Производственный шум и борьба с ним
Борьба с шумом — одна из актуальнейших проблем нашего времени. Действуя на центральную нервную систему, шум вызывает усталость, бессоницу, неспособность сосредоточиться, которые ведут к снижению производительности труда и несчастным случаям. При постоянном раздражающем воздействии шума могут возникнуть психические нарушения, сердечно-сосудистые заболевания, язвенная болезнь, тугоухость. Шум может повлиять на слух различным образом: вызвать мгновенную глухоту или повреждение органа слуха (акустическая травма); при длительном воздействии резко снизить чувствительность к звукам определенных частот или снизить чувствительность на ограниченное время — минуты, недели, месяцы, после чего слух восстанавливается почти полностью. Наиболее вредны для слуха длительные периоды непрерывного воздействия шума большой интенсивности. Если человек подвергается несколько минут воздействию звука средней или высокой частоты с уровнем около 90 дБ, то у него наступает временный сдвиг порога слышимости. С увеличением времени воздействия и ростом уровня шума повышается временной сдвиг порога и удлиняется период восстановления.
Люди неодинаково реагируют на шум. Одна и та же доза шумового воздействия у одних вызывает повреждение слуха, у других — нет, у одних эти повреждения могут быть тяжелее, чем у других. Шум — это разновидность звука. Звук представляет собой колебания среды (твердой, жидкой или газообразной), в которой он распространяется. К доступным для измерения характеристикам звука относятся: интенсивность — I, звуковое давление — р и скорость - v. Интенсивность звука (Вт/м2) характеризуется потоком энергии, которую несет звук, приходящейся на единичную площадку.
Соотношение между интенсивностью звука I и звуковым давление р таково:
где р — звуковое давление (разность между мгновенным значением полного давления и средним значением давления, которое наблюдается в среде при отсутствии звукового поля), Па; ρ — плотность среды, кг/м3; с — скорость звука в среде, м/с.
Интенсивность самого слабого (10 Вт/м2) слышимого звука равна 10-12 Вт/м2. Наибольшая интенсивность звука, с которой мы сталкиваемся без риска для жизни, — это шум реактивного самолета. Сравнивать приведенные величины сложно из-за огромной разницы. Поэтому для измерения интенсивности звука и таких параметров, как давление и мощность звука, вводится относительная логарифмическая единица, называемая уровнем звукового давления или уровнем интенсивности.
Уровень интенсивности звука
где Iо — интенсивность звука, соответствующая пороговому уровню (Iо = 10-12 Вт/м2).
Уровень звука измеряется в децибелах (дБ). Так как уровень звука — логарифмическая относительная величина, то при удвоении интенсивности звука уровень интенсивности увеличивается на 3 дБ. Если же имеется п одинаковых источников шума, общий уровень интенсивности
Человеческое ухо и многие акустические приборы реагируют не на интенсивность звука, а на звуковое давление. Уровень звукового давления
где ро — пороговое звуковое давление (ро=2X10-5 Па).
Связь между уровнем интенсивности и уровнем звукового давления следует из формулы
где ρо и Со — плотность среды и скорость звука при нормальных атмосферных условиях, т. е. при t=20°С, ро=105 Па.
При распространении шума в нормальных атмосферных условиях Li=Lp. Значения уровней шума приводятся в табл. 4.3.
Одним из самых существенных вопросов исследования шума является поведение звука в зависимости от частоты. Нижняя граница восприятия человеком звука составляет около 20 Гц, а верхняя около 20 000 Гц. Зависимость уровня звука от частоты называется частотным спектром шулш. Определение интенсивности звука для каждой частоты потребовало бы бесконечного числа измерений, поэтому весь возможный диапазон частот разделяют на октавы и для каждой октавы подсчитывают среднегеометрическое значение частоты.
Таблица 4.3. Уровни различных звуков в зависимости от источника шума и расстояния
Граничные и среднегеометрические (в этих границах) частоты приведены ниже:
В зависимости от того, на какой частоте находится максимум звукового давления, характер спектра может быть низкочастотным (максимум ниже 300 Гц), средне-частотным (максимум в области 300...800 Гц) и высокочастотным (максимум выше 800 Гц).
По характеру спектры шума можно подразделить также на широкополосные и тональные. Широкополосный шум имеет непрерывный спектр шириной более одной октавы, это означает, что каждой частоте октавы соответствует некоторый уровень шума.
Рис. 1. Предельные спектры шума
Такой тип шума характерен для работы вентиляторов. В спектре тонального шума имеются отдельные дискретные составляющие. Подобный спектр имеет, например, шум, создаваемый при работе дисковой пилой. Распределение нормативных уровней звукового давления по частотам представляет собой предельный спектр. На рис. 1 приведены предельные спектры для помещений различного типа: 1 — палаты жилые помещения; 3 — территории больниц, кабинеты врачей, номера гостиниц; 4 — учебные помещения; 5 — территории жилых домов, детских и школьных площадок; 6 — помещения конструкторских, проектных и научно-исследовательских организаций 7 — фойе театров, залы ресторанов; 8 — рабочие места управлений, вычислительные центры; 11 — постоянные рабочие места в производственных помещениях, в кабинах дорожно-строительных, землеройно-транспортных и других аналогичных машин.
В нормативные уровни шума следует вводить поправки, забисящие от характера шума и Длительности его воздействия (табл. 2), Уровень шума, полученный с учетом поправок, называют допустимым.
В проектах по строительству того или иного объекта должны быть отражены все мероприятия по снижению шума, подтвержденные соответствующими акустическими расчетами, которые производят на стадии технического проекта по комплексу сооружений или по отдельному объекту.
Рис. 2. Пути распространения шума в здании
Акустический расчет заключается в следующем: выявляют источники шума и определяют их шумовые характеристики; выбирают точки в помещениях и на территории, для которых должен производиться акустический расчет; определяют допустимые уровни звукового давления для этих точек; выявляют пути распространения шума от источников до расчетных точек; определяют ожидаемые уровни звукового давления в расчетных точках до осуществления мероприятий по снижению шума; определяют требуемое снижение шума; выбирают и рассчитывают конструкции для обеспечения требуемого снижения уровня шума.
Требуемое снижение уровня ALTp звукового давления в расчетной точке
где Li — ожидаемый уровень звукового давления, создаваемый источником, дБ; Lnon — допустимый уровень звукового давления, дБ; п — количество принимаемых в расчет источников шума.
Пути распространения шумов в зданиях разнообразны (рис. 2). Шум проникает через ограждающие конструкции, звук, многократно отражаясь от стен, потолка, предметов, значительно усиливается и увеличивает общий уровень шума в помещении.
Причиной возникновения шумов могут быть механические, аэродинамические и электромагнитные явления. Механические шумы вызваны ударными процессами, трением в деталях машин и др. Аэродинамические шумы возникают при течении жидкости или газа, а электромагнитные при работе электрических машин и оборудования.
Борьба с шумом осуществляется: техническими средствами, уменьшающими шум машин и оборудования в источнике его образования, изменяющими технологические процессы; строительно-акустическими мероприятиями; устройством дистанционного управления шумными агрегатами; организационными мероприятиями; применением средств индивидуальной защиты.
Уменьшение шума в источнике его образования наиболее рационально и достигается улучшением конструкции машин, применением материалов для деталей машин, не издающих сильных звуков, обеспечением минимальных допусков в сочленениях деталей, использованием смазки и др. Эффективность таких мероприятий по уменьшению уровня шума (дБ) приведена ниже:
Строительно-акустические мероприятия заключаются в рациональной планировке помещений и застройки, уменьшении шума на пути его распространения и обработке внутренних поверхностей помещений звукопоглощающими материалами. При рациональной планировке, помещений наиболее шумные цехи следует концентрировать в одном-двух местах и отделять от тихих помещений разрывами или помещениями, в которых люди находятся непродолжительное время. В цехах с шумным оборудованием необходимо правильное размещение станков. Их следует располагать таким образом, чтобы повышенные уровни шума наблюдались на минимально возможной площади. Между участками с разным уровнем шума устраивают перегородки или размещают подсобные помещения, склады сырья, готовых изделий и т. д. Для предприятий, расположенных в черте гррода, наиболее шумные помещения располагают в глубине территории. Уменьшение шума на территории жилой застройки проводится и архитектурно-планировочными решениями (разрывы, приемы застройки), и устройством шумозащитных сооружений (экранов, шумозащитных полос озеленения). Профили улиц с сооружениями, экранирующими шум, показаны на рис. 3.
