Файл: Исследование шума методические указания к лабораторной работе для студентов всех специальностей.pdf

ИССЛЕДОВАНИЕ ШУМА
Хабаровск
2008

2
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Тихоокеанский государственный университет»
ИССЛЕДОВАНИЕ ШУМА
Методические указания к лабораторной работе для студентов всех специальностей
Хабаровск
Издательство ТОГУ
2008

3
УДК 331.82(076.5)
Исследование шума: методические указания к лабораторной работе для студентов всех специальностей/ сост. Т.В. Тупицына. – Хабаровск: Изд-во
Тихоокеан. гос. ун-та, 2008. - 32 с.
Методические указания составлены на кафедре «Экология и БЖД».
Включают основные сведения, необходимые для измерения параметров шума, оценки и обеспечения нормальных акустических условий труда.
Печатается в соответствии с решениями кафедры «Экология и БЖД» и методического совета ДВЛТИ.
© Издательство Тихоокеанского государственного университета, 2008

4
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
1. Ознакомление с шумометрической аппаратурой.
2. Овладение техникой измерения параметров шума.
3. Определение соответствия акустических условий труда нормативным требованиям.
4. Выбор и определение эффективности мероприятий по снижению уровня шума.
2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Акустический шум является частным случаем вибрации. С точки зрения физики принципиальной разницы между шумом и вибрацией нет: в основе того и другого явления лежат колебательные процессы. Но субъективно человек воспринимает шум слухом, а вибрацию осязанием. Шум представляет собой колебания воздуха, воспринимаемые органом слуха человека как звук.
2.1. ХАРАКТЕРИСТИКА ПАРАМЕТРОВ ШУМА
Шумом называется совокупность звуков, различных по силе и частоте, возникающих в результате колебательных процессов, мешающих восприятию полезных звуков и оказывающих неблагоприятное воздействие на организм человека.
Звук – это волновое колебательное движение упругой среды, воспринимаемое органом слуха – ухом. Источниками звука являются все тела, находящиеся в состоянии колебаний (детали машин, вода, стекло, газ и др.).
Звуковые колебательные процессы характеризуются следующими величинами: амплитудой, длиной волны, частотой колебаний, скоростью распространения.
Скорость распространения звуковой волны называется скоростью звука.
Она связана с длиной волны и частотой колебаний зависимостью:
f


c
,
(1) где

– длина волны, м/с;
f
– частота колебаний, Гц.
Длиной волны называется расстояние между двумя соседними слоями воздуха, имеющими одинаковое звуковое давление, измеренное одновременно.
Частота колебаний
f
– это количество колебаний в единицу времени. За единицу частоты принят герц (Гц) - частота, при которой совершается одно волнообразно распространяющееся колебание частиц упругой среды в единицу времени – секунду.

5
Скорость звука зависит от физических свойств среды (плотности, упругости, давления, температуры и др.), в которой он распространяется.
Скорость звука представлена в табл. 1.
Таблица 1.
Скорость звука в некоторых средах при температуре 20
0
С.
Среда
Ка уч ук
Углек ис лот а
Во здух
В
од ян ой п
ар
В
од ород
В
ода
Де ре во п оп ере к вол ок он
Де ре во в доль вол ок он
Л
ат ун ь
С
та ль
Ж
еле зо
С
те кло
Скорость звука, мс
-1 35 260 344 410 1260 1450 2400 5000 3400 5000 5124 5196
Пространство, в котором распространяются звуковые волны, называется звуковым полем.
Физическое состояние среды в звуковом поле, создаваемом источником шума, характеризуется звуковым давлением, интенсивностью или силой звука.
Движение звуковой волны в воздухе представляет собой периодическое сжатие и расширение воздуха, что сопровождается периодическим повышением и понижением давления.
Звуковое давление
P
, Па – это разность между мгновенным значением давления в среде, возникающим при распространении звуковой волны, и атмосферным давлением (т.е. давление, дополнительно возникающее в среде при распространении звуковой волны – положительное в местах сжатия и отрицательное в местах разрежения воздуха).
Интенсивность или сила звука
I
, Вт/м
2
– количество энергии, переносимой звуковой волной в единицу времени через единицу поверхности, перпендикулярной направлению распространения звуковой волны.
ρc
P
I
2

,
(2) где
P
– мгновенное значение звукового давления, Па;
ρ
– плотность среды, кг/м
3
; c
– скорость распространения звуковой волны, м/с;
Произведение ρc – удельное акустическое сопротивление среды
(волновое сопротивление),
3
м
Нс
Акустической характеристикой в Технических условиях на оборудование, машины, приборы является звуковая мощность.

