Эксперт по сдаче вступительных испытаний в ВУЗах
«Исследование шума и мероприятия защиты от шума» Цель работы:
Ознакомиться с основными параметрами звуковых волн, классификацией шумов по их характеристикам, с нормативными требованиями к характеристикам шумов, основными способами защиты от вредного действия шума.
Порядок выполнения работы
1. Прочитать теоретический материал по данной лабораторной работе.
2. В разделе «Допуск к лабораторной работе» Вам необходимо ответить на вопросы теста. Если результат тестирования составляет не менее 60%, Вы получаете допуск к выполнению работы.
3. Выполнение работы: Вам будут представлено 7 спектров шума. При верном выборе 5ти и более спектров шума – работа считается выполненной.
4. В разделе «Защита лабораторной работы». Вам необходимо ответить на вопросы теста. Если результат тестирования составляет не менее 60%., работа считается завершенной.
Измерение шума
Измерение шума осуществляется с помощью шумомера. Шумомеры — состоят из датчика (микрофона), усилителя, частотных фильтров (анализаторов) и индикатора, показывающего уровень измеряемой величины в дБ. Шумомеры снабжены блоками частотной коррекции с переключателями А, В, С, D и временных характеристик c переключателями F (fast) — быстро, S (slow) — медленно, I (pik) — импульс. Шкалу F применяют при измерениях постоянных шумов, S — колеблющихся и прерывистых, I — импульсных.
По точности шумомеры делятся на четыре класса 0, 1, 2 и 3. Шумомеры класса 0 используются как образцовые средства измерения; приборы класса 1 — для лабораторных и натурных измерений; 2 — для технических измерений; 3 — для ориентировочных измерений. Каждому классу приборов соответствует диапазон измерений по частотам: шумомеры классов 0 и 1 рассчитаны на диапазон частот от 20 Гц до 18 кГц, класса 2 — от 20 Гц до 8 кГц, класса 3 — от 31,5 Гц до 8 кГц.
Для измерения шума используется отечественный измеритель шума и вибрации, имеющий диапазон измеряемых уровней шума от 30 до 130 дБ и октавные фильтры 16; 31; 5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц. Шумомер имеет частотные характеристики А, В, С и « иин». Из зарубежных акустических приборов используются шумомеры фирмы RFТ (ГДР) и «Брюль и Кьер» (Дания).
Измерение шума на рабочих местах предприятий и учреждений осуществляется по ГОСТ 20445-75 и ГОСТ 23941-79.
Введение
Шум – это беспорядочное сочетание звуков различной частоты и интенсивности и является одним из основных вредных физических факторов.
В настоящее время эксплуатация большинства технологического оборудования, энергетических установок неизбежно связана с возникновением шумов различной частоты и интенсивности. Обычные промышленные шумы характеризуются хаотическим сочетанием звуков. В производственных условиях источниками шума являются работающие станки и механизмы, ручные, механизированные и пневмоинструменты, электрические машины, компрессоры, кузнечнопрессовое, подъемно-транспортное, вспомогательное оборудование (вентиляционные установки, кондиционеры) и т.д.
Звук – материальные колебания частиц упругой среды (газообразной, твердой и жидкой), распространяющиеся в виде волн.
Звуковое поле – это пространство, в котором распространяется звук.
Основные параметры звуковых волн
частота колебаний f, Гц;
скорость распространения волны с, м/с;
длина звуковой волны λ, м; звуковое давление P, Па; интенсивность звука I, Вт/м2.
1. Частота. Акустические колебания в диапазоне f=16Гц…20кГц воспринимаются человеком и называются звуковыми (слышимыми), колебания с f < 16 Гц – инфразвуковыми, колебания с частотой 20 кГц
1000 Гц).
Высокочастотный диапазон более неприятен для человека, чем низкочастотный. Cлышимый диапазон звука делят на частотные полосы. …fB9 fHi — нижняя граничная частота полосы; fВi – верхняя граничная частота полосы, где i = 1, 2, 3, …10.
Октава – это повышение тона при увеличении любой частоты в 2 раза. f В i / f Н i = 2 октавные полосы звуковых частот.
