Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Методичні вказівки для практичних робіт / 3.6. ДОСЛІДЖЕННЯ ОСОБЛИВОСТЕЙ ВИРОБНИЧОГО ШУМУ ТА ЗВУКОЗАХИС

.pdf
Скачиваний:
25
Добавлен:
05.02.2016
Размер:
415.89 Кб
Скачать

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГІЙ ТА ДИЗАЙНУ

ДОСЛІДЖЕННЯ ОСОБЛИВОСТЕЙ ВИРОБНИЧОГО ШУМУ ТА ЗВУКОЗАХИСНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ МАТЕРІАЛІВ

Методичні вказівки до практичних та лабораторних занять для студентів усіх напрямів підготовки

Київ КНУТД 2011

Дослідження особливостей виробничого шуму та звукозахисних властивостей матеріалів. Методичні вказівки до практичних та лабораторних занять для студентів усіх напрямів підготовки /Упор. І.В. Панасюк, В.О.Мусієнко, Ю.В.Клапцов, Л.І.Микитенко - К.: КНУТД, 2011. Укр.мовою

Упорядники: д.т.н., проф. І.В. Панасюк к.т.н., доц. В.О.Мусієнко к.т.н., доц. Ю.В. Клапцов ст. викл. Л.І. Микитенко

Відповідальний за випуск зав. кафедрою техногенної безпеки д.т.н., проф. Панасюк І.В.

Затверджено на засіданні кафедри техногенної безпеки 24.05.2011 р.

Підп. до друку

Формат 60x84 1/16. Папір

друк №2, Друк офсетний.

Умови, др. арк. 1,16. Умови, фарбо-відб. 1,27

Облік.-вид.

 

Арк.. 0,19. Зам. №

Вид. №124. Тираж 50. Ціна 0-30 грн

_______________________________________________________________

Дільниця оперативної поліграфії при Київському національному університеті

технології та дизайну

2

Київ-11, вул. Немировича-Данченка, 2

«Шум – таке ж лихо, як чума і холера…» Рудольф Кох (Лауреат Нобелівської премії в галузі медицини за 1905 р.)

Дослідження особливостей виробничого шуму та звукозахисних властивостей матеріалів

Мета роботи – ознайомитись та засвоїти: основні фізичні параметри виробничого шуму; його класифікацію; особливості впливу шуму на організм людини; методи нормування виробничого шуму у відповідності з системою стандартів безпеки праці (ДСТУ 2325-93; ДСТУ 2826-94); методи вимірювання рівня шуму без засобів захисту та порівняти отримані результати з допустимими значеннями; методи вимірювання рівнів шуму при використанні засобів захисту, оцінити звукозахисні властивості різних матеріалів.

1.1.Основні теоретичні положення

1.2.Фізичні характеристики шуму

Сучасний розвиток виробництва характеризується широким впровадженням обладнання та машин високої потужності, швидкодіючі, що є безпосередньою причиною постійного зростання рівня шуму (на виробництві, на вулиці, в побуті). Шум відноситься, з фізіологічних оцінок впливу на організм людини, до шкідливих чинників, які негативно впливають на стан здоров’я людини і можуть викликати повну втрату її працездатності.

Шум – хаотичне накопичення звуків різної інтенсивності (сили) та частоти, що перешкоджає сприйняттю корисних сигналів (інформації). З фізичної точки зору – це коливання пружного середовища, що поширюється з певною швидкістю в газоподібній, рідкій або в твердій фазі. Звукові коливання виникають при порушенні стаціонарного стану будь-якого середовища внаслідок впливу на них сили збудження і поширюються в ньому, утворюючи звукове поле. Звукові коливання за своєю природою поділяються на:

-механічного походження, які виникають внаслідок вібрації при роботі обладнання (машин, устаткування тощо), а також періодичних чи поодиноких ударів у з’єднаннях деталей та конструкціях;

-аеродинамічного походження, які виникають внаслідок руху газів чи повітря по трубопроводах, вентиляційних системах, або при витіканні (стравлюванні) їх в атмосферу;

-гідродинамічного походження, які виникають внаслідок фізичних процесів, що протікають у рідинах (гідравлічні удари, кавітація, турбулентність потоку);

-електромагнітного походження, які виникають внаслідок коливання елементів електромеханічних пристроїв під впливом змінних магнітних полів.

