Звуком называется волнообразно распространяющиеся продольные колебательные движения упругой среды: твердой, жидкой, газообразной.
З вуковое поле - это область пространства, в котором распространяются звуковые волны.
Частотный диапазон слухового восприятия человеком звуковых колебаний находится в пределах от 16 до 20000 Гц.
Всякий нежелательный для человека звук называется шумом.
Шум нарушает прием информации, что влияет на ошибки и травматизм. Он вызывает усталость. При длительном воздействии шума снижается острота слуха, изменяется кровяное давление, ослабляется внимание, ухудшается зрение, происходят изменения в дыхательных центрах, возможно изменение координации движения, значительно увеличивается расход энергии при одинаковой физической нагрузке.
Интенсивный шум является причиной сердечно-сосудистых заболеваний, нарушения нормальной функции желудка и ряда других функциональных нарушений организма человека. В шумных цехах наиболее часты случаи производственного травматизма.
Воздействие шума отражается, прежде всего, на органах слуха. Различают три формы воздействия - утомление слуха, шумовую травму и профессиональную тугоухость. Первая характеризуется острым утомлением клеток уха и может стать причиной развития профессиональной тугоухости. Шумовая травма может возникнуть при воздействии высокого звукового давления - при взрывах, испытаниях мощных реактивных двигателей и т.п. При этом у пострадавших наблюдается головокружение, шум и боль в ушах, а также поражение барабанной перепонки. Профессиональная тугоухость ведет к снижению слуха вплоть до его полной потери.
В каждой точке звукового поля давление и скорость распространения волны изменяется во времени. Разность между мгновенным значением полного давления и средним давлением, которое наблюдается в невозмущенной среде, называется звуковым давлением (Р, Па).
Звуковое давление обозначается буквой Р и измеряется в Паскалях (Па).
При распространении звуковой волны происходит перенос энергии. Средний поток энергии в какой-либо точке среды в единицу времени, отнесенный к единице поверхности, нормальной к направлению распространения волн, называется интенсивностью звука I (Вт/м2) в данной точке.
Интенсивность звука связана со звуковым давлением зависимостью
I = 
, (6.1)
где r - плотность среды, кг/м3;
с - скорость звука в этой среде, м/с.
Величины звукового давления и интенсивность звука, с которым приходится иметь дело, находятся в широких пределах.
Так, минимальная величина интенсивности звука, воспринимаемая человеком на частоте f = 1000 Гц, равна I0 = 10-12 Вт/м2 и называется порогом слышимости. Максимальная величина интенсивности, воспринимаемая человеком, называется порогом болевого ощущения и равна Imax = 102 Вт/м2. При этом диапазон звукового давления изменяется от Р0 = 2 × 10-5 Па до Pmax = 2 × 102 Па.
В практике измерений абсолютными значениями уровня звука и звукового давления не пользуются, а применяют только логарифмическую (децибеловую) шкалу. Это вызвано следующими причинами.
Во-первых, диапазон изменения звука и звукового давления чрезвычайно широк, нормальное человеческое ухо не способно воспринимать незначительные изменения звукового давления.
Во-вторых, как показали эксперименты, реакция уха человека на различную громкость звука имеет логарифмический характер. Поэтому уровень интенсивности определяется по формуле:
LI = 10 lg 
, (6.2)
где I0 - интенсивность звука на пороге слышимости (10-12 Вт/м2).
Если подставить в формулу (2) вместо I значение интенсивности на пороге болевого ощущения (Imax = 102 Вт/м2), то получим весь диапазон слухового восприятия (LI max ,дБ):
LI max = 10 lg 
= 140 дБ. (6.3)
Поскольку интенсивность звука пропорциональна квадрату звукового давления, то
LI = 10 lg 
= 20 lg 
= 
дБ, (6.4)
где Ро - пороговое звуковое давление выбрано таким образом, чтобы при нормальных атмосферных условиях уровни звукового давления были равны уровням интенсивности.
