За часовими характеристиками шум визначають як постійний (коливання рівня шуму протягом зміни не перевищують 5 дБ) і непостійний (коливання більше 5 дБ). Непостійний шум, своєю чергою, поділяють на змінний, уривчастий та імпульсний.
 |
Рис. 4.1. Криві однакової гучності звуків
Таблиця 4.1
Нормативні рівні звукового тиску і рівні звуку для виробничих приміщень (витяг з ГОСТ 12.1.003-86 )
| Робочі місця | Рівні звукового тиску, дБ, воктавних смугах частот із середньо-геометричними частотами, Гц | Рівні звуку і еквівалентні рівні звуку, дБА | |||||||
| Приміщення КБ, | |||||||||
| програмістів | |||||||||
| ЕОМ, | |||||||||
| лабораторій для | |||||||||
| теоретичних | |||||||||
| робіт тощо | |||||||||
| Приміщення | |||||||||
| керування | |||||||||
| (робочі кімнати) | |||||||||
| Кабіни | |||||||||
| спостережень і | |||||||||
| дистанційного | |||||||||
| керування з | |||||||||
| мовним | |||||||||
| зв'язком по | |||||||||
| телефону | |||||||||
| Приміщення і | |||||||||
| дільниці | |||||||||
| точного | |||||||||
| збирання, | |||||||||
| приміщення для | |||||||||
| виконання | |||||||||
| експерименталь- | |||||||||
| них робіт | |||||||||
| Постійні робочі | |||||||||
| місця у | |||||||||
| виробничих | |||||||||
| приміщеннях і | |||||||||
| на території | |||||||||
| підприємств |
При тривалому впливі шуму підвищеного рівня знижується гострота слуху, погіршується стан центральної нервової і серцево-судинної систем, шлунково-кишкового тракту та інших органів. Шум викликає передчасну втому, зниження продуктивності праці, послаблення пам'яті та уваги, спричиняє небезпечні ситуації. Шкідлива дія шуму визначається рівнем звукового тиску, часовою характеристикою, частотним складом і тривалістю дії. Рівень звукового тиску пов'язаний з відчуттям його гучності, а частотний спектр визначає тембр. Найбільш несприятливими є звуки з частотою понад 1000 Гц та тональні.
Рівень звукового тиску, отриманий за характеристикою "А" шумоміру, називають рівнем звуку, одиницею виміру якого є дБА (див. табл. 4.1). Шкала "А" шумоміру застосовується для орієнтовної оцінки шуму.
Весь діапазон звуків, що відчуває людина, поділяється на октавні смуги із середньогеометричними частотами від 65 до 8000 Гц, значення їх подвоюються від однієї до наступної смуги.
За характером спектра шуми бувають широкосмугові — з безперервним спектром завширшки понад одну октаву - і тональні, у спектрі яких в одній із третьоктавних смуг с дискретні тони з рівнем, що перевищує на 10 дБ і більше рівні у сусідніх смугах, тобто придушує їх.
За часовими характеристиками шум визначають як постійний (коливання рівня шуму протягом зміни не перевищують 5 дБ) і непостійний (коливання більше 5 дБ). Непостійний шум, своєю чергою, поділяють на змінний, уривчастий та імпульсний.
При тривалому впливі шуму підвищеного рівня знижується гострота слуху, погіршується стан центральної нервової і серцево-судинної систем, шлунково-кишкового тракту та інших органів. Шум викликає передчасну втому, зниження продуктивності праці, послаблення пам'яті та уваги, спричиняє небезпечні ситуації. Шкідлива дія шуму визначається рівнем звукового тиску, часовою характеристикою, частотним складом і тривалістю дії. Рівень звукового тиску пов'язаний з відчуттям його гучності, а частотний спектр визначає тембр. Найбільш несприятливими є звуки з частотою понад 1000 Гц та тональні.
Нормування шуму здійснюється згідно з ГОСТ 12.1.003-88 "Шум. Общие требования безопасности" (витяг з якого наведено у табл. 4.1) за двома принципами: за граничним спектром шуму (допустимими рівнями звукового тиску у дБ за всіма октавними смугами) і за інтегральним показником - "рівнем звуку" у дБА (за шкалою "А" шумоміра).
Нормування враховує більшу біологічну небезпеку тонального і імпульсного шуму та тривалість дії протягом зміни шляхом введення до нормативних (табличних) значень поправок. Для тонального і імпульсного шуму поправка від'ємна у 5 дБ, для тривалості дії шуму до 4 годин поправка додатна у 5 дБ. Нормативні значення рівнів разом з поправками є допустимими. Наприклад, допустимий рівень широкосмугового шуму тривалістю понад 4 годин дорівнює нормативному, тому що поправка у такому випадку дорівнює нулю.
Для боротьби з виробничим шумом застосовують такі основні заходи: зменшення шуму в його джерелі, звукоізоляцію, віброгасіння, звукопоглинання, архітектурно-планувальні заходи, застосування засобів індивідуального захисту та ін.
Звукоізоляція - це здатність огороджувальних конструкцій відбивати і послаблювати звукову енергію, що надходить. Звукоізолювальна здатність конструкцій
(стіни, перекриття, загородки, кожухи) тим більша, чим більша її поверхнева густина, тобто маса її 1 м2. Саме тому ці конструкції виготовляють з металу, товстого скла, залізобетону, цегли. На рис. 4.2 показані схематично джерела шуму (ДШ) і засоби звукоізоляції на промисловому підприємстві та можливі шляхи поширення шуму з одного приміщення в інше.
Для звукопоглинання використовують здатність таких пористих матеріалів, як шлаковата, повсть, пінополіуретан, поглинати енергію звукових хвиль. Облицювання внутрішніх поверхонь приміщень чи кожухів машин зменшує рівень шуму на 6-8 дБ і більше. Крім названих матеріалів, застосовують також перфоровані екрани, об'ємні підвісні поглиначі, драпірують стіни тканинами тощо.
Найбільший ефект щодо зниження шуму досягається суміщенням методів звукоізолювальні і звукопоглинання. З цією метою, наприклад, звукоізолювальні металеві кожухи із середини облицьовують звукопоглинальними матеріалами, а огорожі роблять багатошаровими з м'якими або повітряними прошарками. На рис. 4.3 показані деякі схеми звукоізолювальних кожухів.
 |
Рис. 4.2. Засоби звукоізоляції на промисловому підприємстві (а) та шляхи поширення шуму з одного приміщення в інше (б):
а: 1 - звукоізолювальні огорожі; 2 - звукоізолювальні кабіни; 3 – звукоізолювальні кожухи; 4 - акустичні екрани; нарис. 3.2,
б: 1 - пряме проникнення шуму крізь огорожі; 2 —пряме проникнення шуму крізь будь-який отвір в огорожі; 3 — шлях непрямої передачі шуму крізь огорожу; 4 - передавання структурного шуму від джерела вібрації крізь підвалини, перекриття.
Рис. 4.3. Схеми звукоізолювальних кожухів
а — знімного; б - розсувного; в - копотного типу; г - неоднорідної конструкції; 1 – стінка кожуха; 2 - звукопоглинальне облицювання; 3 - машина; 4 - віброізолювальні опори машини;
5 - віброізолювальні прокладки; 6 - глушники в отворах для циркуляції повітря; 7 - глушник в отворі для кабеля; 8 - перфорований лист або сітка
2. Звукоізоляція і звукопоглинання
Методи розрахунку
Для ефективного зниження шуму на шляхах його поширення встановлюють перешкоди, а саме: стіни, перегородки, кожухи, кабіни, які відбивають звукову енергію. Для орієнтовних розрахунків звукоізоляційної здатності R плоских огорож (дБА) користуються такими формулами (2):
Для огорож з бетону, цегли і подібних матеріалів, маса 1 м2 яких (т) 100-1000 кг/ м2:
R=22 lg m - 12;
маса 1 м2 яких (т) більша за 1000 кг/ м2:
R=23 lg m - 5.
Для огорож зі сталі завтовшки h = 1-10 мм:
R=22+9 lg h.
Для глухого вікна з силіконового скла завтовшки h=2-10 мм:
R=18+8, 5lg h.
Для глухого вікна з органічного скла завтовшки h-5—20мм:
R=18+8.5 lg h.
Звукова енергія не тільки відбивається від огорож, а частково поглинається ними. Для ефективного звукопоглинання матеріал повинен мати наскрізну пористу структуру. Це такі матеріали, як капронове волокно, мінеральна вата, пористий полівінілхлорид, пористі тверді плити та ін. Звукопоглинальні властивості конструкції залежать від товщини поглинального шару, частоти звуку, ширини повітряного проміжку між цим шаром і відбивною стінкою, на якій він встановлений. Звукопоглинальні облицювання вкривають перфорованим екраном.
Посилити звукоізоляцію можна за допомогою звукопоглинальних стін з повітряним прошарком. Для стіни з подвійною перегородкою при зазорі 80-100 мм рівень шуму за стіною можна визначити за формулою:
Lіз = Lф – [20 lg (Q1 – Q2) - 6] (3)
де Lф - рівень шуму перед стіною, дБ; Q1, та Q2- відповідно маса 1 м2 першої і другої перегородки, кг/ м2.
На рис. 4.4 наведено деякі з конструкцій подвійних плоских огорож.
Рис. 4.4. Подвійні плоскі огорожі з двох одношарових пластин, з'єднаних між собою пружними зв'язками: а - повітряним шаром; б - звукопоглинальним матеріалом; в - ребрами жорсткості, шпильками тощо (1 - пластини; 2 – повітряний проміжок; 3 — шар ЗПМ;
4 - з'єднувальні елементи)
Максимальне зменшення енергії шуму звукопоглинальною панеллю відбувається при повітряному зазорі між нею і стіною, який дорівнює близько 1/4 довжини хвилі за мінусом 1/2 товщини звукопоглинального шару Тоді величина зазору, м:
l = λ / 4 – b/2 = c / 4 f – b / 2; (4)
де λ — довжина хвилі, м; с — швидкість звуку, м/с; f — частота, Гц; b — товщина панелі (перегородки), м.
Панельні конструкції переважно поглинають звуки низьких частот - 200-400 Гц. Це пояснюється тим, що у цій області лежать резонансні частоти власних коливань панелей. Тому доцільно застосовувати звукопоглинальні панелі лише там, де переважають низькочастотні шуми.
Частота власних коливань панелі орієнтовно можна визначити з виразу:
де Q1 — маса одиниці площі панелі, кг/м2; l — повітряний зазор між панеллю і стіною, см.
Звукоізолювальна здатність однорідних конструкцій стін і деяких перегородок наведена у табл. З.2.
На відкритому повітрі і у великих приміщеннях зниження звукового тиску обернено пропорційне квадрату відстані від джерела шуму, тоді рівень звуку (звукового тиску), дБА (дБ):
(5)
де L1 - рівень звукового тиску на відстані r1 від джерела шуму; г2 — відстань, на якій визначається рівень звукового тиску (г2< 30 м).
Рівень звуку (звукового тиску) на відстанях понад 30 м визначають за формулою, ДБА (дБ):
(6)
2. Завдання для розрахунків
Завдання 1.
В ізольованому приміщенні працює вентиляційна установка з рівнем звукового тиску L = 105 дБА. Стіни приміщення завтовшки у дві цеглини (52 см). Поверхнева щільність цегляної кладки становить 1640 кг/м2. Визначити можливе використання суміжного приміщення за нормами ГОСТ 12.1.003-88.
Методичні рекомендації:
1. Визначається маса 1 м2 стіни (кг/м2) за відомими товщиною і щільністю
2. Визначається звукоізолювальну здатність однорідної цегляної стіни за формулою 2, дБА.
Таблиця 4.2
Звукоізолювальна здатність стін та перегородок акустично однорідної конструкції, дБ
| Матеріал конструкцій | Товщина, мм | Середня поверхнева густина, кг/м2 | Середньогеометричні частоти октавних смуг, Гц | |||||||
| Цегляна кладка (оштукатурена з боків) | 1/2 цеглини | |||||||||
| 58' | ||||||||||
| 3/2 | ||||||||||
| Залізобетонна плита | ||||||||||
| Гіпсобе- тонна плита | - | |||||||||
| - | - | |||||||||
| Шлакобетонна панель | - | - | ||||||||
| - | - | - | ||||||||
| ДСП | - | |||||||||
| Фанера | 2,4 | |||||||||
| Склопластик | 5Д | |||||||||
| 8,5 | ||||||||||
3. Визначається рівень звукового тиску безпосередньо за стіною у суміжному приміщенні як різниця між рівнем звукового тису вентиляційної установки і ізолювальною здатністю перегородки
4. Порівнюється L з нормованими значеннями рівня звуку у дБА (табл. 4.1), приймається рішення про можливість або неможливість використання суміжного приміщення за нормами ГОСТ 12.1.003-88.
Завдання 2
Звукоізолювальний кожух шумової установки має ефективність RK = 25 дБА. Визначити потрібну товщину силікатного скла для глухого вікна у кожусі установки, яка б забезпечила звукоізоляцію R на рівні RK.
Методичні рекомендації:
1.Товщину скла можна визначити з формули 2 для розрахунку звукоізоляції, розв'язуючи її відносно h":
2. Приймаємо визначену товщину скла для ізоляції надлишкового шуму
Завдання 3
Визначити оптимальну ширину зазору між звукопоглинальними перфорованими панелями і стіною, щоб забезпечити умову максимального звукопоглинання. Частота шуму джерела коливань f = 600 Гц, рівень шуму Lф = 87 дБА, швидкість звуку в повітрі с = 340 м/с, товщина звукопоглинального шару b = 6 см. Визначити також ефективність звукоізоляції при масі одиниці площі: панелі Q1= 10 кг/ м2, стіни – Q2 = 420 кг/ м2.
Розв'язання
1. Визначається оптимальна величина зазору l між панелями і стіною за формулою 4 (м):
2. Визначається рівень шуму за стіною (ефективність звукоізоляції) за формулою 3:
Завдання 4.
Визначити рівень звуку біля вікон будинку, розташованого на відстані 120 м від компресорної установки. Рівень звуку на відстані від приміщення компресорної установки становить 90 дБА.
Методичні рекомендації:
Рівень звуку біля будинку за формулою 6 для відстані понад 30 м.
3. Визначення сумарного рівня кількох джерел шуму
Методи розрахунку
Сумарний за енергією рівень звуку (звукового тиску) від п джерел шуму у рівновіддаленій від них точці можна визначити за загальною формулою, дБА (дБ):
(7)
де L, - рівень шуму і - го джерела.
Для спрощення операції піднесення до дробового степеня можна записати показник степеня у вигляді суми: 0,1 Lі = P + Q, тоді 10 0,1Li = 10P – 10Q, де "P" становитиме цілу частину показника, a "Q" — дробну. Значення 10Q наведені в табл. 4.3.
| Q | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,9 |
| 10P (округлено) | 1,3 | 1,6 | 2,0 | 2,5 | 3,2 | 4,0 | 5,0 | 6,3 | '8,0 |
Таблиця 4.3
При п джерелах шуму однакової інтенсивності Ln сумарний рівень визначають за формулою:
(8)
При двох джерелах шуму різної інтенсивності можна користуватися формулою, яка є спрощеною формою формули (7):
L=Lб+ΔL (9)
де Lб - більший рівень з двох, що підсумовуються; ΔL — додаток у дБ, значення якого залежить від різниці між більшим і меншим рівнями (L6 — L м). Значення додатків наведені у табл. 4.4. Проміжні значення визначають інтерполяцією.
Таблиця 4.4
| L6 — L м | |||||||
| ΔL | 2,5 | 2,2 | 1,8 | 1,5 | 1,2 | 1,0 | |
| L6 — L м | >12 | ||||||
| ΔL | 0,8 | 0,7 | 0,6 | 0,5 | 0,4 | 0,2 |
При трьох і більше джерелах шуму підсумовування виконують послідовно. Спочатку визначають суму рівнів першого і другого джерел (починаючи з більших) за формулою (9), а потім отриману суму, вважаючи її рівнем одного рівнозначного джерела, складають з рівнем третього джерела за тією самою формулою і т.д.
При різниці рівнів двох шумів понад 10 дБ інтенсивніший з них практично придушує менший. Звідси випливає, що для зменшення загального шуму від кількох джерел треба насамперед знижувати рівень шуму найінтенсивнішого джерела.
3.2. Завдання для визначення сумарного рівня шуму
Завдання 5.
У токарному відділенні навчальних майстерень одночасно працюють 8 токарних верстатів ТВ-6, рівень звуку яких у розрахунковій точці становить: 77; 75; 73; 71; 69; 72; 74; 76 дБА. Визначити сумарний загальний рівень звуку.
Методичні рекомендації:
Сумарний рівень визначаємо за формулою енергетичного складання (7), користуючись спрощеним методом піднесення до степеня:
Завдання 6.
У приміщенні одночасно працюють 3 машини, рівень звуку яких становить: 68, 76, 80 дБА. Визначити сумарний рівень звуку.
Методичні рекомендації:
1. Визначається різниця двох найбільших рівнів звуку (дБА).
2. Визначається додаток для різниці за табл. 3.4 (дБА)
3. Визначається сума найбільшого рівня з знайденим додатком (дБА).
4. Визначається різниця між сумарним рівнем звуку від двох машин і рівнем звуку від третьої машини (дБА):
5. За табл. 3.4. визначається додаток для різниці (дБА)
5. Визначається сума рівнів звуку трьох машин:
4. Визначення еквівалентного рівня шуму
Методика визначення
Для непостійного впродовж робочого дня шуму виникає необхідність визначення еквівалентного рівня звуку для зіставлення з допустимим за нормами. Еквівалентний рівень звуку — це такий рівень, дія якого на людину буде така сама, як і дія шуму, рівень якого протягом робочого дня (зміни) змінюється. Його визначають за формулою:
(10)
де Т — період часу, за який визначається усереднений рівень; ti — часовий інтервал, протягом якого спостерігається рівень Li; Li — рівень звуку у кожному з часових інтервалів; i = 1,2,... п; п — кількість часових інтервалів.
Іноді треба визначити, скільки часу протягом зміни може працювати машина, рівень звуку якої перевищує допустимий, щоб еквівалентний рівень звуку був не вищий за допустимий. Це можна знайти шляхом розв'язання зворотної задачі, замінивши у наведеній формулі (10) Le на Ldon (для виробничих приміщень за нормами Ldon = 80 дБА), і записати два часові інтервали: t1 = х год, t2 = (T - х) год:
де L1 — рівень звуку шумової машини; L2 — фоновий рівень звуку в приміщенні (зазвичай не перевищує 65 дБА).
Оскільки L2 незрівняне менший за L1, то другою складовою можна знехтувати, тоді отримаємо:
(11)
Рівняння дійсне за умови, коли L1 - Ldon <T + 1.
Завдання для розрахунку
Завдання 7.
У виробничому приміщенні протягом 8-годинної зміни рівень звуку Lі, становив: 80; 77; 83; 50 дБА тривалістю відповідно інтервалам часу ti: 1; 2; 1; 4 год. Допустимий рівень звуку Ldon = 80 дБА. Визначити еквівалентний рівень звуку і зіставити його з допустимим.
Методичні рекомендації:
1. Еквівалентний рівень звуку (дБА) визначається за формулою 10.
Завдання 8.
Визначити, скільки часу протягом восьмигодинної зміни може працювати у цеху вентиляційна установка з рівнем шуму L1 = 88 дБА при фоновому рівні L2 = 63 дБА, щоб еквівалентний рівень не перевищив допустимого Ldon = 80 дБА.
Методичні рекомендації:
1. Перевіряється дотримання умови L1 -Ldon < Т + 1:
2. Якщо умову дотримано, то за формулою (11) визначається час (х), протягом якого може працювати вентиляційна установка за восьмигодинну зміну
5. Визначення потрібного зниження рівня шуму
Для одного джерела шуму потрібне зниження шуму, що задовольняє допустимому рівню Ldon, дБА
ΔL =L1 - Ldon (12)
де L1 — рівень шуму, що створює джерело шуму у розрахунковій точці.
При декількох джерелах шуму потрібне зниження шуму для кожного з них (дБА) у розрахунковій точці визначають за формулою:
ΔL і= (L1 - Ldon) +101g n, (13)
де Lі — рівень шуму і -го джерела шуму у розрахунковій точці; n — загальна кількість джерел шуму, які приймаються до розрахунку; не враховуються ті, для яких виконується умова:
Ldon — L1 ≥ ΔL 0,
де ΔL 0= 10 lg m + 5 (m - кількість джерел шуму, для яких Ldon – L1 > 10).
Рівень шуму кожного з джерел після визначеного зниження їх рівня (L1 - ΔL і ) повинен бути однаковим.
Результати розрахунків зручно заносити до такої таблиці:
| Джерело шуму | Li | Lдоп -Li | Li - L доп | ΔL і | L1 - ΔL і |
Завдання 9.
У приміщенні одночасно працюють 7 токарних верстатів, рівень шуму від яких у розрахунковій точці становить L і(дБА): L1 = 70; L2 = 67; L3 = 86; L4 = 83; L5 = 75; L6 = 78; L7 = 73. Визначити потрібне зниження рівня шуму для кожного з джерел шуму з тим, щоб загальний їх рівень не перевищував Lдoп = 80 дБА.
Методичні рекомендації:
1. Результати розв'язання подаються у формі таблиці 4.5.
2. Оскільки різниця рівнів шуму джерел (верстатів) 1 і 2 значно менше допустимого рівня шуму (на 10 і більше одиниць) то їх у розрахунках можна не враховувати. Можна прийняти, що n = 5, а тому 10 lg n = 10 lg 5 = 7.
3. Знаходимо потрібне зниження шуму для кожного джерела за формулою (13):
В останній колонці таблиці вказуємо значення знижених рівнів шуму кожного з верстатів:
4. Перевірку загального рівня шуму джерел шуму після необхідного зниження їх рівнів можна зробити за формулою 8
Таблиця 4.5
Зведена таблиця розрахунків до завдання 9
| Джерело шуму | Li | Lдоп -Li | Li - L доп | ΔL і | L1 - ΔL і |
| - | - | - | |||
| - | - | - | |||
| - 6 | ? | ? | ? | ||
| - 3 | ? | ? | ? | ||
| ? | ? | ? | |||
| ? | ? | ? | |||
| ? | ? | ? |