3

Важливою характеристикою таких звукових коливань є звуковий тиск, який вимірюється в паскалях, (Па). Звуковий тиск, це різниця між миттєвим значенням повного тиску у середовищі при проходженні звукової хвилі через дану точку і середнім тиском у спокійному середовищі. Поширення звукової хвилі супроводжується перенесенням звукової енергії. Середній потік звукової енергії в будь-якій точці середовища за одиницю часу, віднесений до одиниці поверхні, перпендикулярної до напрямку поширення хвилі, називається інтенсивністю або силою звуку в даній точці та вимірюється в – І, Вт/м2.

Співвідношення між інтенсивністю звуку – І та звуковим тиском – Р, пов’язані між собою співвідношенням:

І =

Р2

, Вт/м2

,

(1.1)

ρ × с

 

 

 

 

де І – інтенсивність звуку, Вт/м2;

Р – звуковий тиск, Па;

r - густина

середовища, кг/м3; с – швидкість звукової хвилі в даному середовищі, м/с. Другою важливою характеристикою звукових коливань є частота.

Частота звуку визначається кількістю коливань пружного середовища за одиницю часу. Частота коливань вимірюється в герцах, тобто герц – це одне коливання за секунду. Інтервал часу, за який відбувається одне повне коливання, називається періодом – Т. Процес звукових коливань графічно зображають у вигляді синусоїди рис.1.1 і такі коливання називають гамонійними.

Рис.1.1. Графічне зображення гармонійного коливання

А– амплітуда коливання;

Т– період коливання;

λ- довжина хвилі

Кожне джерело шуму характеризується своїми утворюючими тонами у формі залежностей рівня звукового тиску від частоти, тобто частотним

4

спектром шуму, або просто спектром. Спектри джерел шуму можуть бути лінійними (дискретними), суцільними або змішаними – рис.1.2.

На підприємствах більшість джерел шуму характеризуються змішаним або суцільним частотним спектром. При проведенні акустичних розрахунків, визначені та аналізі характеру шуму, весь діапазон частот поділяють на смуги певної ширини. Смуга частот, у якій відношення верхньої граничної частоти f2

 

 

 

 

 

æ f

2

 

ö

 

до нижньої – f1 дорівнює 2

ç

 

= 2

÷

- називається октавою. При умові, якщо

 

 

ç

 

 

 

÷

 

f2

 

 

 

è f1

 

ø

 

 

= 3

 

=1,26 то ширина смуги частот дорівнює 1/3 октави.

 

2

 

f1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При гігієнічних дослідженнях впливу шуму на організм людини використовують октавну смугу частот, а у інших випадках використовують – 1/3 октавних смугах частот.

Основною характеристикою кожної смуги частот є середньогеометрична частота – fс., значення якої для октави визначається за виразом:

fс. =

f2 × f1

, Гц,

(1.2)

де f1 - нижня гранична частота, Гц; f2 - верхня гранична частота, Гц.

Відповідно, середньогеометрична частота для 1/3 октави визначається за формулою:

fс. = 6

2 f

, Гц

(1.3)

В залежності від частоти звукові коливання поділяються на три діапазони:

-інфразвукові, з частотою коливання менше 20 Гц. Такі звукові коливання органи слуху людини не сприяють;

-звукові, з частотою від 20 до 20000 Гц, які сприймаються органами слуху людини;

-ультразвукові, з частотою від 20000 Гц до 109 Гц.

Ультрата гіперзвукові коливання не сприймаються органами слуху

людини. Частотний діапазон чутності органів слуху людини охоплює дев’ять

5

октав із середньо геометричними частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц.

Органи слуху людини сприймають звукові коливання в широкому діапазоні інтенсивності – від нижнього порогу чутності до верхнього – больового порогу, причому звуки різних частот сприймаються неоднаково.

Мінімальні значення звукового тиску та інтенсивності звуку, які сприймаються органом слуху людини, як звук (шум) називається порогом чутності.

