Характеристика шума и методика акустического расчёта

Содержание работы

1. Измерить уровни звукового давления электромеханического или электронного устройства;

2. Провести акустический расчёт уровня звуковой мощности в заданной точке;

3. Изучить принципы нормирования уровня шума в производственном помещении;

4. По результатам расчёта предложить методы защиты от шума.

 

Характеристика шума и методика акустического расчёта

Шум – звуковые колебания в диапазоне слышимых частот, способные оказать вредное воздействие на безопасность и здоровье работника.

Шумом принято характеризовать любой нежелательный (мешающий) для человека звук. Действуя на центральную нервную систему (ЦНС), шум оказывает неблагоприятное влияние на организм человека, вызывает тяжёлые заболевания. ЦНС является информационной системой организма и требует для своего функционирования достаточно много энергии. Если поток информации стационарен, то происходит привыкание (аккомодация) к стационарным условиям и затраты на поддержание функционирования ЦНС резко снижаются. Шум не является стационарным процессом, он контрастирует с полезным звуковым информационным полем и потому происходит дополнительная перегрузка деятельности ЦНС. Утомление работников из-за сильного шума увеличивает число ошибок при работе, способствует возникновению профессиональных заболеваний.

Звук (как физическое явление) – это продольные волны объёмных деформаций упругой среды т. е. сжатия и разряжения среды., характеризующиеся перепадом давления Δ P относительно атмосферного P_атм = 101 кПа. Как физиологическое явление звук ощущается органами слуха в диапазоне частот 20Гц…20кГц. Ниже 16 Гц и выше 20 кГц находятся соответственно области неслышимых человеком инфра- и ультразвуков.

Звуковая волна характеризуется частотой и амплитудой колебаний. Чем больше амплитуда колебаний, тем больше звуковое давление, и тем громче ощущаемый человеком звук.

Звуковое давление P (Па) – разность между мгновенным значе­нием полного давления в воздухе и средним статическим давлением, которое наблюдается в среде при отсутствии звукового поля (атмосферным – в обычных условиях). В фазе сжатия звуковое давление положительно, а в фазе разряжения – отрицательно. Измерительный датчик звукового давления в шумомере – микрофон.

При распространении звуковой волны происходит перенос энергии. Поток звуковой энергии E (Дж) в единицу времени t (с), отнесённый к поверхности S (м²), нормальной к направлению распространения волны, называется интенсивностью звука I (Вт/м²). Для звуковой волны, распространяющейся в виде плоского фронта, имеем следующие соотношения:

 

,                             (6. 1)

 

где r – плотность среды, кг/м³.

с – скорость звука в среде, м/с.

Для воздуха при температуре 20^оС: r = 1, 20 кг/м³, с = 344 м/с;

rc – удельное сопротивление среды, для воздуха при нормальных атмосферных условиях rc = 410 Па× с/м.

Источник шума характеризуется мощностью W (Вт), т. е. количеством звуковой энергии, излучаемой источником шума в окружающее пространство за единицу времени (Дж/с). Звуковая мощность источника шума W (Вт) связана с интенсивностью шума I (Вт/м²) следующим соотношением:

 

, где S – поверхность, через которую проходит поток звуковой энергии.

Если источник шума принять за точечный, что допустимо при расстояниях r от источника много больших геометрических размеров самого источника, то при его расположении на полу (т. е. при излучении в полусферу) звуковая мощность равна:

 

,                      (6. 2)

 

где I_ср – интенсивность звука, усреднённая по измерениям звукового давления по нескольким точкам на измерительной поверхности S в виде полусферы радиусом r.

В соответствии с действующими нормативными документами, нормируемыми показателями шума на рабочих местах являются:

· эквивалентный уровень звука A за рабочую смену – эквивалентный уровень звука A, измеренный или рассчитанный за 8 ч рабочей смены, с учетом поправок на импульсный и тональный шум;

· максимальный уровнь звука A – это наибольшая величина уровня звука, измеренная на заданном интервале времени со стандартными временными коррекциями S (медленно, ф = 1 с) и I (импульс, ф = 40 мс);

· пиковый корректированный по C уровень звука – это десять десятичных логарифмов отношения квадратапикового звукового давления, измеренного с использованием стандартизованной частотной коррекции, к квадрату опорного звукового давления.

