ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.08.2024
Просмотров: 62
Скачиваний: 0
Лабораторная работа № 8
ИССЛЕДОВАНИЕ И НОРМИРОВАНИЕ УРОВНЕЙ ШУМА И ВИБРАЦИИ НА РАБОЧИХ МЕСТАХ
Цель работы: ознакомиться с общими понятиями о звуке и вибрации и их воздействием на организм человека, нормативными материалами и приборами для проведения измерений; научиться определять фактические уровни шума и вибрации, а также производить оценку эффективности звукопоглощающих экранов и давать санитарно-гигиеническую оценку рабочего места.
Приборы и оборудование: лабораторная установка, шумомер ВШВ-003-М2, микрофон с разъемом, датчик ДН-3-М1 с разъемом.
1.Общие положения
1.1.Физические и физиологические характеристики шума и вибрации
Вкачестве звука мы воспринимаем упругие колебания среды – газа, жидкости
итвердого тела, распространяющиеся волнообразно в воздухе. Сочетание звуков различной частоты и интенсивности представляет собой шум. Звуки, распространяющиеся в воздухе, вызывают воздушный шум. При колебаниях, распространяющихся в твердых телах, возникает структурный шум. В твердых телах, имеющих конечные размеры, колебательный процесс проявляется в форме вибрации.
Процесс возникновения воздушного звука механического происхождения упрощенно можно представить с помощью колебания механического стержня. Если не зажатый конец стержня отклонить от положения равновесия и отпустить, он начнет совершать колебательные движения. Эти колебания вызовут смещение прилегающих к стержню частиц воздуха. Воздух является упругой средой, поэтому смещенные частицы под влиянием упругости будут снова возвращаться в свое исходное состояние, образуя при этом зоны уплотнения и разрежения с различной величиной давления. Такие уплотнения и разрежения последовательно от частицы к частице распространяются в воздушной среде с определенной скоростью от источника возбуждения в виде звуковых волн. Скорость распространения звука в воздухе при
температуре 20 С и нормальном атмосферном давлении равна 344 м/с.
Достигнув барабанной перепонки уха, звуковая волна вызывает ее колебания. Далее эти колебания воспринимаются слуховыми органами, передаются в слуховые центры головного мозга и создают ощущение звука.
Характер шума зависит от вида источника. Шум можно подразделить на:
а) механический, возникающий в результате движения отдельных деталей и узлов машины (особенно значительный при неисправности механизмов или механизмов с неуравновешенными массами и т. д.), например, работающие металлообрабатывающие станки;
б) ударный, возникающий при некоторых технологических процессах: ковке, штамповке, клепке;
в) аэро(гидро)динамический, возникающий при больших скоростях движения газов, паров, жидкости, например, шум газовых струй реактивных двигателей, шум, возникающий при всасывании воздуха компрессорными установками и др.
Основные физические характеристики звука: частота f (Гц), звуковое дав-
ление Р (Па), интенсивность или сила звука I (Вт/м2), звуковая мощность (Вт). Частота – одна из основных характеристик, по которой мы различаем звук. Частота колебаний – это число полных колебаний за одну секунду. Частота колебаний, вызывающих слуховое ощущение звука, находится в пределах от 16 до 20000 Гц. Ухо человека наиболее чувствительно к звукам частотой от 1000 до 3000 Гц. Наибольшая острота слуха наблюдается в возрасте 15–20 лет. С возрастом слух ухудшается. Колебания с частотой ниже 16 Гц называются инфразвуком, а свыше 20000 Гц – ультразвуком. Инфразвук и ультразвук не вызывают слуховых ощущений, но оказывают биологическое действие на организм человека.
Звуковым давлением Р называется дополнительно возникающее давление при прохождении в какой-либо среде звуковой волны.
Распространение звуковой волны сопровождается и переносом энергии. Интенсивностью звука I называется количество звуковой энергии, проходящее в единицу времени через единицу поверхности, перпендикулярную к направлению распространения звуковой волны.
Минимальная интенсивность звука, которая воспринимается ухом, называется порогом слышимости. В качестве стандартной частоты сравнения принята частота 1000 Гц. При этой частоте порог слышимости I0 = 10–12 Вт/м2, а соответствующее ему звуковое давление Р0 = 2 10–5 Па. Максимальная интенсивность звука, при которой орган слуха начинает испытывать болевое ощущение, называется порогом болевого ощущения, равным 102 Вт/м2, а соответствующее ему звуковое давление Р = 2 102 Па. Между порогом слышимости и болевым порогом лежит область слышимости.
Ухо человека реагирует не на абсолютное, а на относительное изменение интенсивности звука. При этом ощущения человека пропорциональны логарифму количества энергии шума.
Поэтому на практике для характеристики шума принято оценивать звуковое давление и интенсивность звука не в абсолютных, а в относительных единицах – белах (Б). Измеренные таким образом величины называются уровнями. Так как орган слуха человека способен различать изменения уровня интенсивности звука на 0,1 Б, то для практического использования применяется единица в 10 раз меньше – деци-
бел (дБ).
Уровень звукового давления – выраженное в логарифмических единицах отношение среднего квадратического значения звукового давления в определенной полосе частот к стандартизованному исходному значению звукового давления (порогу слышимости):
L 20lg |
P |
, |
(1) |
|
|||
|
P0 |
|
|
где L – уровень звукового давления, дБ; Р – среднее квадратическое значение звуко-
2
вого давления в определенной полосе частот, Па; Р0 = 2 10–5 – исходное значение звукового давления в воздухе, Па.
Уровень интенсивности звука определяется по формуле
L 10lg |
I |
, |
(2) |
|
|||
|
I0 |
|
|
где I – интенсивность звука, Вт/м2; I0 = 10–12 – интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости, Вт/м2.
Таким образом, все воспринимаемые человеческим ухом звуки можно оценить уровнями от 0 до 140 дБ. На практике обычно производят вычисления уровней до целых чисел, так как изменения уровня звукового давления менее чем на 1 дБ слухом не воспринимаются.
Уровни звукового давления некоторых источников шума приведены в табл. 1.
Таблица 1
Характеристики источников шума
Источники звуков и слуховые пороги |
Уровень звукового |
|
давления, дБ |
||
|
||
Порог слышимости |
0 |
|
Шелест листвы |
10–20 |
|
Шепот на расстоянии 1 м |
30–40 |
|
Тихая речь |
50–60 |
|
Шум при работе токарного станка |
70–80 |
|
Шум при работе пневматического инструмента |
110–120 |
|
Шум реактивного двигателя на расстоянии 1 м |
Более 140 |
|
от сопла |
||
|
||
Порог болевого ощущения |
140 |
При уровне шума выше 80 дБ становится трудно разговаривать, уровень шума 120 дБ вызывает ощущение давления в ушах, при 130–140 дБ шум создает болевое ощущение, при 160 дБ и выше происходит механическое повреждение органов слуха и внутренних органов, при уровнях порядка 180 дБ начинают разрушаться металлические соединения (заклепочные и сварочные швы).
Суммарный уровень звукового давления L, дБ, создаваемый несколькими источниками звука с одинаковым уровнем звукового давления Li, рассчитываются по формуле
L Li |
10lg n , |
(3) |
где n – число источников шума с одинаковым уровнем звукового давления.
Так, например, если шум создают два одинаковых источника шума, то их суммарный шум на 3 дБ больше, чем каждого из них в отдельности.
Суммарный уровень звукового давления нескольких различных источников звука, определяется по формуле
3
0,1L 0,1L 0,1L
L 10lg 10 1 10 2 ... 10 n , (4)
где L1, L2, ..., Ln – уровни звукового давления, создаваемые каждым из источников звука в исследуемой точке пространства.
Так как чувствительность слухового аппарата человека различна для различных частот, то для того, чтобы приблизить результаты объективных измерений к субъективному восприятию человеком, введено понятие корректированного уровня звукового давления. Для коррекции вводятся зависящие от частот звука поправки к уровню звукового давления. Эти поправки стандартизированы; наиболее употребительна коррекция «А».
Уровень звука – выраженное в логарифмических единицах отношение среднего квадратического значения звукового давления, скорректированного по стандартизованной частотной характеристике «А», к стандартизованному исходному значению звукового давления; измеряется в дБА (децибелах по частотной характе-
ристике «А») и определяется по формуле |
|
||
L 20lg |
PА |
, |
(5) |
|
|||
|
P0 |
|
|
где L – уровень звука, дБА; РА – среднее квадратическое значение звукового давления с учетом коррекции «А», Па; Р0 = 2 10–5 – исходное значение звукового давления в воздухе, Па.
При исследовании шумов весь диапазон частот разбивают на полосы частот. За ширину полосы принята октава, т. е. интервал частот, в котором высшая частота f2 в два раза больше низшей f1. В практике используют октавные (f2 / f1 = 2) и третьоктав-
ные ( f2 / f1 32 ) полосы частот. В качестве частоты, характеризующей полосу в це-
лом, берется среднегеометрическая частота f f1 f2 . Например, октавную полосу
22,4–45 Гц выражает среднегеометрическая частота 31,5 Гц; 45–90 Гц – 63 Гц и т. д. В результате сформирован стандартный ряд из девяти октавных полос со среднегеомет-
рическими частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц.
Сложный шум может быть разложен на простые составляющие тона с указанием интенсивности и частоты каждого тона. Графическое изображение состава шума называется спектром и является его важнейшей характеристикой. Спектр шума показывает распределение колебательной энергии по звуковому диапазону частот.
Шумы классифицируются в соответствии с СанПиН 2.2.4./2.1.8.10-32-2002 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки».
По характеру спектра шум следует подразделять на широкополосный и тональный.
Широкополосный шум – шум с непрерывным спектром шириной более одной октавы.
Тональный шум – шум, в спектре которого имеются выраженные дискретные (тональные) составляющие.
4
Тональный характер шума для практических целей устанавливается измерением в третьоктавных полосах частот по превышению уровня звукового давления в одной полосе над соседними не менее, чем на 10 дБ.
По временным характеристикам шума выделяют постоянный и непостоянный шум.
Постоянный шум – шум, уровень звука которого за 8-часовой рабочий день (рабочую смену) или за время измерения в помещениях жилых и общественных зданий, на территории жилой застройки изменяется не более, чем на 5 дБА при измерениях на стандартизованной временной характеристике измерительного прибора «медленно».
Непостоянный шум – шум, уровень звука которого за 8-часовой рабочий день (рабочую смену) или за время измерения в помещениях жилых и общественных зданий, на территории жилой застройки изменяется более, чем на 5 дБА при измерениях на стандартизованной временной характеристике измерительного прибора «медленно».
Непостоянный шум подразделяют на колеблющийся, прерывистый и импульсный.
Колеблющийся шум – шум, уровень звука которого непрерывно изменяется во времени.
Прерывистый шум – шум, уровень звука которого изменяется во времени ступенчато (на 5 дБА и более), причем длительность интервалов, в течение которых уровень остается постоянным, составляет 1 с и более.
Импульсный шум – шум, состоящий из одного или нескольких звуковых сигналов каждый длительностью менее 1 с, при этом уровни звука, измеряемые на стандартизованных временных характеристиках шумомера «импульс» и «медленно», отличаются на 7 дБА и более.
Объективный уровень звукового давления (или интенсивности звука) не дает представления о его физиологическом восприятии. Ухо человека неодинаково чувствует различные частоты, поэтому звуки одной и той же интенсивности, но различной частоты субъективно оцениваются как неодинаково громкие. И, наоборот, звуки, различной интенсивности и частоты могут восприниматься органом слуха при разном уровне их интенсивности как одинаково громкие. Например, звук частотой 100 Гц и силой 50 дБ воспринимается как равногромкий звуку частотой 1000 Гц и силой 20 дБ. Субъективное ощущение интенсивности звука оценивается уровнем его громкости.
За единицу уровня громкости – фон, принимается разность уровней интенсивности в 1 дБ эталонного звука частотой 1000 Гц. На частоте 1000 Гц уровни громкости приняты равными уровням звукового давления.
Соотношения между уровнем звукового давления в децибелах и уровнем громкости в фонах хорошо иллюстрируются кривыми равной громкости, представленными на рис. 1. Каждая кривая представляет собой геометрическое место точек, координаты которых – частота и интенсивность звука – обеспечивают одинаковую слышимость.
5