Учебно-исследовательская
Лабораторная работа
Исследование методов и средств защиты от
Производственного шума
Вопросы борьбы с шумом в настоящее время имеют большое значение во всех областях техносферы. Шум на производстве наносит большой ущерб, снижая производительность труда на промышленных предприятиях до 30 процентов, способствует возникновению травм и аварий. Вредно действует на организм человека вплоть до профессионального заболевания.
Цель и задачи работы
Целью работы является изучение методов и средств защиты от производственного шума.
Задачи исследований:
Изучить:
- общие теоретические сведения о шуме, воздействие его на организм человека, нормирование шума;
- методы и средства борьбы с производственным шумом;
- физическую сущность звукоизоляции, звукоизолирующего кожуха;
- звукопоглощающих средств.
Исследовать:
- зависимость уровня звукового давления от частоты шума;
- зависимость уровня звукового давления от предлагаемых звукоизолирующих средств и частоты шума;
- оценить эффективность предлагаемых звукоизолирующих средств.
Теоретическая часть
Общие сведения
Шумом является всякий нежелательный для человека звук. В качестве звука мы воспринимаем упругие колебания (звуковые волны), распространяющиеся волнообразно в твёрдой, жидкой или газообразной среде. При распространении волны частицы среды не движутся вместе с волной, а колеблются около своих положений равновесия. Вместе с волной от частицы к частице среды передаются лишь состояния колебательного движения и его энергия. Поэтому основными свойствам волн являются перенос энергии без переноса вещества. Звуковые волны возникают при нарушении стационарного состояния среды, вследствие воздействия на неё какой либо возмущающей силы.
В диапазоне частот 16…20000 Гц волны, воспринимаются органом слуха человека как звук, называются звуковыми. Необходимо иметь в виду, что с возрастом у человека слышимость звуков высоких частот уменьшается. Большинство взрослых людей едва ли воспринимают звуки с частотой более 12000 Гц, а пожилые люди отчетливо воспринимают звуки частотой всего лишь 6000….8000 Гц. Колебания частотой ниже 16…20 Гц относятся к инфразвукам, а более 20000 Гц – ультразвукам. Они не вызывают слуховых ощущений, но оказывают биологическое воздействие на организм.
Область пространства (среды), где происходит распространение звуковых волн, называется звуковым полем, которое характеризуется: плотностью среды r, кг/м3 , скоростью распространения колебаний частиц среды (звуковой скоростью) с, м/с и звуковым давлением р – Па, Н/м2.
Скорость звука с при нормальных условиях (температура +20, и давление 0,1013 МПа) равна в воздухе 344 м/с, в жидкости (вода) -1500 м/с, в металле (железо) – 5000 м/с.
Во время распространения звуковых колебаний в воздухе появляются области разрежения и области повышенного давления. Под звуковым давлением р понимается разность между мгновенным значением давления при распространении звуковой волны и средним значением давления, в невозмущенной среде. Звуковое давление изменяется с частотой, равной частоте звуковой волны. Определение давления во времени происходит в органе слуха человека за время 30…100мс. На слух человека действует среднеквадратичное значение звукового давления:
,
где Т – период колебания;
t – время.
Звуковые волны являются носителями энергии. Звуковая энергия W, Вт, приходящаяся на единицу площади S, м 2 поверхности, расположенной перпендикулярно распространяющимся звуковым волнам, называется интенсивностью, или силой, звука – I, Вт/м 2.
,
Между интенсивностью (силой) звука I и звуковым давлением р существует связь, выражаемая уравнением:
,
где rс -удельное акустическое сопротивление среды Па∙с/м (для воздуха - 410 Па∙с/м, для воды - 1.5·106Па∙с/м, для стали - 4.8·107 Па∙с/м).
Минимальная величина звукового давления, которую ощущает ухо человека, носит название порога слышимости или ощущения и обозначается р 0. Максимальное давление, создающее болевые ощущения, называется болевым порогом и обозначается рmax. Аналогично имеются значения порогов интенсивности звука I 0 и Imax. Значения р и I на обоих порогах изменяются в зависимости от частоты.
Международной организацией по стандартизации за пороговые значения р 0, рmax, I 0 и Imax приняты значения данных величин на частоте 1000 Гц (порог слышимости молодого человека составляет 0 дБ на частоте 1000 Гц).
р0 = 2 × 10-5 Па, I0 = 10-12 Вт/м2
рmax = 2 × 10-2 Па, Imax = 102 Вт/м2
Величины звукового давления и интенсивности звука, с которыми приходится иметь дело в практике борьбы с шумом, могут меняться в широких пределах: по давлению до 107 раз, по интенсивности до 1014 раз. Естественно, что оперировать такими цифрами неудобно, и, кроме того, орган слуха человека способен реагировать на относительное изменение давления, а не на абсолютное. Ощущения человека, возникающие при различного вида раздражениях, в том числе и при шуме, пропорциональны логарифму количества энергии раздражителя (биологический закон Вебера-Фехнера, выражающий связь между изменением интенсивности раздражителя и силой вызванного ощущения), поэтому были введены логарифмические величины – уровни звукового давления и интенсивности звука в данной точке. За единицу измерения принят бел (Б) в честь изобретателя телефона Александэра Грейама Белла. Ухо человека реагирует на величину в десять раз меньшую, чем Белл, поэтому распространение получила единица децибел (дБ). Величина уровня звукового давления Lр определяется по формуле:
Так как , следовательно, для уровня интенсивности звука настоящее выражение имеет вид:
.
Уровнями интенсивности обычно пользуются при выполнении акустических расчетов, а уровнями звукового давления – при измерении шума и оценке его воздействия на организм человека. В практических расчетах все вычисления проводятся до целых чисел децибел, так как изменение уровня звукового давления менее 1 дБ органом слуха не воспринимается.
Область слышимых звуков ограничивается не только определёнными частотами, но предельными значениями звуковых давлений и их уровнями. Весь слышимый диапазон на стандартной частоте 1000 Гц укладывается в интервале уровней от 0 до 120 дБ.
Для того чтобы вызвать звуковое ощущение, волна должна обладать некоторым минимальным звуковым давлением, но если это давление превышает определённый предел, то звук не слышен, а вызывает только болевое ощущение. Следовательно, для каждой частоты колебаний существует наименьшее (порог слышимости) и наибольшее (порог болевого ощущения) звуковое давление, которое не способно вызвать звуковое восприятие.
На рисунке 2.1 представлена зависимость порогов слышимости и болевого ощущения от частоты звука. Область, расположенная между ними, является областью слышимости.
Он иллюстрирует, что звуки, равные по уровню звукового давления, но неодинаковые по частоте, воспринимаются человеком, как звуки разной громкости. Уровень громкости является функцией звукового давления и частоты. Каждая кривая (см. рис.2.1) представляет собой геометрическое место точек, координаты которых – уровень звукового давления и частота, обеспечивающие одинаковую громкость звуков. Кривые равной громкости позволяют определить, какую величину должно иметь при данной частоте звуковое давление, чтобы воспринималась определённая громкость. За единицу уровня громкости, называемую фоном, принимается разность уровней звукового давления в один децибел эталонного звука частотой 1000 Гц.
Уровни звукового давления некоторых источников шума на частоте 1000Гц, имеют следующее значения: шелест травы, тиканье часов - 10дБ; тихий разговор - 30дБ; громкий разговор - 50дБ; шум работающего двигателя грузовика - 80 дБ; автомобильная сирена - 100 дБ.
Рис. 2.1. Диаграмма слухового восприятия человеком.
При измерении и анализе шумов, весь диапазон частот разбивают на октавы – интервалы частот, где конечная частота f 2 больше начальной f 1 в два раза:
и третьоктавные полосы частот, определяемые соотношением:
В качестве частоты, характеризующей полосу частот в целом, берётся среднегеометрическая частота f cp:
Для октавного диапазона 
; для третьоктавного 
.
Самым простым звуком является “тон”, относящийся к определенному звуковому колебанию без каких-либо сопутствующих колебаний и имеющий вид синусоиды. Если звуки состоят из нескольких тонов, частоты которых находятся между собой в целых кратных отношениях, то они называются музыкальными звуками. Звуки, состоящие из бессистемного сочетания чистых тонов, частоты которых не подчинены определенным числовым отношениям, называются шумами, то есть - реальными звуками, которые являются наложением гармонических колебаний (колебания, совершаемые по закону косинуса или синуса) с большим набором частот, следовательно, звук обладает акустическим спектром.
Классификация шумов
В соответствии с ГОСТ 12.1.003. ССБТ. «Шум. Общие требования безопасности», шумы классифицируются по характеру спектра и временным характеристикам.
По характеру спектра шума выделяют:
- широкополосный шум с непрерывным спектром шириной более 1 октавы;
- тональный шум, в спектре которого имеются выраженные тоны. Тональный характер шума для практических целей устанавливается измерением в 1/3 октавных полосах частот по превышению уровня в одной полосе над соседними не менее чем на 10 дБ.
По временным характеристикам шума выделяют:
- постоянный шум, уровень звука которого за 8-часовой рабочий день или за время измерения в помещениях жилых и общественных зданий, на территории жилой застройки изменяется во времени не более чем на 5 дБА, при измерениях на временной характеристике шумомера «медленно» Чувствительность органа слуха человека неодинакова для звуков разной частоты. Для того, чтобы приблизить результаты объективных изменений к субъективному восприятию, введено понятие корректировочного уровня звукового давления. Коррекция заключается в том, что вводятся зависящие от частоты звука поправки к уровню соответствующей величины. Эти поправки стандартизированы. Наиболее употребительна коррекция А.( дБА )
- непостоянный шум, уровень которого за 8-часовой рабочий день, рабочую смену или во время измерения в помещениях жилых и общественных зданий, на территории жилой застройки изменяется во времени более чем на 5 дБА при измерениях на временной характеристике шумомера «медленно».
Непостоянные шумы подразделяют на:
- колеблющийся во времени шум, уровень звука которого непрерывно изменяется во времени;
- прерывистый шум, уровень звука которого ступенчато изменяется (на 5дБА и более), причем длительность интервалов, в течение которых уровень остается постоянным, составляет 1 с и более;
- импульсный шум, состоящий из одного или нескольких звуковых сигналов, каждый длительностью менее 1 с, при этом уровни звука в дБАI и дБА, измеренные соответственно на временных характеристиках «импульс» и «медленно», отличаются не менее чем на 7 дБ.
Воздействие шума на организм человека
Шум является биологическим раздражителем, способным влиять на все органы и системы организма, вызывая разнообразные физиологические изменения. Шумовые патологии подразделяются на специфические, наступающие в звуковом анализаторе, и неспецифические, возникающие в других органах и системах. Поражение органа слуха определяется главным образом интенсивностью шума. Изменения в центральной нервной системе наступают значительно раньше, чем нарушения в звуковом анализаторе.
Шум с уровнем звукового давления до 35дБ привычен для человека и не беспокоит его. Повышение этого уровня до 40…0дБ создаёт значительную нагрузку на нервную систему, вызывая ухудшения самочувствия, а при длительном действии может быть причиной нервозов. Воздействие шума уровнем свыше 80дБ может привести к потере слуха - профессиональной глухости. При действии уровней свыше 140дБ возможен разрыв барабанных перепонок, контузия, а при уровне более 160дБ наступает летальный исход.
Кроме интенсивности шума особенности воздействия шума на организм человека определяет характер спектра. Более неблагоприятное влияние оказывают высокие частоты (свыше 1000 Гц) по сравнению с низкими (30…125Гц.) К биологически агрессивному шуму относятся импульсный и тональный шум.
Степень шумовой патологии зависит в некоторой степени от индивидуальной чувствительности организма к акустическому раздражителю. Повышенная чувствительность к шуму присуща 11% людей, особенно чувствительны к шуму детские и женские организмы. Длительное воздействие интенсивного шума на человека приводит к развитию звуковой болезни, являющейся самостоятельной формой профессиональной патологии. Формирование патологического процесса при шумовом воздействии происходит постепенно и начинается с неспецифических проявлений вегетативно-сосудистой диффузии. Далее развиваются сдвиги со стороны центральной нервной и сердечно - сосудистой систем, затем специфические изменения в слуховом анализаторе.
Человек в процессе трудовой деятельности, как правило, сталкивается с производственным шумом, который активно влияет на безопасность жизнедеятельности.
Производственный шум нарушает информационные связи, что вызывает снижение эффективности и безопасности деятельности человека, так как высокий уровень шума уменьшает слышимость предупреждающий сигнал опасности. Кроме того, шум вызывает обычную усталость. При действии шума снижаются способность сосредоточения внимания, точность выполнения работ, связанных с приёмом и обработкой информации и производительность труда. При постоянном воздействии шума работающие жалуются на бессонницу, нарушения зрения, вкусовых ощущений, расстройство органов пищеварения и т.д. У них отмечается склонность к нервозам. Энергозатраты организма при выполнении работы в условиях шума больше, т.е. работа оказывается более тяжёлой.
