчне забруднення все частiше використовуiться поняття "шумове забруднення". Ученими ще не доведено, що небезпечнiше: дихати повiтрям, що мiстить шкiдливi домiшки, або цiлодобово знаходиться пiд впливом сильного шуму. Абсолютна тиша - теж зло (космонавти, пiдводники i т.п.).

З iсторii боротьби з шумом. В деяких мiстах стародавньоi Грецii з метою боротьби з шумом заборонялося тримати в господарствi пiвнiв. В Англii в XVII столiттi був ухвалений закон, який забороняв сваритися з дружинами або чоловiками з 9 годин вечора до 6 ранку, щоб шум не заважав оточуючим.

Шум - це зло. У зв'язку з тим, що тиша на планетi стала дефiцитною, боротьба за тишу стала актуальним завданням.

З фiзичноi точки зору шум - це механiчний коливальний рух частинок пружного (газового, рiдкого або твердого) середовища, який маi, як правило, хаотичний, випадковий характер i який хвилеподiбно розповсюджуiться.

Частинки середовища, якi безпосередньо примикають до джерела коливання залучаються до коливального процесу i змiщуються, приходячи в стан ритмiчного згущення та розрiдження. Цей процес через пружнiсть середовища послiдовно розповсюджуiться на сумiжнi частинки у виглядi звукових хвиль.

Джерелами шуму можуть бути:

1 Коливання тiл або iх поверхонь - викликаi механiчний шум (ефект використовуiться в театрi, наприклад, для iмiтацii грому за допомогою коливання листа жерстi).

2 Нестацiонарнi процеси в рiдинi або газi, що супроводжуються виникненням звукових хвиль - аерогiдродинамiчний шум, наприклад, шум несправних водорозбiрних кранiв у ванних кiмнатах або кухнях.

3 Змiннi магнiтнi сили, якi приводять до коливань робочi органи електричних машин i апаратiв, - електромагнiтний шум, наприклад шум, який супроводжуi роботу трансформаторiв напруги електричного струму.

Основними параметрами, якi характеризують шум, i:

1. Амплiтуда коливання - максимальне вiдхилення вiд початкового положення частинок середовища, що проводить звук, в результатi залучення iх в коливальний процес джерелом коливання (наприклад, нiжками камертона).

2. Звуковий тиск - це змiнний тиск, що виникаi додатково до атмосферного тиску, в тому середовищi, через яке поширюються звуковi хвилi. Вiн вимiрюiться в ньютонах на квадратний метр, Н/м², або динах на квадратний сантиметр, дин/см². У фазi стиснення звуковий тиск позитивний, у фазi розрiдження - негативний. Позначаiться буквою р (малою).

3. Швидкiсть звуку - це вiдстань, на яку за одну секунду може поширитися хвильовий процес. В повiтрi при t = 20 ^оС i нормальному атмосферному тиску вона дорiвнюi 334 м/с, при пiдвищеннi температури швидкiсть звуку збiльшуiться приблизно на 0,71 м/с на кожний градус. Для порiвняння:

в сталi - 5000 м/с

в гумi - 40-60 м/с.

4. Довжина хвилi - це вiдстань мiж двома сусiднiми згущеннями або розрiдженнями в звуковiй хвилi:

=С/f, (1)

де C - швидкiсть звуку, м/с;

f - частота, герц.

5. Сила звуку (iнтенсивнiсть) - це кiлькiсть енергii, що проходить в результатi поширення звуку через площу 1м², розмiщену перпендикулярно до напряму поширення звуковоi хвилi за одиницю часу. РЖнтенсивнiсть звуку, Вт/м², пов'язана iз звуковим тиском залежнiстю

, (2)

де p - звуковий тиск, Н/м^2;

ρ - густина середовища, Н/м³;

c - швидкiсть поширення звуку, м/с.

Декiлька слiв про наочнiсть сили звуку:

1. За старих часiв була страта "пiд дзвоном".

2. Лiтакам забороняiться переходити звуковий бар'iр над населеними пунктами. Чому? Можуть бути серйознi руйнування i пошкодження скла вiкон.

3. У США велике значення надаiться рекламi. З цiiю метою над 10 добровольцями на висотi 10-20м пролетiв на надзвуковiй швидкостi лiтак. Сила звуку була такою, що 6 чоловiк загинули на мiсцi, 4 - померли в шпиталi.

6. Частотний склад шуму - це сукупнiсть частот звукiв, що входять до нього. За широтою спектра шуми подiляються на:

а) вузькочастотнi - такi, що складаються з обмеженоi кiлькостi сумiжних частот;

б) широкочастотнi - включають майже всi частоти звукового дiапазону.

