 |
Теоретические сведения об акустических колебаниях
|
|
|
|
РАЗДЕЛ 1. РАСЧЕТ СИСТЕМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ
БЕЗОПАСНОСТИ
Тема. Расчет устройств защиты от шума
1. Теоретические сведения об акустических колебаниях.
2. Расчет уровня шума от различных конструктивных элементов.
3. Расчет акустических экранов.
4. Расчет звукопоглощающих облицовок.
Время: 4 часа.
Литература
1. Безопасность жизнедеятельности: Учебник для вузов/С.В. Белов, А.В. Ильницкая, А.Ф. Козьяков и др.; Под общ. ред. С.В. Белова. 6-е изд., испр. и доп. – М.: Высш. шк., 2006. – 616 с.
2. Курдюмов В.И., Зотов Б.И. Проектирование и расчет средств обеспечения безопасности. – М.: КолоС, 2005. – 216 с.
Теоретические сведения об акустических колебаниях
Физическое понятие об акустических компаниях охватывает как слышимые, так и неслышимые колебания упругих сред.
Акустические колебания в диапазоне 16 Гц...209 кГц, воспринимаемые человеком с нормальным слухом, называют звуковыми, с частотой менее 16 Гц - инфразвуковыми, выше 20 кГц - ультразвуковыми. Распространяясь в пространстве, звуковые колебаниясоздают акустическое поле.
Ухо человека может воспринимать и анализировать звуки в широкомдиапазоне частот и интенсивностей. Область слышимых звуков ограничена двумя пороговыми кривыми: нижняя - порог слышимости, верхняя - порог болевого ощущения. Самые низкие значения пороговлежат в диапазоне 1...5 кГц. Порог слуха молодого человека вставляет 0 дБ на частоте 1000 Гц, на частоте 100 Гц порог слухового восприятия значительно выше, так как ухо менее чувствительно к звукамнизких частот. Болевым порогом принято считать звук с уровнем 140 дБ, что соответствует звуковому давлению 200 Па и интенсивности 100 Вт/м2. Звуковые ощущения оцениваются по порогу дискомфорта (слабая боль в ухе, ощущение касания, щекотания).
|
|
|
Шум определяют как совокупность апериодических звуков различной интенсивности и частоты.
Окружающие человека шумы имеют разную интенсивность:
- разговорная речь - 50...60 дБА;
- автосирена - 100 дБА;
- шум двигателя легкового автомобиля - 80 дБА;
- громкая музыка -70 дБА;
- шум от движения трамвая -70...80 дБА;
- шум в обычной квартире -30...40 дБА.
По спектральному составу в зависимости от преобладания звуковойэнергии в соответствующем диапазоне частот различают низко-, средне- и высокочастотные шумы, по временным характеристикам - постоянные и непостоянные, последние, в свою очередь, делятся на колеблющиеся, прерывистые и импульсные, по длительности действия - продолжительные и кратковременные.
С гигиенических позиций придается большое значение амплитудно-временным, спектральным и вероятностным параметрам непостоянных шумов, наиболее характерных для современного производства.
Интенсивный шум на производстве способствует снижению внимания и увеличению числа ошибок при выполнении работы, исключительно сильное влияние оказывает шум на быстроту реакций, сбор информации и аналитические процессы, из-за шума снижается производительность труда и ухудшается качество работы. Шум затрудняет своевременную реакцию работающих на предупредительные сигналы внутрицехового транспорта (автопогрузчиков, мостовых кранов и т. п.), что способствует возникновению несчастных случаев на производстве.
В биологическом отношении шум является заметным стрессовым фактором, способным вызвать срыв приспособительных реакций. Акустический стресс может приводить к разным проявлениям: от функциональных нарушений регуляции центральной нервной системы (ЦНС) до морфологически обозначенных дегенеративных деструктивных процессов в разных органах и тканях.
|
|
|
Степень шумовой патологии зависит от интенсивности и продолжительности воздействия, функционального состояния ЦНС и, что очень важно, от индивидуальной чувствительности организма к акустическому раздражителю. Индивидуальная чувствительность к шуму составляет 4...17 %. Считают, что повышенная чувствительность к шуму определяется сенсибилизированной вегетативной реактивностью, присущей 11 % населения. Женский и детский организм особенно чувствительны к шуму. Высокая индивидуальная чувствительность может быть одной из причин повышенной утомляемости и развития различных неврозов.
