3 Захист від зовнішнього шуму

3.1 Мета роботи

Дослідження методів і засобів забезпечення безпеки людини від впливу підвищеного рівня шуму від зовнішніх джерел шляхом застосування звукоізолюючих матеріалів з різними характеристиками.

3.2 Загальні положення

При підготовці до лабораторної роботи необхідно вивчити:

- поняття гомосфери й ноксосфери, варіанти їхнього взаємного розташування;

- принципи, методи та засоби забезпечення безпеки людини;

- параметри звукового поля, область слухового сприйняття, поняття граничного спектра, октавної смуги частот, нормування шуму, способи захисту від шуму.

При вивченні перерахованих вище питань варто мати на увазі, що для реалізації небезпеки необхідно:

- наявність джерела небезпеки;

- виникнення факторів небезпеки;

- дія факторів небезпеки на людину й навколишнє середовище.

Введемо два поняття:

- гомосфера Г – простір, у якому перебуває людина в процесі трудової або іншої діяльності, а також відпочинку;

- ноксосфера Н – простір, у якому постійно існують або можливо виникнення факторів небезпеки.

Гомосфера й ноксосфера визначаються структурою та складом системи «Л-М-С». Можливі кілька варіантів взаємного розташування ноксосфери та гомосфери. Для реалізації небезпеки необхідне існування перетинання гомосфери та ноксосфери. І навпаки, безпека буде забезпечена, якщо гомосфера та ноксосфера не перетинаються.

До принципів забезпечення безпеки відносяться:

1) просторовий або часовий поділ гомосфери й ноксосфери;

2) нормалізація ноксосфери, під якою розуміється приведення параметрів факторів небезпеки у відповідність із характеристиками людини;

3) зміна гомосфери, під якою розуміється підвищення захисних функцій і властивостей людини шляхом його адаптації й застосування засобів захисту.

Методи забезпечення безпеки життєдіяльності реалізують принципи забезпечення безпеки. Основними методами забезпечення БЖД є:

Технічні методи – це методи, спрямовані на безпосереднє запобігання або зменшення дії факторів небезпеки за допомогою технічних засобів. До них належать методи блокування, герметизації, слабкої ланки, екранування, надійності, забезпечення недосяжності.

Організаційні методи – це методи, що зменшують вплив факторів небезпеки шляхом організації певної взаємодії елементів системи «Л-М-С» як між собою, так і із зовнішнім середовищем. До них належать методи захисту часом, захисту відстанню, інформації, нормування, класифікації, ергономічності.

Управлінські методи – це методи, що встановлюють необхідний взаємозв'язок між окремими стадіями й етапами процесу забезпечення безпеки в системі «Л-М-С». До них належать методи контролю, відповідальності, стимулювання.

Для забезпечення безпеки життєдіяльності може бути застосовано кілька методів.

У лабораторній роботі вивчення принципів і методів забезпечення безпеки проводиться шляхом дослідження поширення й впливу на людину підвищеного рівня шуму.

Шум являє собою сукупність звуків різної частоти, амплітуди й тривалості, що чинять несприятливий вплив на організм людини.

Шум впливає на весь організм людини: гнітить ЦНС, викликає зміну швидкості дихання й пульсу, сприяє порушенню обміну речовин, виникненню сердечно-судинних захворювань, гіпертонічної хвороби, зниженню імунологічних реакцій організму, зниженню працездатності, підвищенню ступеня виникнення ризику нещасних випадків.

Ступінь шумової патології залежить від інтенсивності, тривалості впливу, індивідуальної чутливості організму до шуму.

Акустичні коливання в діапазоні 16 Гц....20 кГц, які сприймає людина, називають звуковими. Процес поширення коливального руху в середовищі від джерела шуму називається звуковою хвилею, а область середовища, у якій вона поширюється - звуковим полем.

Існують наступні види звукових полів:

- вільне звукове поле – звукове поле, у якому звук хвилі поширюється вільно, без перешкод;

- дифузійне звукове поле – поле, у якому звукові хвилі надходять у кожну крапку простору з однаковою ймовірністю з усіх боків (зустрічається в приміщеннях, внутрішні поверхні яких мають високі коефіцієнти відбиття звуку).

Повітряний звук поширюється у вигляді поздовжніх хвиль, у яких коливання часточок повітря збігаються з напрямком руху звукової хвилі.

У відкритому просторі звукові хвилі поширюються сферично у всіх напрямках від крапкового джерела. Звукові хвилі відбиваються від твердих великих перешкод й обгинають малі перешкоди.

Довжина хвилі – це відстань, яку проходить звукова хвиля протягом періоду коливання (відстань між двома сусідніми шарами повітря, які мають однаковий звуковий тиск, обмірюваний одночасно).

В ізотропному середовищі довжина хвилі прямо пропорційно швидкості поширення звукових хвиль С (для повітря С₀ = 340 м/с при t = 20 ºС) і обернено пропорційно частоті коливань f, Гц.

, (3.1)

де С - швидкість поширення звукової хвилі, м/с,

f - частота коливань, Гц.