6
Звуковая мощность источника шума W, Вт – количество энергии, излучаемой источником шума в единицу времени:
IS
W

,
(3) где I – интенсивность звука, Вт/м
2
; S – площадь поверхности источника шума, м
2
Область слышимости звуков ограничивается определенными значениями частоты, звукового давления и интенсивности звука.
Человек слышит звуки в диапазоне 16 – 20000 Гц. Звуки с частотой менее
16 Гц называются инфразвуками, более 20000 Гц – ультразвуками. Звуки с частотой:
16 – 300 Гц – низкочастотные,
300 – 1000 Гц – среднечастотные,
1000 – 20000 Гц – высокочастотные.
Наименьшая интенсивность звука, которую способно воспринимать ухо человека называется нулевым порогом слышимости. Ему при принятой в акустике эталонной частоте
f
=1000 Гц соответствуют минимальные значения звукового давления и интенсивности звука:
;
Па
10 2
P
5 0



2 12 0
м
/
Вт
10
I


Интенсивность звука, которая вызывает болевые ощущения, называется болевым порогом слышимости. Ему соответствуют максимальные значения звукового давления и интенсивности звука. При
f
=1000 Гц:
;
Па
20
P
макс

2
макс м
/
Вт
1
I

Таким образом, интенсивность звука на грани болевого ощущения в 10 12 раз превышает силу звука на нулевом пороге слышимости, звуковое давление – в 10 6 раз.
Чтобы сократить диапазон значений измеряемых величин и в силу специфики восприятия человеком звука, в технической акустике вместо шкалы абсолютных значений принято пользоваться логарифмами отношений этих величин, которые были названы уровнями интенсивности звука.
Уровнем интенсивности звука называется десятичный логарифм отношения интенсивности исследуемого звука к интенсивности звука на нулевом пороге слышимости при эталонной частоте
f
=1000 Гц.
0
I
I
I
lg
L

, дБ
(4)
Интенсивность звука на нулевом пороге слышимости, увеличенную в 10 раз условно приняли за единицу измерения уровня интенсивности – бел (Б).
Орган слуха человека способен различать прирост звука в 0,1 Б, поэтому на

7 практике при измерении применяется величина в 10 раз меньшая, чем бел – децибел (дБ).
Уровень интенсивности звука в данном случае выражается формулой:
0
I
I
I
10lg
L

, дБ
(5)
Если в формулу подставить вместо
I
и
I
0
их значения, выраженные через звуковое давление, получим уровень звукового давления, дБ:
0 2
0 2
p
P
P
20lg
P
P
10lg
L


(6) где
P
– измеренное звуковое давление, Па;
P
0
– звуковое давление на нулевом пороге слышимости, Па.
Весь диапазон энергии, воспринимаемый органом слуха как звук
(динамический диапазон), при условии, что I
0
=10
-12
Вт/м
2
, I макс.
=1 Вт/м
2
находится в пределах 0 - 120 дБ для
f
=1000 Гц.
Низкочастотные и среднечастотные звуки оказывают менее отрицательное действие, поэтому интенсивность на болевом пороге слышимости может быть
10 Вт/м
2
и, следовательно, динамический диапазон составит 0 – 130 дБ.
Шум интенсивностью свыше 130 дБ вызывает боль в ушах, >140 дБ – нарушения в слуховом аппарате, в 160 – 165 дБ – гибель животных в течение нескольких минут, 180 дБ – усталость металла, 190 дБ – срыв заклѐпок в металлических конструкциях.
2.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СУММАРНОГО УРОВНЯ ЗВУКОВОГО
ДАВЛЕНИЯ НЕСКОЛЬКИХ ИСТОЧНИКОВ ШУМА
Если одновременно действуют несколько источников шума одинаковой интенсивности, то уровень звукового давления всех источников определяется по формуле: n
10lg
L
L
1
сум


,
(7) где
L
1
– уровень звукового давления одного источника шума, дБ; n
– количество источников шума.
Суммарный уровень звукового давления при совместном действии двух источников различной интенсивности определяется по формуле:
ΔL
L
L
1
сум


,
(8)

8 где L
1
– уровень звукового давления более интенсивного источника шума, дБ;
ΔL
– поправка, определяемая по табл. 2, исходя из разности
L
1
-L
2
, где L
2
– уровень звукового давления менее интенсивного источника шума, дБ.
Таблица 2
Таблица для определения ΔL
L
1
-L
2, дБ
0 1
2 3
4 5
6 7
8 9
10 15 20
ΔL
, дБ 3 2,5 2 1,8 1,5 1,2 1,0 0,8 0,6 0,5 0,4 0,2 0
Суммарный уровень звукового давления при совместном действии нескольких источников различной интенсивности определяется по формуле:



n
1
i
0,1L
сум i
10 10lg
L
,
(9) где
L
i
- уровень звукового давления i-го источника шума, дБ; n
– количество источников шума.
Для упрощения расчетов суммирование уровней звукового давления можно производить по табл. 2. При использовании табл. 2 следует последовательно складывать уровни, начиная с максимальных. Сначала следует определить разность двух складываемых уровней, затем соответствующую этой разности поправку. После этого поправку следует прибавить к большему из складываемых уровней (8). Полученный уровень складывают со следующим и т.д.
Уровень звукового давления на расстоянии r
от источника шума в свободном звуковом поле определяется по формуле: r,
20lg
L
L
r


(10) где
L
r
– уровень звукового давления на расстоянии r
от источника шума, дБ;
L
– уровень звукового давления источника шума, дБ.
2.3. КЛАССИФИКАЦИЯ ШУМА
(ГОСТ 12.1.003-83*, СН 2.2.4/2.1.8.562-96, СНиП 23-03-2003)
1. По происхождению в зависимости от источника возникновения (вида оборудования, его характеристик, режима работы) шум бывает:

механический (создают станки, механизмы, машины, транспортеры, подъемно-транспортное оборудование);

аэродинамический (вентиляторы, вакуум-насосы, компрессоры, газовые турбины, выпуски ДВС, реактивных двигателей);

9

гидродинамический (гидронасосы, трубопроводы для транспортировки жидкостей, гидротурбины);

электромагнитный
(электродвигатели, электрогенераторы, трансформаторы, линии электропередач);

смешанный.
2. По характеру спектра шум подразделяют на:

широкополосный с непрерывным спектром шириной более одной октавы;

тональный, в спектре которого имеются выраженные дискретные тоны.
Тональный характер шума для практических целей устанавливается измерением в 1/3-октавных полосах частот по превышению уровня в одной полосе над соседними не менее чем на 10 децибел.
3. По временной характеристике различают шум:

постоянный, уровень звука которого изменяется во времени не более чем на 5 дБА при измерениях на временной характеристике «медленно» шумомера;

непостоянный, уровень звука которого изменяется во времени более чем на 5 дБА при измерениях на временной характеристике «медленно» шумомера.
4. Непостоянные шумы подразделяют на 3 вида:
5дБА
ΔL
A

дБА
,
L
A
c t,
Рис. 1. Непостоянный колеблющийся шум

прерывистый шум, уровень звука которого изменяется во времени ступенчато (рис.2). При этом длительность интервалов, в течение которых уровень остается постоянным, составляет 1 с и более.

колеблющийся, уровень звука которого изменяется во времени непрерывно (рис. 1).

10 5дБА
ΔL
A

1c
Δt

дБА
,
L
A
c t,
Рис. 2. Непостоянный прерывистый шум

импульсный шум, состоящий из одного или нескольких звуковых сигналов длительностью менее 1 с. При этом уровни звука, измеренные соответственно на временных характеристиках «импульс» и «медленно» шумомера отличаются не менее, чем на 7 дБА (рис. 3).
5дБА
ΔL
A

1c
Δt

дБА
,
L
A
c t,
Рис. 3. Импульсный шум
2.4. ВЛИЯНИЕ ШУМА НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА
Вредное влияние шума на организм человека доказано давно и достоверно.
Первоначально считали, что шум вызывает, в основном, ухудшение слуха, но

11 затем было доказано, что «слух» является лишь «воротами», через которые шум проникает в организм и действует на нервную систему. В результате такого действия повышается внутричерепное и кровяное давление, изменяется ритм дыхания и сердечной деятельности, нарушается секреторная деятельность желудка (возникают гастрит, язва желудка), нарушается работа коры головного мозга.
Интенсивный шум ухудшает остроту зрения и цветоощущение, вызывает профессиональное заболевание и может привести к полной глухоте.
В результате действия шума ослабляется внимание, увеличивается расход энергии при одинаковой физической нагрузке, замедляется скорость психических реакций.
По этим причинам интенсивный шум в условиях производства может привести к возникновению несчастных случаев, увеличению брака, уменьшению производительности труда.
Российскими и зарубежными специалистами установлено, что шум понижает работоспособность при умственном труде на 60%, при физическом – на 30 %.
Имеются серьѐзные основания считать, что регистрируемое медицинской статистикой всего мира возрастание сердечно-сосудистых и нервных заболеваний связано с воздействием шума. Медики называют шум невидимым ядом.
Следовательно, необходимо ограничение параметров шума, действующего на человека.
2.5. НОРМИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ШУМА
Основой нормирования шума является ограничение звуковой энергии, воздействующей на человека, значениями, безопасными для его здоровья и работоспособности.
Регламентируют параметры шума:
1. ГОСТ 12.1.003-83*. ССБТ. Шум. Общие требования безопасности.
2. СН 2.2.4/2.1.8.562-96. Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки.
Спектр большинства шумов содержит звуки с частотой до 10000 Гц.
Поэтому нормирование осуществляется в этом диапазоне. Весь диапазон частот разделяется на 9 октав. Октавой называется полоса частот, в которой отношение верхней граничной частоты к нижней равно двум (рис. 4). При более детальном исследовании шума октавы подразделяются на полуоктавы и однотретьоктавы. Для полуоктавной полосы частот отношение верхней граничной частоты к нижней равно 1,41, для третьоктавной – 1,26.