Шум оказывает влияние на весь организм человека: угнетает ЦНС, вызывает изменение скорости дыхания и пульса, способствует нарушению обмена веществ, возникновению сердечно-сосудистых заболеваний, гипертонической болезни, может приводить к профессиональным заболеваниям.
Шум с уровнем звукового давления до 30...35 дБ привычен для человека и не беспокоит его.
Повышение этого уровня до 40...70 дБ в условиях среды обитания создает значительную нагрузку на нервную систему, вызывая ухудшение самочувствия и при длительном действии может быть причиной неврозов.
Воздействие шума уровнем свыше 75 дБ может привести к потере слуха - профессиональной тугоухости. При действии шума высоких уровней (более 140 дБ) возможен разрыв барабанных перепонок, контузия, а при еще более высоких (более 160 дБ) и смерть.
Специфическое шумовое воздействие, сопровождающееся повреждением слухового анализатора, проявляется медленно прогрессирующим снижением слуха. У некоторых лиц серьезное шумовое повреждение слуха может наступить в первые месяцы воздействия, у других - потеря слуха развивается постепенно, в течение всего периода работы на производстве. Снижение слуха на 10 дБ практически неощутимо, на 20 дБ - начинает серьезно мешать человеку, так как нарушается способность слышать важные звуковые сигналы, наступает ослабление разборчивости речи.
Оценка состояния слуховой функции базируется на количественном определении потерь слуха и производится по показателям аудиометрического исследования. Основным методом исследования слуха является тональная аудиометрия.
|
|
|
При оценке слуховой функции определяющими приняты средние показатели порогов слуха в области восприятия речевых частот (500,1000,2000 Гц), а также потеря слухового восприятия в области 4000 Гц.
Критерием профессионального снижения слуха принят показатель средней арифметической величины снижения слуха в речевом диапазоне, равный 11 дБ и более. Помимо патологии органа слуха при воздействии шума наблюдаются отклонения в состоянии вестибулярной функции, а также общие неспецифические изменения в организме; рабочие жалуются на головные боли, головокружение, боли в области сердца, повышение артериального давления, боли в области желудка и желчного пузыря, изменение кислотности желудочного сока. Шум вызывает снижение функции защитных систем и общей устойчивости организма к внешним воздействиям.
Нормируемые параметры шума на рабочих местах определены ГОСТ 12.1.003-83* с дополнениями 1989 года и Санитарными нормами СН2.2.4/2.1.8.562-96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки». Документы дают классификацию шумов по спектру на широкополосные и тональные, а по временным характеристикам - на постоянные и непостоянные.
Для нормирования постоянных шумов применяют допустимые уровни звукового давления (УЗД) в девяти октавных полосах частот (таблица 1) в зависимости от вида производственной деятельности. Для ориентировочной оценки в качестве характеристики постоянного широкополосного шума на рабочих местах допускается принимать уровень звука (дБА), определяемый по шкале А шумомера с коррекцией низкочастотной составляющей по закону чувствительности органов слуха и приближением результатов объективных измерений к субъективному восприятию.
Непостоянные шумы делятся на колеблющиеся во времени, прерывистые и импульсные. Нормируемой характеристикой непостоянного шума является эквивалентный по энергии уровень звука (дБА). Допустимые значения эквивалентных уровней непостоянных широкополосных шумов приведены в таблице 1.
|
|
|
Таблица 1 – Допустимые уровни звукового давления, уровни шума и эквивалентного уровня звука на рабочих местах в производственных помещениях и на территории предприятий по ГОСТ 12.1.003-83* с дополнениями 1989 г. (извлечение)
| Рабочие места | Уровни звукового давления, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц | Уровни звука и эквивалентные уровни звука, дБА | ||||||||
| 31,5 | ||||||||||
| В помещениях дирекции, проектно-конструкторских бюро, лабораториях для теоретических работ и обработки данных | ||||||||||
| В помещениях цехового управленческого аппарата, рабочих комнатах, конторских помещений, лабораториях | ||||||||||
| В кабинах наблюдений и дистанционного управления: | ||||||||||
| - без речевой связи по телефону; | ||||||||||
| - с речевой связью по телефону | ||||||||||
| В помещениях и участках точной сборки, машинописных бюро | ||||||||||
| В помещениях лабораторий для проведения экспериментальных работ, для размещения шумных агрегатов, вычислительных машин | ||||||||||
| Постоянные рабочие места и рабочие зоны в производственных помещениях и на территории предприятий |
Для тонального и импульсного шума допустимый уровень звука должен быть на 5 дБ меньше значений, указанных в таблице 1.
