+++++++++ вторник, 28 марта 2006 г. ++++++

++ ШУМ. Лаб. Раб. ++

Лабораторная работа №3 Исследование шума и методов борьбы с ним

+++ пятница, 10 марта 2006 г. +++

Цель работы:

- ознакомиться с особенностями воздействия звуковых волн и шума на организм человека;

- ознакомиться с нормативными требованиями к производственным шумам и шумам от других источников;

- определить эффективность средств поглощения звука и звукоизоляции;

- изучить характеристики и особенности использования шумомеров.

Общие положения.

1. Шумом называется совокупность звуков, издаваемых производственным оборудованием, природной средой, окружающей человека и т. п.

Общей особенностью шума, вибрации и зрения является принадлежность их к физическим явлениям, связанных с органами чувств. Все эти явления жизненно важны для человека и изменяются в очень широком диапазоне энергий и интенсивностей. Так, для человека одинаково важно:

- услышать звуки, сопровождающие движения хищника, подкрадывающегося к нему;

- не потерять сознания, когда этот хищник устрашает человека своим ревом.

По интенсивности эти звуки отличаются в 10 ⁹- 10¹⁴ раз. Для «объективной линейной оценки» интенсивности в этом случае наши звуковой анализатор и мозг «логарифмируют» энергию сигнала; мы учимся это делать в возрасте около 6 месяцев.

Поэтому при оценке уровня интенсивности L_J (или энергии) звуковой волны используется десятичный логарифм энергии, умноженный на 10:

L_J = 10 lg (J/J₀ ); J= p²/ρc; L_J = 10 lg (p²/p²₀), (1)

где J – интенсивность звуковой волны, J₀ – пороговое (минимальное) значение интенсивности при частоте 1 кГц, ощущаемое человеком; p – звуковое давление, ρ - плотность среды, в которой распространяется звуковая волна, c – скорость звука; для порогового значения давления имеем p₀ = 2 × 10 ^-5Па.

Уровень L_J измеряется в децибелах (dБ); эта единица измерения расшифровывается следующим образом:

- деци – «величина, умноженная на 10» (как «дециметр»);

- 1 бел ≡ lg 10; это удобное обозначение придумал один из первых связистов Белл.

В логарифмическом масштабе зависимость L_J (J/J₀ ) линейна, что и позволяет нам «объективно» сравнивать звуки разной интенсивности.

Эта особенность наших органов чувств определяется как «закон Вебера – Фехнера».

Первые исследования интенсивности звука проводились с привлечением добровольцев, обладавших «идеальным музыкальным слухом». Сейчас оценку уровня звука (или шума) этих добровольцев (и «среднего человека») определяют единицами dБА (оценка «акустическая», или «по физиологическому ощущению»). Соответственно, современные справочники часто используют характеристику уровня шума в этих единицах.

Развитие физики позволило создать приборы, способные объективно измерять давление и интенсивность звуковых волн. При этом выяснилось, что наша субъективная «операция логарифмирования» немного некорректна; на частоте 1 кГц необходимо вводить поправку:

[dБА] = [dБ] + 5 dБ. (2)

Задача 1. Нормируемый средний уровень шума в производственных помещениях равен 80 dБ. Чему равен уровень этого шума в dБА?

Ответ: 80 dБ + 5 dБ = 85 dБА.

Задача 2. Измеренный в цехе уровень шума равен 100 dБ.

1) Во сколько раз он превышает нормированный уровень по «физиологическому ощущению» персонала цеха?

Ответ: сравнение необходимо произвести в dБА; имеем: 100 dБ ≡ 105 dБА; норма 80 dБ ≡ 85 dБА;

105/85 = 1,24.

2) Во сколько раз измеренный уровень шума превышает норму по интенсивности (энергии)?

Ответ: сравнение энергий необходимо произвести на основе формулы (1); при этом после операции «потенцирования», известной из средней школы, имеем:

80 dБ= 10 lg (J_норм./J₀ ); 8 = lg (J_норм./J₀ );J_норм./J₀ = 10⁸ ;

100 dБ= 10 lg (J_изм./J₀ ); J_изм./J₀ = 10¹⁰ ;J_изм./ J_норм. = 100.