При частоті звуку f = 1000 Гц, яка прийнята базовою в акустиці, поріг чутності має наступні значення: звуковий тиск – Ро = 2×10-5 Па, а інтенсивність звуку становить – І¢о= 10-12 Вт/м2. На частоті f = 1000 Гц при інтенсивності звуку І = 102 Вт/м2 та звуковому тиску Р = 2×102 Па у людини в органах слуху

виникають больові відчуття і, відповідно, називаються порогом больового відчуття. Між порогом чутності та больовим порогом лежить зона чутності.

Великий діапазон значень між порогами чуткості та больового відчуття (за звуковим тиском – 106 Па, а за інтенсивністю звуку – 1012 Вт/м2) викликає значні ускладнення при їх практичному використанні. Тому фізик О.Г.Белл запропонував використовувати логарифмічну шкалу, яка дає змогу визначити рівень інтенсивності звуку у відносних одиницях – белах (Б), названу на честь автора. Цю відносну величину для больового порогу інтенсивності звуку на частоті f = 1000 Гц можна визначити за формулою:

 

І

 

102

14

 

 

L = lq

 

= lq

 

= lq10

=14Б ,

(1.4)

Іо

10−12

 

 

 

 

 

де Іо – min значення порогу інтенсивності звуку, Іо = 1012 Вт/м2; І – величина больового порогу інтенсивності звуку, І = 102, Вт/м2.

Відповідно, діапазон інтенсивності звуку від нульової чутності до больового порогу розділено на 14 значень, що створює певні незручності при визначенні рівня інтенсивності звуку. Слух людини здатний розрізняти зміни рівня сили звуку на 0,1 Б, тому в техніці практично використовують одиницю інтенсивності звуку у десять разів меншу ніж бел, а саме – децибел (дБ).

Враховуючи, що інтенсивність, звуку пропорційна квадрату звукового тиску, то рівень звукового тиску – Lр визначається за формулою:

Lр = 10lq

P2

= 20lq

P

, дБ,

(1.5)

P2

P

 

 

 

 

 

o

 

o

 

 

де Р – звуковий тиск, що викликає больові відчуття, Р = 2×10-2, Па; Рс – звуковий тиск, на порозі чутності, Р0 = 2×10-5, Па.

За часовими характеристиками шуми поділяються на постійні і непостійні. Постійними вважаються такі шуми, рівень звуку яких за робочу зміну (8-годинний робочий день) змінюється в часі не більше, ніж на 5 дБА.

Непостійний шум (перервний, коливальний, імпульсний), який складається із сигналів тривалістю менше 1 с і протягом робочої зміни змінюється в часі більше ніж на 5 дБА.

6

Частотний спектр шуму це розподілення рівнів звукового тиску по октавним смугам частот. За характером спектру шум поділяється на: широкосмуговий з суцільним спектром шириною більше одної октави.

Тональний шум – з дискретним спектром, в якому частотні складові відокремлені одна від одної значними частотними проміжками. Органи слуху людини неоднаково реагують на звуки різних частот. Звуки малої частоти людське вухо сприймає як менш гучні в порівнянні із звуками тієї ж інтенсивності, але більшої частоти.

Для оцінки суб’єктивного відчуття людиною гучності шуму введено поняття рівня гучності, що встановлює відлік від умовного нульового порогу. Використовують для такої оцінки спеціальну одиницю рівня гучності – фон, який дорівнює різниці рівнів інтенсивності в 1 дБ еталонного звуку за частоти – 1000 Гц. Тобто при частоті 1000 Гц рівні гучності (у фонах) збігаються з рівнями звукового тиску в дБ.