Эквивалентный по энергии уровень звука
где τ1 - относительное время воздействия шума класса Li, % времени измерения;
Li- уровень звука класса i, дБА.
При оценке шума допускается использовать дозу шума, так как установлена линейная зависимость доза - эффект по временному смещению порога слуха, что свидетельствует об адекватности оценки шумa по энергии. Дозный подход позволяет также оценить кумуляциюшумового воздействия за рабочую смену.
Нормирование допустимого шума в жилых помещениях, общественных зданиях и на территории жилой застройки осуществляется в соответствии с СН 2.2.4/2.1.8.562-96.
Оценивать и прогнозировать потери слуха, связанные с действием производственного шума, дает возможность стандарт ИСО 1999: (1975) «Акустика - определение профессиональной экспозиции шума и оценка нарушений слуха, вызванных шумом».
В производственных условиях нередко возникает опасность ком-бинированного влияния высокочастотного шума и низкочастотного ультразвука, например, при работе реактивной техники, при плазменных технологиях.
|
|
|
Ультразвук как упругие волны не отличается от слышимого звука, однако частота колебательного процесса способствует большему затуханию колебаний вследствие трансформации энергии в теплоту.
По частотному спектру ультразвук классифицируют на:
- низкочастотный - колебания 1,12·104...1,0·105 Гц;
- высокочастотный - 1,0·105... 1,0·109 Гц;
по способу распространения - на воздушный и контактный ультразвук.
Низкочастотные ультразвуковые колебания хорошо распространяются в воздухе. Биологический эффект воздействия их на организм зависит от интенсивности, длительности воздействия и размеров поверхности тела, подвергаемой действию ультразвука. Длительное систематическое влияние ультразвука, распространяющегося в воздухе, вызывает функциональные нарушения нервной, сердечно-сосудистой и эндокринной систем, слухового и вестибулярного анализаторов.
У работающих на ультразвуковых установках отмечают выраженную астению, сосудистую гипотонию, снижение электрической активности сердца и мозга. Изменения ЦНС в начальной фазе проявляются нарушением рефлекторных функций мозга (чувство страха в темноте, в ограниченном пространстве, резкие приступы с учащением пульса, чрезмерной потливостью, спазмы в желудке, кишечнике, желчном пузыре).
Наиболее характерны вегетососудистая дистония с жалобами на резкое утомление, головные боли и чувство давления в голове, затруднения при концентрации внимания, торможение мыслительного процесса, на бессонницу.
Контактное воздействие высокочастотного ультразвука на рyки приводит к нарушению капиллярного кровообращения в кистях pyк, снижению болевой чувствительности, т. е. развиваются периферические неврологические нарушения. Установлено, что ультразвуковые колебания могут вызывать изменения костной структуры с разрежением плотности костной ткани.
Профессиональные заболевания зарегистрированы лишь при контактной передаче ультразвука на руки - вегетосенсорная (ангионевроз) или сенсомоторная полиневропатия рук.
Гигиенические нормативы ультразвука определены ГОСТ 12.1.001-89 и СанПиН 2.2.4.582-96. Гигиенической характеристикой воздушного ультразвука на рабочих местах являются уровни звукового давления (дБ) в третьоктавных полосах со среднегеометрическими частотами 12,5... 100 кГц (таблица 2).
Таблица 2 - Уровни звукового давления
| Среднегеометрические частоты третьоктавных полос, кГц | Уровень звукового давления, дБ |
| 12,5 | |
| 80 (90) | |
| 31,5…100,0 |
По согласованию с заказчиком допускается устанавливать значение показателя, указанное в скобках.
Характеристикой контактного ультразвука является пиковое значение виброскорости или его логарифмический уровень (таблица 3).
Допустимые уровни контактного ультразвука следует принимать на 5 дБ ниже значений, указанных в таблице 3, в тех случаях, когда работающие подвергаются совместному воздействию воздушного и контактного ультразвука.
Таблица 3 - Допустимые уровни виброскорости и ее пиковые значения на рабочих местах
| Среднегеометрические частоты октавных полос, кГц | Пиковые значения виброскорости, м/с | Уровни виброскорости, дБ |
| 8-63 | 5·10-3 | |
| 125-500 | 8,9·10-3 | |
| 1000-31 500 | 1,6·10-2 |
Инфразвук - область акустических колебаний с частотой, ниже 16…20Гц. В условиях производства инфразвук, как правило, сочетается с низкочастотным шумом, в ряде случаев - с низкочастотной вибрацией.