Таким образом, чувство восприятия уровня звука «обманывает» нас: по ощущению звук кажется всего на 24% больше нормы, в то время как по величине энергии он превышает ее в 100 раз. Конечно, «соображения и законы психологии» важны для нас, но глухота и т. п., в первую очередь, определяются энергией звука.

Возможен и другой вариант решения этой задачи:

Δ L_J = 100 -80 = 20 = 10 lg [(J_изм./J₀)× (J₀ / J_норм. )];

20 = 10 lg (J_изм/ J_норм); J_изм./ J_норм. = 100.

Добавим, что очень серьезные меры по снижению энергии шума (например, в 100 раз) приводят к не очень большим изменениям уровня шума (в нашем примере на 20 дБ, т. е. на 24%).

2. Примерные уровни звукового давления, воспринимаемые человеком, приведены в таблице 3.1.

Источник шума	Уровень звукового давления, дБ	Отношение J/J0
Порог ощущения Карманные часы Шепот на расстоянии 0,5 -1 м Речь средней громкости на расстоянии 1м Средний шум в цехе; норма Метро Работа на металлорежущих станках (на рабочем месте) Работа пневмоинструмента (на расстоянии 1м) Шум на дискотеке; признаки «шумового опьянения» Работа реактивного двигателя Порог болевого ощущения Смертельно опасный шум	0 20 30 – 40 60 80 90 – 100 90 – 110 110 - 120 110 – 135 более 140 140 160	1 100 1000 – 10 4 1 000 000 10 8 10 9 – 10 10 10 9-10 11 10 11 – 10 12 10 11 - 3×10 13 10 14 10 14 10 16

Данные таблицы могут быть полезны Вам для ориентирования в различных опасных для жизни ситуациях.

Большой диапазон уровней интенсивности звуков и шумов иногда ставит неожиданные задачи, например, перед проектировщиками поточных линий в цехах машиностроительных предприятий.

Задача. На поточной линии рядом стоят два станка; один издает шум с уровнем интенсивности 110 дБ; второй – 60 дБ. Каков суммарный уровень интенсивности шума?

Решение. Очевидно, в пространстве между станками суммируются энергии звуковых волн. При этом на основе формулы (1) первый станок создаст интенсивность шума J₁ , равную:

110 = 10 lg (J₁ /J₀ ); J₁ = 10¹¹ J₀ ;

второй: 60 = 10 lg (J₂ /J₀ ); J₂ = 10 ⁶ J₀ ;

для суммы имеем:

J_∑ = J₀ × 10¹¹ (1+ 0,00001); L_J∑ =110,00002 дБ.

Уровень интенсивности шума практически не увеличился. При борьбе с шумом эту особенность приходится учитывать в следующих формах.

1. Станки, которые шумят особенно сильно, группируют и звукоизолируют; персонал, работающий на них, использует средства индивидуальной защиты от шума. Зато персонал, который работает на малошумящих станках, находится в комфортных по шуму условиях.

2. При борьбе с шумом основное внимание обращают на оборудование (станки, их узлы и т. п.), с работой которых связан наибольший уровень шума.

3) Особые трудности борьба с шумом вызывает в случае, при котором все элементы (станки, их узлы, узлы сложных изделий и т. п.) «шумят» почти одинаково. В этом случае приходится искать принципиально новые решения (вплоть до замены технологии или принципа работы оборудования). Типичным примером является замена технологии клепки на технологию сварки.

Эта же особенность учтена при разработке шумомеров. Дело в том, что Человек способен «логарифмировать» интенсивность шума лучше, чем электронные устройства; поэтому, например, в шумомере ШУМ – 1м пришлось ввести 3 диапазона измерений уровня интенсивности шума (таблица 3.2).

Тип шумомера	Диапазон измерений
ШУМ -1М30	30 дБ(А) – 120 дБ(А) 35 дБ(Б) – 130 дБ(Б) 40 дБ(С) – 130 дБ(С)

Разбиение на диапазоны позволило получить погрешность измерений меньше 1 дБ. Отметим, что прибор «измеряет дБ»; для перехода на уровни «акустического восприятия человеком» (dБА) необходимо использовать формулу (2).