Превышение любого нормируемого параметра считается превышением ПДУ.

Нормативным эквивалентным уровнем звука на рабочих местах является 80 дБА.

При сокращенном рабочем дне (менее 40 ч в неделю) предельно допустимые уровни применяются без изменения.

Максимальные уровни звука A, измеренные с временными коррекциями S и I, не должны превышать 110 дБА и 125 дБА соответственно.

Пиковый уровень звука C не должен превышать 137 дБС.

В случае превышения уровня шума на рабочем месте выше 80 дБА, работодатель должен провести оценку риска здоровью работающих и подтвердить приемлемый риск здоровью работающих.

Работы в условиях воздействия эквивалентного уровня шума выше 85 дБА не допускаются.

При воздействии шума в границах 80 – 85 дБА работодателю необходимо минимизировать возможные негативные последствия путем выполнения следующих мероприятий:

а) подбор рабочего оборудования, обладающего меньшими шумовыми характеристиками;

б) информирование и обучение работающего таким режимам работы с оборудованием, которое обеспечивает минимальные уровни генерируемого шума;

в) использование всех необходимых технических средств (защитные экраны, кожухи, звукопоглощающие покрытия, изоляция, амортизация);

г) ограничение продолжительности и интенсивности воздействия до уровней приемлемого риска;

д) проведение производственного контроля виброакустических факторов;

е) ограничение доступа в рабочие зоны с уровнем шума более 80 дБА работающих, не связанных с основным технологическим процессом;

ж) обязательное предоставление работающим средств индивидуальной защиты органа слуха;

з) ежегодное проведение медицинских осмотров для лиц, подвергающихся шуму выше 80 дБ.

Уровни звукового давления в октавных полосах частот не являются нормируемыми параметрами, рассматриваются как справочные материалы, которые могут использоваться для подбора СИЗ, разработки мер профилактики и т. п.

Октавной называется полоса частот, в которой верхняя граничная частота f_верх в два раза больше нижней f_нижн. Среднегеометрическая частота f_ср октавной полосы выражается соотношением . Измерения, акустические расчёты, нормирование производятся в полосах со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц.

Степень восприятия звука зависит от амплитуды звукового колебания. Так на частоте 1000 Гц ощущение звука начинается с давления P_о = 20× 10^-6 Па. Величину P_о называют порогом слышимости. Тогда интенсивность звука (6. 1), соответствующая порогу слышимости, равна I_o = 10^-12 Вт/м².

Для объективной оценки характеристики шума были введены логарифмические величины: уровень интенсивности L_I, уровень звукового давления Lp, что соответствует закону Фехнера,

L_I = 10× lg(I_ср/I₀), I₀ = 10^-12 Вт/м²                       (6. 3a)

L_P= 10× lg (P/P₀)², P₀ = 2× 10^-5 Па                              (6. 3б)

Для характеристики звуковой мощности источника шума используется уровень мощности шума LW

L_W= 10× lg (W/W₀), W₀ = 10^-12 Вт                       (6. 3в)

При нормальных атмосферных условиях L_I = L_P = L. Поэтому для краткости используют термин уровень шума L, опуская индексы I, P. Приборы, измеряющие уровень шума, основаны на измерении уровней звукового давления L_P в определенной точке. Чувствительным элементом, реагирующим на изменение уровня звукового L_P, является микрофон. Измеряемый уровень звукового давления зависит от мощности источника шума и от расстояния от этого источника (Рис. 6).

Уровень звуковой мощности шума источника L_W характеризует звуковые характеристики источника и является величиной, независимой от расстояния, так как W и W₀ постоянные величины.