За частотою звукiв, що переважають, шум подiляiться на:

низькочастотний - до 400 Гц;

средньочастотний - вiд 400 до 1000 Гц;

високочастотний - понад 1000 Гц.

У процесi еволюцii людина звикла до звукiв середньоi частоти, оскiльки цi частоти в природi найпоширенiшi (спiв птахiв, шум лiсу i моря). Тому на людину шум такоi частоти дii бiльш сприятливо, нiж такоi самоi сили, але бiльш високоi частоти. Цю обставину потрiбно враховувати при проектуваннi нових машин при виборi кiлькостi оборотiв або частоти коливань робочих органiв (вiбросита,, ущiльнення формувальних сумiшей i т.п.).

За величиною iнтервалiв мiж складовими звуками розрiзняють:

а) дискретний (лiнiйний) шум - з iнтервалами;

б) суцiльний шум - без iнтервалiв;

в) змiшаний шум.

За характером змiни загальноi iнтенсивностi в часi розрiзняють:

а) стабiльнi звуки - енергiя звуку в часi змiнюiться не на багато;

б) переривчастi звуки - швидке перiодичне наростання i спад енергii з паузами (ткацькi, швейнi цехи).

При вимiрюваннi виробничих шумiв спектр визначаiться в дiапазонi вiд 22,5 до 11200 Гц.

Цей iнтервал розбитий на смуги, якi назвали октавами.

Октава - це така смуга звукового спектра, в якiй верхня гранична частота вiдрiзняiться вiд нижньоi граничноi частоти в 2 рази. Тодi весь спектр набуде вигляду:

22,5-45 (31,5), 45-90 (63), 90-180 (125), 180-355 (250), 355-710 (500), 710-1400 (1000), 1400-2800 (2000), 2800-5600 (4000), 5600-11200 (8000).

В дужках зазначенi середньогеометричнi частоти девтАЩяти октав, за якими здiйснюiться нормування шуму.

Поширення звукових хвиль супроводжуiться появою ряду акустичних явищ.

Накладення звукових хвиль однаковоi частоти називаiться iнтерференцiiю.

Процес огинання звуковою хвилею перешкод кiнцевих розмiрiв називаiться дифракцiiю.

Виникаючi всерединi замкнутих примiщень звуковi хвилi, поширюючись вiд джерела, багато разiв вiдбиваються вiд будiвельних конструкцiй, створюють умови для появи вiдлуння. Цей процес називаiться реверберацiiю.

Якщо звукова частота збiгаiться з власною частотою коливання будь якоi системи, амплiтуда рiзко зростаi. Це явище називаiться резонансом.

У поняттi тАЮшумтАЭ в акустицi наявне не тiльки фiзичне, але i фiзiологiчне значення.

З фiзiологiчноi точки зору не кожний коливальний рух середовища, що проводить звук, сприймаiться органiзмом людини як звукове роздратування. Вухо людини здатне уловлювати механiчнi коливальнi рухи середовища з частотою вiд 20 до 20000 Гц. Нижче 20 Гц i вище 20 тис. Гц знаходяться вiдповiдно областi нечутних людиною iнфразвукiв i ультразвукiв.

У частотному дiапазонi, що чуi людина (20-20000 Гц), видiляють двi межi звуковоi енергii, яку сприймаi людина як звук.

Мiнiмальна величина звуковоi енергii, що сприймаi людина як звук, називаiться слуховим порогом (порiг чутностi). Порiг чутностi складаi I_о = 10^-12 Вт/м². Звуковий тиск, що вiдповiдаi цiй величинi, дорiвнюi Р_о = 2*10^-5 Н/м².

Звукова енергiя, при якiй звук викликаi вже больовi вiдчуття називаiться больовим порогом, вона вiдповiдаi силi I = 10² Вт/м² i звуковому тиску бiльше Р = 20 Н/м².

Дiапазон великий: за силою (iнтенсивностi) - 10¹⁴;

за тиском - 10⁶.

Оперувати такими цифрами незручно, крiм того, вухо людини здатне реагувати на вiдноснi змiни iнтенсивностi в часi, а не на абсолютне значення параметра.

Для органiв слуху важливий не сам параметр звуку, а змiна фактичного параметра звуку вiдносно попереднього значення, або умовно взятого за граничний вiдлiк. Тому в акустицi введено поняття рiвень параметра як вiдношення фактичного значення параметра до граничного значення.