Каждую октавную полосу обозначают среднегеометрическим значением частоты fср. fсрi = fHi ⋅ fBi , Гц
2. Скорость распространения волны – это скорость распространения возмущающего действия.
3. Длина звуковой волны равна длине пути, проходимого звуковой волной за один период
4. Звуковое давление P. Воздействие звуковой волны на барабанную перепонку уха зависит от звукового давления. Звуковые колебания в воздухе приводят к его сжатию и разрежению. В областях сжатия давление воздуха возрастает, а в областях разрежения понижается. Разность между давлением, существующем в возмущенной среде Pср в данный момент, и атмосферным давлением Pатм, называется звуковым давлением (рис.1). В акустике этот параметр является основным.
Рис.1 Звуковое давление
5. Интенсивность звука — это количество энергии, переносимое звуковой волной за 1 с,
2. через 1 м
где: Р – звуковое давление, Па ρ — плотность среды, кг/м3; с – скорость звука в среде, м/с, c=340 м/с в воздухе при нормальной температуре. Характеристиками источника шума являются:
• Мощность звука, W – это количество звуковой энергии, изучаемой источником в пространство в единицу времени, и измеряемой в Вт.
• Фактор направленности, Ф — это отношение интенсивности звука в данной точке к средней интенсивности. Фактор направленности характеризует неравномерность излучения звуковой энергии источником.
где: I, (P) – интенсивность звука (звуковое давление) соответственно, измеренное на определенном расстоянии от источника;
Iср, (Pср) — интенсивность звука (звуковое давление) соответственно, усредненное по всем направлениям при том же расстоянии от источника
В ограниченном пространстве (например, в закрытом помещении) распространение звуковых волн зависит от геометрии и акустических свойств поверхностей, расположенных на пути распространения волн. Процесс формирования звукового поля в помещении связан с явлениями реверберации. Реверберация («послезвучание») – это собственная характеристика затухания звука.
Нормирование шума
Нормирование шума регламентируется ГОСТ 12.1.003-83 «ССБТ. Допустимые уровни шума на рабочих местах» и СН 2.2.4/2.1.8.562-96 «Санитарные нормы шума на рабочих местах и жилой застройки».
В соответствии с законом Вебера-Фехнера прирост силы ощущения анализатора человека пропорционален логарифму отношения энергий 2 сравниваемых раздражителей. Поэтому для характеристики уровня шума используют логарифмические уровни интенсивности звука и звукового давления.
Логарифмический уровень интенсивности звука, дБ
LI = 10 lg I / IО
где: I – интенсивность звука, Вт/м2;
IО – интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости (при f =1000 Гц IО = 10 — 12 Вт/м2).
Логарифмический уровень звукового давления, дБ
LP = 20 lg P / Pо
где: P – звуковое давление, Па;
Pо — порог слышимости (при f =1000 Гц Pо = 2 10 — 5 Па, болевой порог — 200 Па).
Весь диапазон слышимых звуков укладывается в 140 дБ. Окружающие человека шумы имеют разную интенсивность:
— шум листвы и мерный шелест морского прибоя — 20 дБА;
— разговорная речь – 50-60 дБА;
— громкая музыка – 70 дБА;
— шум двигателя легкового автомобиля – 80 дБА;
— автосирена –100 дБА
Основными факторами, определяющими действие шума на организм, являются: уровень звукового давления, продолжительность действия и характер спектра. Допустимый уровень шума устанавливается с учетом характера работы, времени действия шума и его характера.
Шум, являющийся сложным звуком, можно разложить на простые составляющие, графическое изображение которых называется спектром. По величине интервалов между составляющими его звуками различают шум дискретный (линейчатый) с большими интервалами, сплошной с бесконечно малыми интервалами и смешанный, характеризующийся отдельными пиковыми дискретными составляющими на фоне сплошного спектра (рис. 2). Производственные шумы чаше всего имеют смешанный спектр.
Рис. 2. Типы шумовых спектров
а — дискретный (линейчатый); 6 — сплошной; в — смешанный.