Рівні гучності є фізіологічною характеристикою звукових коливань в залежності від частоти. Використовуючи результати спеціальних фізіологічних досліджень, були побудовані криві, що характеризують рівні однакової гучності. На рис.1.3 показана зона слухового сприйняття людиною будь-якого звуку в залежності від частоти та його інтенсивності. Так, на частоті 1000 Гц поріг слухового сприйняття людиною за рівнем відповідає – Lо – 0, дБ, а на частоті 10000 Гц больовий поріг складає – Lб – 130, дБ. За допомогою кривих однакової гучності будь-якого звуку із заданим рівнем звукового тиску

Рис.1.3 Криві рівної гучності

1.3. Вплив шуму на організм людини

Практичним досвідом та ґрунтовними медичними дослідженнями підтверджено, що шум є загальнобіологічним небезпечним чинником, який безпосередньо впливає на всі системи життєдіяльності людини. Встановлено, що шум може спричинити нервові, серцево-судинні захворювання, виразкову

7

хворобу, порушення обмінних процесів та нормального функціонування органів слуху. Шум впливає на зниження працездатності та продуктивності праці людини, перешкоджає сприйняттю необхідної інформації, що може спровокувати травмонебезпечні, аварійні ситуації.

В окремих випадках (розумова, інформаційна діяльність) продуктивність праці може знижуватись понад 20%. Дослідженнями встановлено, що загальна захворюваність працівників виробництв з підвищеним рівнем шуму збільшується на 10…15%. Найповніше досліджено вплив шуму на слуховий орган людини. Особливо небезпечним для людини є інтенсивний шум в зоні

високих частот – 4000 Гц і більше,

при щоденному впливі призводить

до

 

 

 

 

 

150

 

Рівень реактивного літака при підйомі

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

розвитку професійного захворювання

повільна

вуха.

 

 

 

Руйнівний поріг для слуху

 

 

 

 

 

 

 

 

 

походження,

Надшумна електронна музика,

 

 

впливу

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

на

140

 

резонанс клітинних структур

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

130

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Больовий поріг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

120

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сильний грім

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

110

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Запуск ракети, шум реактивноголітака

 

 

 

Шумовий поріг початку

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

руйнування слуху у людини

 

 

100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Шум в метро під час руху поїздів

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

90

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Максимальна норма гучності звуку

 

 

 

 

 

 

 

Рівень шуму, що викликає

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

багато чисельні скарги

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

80Шум на шосе з дуже швидки рухом, шум станка

 

 

70

 

 

 

 

 

Смуга, за якою починається

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

шумова втома

 

 

 

 

Шум проїзної частини вулиці, шум біля

 

 

60

 

 

 

 

шосе з поміркованим рухом

 

 

 

 

 

 

 

 

 

50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Звичайна розмова, норма звучності

 

Звуковий комфорт

 

 

 

звуку вдень

 

 

 

 

 

 

 

40

 

 

 

 

 

Норома гучності звуку вночі

 

 

 

 

30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Домашній комфорт

 

 

 

 

 

 

20

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

Шепотіння, шарудіння листя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 Повна тиша

8

Рис.1 Природа походження шуму, його інтенсивність в дБ та рівень його впливу на орган ізм людини

При значному зростанні звукового тиску (понад 160 дБ) може статися розрив барабанної перетинки. Найбільш несприятливими для органів слуху людини є високочастотні звуки з частотою понад 8000 Гц.

Найжорстокішим покаранням у середньовіччі було використання звуку потужного дзвону (інтенсивність звуку досягала понад 200 дБ), внаслідок якого приречений помирав у страшних муках від жахливого, нестерпного болю у вухах. Негативний вплив шуму на організм людини спричиняє захворювання всіх життєво-важливих систем. Для прикладу можна навести наслідки впливу на організм людини значних рівнів звукового тиску (120…150 дБ), який виникає під час рок-концертів.

Медики визначили, після таких концертів, що у перших рядах рівень шуму досягає понад 120 дБ, і, відповідно, у понад 10% слухачів виникають незворотні ушкодження внутрішнього вуха. Також такий рівень шуму негативно впливає на нервову систему і часто такі концерти закінчуються вибухами агресії, масовими психозами, жорсткими бійками та погромами. Безпосередньо шум впливає на різні відділення головного мозку, викликаючи незворотні зміни у процесах вищої нервової діяльності. Такий вплив може негативно проявитися навіть раніше, ніж виникають проблеми з органами слуху людини (страждає вестибулярний апарат, підвищується внутрішньочерепний тиск). Характерним наслідком впливу шуму на організм людини є підвищена втомлюваність, загальна слабкість, роздратування, послаблення пам’яті, пітливість, апатія та загальне послаблення організму.