Логарифмическая шкала давлений волны позволяет определить лишь физическую характеристику шумов. Слуховой аппарат человека обладает разной чувствительностью к звукам различной частоты, а именно - наибольшей чувствительностью на средних частотах (500-8000 Гц) и наименьшей - на низких (20-200 Гц) и высоких (более 15000 Гц). Поэтому для физиологической оценки восприятия шума используют кривые равной громкости (см. рис. 6.1), полученные в результате изучения возможности органа слуха оценивать звуки различной частоты по субъективному ощущению громкости, т.е. судить о том, какой из них сильнее или слабее.
Уровни громкости измеряются в фонах. За один фон принят уровень громкости эталонного тона частотой 1000 Гц, звуковое давление которого равно порогу слышимости (Р0 = 2×10-5 Па).
Звуковые колебания различных частот при одинаковых уровнях звукового давления по-разному воздействуют на органы слуха. Наиболее благоприятно воздействие высоких частот.
По частоте шумы делятся на низкочастотные (ниже 400 Гц), среднечастотные (400 - 1000 Гц) и высокочастотные (свыше 1000 Гц).
Рис. 6.1 График кривых равной громкости:
1 - порог слышимости; 2 - уровни болевых ощущений; 3 - область речевых передач;
4 - область музыкальных передач
Для определения частотной характеристики шума звуковой диапазон по частоте разбивают на октавные и 1/3 октавные полосы. В октавных полосах верхняя граничная частота (fВ) равна удвоенной нижней (fН), т.е.
fВ / fН = 2
Октавная полоса характеризуется среднегеометрической частотой (fср):
fср = 
.
Среднегеометрические частоты стандартизированы и составляют: 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000 и 8000 Гц, в котором отношение последующей частоты к предыдущей равно = 2.
Для 1/3 октавной полосы fВ / fН = 
2 = 1, 26.
По характеру спектра шум подразделяется на широкополосный с непрерывным спектром более одной октавы и тональный, в спектре которого имеются дискретные тона.
По временной характеристике шум делится на постоянный и непостоянный (колеблющийся во времени - прерывистый, импульсный).
В большинстве своем, спектр шума представляет собой наложение нескольких периодических и случайных процессов. Поэтому такой спектр имеет смешанный характер (см. рис. 6.2) и изображается в виде наложения сплошного и дискретного спектров, причем совмещение их в одном графике является условным, т.к. амплитуда дискретной составляющей не зависит от ширины полосы спектра.
Рис. 6.2. Графическое изображение спектра смешанного процесса
Нормирование шума производят двумя методами:
а) по спектру шума;
б) по эквивалентному уровню звука (дБА).
Первый метод является основным, здесь нормируются уровни шума в децибелах среднеквадратичных уровней звуковых давлений в восьми октавных полосах со среднегеометрическими частотами. Шум на рабочих местах продолжительностью более 4 часов не должен превышать нормативных значений уровней звукового давления по категориям выполняемых работ (см. табл. 6.1). Графическая интерпретация девяти нормативных уровней звукового давления называется предельным спектром (ПС) Каждый из спектров имеет свой индекс, например ПС-75, где 75 - нормативный уровень звукового давления (дБ) в октавной полосе с частотой 1000 Гц.
Второй метод нормирования общего уровня шума, измеренного по шкале A шумомера, характеризует чувствительность слухового аппарата человека, имеющего ''завал'' на низких и высоких частотах, и используется для ориентировочной оценки шума, т.к. в этом случае спектр шума неизвестен.
Для того, чтобы приблизить результаты объективных измерений к субъективному восприятию, вводят понятие корректированного уровня шума. Коррекция заключается в том, что вводят, в зависимости от частоты, поправки к уровню звука. Эти поправки стандартизированы в международном масштабе. Коррекция A определяется соотношением:
LА отк = Lотк - DLА отк,
и называется уровнем шума по шкале A и измеряется в дБА. Стандартные значения коррекции DLа отк приведены в табл. 6.1.
Таблица 6.1
Частотная коррекция звука
| f | 31,5 | ||||||||
| DLА | 41,9 | 26,3 | 16,1 | 8,6 | 3,2 | –1,2 | –1,0 | –1,0 |
Уровень звука в дБА связан с ПС зависимостью дБА = ПС + 5.
При периодическом воздействии шума на человека для его оценки используют эквивалентные уровни звука (см. табл. 6.2), которые рассчитываются по соответствующим методикам. В случае 8 часового воздействия шума на человека фактически измеренные уровни по шкале A шумомера соответствуют эквивалентным. При уменьшении времени воздействия от фактических уровней вычитаются соответствующие добавки (табл.6.2).
Таблица 6.2
Предельно допустимые уровни звукового давления, уровни звука и эквивалентные уровни звука для
основных наиболее типичных видов трудовой деятельности и рабочих мест (СН 2.2.4/2.1.8.562-96)
| № п/п | Вид трудовой деятельности, рабочее место | Уровни звукового давления, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц | Уровни звука и эквивалентного звука (в дБА) | |||||||||||||||||
| 31,5 | ||||||||||||||||||||
| Творческая деятельность, руководящая работа с повышенными требованиями, научная деятельность, конструирование и проектирование, программирование, преподавание и обучение, врачебная деятельность. Рабочие места в помещениях дирекции, проектно-конструкторских бюро, расчетчиков, программистов вычислительных машин, в лабораториях для теоретических работ и обработки данных, приема больных в здравпунктах | ||||||||||||||||||||
| Высококвалифицированная работа, требующая сосредоточенности, административно-управленческая деятельность, измерительные и аналитические работы в лаборатории; рабочие места в помещениях цехового управленческого аппарата, в рабочих комнатах конторских помещений, в лабораториях | ||||||||||||||||||||
| Работа, выполняемая с часто получаемыми указаниями и акустическими сигналами, работа, требующая постоянного слухового контроля; операторская работа по точному графику с инструкцией; диспетчерская работа. Рабочие места в помещениях диспетчерской службы, кабинетах и помещениях наблюдения и дистанционного управления с речевой связью по телефону; машинописных бюро, на участках точной сборки, на телефонных и телеграфных станциях, в помещениях мастеров, в залах обработки информации на вычислительных машинах | ||||||||||||||||||||
| Продолжение табл. 6.2 | ||||||||||||||||||||
| Работа, требующая сосредоточенности, работа с повышенными требованиями к процессам наблюдения и дистанционного управления производственными циклами. Рабочие места за пультами в кабинах наблюдения и дистанционного управления без речевой связи по телефону, в помещениях лабораторий с шумным оборудованием, в помещениях для размещения шумных агрегатов вычислительных машин. | ||||||||||||||||||||
| Выполнение всех видов работ (за исключением перечисленных в п.п. 1-4) на постоянных рабочих местах в производственных помещениях и на территории предприятий. | ||||||||||||||||||||
| Автобусы, грузовые, легковые и специальные автомобили | ||||||||||||||||||||
| Рабочие места водителей и обслуживающего персонала грузовых автомобилей | ||||||||||||||||||||
| Рабочие места водителей и обслуживающего персонала (пассажиров) легковых автомобилей и автобусов | ||||||||||||||||||||
| Сельскохозяйственные машины и оборудование, строительно-дорожные, мелиоративные и др. аналогичные виды машин | ||||||||||||||||||||
| Рабочие места водителей и обслуживающего персонала тракторов, самоходных шасси, прицепных и навесных сельскохозяйственных машин, строительно-дорожных и др. аналогичных машин | ||||||||||||||||||||
| Примечания: 1 Допускается в отраслевой документации устанавливать более жесткие нормы для отдельных видов трудовой дея тельности с учетом напряженности и тяжести труда в соответствии с табл. 1. 2. Запрещается даже кратковременное пребывание в зонах с уровнями звукового давления свыше 135 дБ в любой октавной полосе. | ||||||||||||||||||||
Таблица 6.3
Поправки к допустимым уровням звукового давления, дБ
| Суммарная длительность воздействия за смену, ч | Широкополосный, DL | Тональный или импульсный | Суммарная длительность воздействия за смену, ч | Широкополосный | Тональный или импульсный |
| 4-8 | -5 | 1/12 - 1/4 | +18 | +13 | |
| 1-4 | +6 | +1 | Менее 1/12 | +25 | +19 |
| 1/4-1 | +12 | +7 |
В шумомере эти поправки получаем путем установки переключателя 12 (рис.6.3) в позицию A, что соответствует введению в электрическую схему шумомера соответствующих корректирующих частотных фильтров.