Классификация шумов по характеру спектра представлена в табл.1
Классификация шумов по характеру спектра
Таблица 1
Способ классификации Вид шума Характеристика шума
По характеру спектра шума • широкополосные Непрерывный спектр шириной более одной октавы
• тональные В спектре которого имеются явно
выраженные дискретные тона. При измерении тонального шума в треть октавных полосах частый уровень звукового давления в одной полосе превышает над соседними не менее чем на 10 дБ.
По временным характеристикам • постоянные Уровень звука за 8 часовой рабочий день изменяется не более чем на 5 дБ(А)
• непостоянные делятся на:
− колеблющиеся во времени
− прерывистые
− импульсные
Уровень звука за 8 часовой рабочий день изменяется более чем на 5 дБ(А)
Уровень звука непрерывно изменяется во времени
Уровень звука изменяется ступенчато не более чем на 5 дБ(А), длительность интервала 1с и более
Состоят из одного или нескольких звуковых сигналов, длительность интервала меньше 1с
Для широкополосного постоянного и непостоянного шума допустимые уровни звукового давления представлены в табл.2.
Допустимый уровень шума нормируются в октавных полосах с частотами: 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц. Для ориентировочной оценки непостоянного шума пользуются суммарным уровнем звука, измеряемым по шкале «А» шумомера дБА. Эта шкала отражает восприятие звуков человеком.
Предельный спектр (ПС) — набор допустимых уровней звуковых давлений для постоянных шумов, то есть в каждой октавной полосе спектра задается допустимая величина уровня звукового давления. Например, ПС-45, ПС-75, где цифрами указан допустимый уровень звукового давления при частоте 1000 Гц, значения которых зависят от характера выполняемой работы.
Нормативные значения уровней шума на рабочих местах
(ГОСТ 12.1.003.83, извлечение)
Таблица 2
Вид трудовой деятельности, рабочие места
Уровни звукового давления, дБ, в составных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц
Уровни звука и эквивалентные уровни звука, ДБА 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
Помещения КБ, программистов вычислительных машин, лабораторий для теоретических исследований 86 71 81 54 49 45 42 40 38 50
Помещения управлений 93 79 70 68 58 55 52 50 49 60 (рабочие комнаты)
Помещения лабораторий 91 экспериментальных исследований, лабораторий с шумным оборудованием
Постоянные рабочие места 107 95 и рабочие зоны в производственных помещениях
Для шумов тонального и импульсного допустимые уровни звука следует принимать на 5дБ меньше значений, указанных в таблице. Шум вентиляторов, кондиционеров должен быть меньше допустимого на 5 дБ.
Допустимые уровни звукового давления для жилых и общественных зданий и их территорий определяются по СНиП 11-12-88. На территориях жилой застройки в городском районе в 2 м от жилых зданий и границ площадок отдыха не должны превышать 40 дБ.
Допустимые уровни звука в разных странах представлены в (табл. 3). Как видно из таблицы наиболее жесткие нормы шума в настоящее время действуют в России.
Таблица 3
Страны Допустимый уровень звука, дБА
Россия 80
США, Германия, Канада, Великобритания 90
Швеция 85
Нормы шума на рабочих местах представлены в табл.4.
Оборудование Средняя геометрическая частота, Гц
Октавные полосы со среднегеометрическими частотами f, Гц 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
Lw штамповочного автомата АТ60, дБ 98 102 102 105 101 99 92 92
Lw пресса К222, дБ 106 103 102 101 102 102 98 89
Lw токарного станка
1К36, дБ 96 94 95 98 93 90 90 86
Lw токарного станка
1А62, дБ 84 87 90 92 91 87 82 80
Lw ПЭВМ Compaq, дБ 40 59 42 42 43 41 39 36
Lw ПЭВМ Samsung, дБ 56 51 39 39 42 40 33 34
Lw принтера DeskJet 820 Cxi, дБ 50 59 44 45 46 40 36 35
Lw плоттера HP
DesignJet 10 PS A3+ , дБ 60 57 50 42 47 43 41 39
Lw ксерокса Xerox 5310, дБ 60 55 45 47 48 39 40 41
Газовая резка 94 95 97 92 96 87 102 104
Влияние шума на организм человека
Влияние шума на организм человека зависит от интенсивности и продолжительности воздействия, индивидуальной чувствительности организма к акустическому раздражителю. Женский и детский организм особенно чувствителен к шуму. Орган слуха человека может адаптироваться к некоторым постоянным и повторяющимся шумам, но адаптация не может защитить от шумовой патологии.
Шум с уровнем звукового давления до 30-40 дБ привычен для человека и не беспокоит его. Повышение уровня до 40-70 дБ создает значительную нагрузку на нервную систему и при длительном воздействии может быть причиной неврозов. Воздействие шума уровнем свыше 75 дБ может привести к потере слуха – профессиональной тугоухости. При действии шума более 140 дБ возможен разрыв барабанных перепонок, контузия, а при 160 дБ – смерть.
Шум при воздействии на работающего вызывает утомление, звон в ушах, головную боль, замедление реакции, повышение кровяного давления, угнетает ЦНС, изменяет скорость дыхания и пульса, нарушает обмен веществ. При систематическом воздействии является причиной понижения остроты слуха, развития профессиональной глухоты. У некоторых лиц повреждение слуха может наступить в первые месяцы воздействия, у других – развивается в течение всего периода работы. Снижение слуха на 10 дБ практически неощутимо, на 20 дБ – наступает ослабление разборчивости речи.
Инфразвук
Инфразвук (от лат. «инфра» – ниже, под) – это акустические колебания с частотой ниже 16 Гц. Инфразвук не воспринимается человеком на слух.
Допустимые уровни инфразвука регламентируются СН 2.2.4/2.1.8.583-96 «Инфразвук на рабочих местах, в жилых и общественных помещениях и на территориях жилой застройки».
Источники инфразвука в природе — землетрясения, вулканические извержения, разряды молний, магнитные бури, а в промышленности – газотурбинные установки, движущийся транспорт, двигатели ракет и самолетов.
Проблема инфразвука возникла в век огромных сооружений, мощных машин и установок. Инфразвуковые колебания меньше поглощаются в атмосфере и легче огибают препятствия вследствие большой длины волны, поэтому они распространяются на значительные расстояния с небольшими потерями энергии. Под действием инфразвука возникает вибрация строительных конструкций.
Инфразвук определенной частоты вызывает чувство тревоги, неуверенности, оказывает влияние на биоритмы мозга, вестибулярный аппарат и вызывает головокружение. Мощные инфразвуковые колебания вызывают повышение артериального давления, изменяют ритм сердечных сокращений и дыхания, ослабевают функцию слуха и зрения.
Ультразвук
Ультразвук – это акустические колебания свыше 20 кГц. Ультразвук не воспринимается человеком на слух.
Допустимые уровни ультразвука регламентируются ГОСТ 12.1.001-89 «ССБТ. Ультразвук общие требования безопасности» и СаНПиН 2.2.4/2.8.582-96 «Гигиенические требования при работах с источниками воздушного и контактного ультразвука промышленного, медицинского и бытового назначения».
Допустимые уровни звукового давления ультразвука нормируются в третьоктавных полосах со среднегеометрическими частотами 12,5 — 100 кГц. Верхняя граница октавы отличается от нижней в 3 2 =1.28.
Ультразвук широко используется в технологических процессах. В литейных цехах его источниками являются генераторы (очистка отливок); в гальванических цехах — при работе ванн обезжиривания; при плазменной и диффузионной сварке, резке металлов — генераторы, в сборочных цехах — при удалении загрязнений, при механической обработке сверхтвердых материалов. В твердом теле ультразвук вызывает вибрацию его частиц.
По способу распространения ультразвук делится на воздушный и контактный.
Ультразвук низкой частоты (11-100 кГц) хорошо распространяются в воздухе. Он вызывает у человека функциональные нарушения слухового и вестибулярного анализаторов, изменения ЦНС (чувство страха в темноте, в ограниченном пространстве), вегетососудистую дистонию.
Контактное воздействие ультразвука высокой частоты (100 кГц – 1000 МГц) приводит к нарушению кровообращению в кистях рук, снижению болевой чувствительности, изменению костной структуры. Контактное воздействие ультразвука на организм человека более опасно, чем воздушное.