Мiжнародною угодою за граничний вiдлiк прийнятий звуковий тиск Р=2*10^-5 Н/м² (це порiг чутностi). Тодi рiвень параметра за звуковим тиском (рiвень звукового тиску L_p) можна подати у виглядi

L_р= lg (р_фак /р_гр), (3)

де р_фак - фактичне значення звукового тиску;

р_гр - граничне значення звукового тиску;

lg - символ, який введений для того, щоб не оперувати великими числами: lg10¹⁴ = 14.

Логарифм вiдношення фактичного параметра звуку над прийнятим граничним значенням в акустицi називаiться белом (Б).

Але користуватися показником "Б" незручно, оскiльки дiапазон дуже малий, тому користуються величиною в 10 разiв меншою - децибел (дБ). Тодi весь дiапазон вiд слухового порогу до больового укладаiться в 14 Б або 140 дБ.

Декiлька цифр для порiвняння: вибух атомноi бомби 200 дБ - смертельний порiг, хiд годинника - 30 дБ, тиха розмова - 30 дБ, для наших навчальних примiщень нормальнi умови роботи - 60 дБ, гучна музика - 110 дБ, токарний верстат до 100 дБ.

7.Гучнiсть.

Звуки однiii iнтенсивностi на рiзних частотах суб'iктивно людина сприймаi по-рiзному (з рiзною гучнiстю). Тому вводиться поняття тАЮгучнiсть звуку", тАЮшуму". Одиниця гучностi - фон.

Тiльки на частотах 1000 Гц одиницi у фонах i дБ збiгаються.

8. Звукова потужнiсть.

Звукова потужнiсть джерела звуку Р - це загальна кiлькiсть звуковоi енергii, що випромiнюiться джерелом шуму в навколишнi середовище за одиницю часу, Вт:

, (4)

де i_н - нормальна до поверхнi iнтенсивнiсть звуку, Вт/м²;

S - площа замкнутоi поверхнi, на яку розповсюджуiться звук, м².

Рiвень звуковоi потужностi, дБ, визначаiться за формулою

тАЩ (5)

де P_фак - фактична звукова потужнiсть джерела, Вт;

P_гр - гранична звукова потужнiсть, яка береться такою, що дорiвнюi 10^-12 Вт.

Акустичний розрахунок.

Його проводять для оцiнки очiкуваних рiвнiв звукового тиску, якi будуть в розрахункових точках на робочих мiсцях при проектуваннi нових цехiв.

До завдань акустичного розрахунку вiдносять:

1. Визначення рiвнiв звукового тиску в розрахунковiй точцi за вiдомим джерелом шуму i його шумовою характеристикою.

Для кожноi машини в технiчнiй документацii зазначаються:

а) рiвень звуковоi потужностi джерела в октавних смугах частот;

б) характеристика спрямованостi шуму, випромiнюваного машиною.

2. Визначення необхiдного зниження шуму.

3. Розроблення заходiв щодо зниження шуму до допустимих величин.

Очiкуваний рiвень звукового тиску, створюваний в розрахунковiй точцi джерелом шуму вiдомоi звуковоi потужностi, залежить вiд того, де розмiщена розрахункова точка: на вiдкритому просторi або в замкнутому примiщеннi, рис.1 або рис.2.

Для вiдкритого простору:

Рисунок 1 - Схема акустичного розрахунку для джерела, розмiщеного на вiдкритому просторi.

Рисунок 2 - Схема акустичного розрахунку для джерела, розмiщеного в примiщеннi.

Очiкуваний рiвень звукового тиску, дБ, можна визначити за формулою

L_p = L_Р + 10 lgФ - 10 lgS - ΔL_p, (6)

де L_P - рiвень звуковоi потужностi джерела, дБ;

Ф - фактор спрямованостi, визначаiться за формулою

Ф = I_н/I_нн, (7)

де I_н - iнтенсивнiсть звуку, створювана направленим джерелом у розрахунковiй точцi;

I_нн - iнтенсивнiсть, яку створило б не направлене джерело тiii самоi звуковоi потужностi;

S - площа поверхнi, на яку поширюiться звук (береться S = 2r² (площа пiвсфери), м²;

r - вiдстань мiж джерелом i розрахунковою точкою, м;

ΔL_p - втрати звуковоi потужностi на шляху розповсюдження шуму вiд джерела до розрахунковоi точки. За вiдсутностi перешкод для шуму на невеликих (до 50 м) вiдстанях ΔL_p = 0. При вiдстанях бiльше нiж до 50 м при поширеннi звукових хвиль в повiтрi спостерiгаiться iх затухання через густину повiтря та молекулярне затухання орiiнтовно за такою залежнiстю: при збiльшеннi вiдстанi вiд джерела шуму до розрахунковоi точки в два рази рiвень шуму зменшиться на 6 дБ. Тобто, якщо припустити, що при вiдстанi 50м ΔL_p = 0, то при вiдстанi 100м ΔL_p = 6 дБ, при вiдстанi 200м ΔL_p = 12 дБ.