Характеристиками источника шума, которые указываются в технической документации на изделие, являются:

Рис. 6. Схема источника шума

1. Уровни мощности шума L_W в октавных полосах частот.

2. Характеристики направленности излучения источника шума.

В основе расчётной формулы для определения L_W лежит выражение (6. 2). Для точечного источника шума значение L_W определяют по результатам нескольких измерений уровня шума L_ср на поверхности S, в качестве которой обычно применяют площадь полусферы радиусом R (рис. 6. 1)

,            (6. 4)

где L_ср – средний уровень измеренного звукового давления по ряду точек на измерительной поверхности S (м²), S₀ = 1м².

При проектировании и эксплуатации промышленных помещений рассчитывают ожидаемые уровни шума L_p, которые будут на рабочих местах (в расчётных точках) с тем, чтобы сравнить их с нормами допустимого уровня шума и в случае необходимости принять меры к тому, чтобы этот шум не превышал допустимого.

Акустический расчёт проводится в каждой из восьми октавных полос с точностью до десятых долей децибел. Результат округляется до целого числа.

Для помещений с источником шума расчёт включает:

а) выявление n-ого количества источников шума и значений L_Wi их уровней шумовой мощности в октавных полосах частот;

б) выбор расчётных точек и определение расстояний r_i от i-того источника шума до расчётной точки (рабочего места);

в) вычисление или определение по справочным данным постоянной B анализируемого помещения для каждой октавной полосы.

г) расчёт уровня шума L_P в расчётной точке.

Звуковые волны от источника шума в помещениях многократно отражаются от стен, потолка и различных предметов. Отражения обычно увеличивают шум по сравнению с шумом того же источника на открытом воздухе. Интенсивность шума I в расчётной точке помещения складывается из интенсивности прямой звуковой волны от источника Iпр и интенсивности отраж`нного звука Iотр:

 

,

 

где В – постоянная помещения, м² (табл. 6. 1)

 

Таблица 6. 1

Значения постоянной помещения В (м²) для объёма помещения V = 288 м³ (длина l = 12м, ширина b = 6м, высота h =4 м)

 

Характеристика помещения	Среднегеометрические частоты октавных частотных полос, Гц
1. Без мебели с небольшим количеством людей (металлообрабатывающие цехи, испытательные стенды)	9, 4	8, 9	9, 2	10, 8	14, 4	21, 6	34, 6	60, 4
2. С большим количеством людей и мягкой мебели (учебные лаборатории, конструкторские залы, библиотеки)	31, 2	29, 8	30, 7
3. Со звукопоглощающей облицовкой потолка и части стен

 

Для помещения, в котором установлено несколько источников (n) шума с одинаковой звуковой мощностью W, интенсивность в расчётной точке равна:

 

 

где r_i – расстояние от акустического центра i-того источника шума до расчётной точки. Акустический центр источника шума определяется координатами проекции геометрического центра источника на горизонтальную плоскость.

Значение уровня шума L в расчётной точке получим, разделив выражение (5) на I_o = W_oS_o (S_o = 1м²) и логарифмируя:

При наличии акустических волн от n некоррелированных источников шума, которые создают в расчётной точке среднеквадратическое давление Dp равное сумме парциальных давлений DP_i (i = 1, 2,..., n)

Уровень звукового давления для нескольких источников равен:

 

где L_pi уровень звукового давления от i-того источника в расчётной точке.

Пример: Раcсчитать уровень шума L_p в расчётной точке, который создается шумовым фоном L_ф = 50 дБ и шумом от источника L_ист = 57, 2 дБ.

L_p = 10 lg(10^{0, 1 Lф}+10^{0, 1 Lист}) = 10 lg(10^{0, 1× 50} + 10^{0, 1× 57, 2}) = 58 дБ. (6. 7)

Расчёт по формуле (6. 6) предполагает определение уровня шума для восьми октавных полос и последующее сравнение результатов расчёта с допустимыми значениями уровнями звукового давления (Приложение 1)

 

⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: