Охрана труда и БЖД

Шумом является всякий нежелательный для человека звук. В качестве звука мы воспринимаем упругие колебания, распространяющиеся волнообразно в твердой, жидкой или газообразной средах. Звуковые волны возникают при нарушении стационарного состояния среды вследствие воздействия на нее какой-либо возмущающей силы. Частицы среды при этом начинают колебаться относительно положения равновесия, причем скорость таких колебаний (колебательная скорость и) значительно меньше скорости распространения волны (скорости звука с).

В газообразной среде скорость звука

где х — показатель адиабаты (для воздуха х = 1,41); Рст и р — давление и плотность газа.

При нормальных атмосферных условиях (t = 20° С и Рст = = 760 мм рт. ст.) скорость звука с в воздухе равна 344 м/с.

Звуковое поле — эта область пространства, в которой распространяются звуковые волны. В каждой точке звукового поля давление и скорость движения частиц воздуха изменяются во времени. Разность между мгновенным значением полного давления и средним давлением, которое наблюдается в невозмущенной среде, называется звуковым давлением. Единица измерения звукового давления Н/м2.

На слух действует средний квадрат звукового давления

где черта означает осреднение во времени, которое в ухе человека происходит за Т = 30—100 мс.

В плоской звуковой волне, т. е. такой, в которой поверхность, проходящая через точки с одинаковой фазой колебаний, является плоскостью, перпендикулярной направлению распространения колебания, отношение звукового давления к колебательной скорости не зависит от амплитуды колебаний.

Оно равно (Нс/м3)

где рс — удельное акустическое сопротивление среды, которое для воздуха, например, равно 410 Нс/м3, для воды 1,5-106, для стали 4,8-107.

При распространении звуковой волны происходит перенос энергии. Средний поток энергии в какой-либо точке среды в единицу времени, отнесенный к единице поверхности, нормальной к направлению распространения волны, называется интенсивностью звука в данной точке. Интенсивность звука обозначается буквой / и измеряется в ваттах, деленных на квадратный метр (Вт/м2).

Интенсивность звука связана со звуковым давлением зависимостью

Величины звукового давления и интенсивности звука, с которыми приходится иметь дело в практике борьбы с шумом, могут меняться в широких пределах: по давлению до 108 раз, по интенсивности до 1016 раз. Естественно, что оперировать такими цифрами довольно неудобно. Наиболее же важно то обстоятельство, что ухо человека способно реагировать на относительное изменение интенсивности, а не на абсолютное. Ощущения человека, возникающие при различного рода раздражениях, в частности при шуме, пропорциональны логарифму количества энергии раздражителя. Поэтому были введены логарифмические величины — уровни звукового давления и интенсивности, выражаемые в децибелах (дБ).

Уровень интенсивности звука (дБ) определяют по формуле

где J0 — интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости (J0 = 10-12 Вт/м2 на частоте 1000 Гц).

Величина уровня звукового давления (дБ)

где пороговое звуковое давление р0 выбрано таким образом, чтобы при нормальных атмосферных условиях уровни звукового давления были равны уровням интенсивности, т. е. р0 = 2*10-5 Н/м2. Интенсивность звука (Вт/м2)

где р0с0 — плотность и скорость звука при нормальных атмосферных условиях.

Величина уровня интенсивности используется при проведении акустических расчетов, а уровня звукового давления — для измерения шума и для оценки его воздействия на человека, поскольку орган слуха чувствителен не к интенсивности, а к среднеквадратичному давлению. Связь между уровнем интенсивности и уровнем звукового давления получим, разделив выражение (9) на выражение (10) и прологарифмировав

При нормальных атмосферных условиях

Уменьшение шума оценивается также в децибелах:

Например, если шум агрегата снизить по интенсивности в 1000 раз, то уровень интенсивности будет уменьшен на

В том случае, когда в расчетную точку попадает шум от нескольких источников, складываются их интенсивности, но не уровни. При этом считается, что источники некогерентны, т. е. создаваемые ими давления имеют произвольные фазы

Искомый уровень интенсивности (дБ) при одновременной работе этих источников получим, разделив левую и правую части данного выражения на J0 и прологарифмировав:

ИЛИ

, (11)

где L1, L2, ... , Ln — уровни звукового давления или уровни интенсивности, создаваемые каждым из источников в расчетной точке.

Рассмотренные особенности суммирования уровней имеют большое практическое значение для шумоглушения. Так, при большом числе одинаковых источников заглушение лишь нескольких из них практически не ослабит суммарный шум. Если же на рабочее место попадает шум от разных по интенсивности источников, то снижать необходимо сначала шум более мощных источников.

Если имеется п одинаковых источников шума с уровнем звукового давления Li создаваемым каждым источником, то суммарный шум (дБ)

Из этой формулы видно, что два одинаковых источника совместно создадут уровень на 3 дБ больший, чем каждый источник.

Логарифмическая шкала децибел позволяет определить лишь физическую характеристику шума. Однако она построена таким образом, что пороговое значение звукового давления р0 соответствует порогу слышимости на частоте 1 000 Гц.

Слуховой аппарат человека обладает неодинаковой чувствительностью к звукам различной частоты, а именно — наибольшей чувствительностью на средних и высоких частотах (800—4000 Гц) и наименьшей — на низких (20—100 Гц). Поэтому для физиологической оценки шума используют кривые равной громкости (рис. 38), полученные по результатам изучения свойств органа слуха оценивать звуки различной частоты по субъективному ощущению громкости, т. е. судить о том, какой из них сильнее или слабее.

Уровни громкости измеряются в фонах. На частоте 1000 Гц уровни громкости приняты равными уровням звукового давления.

Любую зависимость какой-либо величины (например, звукового давления) от времени можно представить в виде суммы конечного или бесконечного числа синусоидальных колебаний этой величины (см. гл. 4).

Каждое такое колебание характеризуется своим среднеквадратичным значением физической величины и частотой f, т. е. числом колебаний в секунду (Гц).

Ухо человека может воспринимать только те колебания, частоты которых находятся в пределах от 16—20 до 16 000—20 000 Гц. Ниже 16 Гц и выше 20 000 Гц находятся соответственно области неслышимых человеком инфразвуков и ультразвуков.

Зависимость среднеквадратичных значений синусоидальных составляющих шума (или соответствующих им уровней в децибелах) от частоты называется частотным спектром шума (или просто спектром).

Спектры получают, используя анализаторы шума — набор электрических фильтров, которые пропускают сигнал в определенной полосе частот — полосе пропускания.

В практике борьбы с шумом, так же как и борьбы с вибрациями, наибольшее распространение получили фильтры с постоянной относительной полосой пропускания, в частности октавные фильтры. Граничные и среднегеометрические частоты октавных полос приведены ниже.

Измерения спектров шума в этих октавных полосах проводят для сравнения шума машин, нормирования и других целей.

---

Полезная информация: