Краткие теоретические сведения

Шум – один из видов звука. В промышленной акустике под термином «шум» понимают любой нежелательный в данных условиях звуковой процесс, т. е. всякий меняющийся и раздражающий звук есть шум. Физическая природа шума обусловлена колебательными движениями частиц упругой среды, распространяющимися в виде волн. Как физиологическое явление шум определяется ощущением, воспринимаемым органом слуха при воздействии звуковых волн в диапазоне от 16 до 20000 Гц. Колебания ниже 16 Гц (инфразвук) и выше 20000 Гц (ультразвук) не воспринимаются человеческим ухом.

Звуковая волна характеризуется следующими параметрами: звуковым давлением, длиной волны, частотой, амплитудой колебания и скоростью звука.

Звуковое давление – это дополнительно возникающее в упругой среде переменное давление при прохождении через нее звуковых волн. Единица измерения давления – паскаль, Па.

Длина волны – это расстояние, измеренное вдоль направления распространения, между ближайшими точками звукового поля, в которых фазы колебаний одинаковые.

Частотой , Гц, называется число колебаний в единицу времени, а время, в течение которого совершается полное колебание, – периодом , с.

Скорость звука связана с длиной волны и частотой следующей зависимостью:

, (5.1)

где – скорость звука, м/с; – длина волны, м; – частота колебаний, Гц.

Под интенсивностью звука (шума), Вт/м², понимают количество звуковой энергии, проходящей через единичную площадку, перпендикулярную направлению распространения звуковой волны.

Соотношение между интенсивностью звука и давлением звука имеет вид

, (5.2)

где – звуковое давление, Па; – плотность среды, кг/м³; – скорость звука, м/с.

Характерной особенностью абсолютных значений звукового давления, интенсивности звука является большой диапазон, в пределах которого они могут изменяться. Поэтому для удобства вычислений принято оценивать звуковое давление, или интенсивность звука, не в абсолютных, а в относительных единицах (белах, децибелах) по отношению к пороговым значениям. Измеренные таким образом величины называются уровнями.

Бел – это десятичный логарифм отношения интенсивности звука в данной точке к пороговому значению:

, (5.3)

где – интенсивность звука в данной точке, Вт/м²; – пороговое значение уровня интенсивности, = 10^–12 Вт/м².

Ухо человека способно фиксировать изменение силы звука на 0,1 Б, и эта величина получила название децибел, дБ.

Тогда уровни интенсивности, или звукового давления , дБ, определяются по формуле

, (5.4)

где – пороговое значение звукового давления, = 2×10^–5 Па.

Как сложный звук шум может быть разделен на простые составляющие его тоны с указанием их интенсивности и частоты. Графическое изображение состава шума называется спектром и является важнейшей его характеристикой. В зависимости от характера шума его спектр может быть линейчатым (дискретным), непрерывным (сплошным) и смешанным (дискретно-непрерывным). На предприятиях железнодорожного транспорта большинство источников шума имеет смешанный или сплошной спектр.

За среднюю частоту полосы обычно принимают среднегеометрическую.

При анализе шума весь диапазон частот разбивают на отдельные полосы. Октавная полоса – это полоса частот, в которой верхняя граничная частота в 2 раза больше нижней . В зависимости от частоты характер шума может быть низко-, средне– и высокочастотным. Низкочастотный шум имеет спектр с максимумом звукового давления в области частот ниже 300 Гц, среднечастотный – 300–800 Гц и высокочастотный – выше 800 Гц.

Уровни звукового давления не учитывают чувствительности слухового аппарата человека к звукам различной частоты и поэтому не дают правильного представления о громкости звука, т. е. о его физиологической характеристике. Ухо человека обладает наибольшей чувствительностью на средних и высоких частотах и наименьшей – на низких.

Звуки, одинаковые по уровню, но разные по частоте, воспринимаются на слух неодинаково громкими. Для учета различия в чувствительности слухового аппарата к звукам разной частоты введено понятие уровня громкости звука, измеряемого в фонах. Под уровнем громкости данного звука понимают уровень звукового давления, равногромкого с ним на слух звука частотой 1000 Гц. Зависимость ощущения громкости простых звуков от уровня звукового давления и частоты иллюстрируется в виде кривых равной громкости. Каждая из этих кривых соответствует различным по частоте и уровню, но одинаковым по громкости звукам. Для оценки субъективного восприятия громкости звука введена специальная единица – сон. За единицу громкости 1 сон условно принят уровень громкости 40 фон.