Розрахунок проводять в кожнiй з дев'яти октавних смуг. Результат порiвнюють з допустимими значеннями за ГОСТом 12.1 003.83* i визначають необхiдне зниження шуму (дБ).

При роботi джерела шуму в примiщеннi звуковi хвилi багато разiв вiдбиваються вiд стiн, стелi i рiзних предметiв.

Орiiнтовно це збiльшуi шум в примiщеннях на 10-15 дБ в порiвняннi з шумом того самого джерела на вiдкритому просторi.

Для даного випадку очiкуваний рiвень звукового тиску в розрахунковiй точцi обчислюiться за формулою

L_p = L_Р + 10 lg (Ф/S + 4/B), (8)

де В - т. зв. стала примiщення:

, (9)

де А - еквiвалентна площа звукопоглинання:

А = α_серВ·S_пов. (10)

Тут α_сер - середнiй коефiцiiнт звукопоглинання внутрiшнiх поверхонь примiщення площею S_пов.

Вiн визначаiться як вiдношення iнтенсивностi поглиненого i падаючого звуку:

. (11)

У виробничих примiщеннях α_сер дляорiiнтовних розрахункiв беруть 0,3 - 0,4.

2. Дiя шуму на органiзм людини

Дiя шуму на органiзм людини може проявлятися як у виглядi специфiчного ураження органiв слуху, так i порушень з боку багатьох органiв i систем.

Причина хвороби кожного п'ятого пацiiнта психiатричних лiкарень - надмiрний шум.

В Англii кожна третя жiнка i кожний четвертий чоловiк через шум страждають неврозом.

Терапевт академiк М'ясников вважаi, що надмiрнi децибели можуть бути джерелом гiпертонii.

Австрiйський вчений Грiффт дiйшов висновку, що шум - причина передчасного старiння, вiн скорочуi життя в великих мiстах на 8-12 рокiв.

Тривала дiя iнтенсивного шуму може призводити до надмiрного подразнення клiтин звукового аналiзатора, його стомлення, а потiм i до стiйкого зниження гостроти слуху (туговухiсть). Встановлено, що стомлювальна дiя шуму пропорцiйна його частотi (висотi). На частотi 4000 Гц шум найбiльш не бажаний, може викликати раннi виражене погiршення слуху.

РЖмпульсний шум дii бiльш несприятливо, нiж стацiонарний. Шум також дii i на центральну нервову систему (викликаi дратiвливiсть, ослаблення пам'ятi, зниження чутливостi шкiри, розлад сну), змiнюiться дiяльнiсть функцiй шлунково-кишкового тракту, серцево-судинноi системи.

Поiднання професiйноi туговухостi з розладом центральноi нервовоi системи, серцево-судинноi системи у працiвникiв в умовах пiдвищеного шуму може призвести до професiйного захворювання - шумовоi хвороби.

Крiм того, впливаючи на кору головного мозку, шум дратуi, прискорюi процес стомлення, ослаблюi увагу i уповiльнюi психiчнi реакцii. З цих причин шум в умовах виробництва може спричинити виникнення травматизму.

Цi шкiдливi дii тим бiльшi, чим сильнiший шум i чим довша його дiя.

При дii шуму дуже високих рiвнiв (бiльше 130 дБ) можливий розрив барабанноi перетинки.

3. Нормування шуму

При нормуваннi шуму використовують два методи:

1. Нормування за граничним спектром шуму.

2. Нормування рiвня звуку в дБА.

Перший метод нормування i основним для постiйних шумiв. Вiдповiдно до ГОСТу 12.1 003-83 нормуються рiвнi звукового тиску в 9 октавних смугах з середньо геометричними частотами:

31,5	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000 Гц
107	95	87	82	78	75	73	71	69 дБ

Вместе с этим смотрят:

РЖнформацiйнiсть як фактор ризику. Операцiя "Паганель"

РЖонiзуюче випромiнювання та його вплив на органiзм

Аварii на хiмiчно небезпечних об'iктах

Анализ вредных и опасных факторов на примере деятельности реставраторов произведений Графики Всероссийского художественного научно-реставрационного центра имени академика И.Э. Грабаря

Анализ государственных нормативных требований охраны труда, установленных действующим законодательством