Защита от шума
Защита от вредного действия шума достигается за счет снижения шума в источнике, рациональной планировки производственного помещения, звукопоглощения и звукоизоляции, применением средств индивидуальной защиты по ГОСТ 12.4.015-78.
1. Уменьшение звуковой мощности источника. Мероприятия уменьшения источника шума зависят от природы шума.
Механические шумы возникают при работе различных машин и механизмов от трения и соударения их деталей. Снижаются за счет:
— повышения точности изготовления деталей машин;
— замены ударных технологических процессов на безударные (например, клепку заменяют сваркой, штамповку – прессованием);
— замены в механизмах возвратно-поступательного движения на вращательное;
— использования пластмассовых деталей вместо металлических;
— применения клиноременных передач вместо зубчатых; — применения смазки трущихся поверхностей.
Аэрогидродинамические шумы возникают при работе вентиляторов, компрессоров, ДВС, при выпуске пара, при вращении винтов самолета. Снижаются за счет:
— уменьшения скорости струи;
— совершенствования аэродинамических характеристик; — трансформацией спектра шума; — использованием насадок.
Электромагнитные шумы сопровождают работу различных электрических установок. Снижаются в основном за счет конструктивного совершенствования машины (например, за счет плотной прессовки пакетов трансформаторов, притирки щеток электродвигателей).
2. Звукопоглощение осуществляется при переходе энергии колебаний звуковой волны в тепловую за счет потерь на трение в звукопоглотителе. Звукопоглощающие материалы характеризуются коэффициентом звукопоглощения α: α = Епог / Епад
где: Епог, Епад – звуковая энергия, соответственно, поглощенная и падающая на поверхность материала.
Коэффициент звукопоглощения меняется в пределах от 0 до 1. Звук полностью отражается при α =0 и полностью поглощается при α=1. К звукопоглощающим материалам относят те, которые имеют α > 0.4.
К ним относятся: минеральная вата, стекловолокно, акустические плиты
«Акминит» и «Силакпор» (α=0.6…0.9). При выборе звукопоглощающего материала учитывается частота шума, производственные условия (запыленность, влажность и т.д.). Использование метода звукопоглощения:
• Акустическая обработка помещения, то есть облицовка помещений звукопоглощающими материалами. Максимальное звукопоглощение достигается при облицовке не менее 60% общей площади ограждающих поверхностей.
• Подвеска на потолочные перекрытия звукопоглотителей, в виде конуса, куба, параллелепипеда. Эффективность звукопоглощения в помещении определяется по формуле: ∆Lобл = 10 lg B2/ B1
где: B1 и B2 – постоянные помещения до и после акустической обработки, определяются
по формуле: B1,2 = А1,2 . (1 — α1,2)
где: А1 и А2 — эквивалентные площади звукопоглощения помещения.
А1 определяется по результатам измерения времени реверберации А1 = 0.16 . V/T
где: V – объем помещения, м3;
Т – время реверберации — время, в течение которого уровень звукового давления уменьшается на 60 дБ после прекращения действия шума; n
А2=A1. ΔА, ΔА = ∑di ⋅Si i−1
где: si площадь i — ограждающей поверхности до акустической обработки; di — коэффициент звукопоглощения i — ограждающей поверхности.
Практика показывает, что за счет звукопоглощения можно снизить уровень отраженного шума не более чем на 7- 8 дБ.
3. Звукоизоляция основана на снижении шума за счет звукоизолирующих преград. При этом большая часть звуковой энергии отражается от ограждений. При использовании звукоизоляции эффект снижения шума достигается на 30 – 60 дБ.
Основные типы звукоизоляции:
— стены, перегородки (используют бетон, железобетон, кирпич);
— экраны (изготавливают из сплошных металлических листов, толщиной 1.5–2 мм, покрытых звукопоглощающими материалами);
— кожухи (изготавливают из стали, дюралюминия, пластмассы). Закрывают машину, агрегат, установку;
— кабины (размещают пульты управления и рабочие места).
