Шумовое воздействие. Физические характеристики звука - БЖД как наука

Шумовое воздействие среди негативных факторов производственной среды  занимает первое место.

Звук или тон – это акустическое гармоническое колебание с определённой частотой.

Звук характеризуется:

- частотой колебаний f (Гц), то есть числом колебаний в секунду;

- звуковым давлением p (Па)  -  это разность между мгновенным давление в волне и атмосферным;

- интенсивностью или силой звука I (вт/м2) равной потоку звуковой энергии, проходящей в единицу времени через 1 м2 площади.

Связь между силой (интенсивностью) звука и звуковым давлением выражается следующим соотношением.

.

Минимальная величина звукового давления, которую ощущает ухо человека носит название порога слышимости (p0). Давление, создающее болевые ощущения называется болевым порогом (pmax) Аналогичные характеристики имеются для пороговых сил звука (I0, Imax).

Уровень ощущения звука L пропорционален логарифму интенсивности I, отнесённой к интенсивности Io на пороге слышимости.

.

Здесь I, p - действующие значения интенсивности и звукового давления;

 - интенсивность и звуковое давление на пороге слышимости.

 - интенсивность и звуковое давление на болевом пороге.

Представленные формулы является следствием закона Вебера-Фехнера.

Уровень звука L оценивают в относительных логарифмических единицах - децибелах (дБ).

Уровень интенсивности звука численно равен уровню звукового давления (УЗД). Эти характеристики - синонимы.

Область пространства, где происходит распространение звуковых волн, называется звуковым полем, которое характеризуется плотностью среды r (кг/м3), скоростью распространения колебаний частиц среды (звуковой скоростью) с (м/с) и звуковым давлением p.

По частоте колебаний звуки классифицируются следующим образом.

1.

Инфразвук (до 20 Гц).

2. Слышимый звук (20-20000 Гц).

3. Ультразвук (свыше 20000 Гц).

При так называемой «промышленной» частоте 1000 Гц (принятой за стандарт) весь слышимый диапазон укладывается в интервале уровней 0-120дБ.

Шум – хаотические колебания звуков разных частот.

Его оценивают спектром, то есть зависимостью уровня звукового давления от частоты.

Изменение частоты слышимых звуков человеком субъективно воспринимается как изменение пропорциональное относительному изменению частоты. Человек воспринимает звук большей частью не абсолютный, а относительный.

Ввиду зависимости шума от частоты и невозможности выделить конкретные составляющие частот весь частотный диапазон разделен на полосы изменения, носящие название октавных полос частот.

Октавная полоса частот – полоса частот, у которой верхняя граница в два раза больше нижней.

Таблица 2.1.

Таблица октавных полос частот

Средние частоты октавных полос

Граничные частоты октавных полос

Восприятие частоты, также как и силы звука, относительно, поэтому средние частоты октавных полос откладываются на графиках в логарифмическом масштабе (через одинаковые промежутки).

По характеру спектра шумы делят на широкополосные (непрерывный спектр шириной более 1 октавы) и тональные, в которых присутствуют тональные составляющие.

Чувствительность органа слуха человека неодинакова для звуков разной частоты. Для того, чтобы приблизить результаты объективных изменений к субъективному восприятию, введено понятие корректировочного уровня звукового давления. Коррекция заключается в том, что вводятся зависящие от частоты звука поправки к уровню соответствующей величины. Эти поправки стандартизированы. Наиболее употребительна коррекция А.

При этом шум оценивают уровнем звука в дБА.

По временной характеристики шумы делят на постоянные (уровень звука за 8-часовой рабочий день изменяется не более чем на 5дБА) и непостоянные, а последние оценивают эквивалентным уровнем звука.

Последствия воздействия шума на организм человека следующие.

1. Шум высоких уровней отрицательно влияет на ЦНС, сердечно-сосудистую систему, желудок, двигательные функции, умственную работу, зрительный анализатор. Изменяется частота и наполнение пульса, кровяное давление, замедляются реакции, ослабляется внимание, ухудшается разборчивость речи.

2. Снижается чувствительность органа слуха, что приводит к временному повышению порога слышимости. При длительном воздействии шума высокого уровня возникают необратимые потери слуха и развивается профессиональное заболевание – тугоухость.

Критерием риска потери слуха считается уровень 90 дБА, при ежедневном воздействии более 10 лет.

При воздействии шума уровней более 140 дБА возможен разрыв барабанных перепонок, контузия. При частотах свыше 160 дБА – смерть.

При нормировании шумового воздействия контролируются следующие параметры.

1. Уровни звукового давления в октавных полосах частот.

2. Уровень звука в дБА.

Следует отметить, что вторичным поражающим фактором шумового воздействия является вибрационное воздействие.

Классификация средств уменьшения шума.

1. Уменьшение шума в источнике возникновения.

Наиболее рациональное средство, но часто требует серьёзного конструктивного изменения  машины.

2. Организационно-технические мероприятия.

Защита расстоянием или временем, рациональное размещение технологического оборудования, машин и механизмов, рабочих мест, малошумные технические процессы, рациональные режимы труда и отдыха и т.д.

3. Средства коллективной защиты.

Кожухи, экраны, звукопоглощающие глушители и звукоизолирующие конструкции

.

4. Средства индивидуальной защиты.

Наушники, заглушки, шлемы, костюмы

.

Наиболее распространенными на производстве средствами коллективной защиты являются экранирование, звукоизоляция, звукопоглощение.

1. Экранирование – способность преград создавать зону звуковой тени

Эффективность экрана зависит от длины звуковой волны по отношению к размерам препятствия, то есть от частоты колебаний. В помещении из-за наличия отражённого шума эффект экрана меньше, чем в открытом пространстве.

2. Звукоизоляция –

способность преград отражать звуковую энергию

Звукоизоляция одностенной конструкции R (дБ) определяется законом «массы»

Здесь  f - частота колебаний, Гц; δ - поверхностная масса стенки, кг/м2; А, С - эмпирические коэффициенты.

3. Звукопоглощение –

 способность пористых и рыхло-волокнистых материалов, а также резонансных конструкций поглощать звуковую энергию.

В помещении с источником шума уровни шума определяются прямым и отражённым шумом.

Звукопоглощающий материал, установленный на стенах помещения, уменьшает составляющую отражённого шума.

Также средствам коллективной защиты относятся глушители, кожухи с звукопоглотителями и изолированные кабины, методы виброизоляции и вибродемпфирования.