12 80дБА
5 75)
-
ПС
(
L
A



дБ
,
L
Гц f,
140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
22,5 45 90 180 355 31,5 63 125 250 500 710 1000 1400 2000 4000 8000 2800 5600 11200
Рис. 4. Нормирование параметров постоянного шума
В каждой октавной полосе частот находится среднегеометрическая частота, Гц, по формуле: в
н с.г.
f
f
f


,
(11) где н
f
и в
f
– нижняя и верхняя граничные частоты октавной полосы.
И для среднегеометрических частот, представляющих октавные полосы, устанавливаются допустимые значения уровней звукового давления. Поскольку низкочастотные шумы менее вредно действуют на человека, для них устанавливаются более высокие допустимые уровни звукового давления.
Распределение уровней звукового давления по октавным полосам частот называется спектром шума, распределение допустимых уровней звукового давления – называется предельным спектром и обозначается ПС. Для производственных помещений предельный спектр обозначается ПС -75, где 75
– допустимый уровень звукового давления для
f
=1000 Гц.
Кроме уровней звукового давления в октавных полосах частот, для ориентировочной оценки шума нормируется общий уровень звукового давления во всѐм спектре частот, который называется уровнем звука и измеряется шумомером на характеристике А, при которой чувствительность всего шумоизмерительного тракта соответствует средней чувствительности органа слуха человека на различных частотах спектра. Обозначается уровень звука L
A
, дБА.
Таким образом, нормируемыми параметрами постоянного шума являются уровни звукового давления
L в дБ в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000;

13 8000 Гц и уровень звука L
A в дБА во всѐм спектре частот, измеряемый шумомером на частотной характеристике А.
Уровнем звукового давления (дБ) называется суммарный уровень звукового давления звуков одной, 1/2-й или 1/3-й октавной полосы частот, выделенных фильтрами и воспринимаемых измерительным прибором шумомера.
Уровнем звука (дБА) называется суммарный уровень звукового давления звуков всего спектра частот, воспринимаемого шумомером и замеренного на шкале А с учетом слухового восприятия шума человеком.
При установлении предельно допустимых уровней (ПДУ) звукового давления, дБ, и уровня звука, дБА, учитываются следующие факторы:
1. Характер спектра шума (широкополосный, тональный).
2. Временная характеристика шума (постоянный, непостоянный: колеблющийся, прерывистый, импульсный).
Наиболее вредными для организма человека являются тональный и импульсный шумы, поэтому допустимые значения уровней звукового давления для них снижаются на 5 дБ относительно установленных нормативной документацией.
Характеристикой непостоянного шума на рабочих местах является интегральный критерий – эквивалентный (по энергии) уровень звука (дБА), определяемый по формуле:
,
dt
P
(t)
P
T
1 10lg
L
T
0 2
0
А
Аэкв
















(12) где
P
A
(t)
– текущее значение среднего квадратического звукового давления с учетом коррекции «А» шумомера, Па;
P
0
– звуковое давление на нулевом пороге слышимости (в воздухе Р
0
=
5 10 2


Па);
T
– время действия шума, ч.
Эквивалентный уровень звука L
Aэкв
, дБА, непостоянного шума – это уровень звука постоянного широкополосного шума, который имеет то же самое среднее квадратическое звуковое давление, что и данный непостоянный шум в течение определенного интервала времени.
3.
Вид деятельности в зависимости от тяжести и напряженности труда.
Допустимые уровни звукового давления в октавных полосах частот, уровни звука и эквивалентные уровни звука на рабочих местах в соответствии с
ГОСТ 12.1.003-83*, СН 2.2.4/2.1.8.562-96 приведены в табл. 3.