Аналіз наслідків впливу шуму на організм людини дозволив встановити безпосередній вплив його на органи зору, а саме: зниження гостроти зору, зниження чутливості до розпізнавання кольорів. Також шум негативно впливає на симпатико-адреналову систему, вітамінний обмін, мікро циркуляцію та реактивні зміни термінальних судин головного мозку, що часто провокує розвиток гіпертонічної хвороби. Змінюється частота пульсу, яка проявляється у формі аритмії та брадикардії.

Негативний вплив шуму проявляється в порушення функції шлунковокишкового тракту, а саме: зниження апетиту, відчуття перенасичення, нудота. Ці прояви пояснюються тим, що дія шуму призводить до підвищення шлункової секреції, тонусу стінки шлунку, перистальтики. Порушується скорочувальна здатність тонких кишок, що порушує процес травлення та знижує ефективність засвоєння їжі.

Під впливом шуму порушується нормальна діяльність жовчного міхура та жовчовивідних протоків. Особливо несприятливий вплив, навіть незначних за інтенсивністю рівнів шуму (30…40 дБ), на організм людини в години відпочинку і під час сну, що не дозволяє в таких умовах повністю відновити сили людини та веде до передчасної втоми.

Експерти Всесвітньої організації охорони здоров’я (ВООЗ) відзначають, що найбільш негативний вплив шуму на організм людини спостерігається при виконанні таких операцій, як збір та аналіз інформації, проектування систем та мислення при вирішенні проблемних задач.

9

1.4.Гігієнічне нормування рівня шуму

Всучасних виробничих умовах вирішення проблеми шумового забруднення можливе лише за умов створення наукових основ акустичної оптимізації технологічного обладнання, машин, механізмів, а також шляхом впровадження медико-біологічних та організаційних заходів, спрямованих на захист здоров’я людини..

Зниження рівня виробничого шуму (технологічні процеси, обладнання) є складною проблемою, тому всі заходи в цьому напрямку орієнтуються не на рівні, що викликають подразнення, втому, а лише на допустимі рівні шуму, які виключають ймовірність набуття працівником професійного захворювання. При нормуванні шуму на робочому місці обов’язково враховується його характер. Відповідно до ДСН 3.3.6.037-99, ГОСТ 12.1.003-83 всі шуми класифікуються за часовими характеристиками та характером частотного спектру.

Нормування рівня шуму на робочому місці регламентується вимогами державних стандартів та санітарно-гігієнічним нормам і проводиться двома методами в залежності від характеристик шуму. Для постійних шумів основним методом нормування є граничний спектр шуму.

Граничним спектром називається сукупність нормативних рівнів звукового тиску в дев’яти стандартних октавних смугах частот із середньо геометричними частотами – 31,5; 63; 125; 500; 1000; 2000; 400; 5000 Гц. Відповідно, кожний граничний спектр позначається цифрою, яка відповідає допустимому рівню звукового тиску (дБ) в октавній смузі із середньо геометричною частотою 1000 Гц. Наприклад, ГС-75 означає, що в цьому граничному спектрі, допустимий рівень звукового тиску в октавній смузі з середньо геометричною частотою 1000 Гц дорівнює – 75 дБ.

Нормування за граничним спектром є основним для постійного шуму незалежно від тривалості його дії. Для орієнтованої оцінки постійного шуму на робочому місці, приймається рівень звуку в дБА, що вимірюється шумоміром і визначається за формулою:

LA = 20lq

PA

, дБА,

(1.6)

P

 

o

 

 

де РА – середньоквадратичний звуковий тиск з урахуванням корекції шумоміра за шкалою «А», Па; Ро = 2×10-5 – пороговий середньоквадратичний тиск, Па.

Рівень звуку в дБА використовується для орієнтовної оцінки постійного та непостійного шуму, оскільки в цьому випадку невідомий частотний спектр шуму. Часто у виробничих умовах шум має непостійний характер, тому для таких умов найбільш зручно застосовувати середні величини (еквівалентним рівнем звуку – Lекв) енергії звуку в дБА. Цей рівень вимірюється спеціальним

інтегруючим шумоміром або розраховується за формулою:

 

Lекв = ГС +5, дБ,

(1.7)

10