При воздействии инфразвука на организм уровнем 110...150 дБ могут возникать неприятные субъективные ощущения и многочисленные реактивные изменения: нарушения в ЦНС, сердечно-сосудистой и дыхательной системах, вестибулярном анализаторе. Отмечают жалобы наголовные боли, головокружение, осязаемые движения барабанных перепонок, звон в ушах и голове, снижение внимания и работоспособности; может появиться чувство страха, сонливость, затруднениеречи; специфическая для действия инфразвука реакция - нарушениеравновесия.
При воздействии инфразвука с уровнем 105 дБ отмечены психофизиологические реакции в форме повышения тревожности и неуверенности, эмоциональной неустойчивости.
Установлен аддитивный характер действия инфразвука и низкочастотго шума. Следует отметить, что производственный шум и вибрация оказывают более агрессивное действие, чем инфразвук сопоставимых параметров.
Гигиеническая регламентация инфразвука производится по Сани-тарным нормам СН 2.2.4/2.1.8.583-96, которые задают для постоянного инфразвука предельно допустимые уровни звукового давления (УЗД) нарабочих местах для различных видов работ, а также в жилых и общественных помещениях и на территории жилой застройки (таблица 4). Для колеблющегося во времени и прерывистого инфразвука уровни звукового давления, измеренные по шкале шумомера «Лин», не должны превышать 120 дБ.
Та6лица 4 - Предельно допустимые уровни инфразвука в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами, Гц, на рабочих местах и на территории жилой застройки
| Название помещений | Уровни звукового давления, дБ | Общий уровень звукового давления, LЛИН, дБ | |||
| Производственное: | |||||
| - работа различной степени тяжести; | |||||
| - работа различной степени интеллектуально-эмоциональной напряженности | |||||
| Территория жилой застройки | |||||
| Помещения жилых и общественных зданий |
На людей и животных может воздействовать ударная волна.
Прямое воздействие возникает в результате воздействия избыточного давления и скоростного напора воздуха. Ввиду небольших размеров тела человека ударная волна мгновенно охватывает человека и подвергает его сильному сжатию в течение нескольких секунд. Мгновенное повышение давления воспринимается живым организмом как резкий удар. Скоростной напор при этом создает значительное лобовое давление, которое может привести к перемещению тела в пространстве. Косвенные поражения людей и животных могут произойти в результате ударов осколков стекла, шлака, камней, дерева и других предметов, летящих с большой скоростью.
Степень воздействия ударной волны зависит от мощности взрыва, расстояния, метеоусловий, местонахождения (в здании, на открытой местности) и положения человека (лежа, сидя, стоя) и характеризуется легкими, средними, тяжелыми и крайне тяжелыми травмами.
Избыточное давление во фронте ударной волны 10 кПа и менее для людей и животных, расположенных вне укрытий, считается безопасным.
Легкие поражения наступают при избыточном давления 20...40 кПа. Они выражаются кратковременными нарушениями функций организма (звоном в ушах, головокружением, головной болью). Возможны вывихи, ушибы.
Поражения средней тяжести возникают при избыточном давлении 40...60 кПа. При этом могут быть вывихи конечностей, контузии головного мозга, повреждение органов слуха, кровотечения из носа и ушей.
Тяжелые контузии и травмы возникают при избыточном давлении 60... 100 кПа. Они характеризуются выраженной контузией всего организма, переломами костей, кровотечениями из носа, ушей; возможно повреждение внутренних органов и внутреннее кровотечение.
Крайне тяжелые контузии и травмы у людей возникают при избыточном давлении более 100 кПа. Отмечаются разрывы внутренних органов, переломы костей, внутренние кровотечения, сотрясение мозга с длительной потерей сознания. Разрывы наблюдаются в органах, содержащих большое количество крови (печени, селезенке, почках), наполненных газом (легких, кишечнике), имеющих полости, наполненные жидкостью (головном мозге, мочевом и желчном пузырях). Эти травмы могут привести к смертельному исходу.
Радиус поражения обломками зданий, особенно осколками стекол, разрушающихся при избыточном давлении 2...7кПа, может превысить радиус непосредственного поражения ударной волной.
Воздушная ударная волна также действует на растения. Полное повреждение лесного массива наблюдается при избыточном давлении более 50 кПа. Деревья при этом вырываются с корнем, ломаются отбрасываются,образуются сплошные завалы.
При избыточном давлении30...50 кПа повреждается около 50% деревьев, создаются сплошные завалы, а при избыточном давлении 10...30 кПа - до 30 % деревьев. Молодые деревья более устойчивы, чем старые.
|
|
|