Уровни шума на рабочих местах и на территории промышленных предприятий и селитебной территории городов и других населенных пунктов регламентируются следующими нормативными документами: ГОСТ 12.1.003-83 «ССБТ. Шум. Общие требования безопасности» и СНиП II-12-77 «Защита от шума». ГОСТ 12.1.003-83 устанавливает предельно допустимые уровни звукового давления на рабочих местах в зависимости от вида трудовой деятельности в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 800 Гц. СНиП II-12-77 устанавливает предельно допустимые уровни звукового давления для территорий, непосредственно прилегающих к жилым домам (в двух метрах от ограждающих конструкций). Нормативной характеристикой непостоянного шума на рабочих местах является интегральный критерий – эквивалентный (по энергии) уровень звука, дБА, измеряемый по характеристике «А» шумомера.

Предельно допустимый уровень (ПДУ) шума – это уровень шума, который при ежедневной работе (кроме выходных дней), но не более 40 ч в неделю в течение всего рабочего стажа, не должен вызывать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований в процессе работы или в отдельные периоды жизни настоящего и последующих поколений.

Допустимый уровень шума – это уровень, который не вызывает у человека значительного беспокойства и существенных изменений показателей функционального состояния систем и анализаторов, чувствительных к шуму.

Для контроля фактических уровней шума на рабочих местах, оценки шумового режима в производственных помещениях и разработки рекомендаций по снижению шума его параметры измеряют специальными приборами – шумомерами. Шумомер позволяет определить уровень звукового давления, дБ, и поэтому эта величина используется для оценки воздействия шума на человека.

Защита от шума осуществляется различными способами.

ГОСТ 12.1.029-80 «Средства и методы защиты от шума. Классификация» дает определение и общую классификацию методов и способов защиты. Так, средства защиты от шума по отношению к источнику подразделяются на методы, снижающие шум в источнике его возникновения, и средства, снижающие шум на пути его распространения от источника до защищаемого объекта. Наиболее распространенным способом защиты от шума является метод, основанный на поглощении и отражении звука, который рассматривается в настоящей лабораторной работе.

Порядок выполнения работы

Ø Ознакомиться с лабораторной установкой.

Для измерения параметров шума установка имеет передающий и звукоиз­мерительный тракты, показанные на схеме (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Схема лабораторной установки: I – передающий тракт; II – звукоизмерительный тракт; 1 – генератор шума; 2 – усилитель;
3 – источник шума; 4 – микрофон; 5 – фильтр; 6 – шумомер;
7 – акустическая камера; 8 – звукозащитный экран

Воспроизведение звука обеспечивается с помощью передающего тракта, включающего генератор шума 1, усилитель 2 и источник шума (громкоговоритель) 3. При помощи приемного тракта, состоящего из микрофона 4, фильтров 5 и шумомера 6, производится измерение уровня создаваемого шума. Для исследования эффективности средств защиты от шума в акустическую камеру 7 устанавливаются различной конструкции звукозащитные экраны 8.

Ø Включить генератор звука (схема панели генератора показана на рис. 5.2), для чего тумблер включения питания 3 поставить в положение «Вкл.» Контрольная лампочка 2 должна загореться.

Ø Дать прибору прогреться 2 мин.

Ø Подготовить генератор звука к работе, для этого регулятор «множитель» 1 поставить в положение 1.

Ø Переключатель напряжения 7 поставить в положение 15 В.

Рис. 5.2. Панель звукового генератора: 1 – регулятор «множитель»; 2 – контрольная лампочка; 3 – выключатель питания; 4 – лимб установки частоты; 5 – регулятор напряжения; 6 – индикатор напряжения; 7 – переключатель напряжения

Ø Регулятор напряжения 5 поставить в такое положение, чтобы индикатор выходного напряжения 6 давал показание не более 2 В.

Ø Установить лимб генератора в положение частоты 31,5 Гц (последующая установка требуемой частоты производится с помощью лимба и переключателя «множитель»).

Ø Включить шумомер (схема панели прибора показана на рис. 5.3).

Ø Переключатель рода работы поставить в положение «бат.», при этом стрелка указателя должна установиться в пределах черты «бат.». Если этого не произошло, то произвести регулировку.

Ø Переключатель рода работы далее поставить в положение «С».

Ø Произвести измерения уровней звукового давления , дБ, в акустической камере без экрана в нормируемом диапазоне частот от 31,5 до 8000 Гц. При производстве измерений показания стрелки шумомера суммируются с показаниями переключателя. Например, 80 дБ + 5 дБ = 85 дБ.

Результаты измерений записать в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Результаты измерений

Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц	Уровень звукового давления в полосах частот, дБ	Нормированные уровни звукового давления по ГОСТ 12.1.003-83 , дБ
Камера	Звукозащитные экраны
Фанера	Металлический	Комбинированный
, дБ	, дБ	*, дБ	, дБ	, дБ	, дБ	, дБ
31,5

* – эффективность звукозащитных экранов.

Ø Произвести аналогичные замеры уровней звукового давления , дБ, при установке в акустической камере различных звукозащитных экранов. Результаты измерений занести в табл. 5.1.

Ø Выключить генератор звука и шумомер.

Ø Определить эффективность звукозащитных экранов по формуле

. (5.5)

Ø Определить по ГОСТ 12.1.003-83 (по заданию преподавателя) нормируемые уровни звукового давления . Результаты занести в табл. 5.1.

Ø Полученные спектры шума представить в виде графической зависимости (пример приведен на рис. 5.4) и сравнить с нормативным спектром шума. Шум считается допустимым, если измеренные уровни звукового давления во всех октавных полосах частот нормируемого диапазона не превышают значений, определяемых соответствующим предельным спектром. При необходимости установить требуемое снижение уровня звукового давления до санитарных норм.

Ø В расчетной части работы по заданию преподавателя произвести оценку уровня звука в расчетной точке селитебной зоны, который создается источником шума (прил. 6).

Рис. 5.4. Спектр шума

Ø Уровень звука в расчетной точке на территории защищаемого от шума объекта вычисляется по формуле

, (5.6)

где – уровень звукового давления, создаваемого источником шума, дБА, (принимается по прил. 6); – снижение уровня звука в зависимости от расстояния между источником шума и расчетной точкой, дБА, (по рис. 5.5); – снижение уровня звука полосами зеленых насаждений, дБА, (прил. 7).

Рис. 5.5. Снижение уровня звукового давления в зависимости от расстояния

Ø Требуемое снижение уровня шума в расчетной точке для выполнения санитарных норм в селитебной зоне определяется по формуле

, (5.7)

где – нормируемое значение уровня звукового давления, дБА, (прил. 8).

Ø По полученным данным сделать выводы по работе, в которых:

- произвести анализ измерения уровней шума по частотному диапазону с указанием превышения норм;

- выявить наиболее эффективный звукозащитный экран;

- указать класс условий труда в зависимости от уровня шума на рабочем месте (табл. 5.2).

Таблица 5.2

Классификация условий труда в зависимости
от уровня шума рабочих мест (превышение ПДУ до)

Ø Составить отчет о лабораторной работе.

Вопросы для самоконтроля

1. Раскройте понятие «шум» и его физическую природу.

2. Что такое инфразвук и ультразвук?

3. Назовите параметры шума и единицы измерения.

4. Укажите основные источники шума на железнодорожном транспорте. Каково его воздействие на организм человека?

5. Раскройте понятие громкости звука. Назовите единицы измерения.

6. Объясните, что такое звуковое давление и уровень звукового давления. Назовите единицы измерения.

7. Назовите приборы для измерения уровня шума на рабочих местах.

8. Перечислите средства и методы защиты от шума.

9. Как определить эффективность звукозащитных экранов?

10. Какой экран является наиболее эффективным и почему?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. СН 2.2.4/2.1.8.562-96. Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки. – М., 1996.

2. ГОСТ 12.1.003-83. ССБТ. Шум. Общие требования безопасности. Введ. 01.07.84. – М.: Изд-во стандартов, 1985.

3. СНиП II-12-77. Защита от шума / Утв. Гос. ком. СССР по делам строительства 14.06.77. Введ.01.07.88. – М.: Стройиздат, 1977.

4. Борьба с шумом на производстве / Под ред. Е.Я. Юдина. – М.: Машиностроение, 1985.

5. Охрана труда на железнодорожном транспорте: Справочная книга
/ Под ред. В.С. Крутякова. – М.: Транспорт, 1988.

6. Пчелинцев В.А. Охрана труда в строительстве / В.А. Пчелинцев, Д.В. Коптев, Г.Г. Орлов. – М.: Высш. шк., 1991.

7. Бобин, Е.В. Борьба с шумом и вибрацией на железнодорожном транспорте / Е.В. Бобин. – 3-е изд., перераб. и доп.– М.: Транспорт, 1973.

8. Безопасность жизнедеятельности / Под ред. С.В. Белова. – М.: Высш. шк., 1999.

Лабораторная работа № 6
ИССЛЕДОВАНИЕ ВИБРАЦИИ
И ЭФФЕКТИВНОСТИ ВИБРОИЗОЛЯЦИИ

Цель работы:

- ознакомиться с аппаратурой для измерения параметров вибрации;

- определить соответствие измеренных параметров нормируемым;

- рассчитать эффективность виброизоляции.