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

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.

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 = , Вт/м² , (1.1)

де І – інтенсивність звуку, Вт/м²; Р – звуковий тиск, Па;  - 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;

 - довжина хвилі

Кожне джерело шуму характеризується своїми утворюючими тонами у формі залежностей рівня звукового тиску від частоти, тобто частотним 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 до нижньої – f₁ дорівнює 2 - називається октавою. При умові, якщо то ширина смуги частот дорівнює 1/3 октави.

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 – f_с., значення якої для октави визначається за виразом:

f_с. = , Гц, (1.2)

де  нижня гранична частота, Гц;  верхня гранична частота, Гц.

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

f_с. , 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.

Ультра- та гіперзвукові коливання не сприймаються органами слуху людини. Частотний діапазон чутності органів слуху людини охоплює дев’ять 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 – Р_о = 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:

L = lq , (1.4)

де І_о – min значення порогу інтенсивності звуку, І_о = 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 – L_р визначається за формулою:

L_р = , дБ, (1.5)

де Р – звуковий тиск, що викликає больові відчуття, Р = 210^-2, Па;

Р_с – 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.

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 – L_о – 0, дБ, а на частоті 10000 Гц больовий поріг складає – L_б – 130, дБ. За допомогою кривих однакової гучності будь-якого звуку із заданим рівнем звукового тиску

Рис.1.3 Криві рівної гучності