Для снижения уровня шума на практике используют следующие методы:
а) уменьшение шума в источнике;
б) изменение направления шума;
в) рациональное размещение оборудования на производстве;
г) акустическая обработка помещений;
д) уменьшение шума на пути его распространения (звукоизолирующие ограждения).
Сущность звукоизоляции состоит в том, что падающая на него звуковая волна отражается в гораздо большей мере, чем проникает за ограждение.
Звукоизолирующие свойства ограждения, установленного на пути распространения звука, характеризуются коэффициентом звукопропускания (
), представляющим собой отношение звуковой мощности, прошедшей через ограждение (Wпр), к падающей (Wпад) на него звуковой мощности:
. (6.4)
Инфразвук - область акустических колебаний в диапазоне частот ниже 16 Гц, как правило, это 8-10 Гц. В условиях производства инфразвук, как правило, сочетается с низкочастотным шумом или вибрацией.
Устанавливаются следующие измеряемые величины в зависимости от временных характеристик шума:
- уровни звука (дБА) и октавные уровни звукового давления (дБ) постоянного шума;
- общий уровень звукового давления (дБ) Лин непостоянного шума.
Для установления степени выраженности инфразвука относительно шума используют разность уровней по шкалам “Линейная” и “А” шумомера:
а) (Lлин - LА) £ 10 дБ, инфразвук практически отсутствует;
б) 10 дБ < (Lлин - LА) < 20 дБ, инфразвук не выражен;
в) (Lлин - LА) > 20 дБ, выраженный инфразвук.
Источником инфразвука является производственное оборудование, генерирующее ультразвук, или оборудование при эксплуатации которого он возникает как сопутствующий фактор, а также медицинское ультразвуковое оборудование.
По частотному составу ультразвуковой диапазон подразделяется на низко - и высокочастотный. По способу распространения ультразвук подразделяется на:
- воздушный ультразвук (уровни звукового давления (дБ) в 1/3 октавных полосах частот);
- контактный ультразвук (виброскорость, м/с; логарифмический уровень виброскорости, дБ; интенсивность, Вт/см2).
Средства и методы защиты от шума. Для защиты от шума применяют: уменьшение шума в источнике возникновения; звукопоглощение и звукоизоляцию; установку глушителей шума; рациональное размещение оборудования; применение средств индивидуальной защиты.
Наиболее эффективным является уменьшение шума в источнике.
Для уменьшения механического шума необходимо своевременно проводить ремонт оборудования, заменять ударные процессы на безударные, смазывать оборудование, проводить балансировку вращающихся частей; заменять подшипники качения на подшипники скольжения (шум снижается на 10 – 15 дБ); металлических деталей на пластмассовые.
Снижение аэродинамического шума достигается уменьшением скорости газового потока, улучшением аэродинамики конструкций, установкой глушителей.
Для уменьшения шумов на пути его распространения устанавливают звукоизолирующие и звукопоглощающие преграды в виде экранов, перегородок, кожухов из плотных твердых материалов (металла, дерева, бетона и др.) и пористых материалов (минеральной ваты, стекловаты, поролона и т.п.). Уменьшение шума звукопоглощающих преград обусловлено переходом колебательной энергии в тепловую благодаря внутреннему трению в звукопоглощающих материалах.
Средствами индивидуальной защиты от шума являются ушные вкладыши, наушники, шлемофоны. Эффективность индивидуальных средств защиты зависит от используемых материалов, конструкции, силы прижатия, правильности ношения. Ушные вкладыши изготовляют из легкого каучука, эластичных пластмасс, резины и ультратонкого волокна. Они снижают уровень звука на 10 – 15 дБ. Наушники снижают шум в диапазоне частот 125 - 8000 Гц на 7 – 38 дБ. Шлемофоны закрывают всю околоушную область и снижают уровень шума на 30 – 40 дБ в диапазоне частот 125 – 8000 Гц.