Характеристикой звукоизоляции служит:
коэффициент звукопроницаемости τ: τ = Епр / Епад= Iпр/Iпал
где: Епр и Епад – звуковая энергия, соответственно, прошедшая через ограждение и падающая на ограждение, Па;
Iпр, Iпал — соответственно интенсивности звука прошедшего и падающего звука, Вт/м2
Коэффициент звукоизоляции R (звукоизолирующая способность ограждения) R = 10 lg 1/τ , дБ
Звукоизоляцию однородных ограждений рассчитывают по формуле: R = 20 lg (m0 . f) – 47.5
где: m0 – масса 1 м2 ограждения, кг; f – частота звука, Гц.
Из формулы следует, что R тем выше, чем выше частота и массивнее материал ограждения.
Широко используется для ослабления уровня шума звукоизолирующие кожухи.
Снижение уровня шума за счет кожуха определяется по формуле ΔL=R+10lga
где α — коэффициент звукопоглощения кожуха.
Обычно кожухи выполняются из листовой стали или пластмассы, а с внутренней стороны облицовываются звукопоглощающим материалом.
Сильный шум может генерироваться в кожухах и кабинах через технологические отверстия, поэтому применяют глушители шума. Они делятся на: активные (абсорбционные), реактивные, комбинированные.
Рис. 3. Глушители абсорбционного типа а – трубчатый, б – пластинчатый, в – сотовый
Активные глушители (рис.3) содержат набивки, пластины из звукопоглощающих материалов. Реактивные (рис. 4) глушители снижают шум в узких частотных пределах и подразделяются на камерные и резонансные.
Рис. 4. Реактивные глушители
а – камерный (F1 – площадь трубы, F2 – площадь камеры); б – резонансный
Камерные глушители выполняются в виде расширительных камер, отражающих звуковую волну обратно. Их эффективность растет с увеличением числа камер и длины соединяющей трубы. Резонансные глушители выполняются в виде ответвлений от основной конструкции. Потери звуковой энергии на колебательный процесс происходят в резонаторе объемом V.
4. Рациональное размещение источников шума. Рекомендуется:
Шумные цехи рекомендуется размещать в максимальном удалении от других производств.
Увеличивать расстояния от рабочего места до источника.
Располагать источники шума с учетом направления излучаемого шума (фактора направленности). Шумовые отверстия необходимо размещать с противоположной стороны от рабочего места.
Территорию полезно озеленять, так как листва деревьев хорошо поглощает шум.
5. Средства индивидуальной защиты включают:
— вкладыши (мягкие – вата, марля; твердые – пластмассы, резина, эбонит). Самые дешевые и компактные средства, но не эффективные (снижение шума на 5-20 дБ), часто раздражают слуховой проход;
— наушники ослабляют шум в среднем на 40 дБ;
— шлемы применяют при воздействии шумов более 120 дБ, так как в этом случае шум действует на человека через черепную коробку.
Для широкополосного постоянного и непостоянного шума запрещается даже кратковременное пребывание в зонах с октавными уровнями звукового давления свыше 135 дБ в любой октавной полосе.
Максимальный уровень звука непостоянного шума на рабочих местах не должен превышать 110 дБА, а максимальный уровень звука импульсного шума не должен превышать 125 дБА.
Защита от действия ультразвука осуществляется теми же методами, что и защита от шума. При контактном действии ультразвука используют защитные рукавицы.
Распространение инфразвука невозможно остановить с помощью строительных конструкций и СИЗ из-за большой длины волны. Поэтому меры борьбы необходимо
-1 применять к источнику: увеличение частоты вращения вала более 20 с , повышение жесткости колеблющихся поверхностей, конструктивные изменения источников. Чтобы избежать резонанса инфразвука необходимо проектировать ребристые конструкции зданий повышенной жесткости.
При разработке технологических процессов, эксплуатации машин, при организации рабочих мест должны приниматься меры по снижению шума, действующего на человека до значений, не превышающих допустимые. Зоны с уровнем звука или эквивалентным уровнем звука выше 80 дБА должны быть обозначены знаками безопасности по ГОСТ 12.4.026-76. Работающих в этих зонах администрация обязана снабжать средствами индивидуальной защиты по ГОСТ 12.4.051-87. Шум на рабочих местах должен контролироваться не реже одного раза в год.
Ссылка на первоисточник:
http://www.muctr.ru/