Шум характеризується такими параметрами:

- частотою звукових коливань f, Гц;

- звуковим тиском P, Н/м² ;

- інтенсивністю звуку I, Вт/ м².

Звуковий тиск P – це змінна складова атмосферного тиску, що виникає при проходженні звукової хвилі.

Інтенсивність звуку I – енергія, переношувана звуковою хвилею в одиницю часу через одиничну поверхню, перпендикулярну напрямку поширення звукової хвилі.

, (3.2)

де Р – звуковий тиск (Н/м²),

ρ – щільність середовища (кг/м³),

с – швидкість поширення звуку (м/с).

Добуток ρс називається питомим акустичним опором середовища, через яке поширюється звукова хвиля.

Розмір мінімального звукового тиску та мінімальної інтенсивності звуків, слабко помітних слуховим апаратом людини, називається граничним.

Діапазон сприйняття звукових тисків P: 2·10^-5 … 2·10² H/м², інтенсивність звуку: 10^-12 … 10² Вт/м².

За еталонний прийнятий звук із частотою коливань 1000 Гц. На частоті 1000 Гц поріг чутності по інтенсивності J₀ = 10^-12 Вт/м², а відповідний йому звуковий тиск Р₀ = 2 · 10^-5 Н/м².

З огляду на логарифмічну залежність між інтенсивністю звуку й слуховим сприйняттям, а також з метою спрощення операцій з великими числами користуються логарифмічними рівнями інтенсивності й звукового тиску.

Рівні інтенсивності й звукового тиску виражаються в логарифмічній формі, у децибелах [дБ]. З огляду на логарифмічну залежність між інтенсивністю звуку й слуховим сприйняттям, рівень інтенсивності, дБ:

, (3.3)

де І₀ = 10^-12 Вт/м².

Рівень звукового тиску

, (3.4)

де Р₀ = 2 · 10^-5 Н/м².

Болючий поріг чутності становить 130 дБ - 140 дБ.

Для частотної характеристики шуму застосовується спектр і виконується через октави. Октава (октавна смуга) – смуга частот, у якій верхня гранична частота у два рази більше нижньої граничної частоти .

; , (3.5)

Октавна смуга характеризується середньогеометричною частотою

(3.6)

Припустимі рівні постійного шуму (шум, рівень звуку якого за 8 годин робочого дня змінюється в часі не більше ніж на дБА) регламентуються ДСН 3.3.037 - 99.

В основу гігієнічних норм ДСН 3.3.6-037-99 покладені наступні принципи:

1) обмеження інтенсивності звукового тиску в межах октав;

2) облік характеру шуму;

3) облік особливостей трудової діяльності.

У санітарних нормах закладений принцип установлення певних параметрів шуму, виходячи із класифікації приміщень за їхнім використанням для трудової діяльності різних видів.

Нормуванню підлягають рівні звукового тиску в октавних смугах частот, дБ, і еквівалентні рівні звуку в дБА на робочих місцях.

Захист від шуму досягається застосуванням засобів і методів колективного захисту, будівельно-акустичними методами й засобами індивідуального захисту.

Одним з методів колективного захисту є метод звукоізоляції.

Метод звукоізоляції застосовується для зовнішніх джерел шуму, якщо джерело шуму перебуває зовні, а не усередині приміщення (будинку).

В основу звукоізоляції покладений принцип відбиття звукових хвиль від перешкоди - більша частина падаючої енергії на огородження відбивається й лише невелика частка, близька 1/1000-ої, проникає через огородження.

Звукоізолюючі властивості огородження, установленого на шляху поширення звуку, характеризуються коефіцієнтом звукопроникності , що являє собою відношення минулої через огородження інтенсивності звуку до падаючій на нього інтенсивності звуку

, (3.7)

Звукоізолююча здатність огородження визначається, дБ:

, (3.8)

Будь-яке тверде огородження (стіна, перекриття, екран і т.п.) є коливальною системою з розподіленими параметрами. Такі системи мають нескінченний ряд власних частот, починаючи від найнижчих (власні коливання всього огородження) до високих, із всезростаючою щільністю їхніх значень у частотному діапазоні.

Падаюча звукова хвиля приводить огородження в коливальний рух із частотою, рівною частоті коливань часток повітря у хвилі. У результаті конструкція, що обгороджує, сама стає джерелом шуму й випромінює його в навколишній простір. Амплітуди цих коливань зростають у випадках, коли частоти змушених коливань близькі або дорівнюють частотам власних коливань огородження, тобто при резонансі. У цьому випадку звукоізолюючі властивості огородження погіршуються. Отже, чим важча, масивніша перешкода, тим сутужніше привести її в коливальний стан і тим ефективніше вона ізолює від шуму.

Для визначення звукоізолюючої здатності одношарових огороджень використають емпіричну формулу, дБ,

, (3.9)

де m – маса 1 м² огородження, кг,

f – частота звуку, Гц.

Звукоізолююча здатність того самого огородження зростає разом зі збільшенням частоти.