Производственный шум

Лекция 8

Одной из важных проблем безопасности является в настоящее время защита от шума. Внедрение в промышленность новых технологических процессов (плазменная резка, напыление, штамповка, взрыв и др.), рост мощности и быстро­ходности оборудования, механизация производственных процессов привели к то­му, что человек на производстве и в быту подвергается воздействию высоких уровней шума.

Для нормального существования, для того, чтобы не ощущать себя изоли­рованным от мира, человеку нужен шум 20-30 дБ (шум листвы). При работе в уч­реждениях человек испытывает шум 50 - 70 дБ, на заводах 80 - 100 дБ, в метро шум достигает 95 дБ, а на оживленных улицах 80 - 90 дБ. Количество людей, работаю­щих в условиях повышенного шума (>85 дБ) составляет в России > 30 %.

Неблагоприятно действует на слух и громкая музыка. Прослушивание му­зыки более чем 24 часа в неделю при уровне звука 88 дБ ведет к серьезному нару­шению слуха. Во время рок-концертов в центре зала уровни звука достигают 106 -108 дБ, а вблизи оркестра почти 120 дБ. Музыка может вызвать поразительные физические явления: изменение пульса и дыхания, повышенную секрецию эндок­ринных желез, что изменяет содержание сахара в крови. Кроме того, музыка ока­зывает сильное психическое воздействие (нервно - чувствительное возбуждение, вызывающее эйфорию, истерию, галлюцинации, склонность к вандализму и т.п.).

Слух вместе со зрением играет первостепенную роль, как на работе, так и на отдыхе; слух в сочетании с речью дает нам возможность общаться друг с другом, выражать свое мнение, учиться, развлекаться и наслаждаться жизнью.

Орган слуха анатомически делится на три части: наружное, среднее и внут­реннее ухо. Наружное и среднее ухо предназначены для восприятия звуковых волн и преобразования акустической энергии в механическую, а внутреннее ухо преоб­разует механическую энергию в серию нервных импульсов, отражающих акусти­ческие события.

Ушная раковина благодаря своей форме помогает передавать большое ко­личество звука в наружный слуховой проход. В конце этого прохода имеется ба­рабанная перепонка, которая колеблется под действием звуковой волны как мем­брана.

В полости среднего уха, заполненной воздухом, находится несколько не­больших косточек, соединенных с барабанной перепонкой. Их называют слухо­выми косточками. К ним относятся молоточек, наковальня и стремечко. Молото­чек соединен с барабанной перепонкой и вместе с наковальней увеличивает в три раза силу, воздействующую на стремечко. Стремечко соединено с частью перего­родки, разделяющей среднее и внутреннее ухо, которую называют овальным око­шечком. Кроме того, в среднем ухе есть две мышцы, которые воздействуют на мо­лоточек и стремечко. Мышцы сокращаются под действием сильных звуков и сни­жают амплитуду перемещения косточек, ограничивая тем самым интенсивность звука, поступающего во внутреннее ухо.

Внутреннее ухо можно разделить на две части: полукружные каналы, яв­ляющиеся органами равновесия, и улитку, являющуюся органом слуха. Спираль­ная часть улитки, заполненная жидкостью, разделена на две части перепонкой ос­нования улитки. В верхней части перепонки расположено приблизительно 30000 чувствительных ресничных клеток, регистрирующих движение перепонки основа­ния улитки и преобразующих это движение в нервные импульсы, поступающие по слуховому нерву в центр слуха мозга. Чувствительность перепонки основания улитки меняется в зависимости от частоты.

Распространяясь в пространстве, звуковые колебания создают акустическое поле.

Шум - это совокупность звуков различной интенсивности и частоты, оказывающее на человека неблагоприятное воздействие. Звук представляет собой упругие колебания, распространяющиеся волнообразно в твердой, жидкой или газообразной среде.

Звуковая волна характеризуется длиной волны l, м:

где С - скорость звука, м/с. Скорость звука в воздухе ~ 340 м/с, в жидкости -1500 м/с, в металлах - 5000 м/с;

f - частота звука, Гц.

Звук как физическое явление характеризуется

• звуковое давление (Па);

• интенсивность (Вт/м²);

• частота (Гц).

как физиологическое явление

• уровень звука (фон);

• громкость (сон).

При прохождении звуковой волны в пространстве образуется звуковое дав­ление Р, Па, - это разность между мгновенным значением полного давления в данной точке среды и сред­ним значением в невозмущенной среде. Звуковое давление воздействуя на барабанную перепонку, вызывает её деформацию, при этом ухо улавливает не разность давлений, а кратность изменения абсолютных величин в логарифмической зависимости звукового ощущения от звукового давления. Человек способен воспринимать звуковое давление в диапазоне 2×10^-5 до 2×10² Па.

Уровень звукового давления определяется как

где Р_о=2∙10^-5 Па - пороговое звуковое давление на частоте 1000 Гц.

Звуковые волны передают энергию, которая оценивается как интенсивность звука I, Вт / м ².

где W - звуковая мощность источника, Вт.

S - площадь поверхности, м ².

Звуковая мощность различных источников колеблется в очень широких пределах, например, стартовый двигатель ракеты "Сатурн" - 10⁸ Вт, реактивный самолет - 10⁴ Вт, двигатель автомобиля - 10^-2 Вт, голос - 10^-5 Вт, шепот - 10^-9 Вт.

Интенсивность звука связана со звуковым давлением соотношением

где ² – среднеквадратичное значение звукового давления, Па (это усредненное значение за период T_о = 30 - 100 мс для органов слуха человека);

ρ - плотность среды, кг/м³;

С - скорость звука, м/с;

ρС – волновое сопротивление среды.

Ухо человека не может определять звуковую мощность в абсолютных еди­ницах, но может сравнивать мощность различных источников звука. Именно поэтому, а также учитывая большой диапазон мощностей различных источников в акустике для оценки мощности и интенсивности звука применяются логарифмиче­ские уровни L_w и L_I, дБ:

где W_o=10^-12 Вт, I_o =10^-12 Вт/м² - пороговые значения мощности и интенсив­ности звука, соответственно.

При нормальных атмосферных условиях, когда акустическое сопротивление среды (ρС) постоянно L_I = L_р.

Снижение шума ΔL определяется разностью начального и конечного уровней в дБ:

Суммарный уровень шума от нескольких источников находится сложением их интенсивностей звука:

I _S = I ₁ + I ₂ + I ₃ +... + I _N

Уровень шума в расчетной точке, создаваемый несколькими источниками, имеющими разный уровень звука:

Уровень шума в расчетной точке, создаваемый несколькими источниками, имеющими одинаковый уровень звука:

Ухо человека благодаря сложному устройству рычагов, перегородок, кана­лов, перепонок и ресничных эпителиальных клеток может воспринимать и анализировать звуки в широком диапазоне частот от 20 Гц до 20000 Гц, а по интенсив­ности от 10^-12 до 10² Вт/ м².

Ухо человека может воспринимать и анализировать звуки в широком диапазоне частот и интенсивностей. Область слышимых звуков ограничена двумя пороговыми кривыми: нижняя – порог слышимости, верхняя – порог болевого ощущения. Порог слуха молодого человека в диапазоне частот 1000 - 4000 Гц составля­ет примерно 0 дБ, что соответствует звуковому давлению 2×10^-5 Па. Порог на частоте 100 Гц приблизительно в 100 раз выше (20 дБ), чем порог на частоте 1000 Гц. Ухо менее чувствительно к звукам низкой частоты. За порог физической боли принимают приблизительно 120 дБ.

Болевым порогом принято считать звук с уровнем 140 дБ, что соответствует звуковому давлению 200 Па и интенсивности 100 Вт/м². Звуковые ощущения оцениваются по порогу дискомфорта (слабая боль в ухе, ощущение касания, щекотания).

Громкость звуков оценивается в фонах. За фоны приняты уровни звукового давления при частоте 1000 Гц. Чтобы определить во сколько раз один звук громче другого используются числа громкости - соны. 1 сон = 40 фон, 2=50, 4=60. Таким образом, если уровень громкости возрастает на 10 дБ, то создается ощущение, что громкость увеличилась в 2 раза.

Классификация звука.

1.По частоте:

- инфразвук (ниже 16 Гц);

- слышимая область (низкочастотный – 16-300 Гц, среднечастотный – 300-800 Гц, высокочастотный – 800-21000 Гц);

- ультразвук (выше 21000 Гц).

2. В зависимости от среды, в которой распространяется звук:

- воздушный (колебания конструкции возбуждаются звуковыми волнами, падающими на нее из воздуха);

- структурный (звуковая вибрация) (колебания конструкции возбуждаются непосредственным механическим воздействием (вибрацией установленной на ней машины, ходьбой и т. п.).

3. По временным характеристикам:

- постоянный (уровень звука за 8-часовой рабочий день (рабочую смену) изменяется во времени не более чем на 5 дБ);

- непостоянный (уровень звука за 8-часовой рабочий день (рабочую смену) изменяется во времени более чем на 5 дБ).

Непостоянный шум в свою очередь подразделяют на колеблющийся, прерывистый и импульсный.

- колеблющийся (шум, уровень звука которого непрерывно изменяется во времени);

- прерывистый (шум, уровень звука которого ступенчато изменяется (на 5 дБ А и более), причем длительность интервалов, в течение которых уровень остается постоянным, составляет 1 с и более);

- импульсный (состоящий из одного или нескольких звуковых сигналов, каждый длительностью менее 1с).

4. По природе происхождения шума:

- гидродинамический (источники - волны, дождь, движение воды по каналам, рекам, фонтаны, перемещение жидкости по трубопроводам, перемешиваемый расплавленный металл в индукционных печах, раскалённая лава при извержении вулканов);

- аэродинамический (источники – ветряные потоки, потоки воздуха от вентиляторов, кондиционеров, выхлопных труб и других источников). Воздух своим напором может воздействовать на ухо непосредственно сам либо, попадая на различные твёрдые части или поверхности и отражаясь от них, приходить в виде звуковой волны от вибрирующих частей этих поверхностей. Частота звука и звуковое давление сильно зависят от скорости ветра, вращения вентиляторов или давления выбрасываемых газов.

- механический (источники - механические части и детали различных приспособлений и устройств, совершающие движение, трение, удары, вращение).

- электромагнитный (возникает при взаимодействии тока, протекающего по проводникам электротехнических устройств, и магнитного поля, создаваемого током, вибрация проводников, высокочастотные ультразвуковые установки).

5. По характеру частотного спектра:

- широкопо­лосный (характеризуется наличием звуков раз­личной частоты);

- тональный (в спектре имеются ярко выраженные дискретные тона). в)

Дата добавления: 2014-12-16