Pиc. 3. Защита от транспортного шума с помощью:
а — здания; б — насыпи; в — откоса
Значительное уменьшение шума наблюдается, когда на пути его распространения устанавливают экран. При этом за экраном возникает звуковая тень.
В производственных помещениях уровень звука значительно повышается за счет отражения его от строительных конструкций и оборудования. Для уменьшения доли отраженного звука применяют специальную акустическую обработку помещения, заключающуюся в облицовке внутренних поверхностей звукопоглощающими материалами.
При падении звуковой энергии Епад на какую-либо поверхность часть звуковой энергии поглощается — Епог, а часть отражается — Еотр. Отношение поглощенной энергии к падающей есть коэффициент звукопоглощения этой поверхности:
Поглощение звука материалов обусловлено внутренним трением в материале и переходом энергии звука в тепловую энергию. Звукопоглощающие свойства материала зависят от толщины поглощающего слоя, частоты падающего на него звука и типа материала. Звукопоглощающими считают конструкции, у которых α больше 0,2.
Звукопоглощающие конструкции делят на три группы: пористые звукопоглощающие; резонансные; штучные звукопоглотители. В практике строительства наиболее часто применяют пористые звукопоглощающие материалы (рис. 4, а). Конструкции из них выполняют в виде слоя необходимой толщины, укрепленного на ограждении или с отступом от него. Резонансные конструкции представляют собой перфорированные экраны, оклеенные с обратной стороны тканью. Они имеют максимальное звукопоглощение в определенной полосе частот, поэтому для них должны быть точно рассчитаны необходимые параметры звукопоглощения (рис. 4, б).
Рис. 4. Звукопоглощающие облицовки:
а — пористые; б — резонансные; 1 — крепление; 2 — звукопоглотитель; 3 — ограждающая конструкция; 4 — перфорированный экран
Рис. 5. Объемные звукопоглотители:
а — конструкция; б — схема размещения; 1 — каркас; 2 — точка подвеса; 3 — оболочка; 4 — звукопоглотитель
Штучные звукопоглотители представляют собой объемные звукопоглощающие тела, например конусы, призмы, параллелепипеды, подвешиваемые к потолку (рис. 5).
Величина снижения уровня шума при применении звукопоглощающих облицовок составляет 6...8 дБ, что соответствует снижению громкости в 1,5 раза.
Одним из методов уменьшения шума является устройство звукопоглощающих ограждений (рис. 6). Механизм передачи звука через такое ограждение состоит в том, что звуковая волна, падающая на ограждение, приводит его в колебательное движение с той же частотой. В результате этого ограждающая конструкция сама становится источником звука. Но величина излучаемой звуковой мощности гораздо меньше звуковой мощности, падающей на ограждение со стороны источника шума, так как большая часть звуковой энергии отражается от ограждения.
Звукоизолирующие качества ограждений характеризуются коэффициентом звукопроницаемости
где Iпр, рпр — интенсивность и звуковое давление прошедшего звука; Iпад, рпад — интенсивность и звуковое давление падающего звука.
Рис. 6. Звукоизолирующий кожух:
1 — шумный агрегат; 2 — звукопоглотитель; 3 — звукоизолирующее ограждение; 4 — амортизаторы
Рис. 7. Схема-измерении шума:
1 — измерительный микрофон; 2 — усилитель; 3 — анализатор частоты (фильтр); 4 — детектор; 5 — индикатор
На практике удобнее пользоваться величиной звукоизолирующей способности ограждения
Для однослойной однородной перегородки
где т — масса 1 м2 ограждения, кг; f — частота звука, Гц.
Однако эта зависимость справедлива только для определенной облдсти частот.
Часто бывает невозможно уменьшить шум до допустимых пределов. В этих случаях необходимо пользоваться средствами индивидуальной защиты — наушниками, шлемами или специальными вкладышами, перекрывающими ушные раковины.
Основным прибором для измерения шума служит шумомер. Принципиальная схема измерительного тракта дана на рис. 7.
Полезная информация:
Люди неодинаково реагируют на шум. Одна и та же доза шумового воздействия у одних вызывает повреждение слуха, у других — нет, у одних эти повреждения могут быть тяжелее, чем у других. Шум — это разновидность звука. Звук представляет собой колебания среды (твердой, жидкой или газообразной), в которой он распространяется. К доступным для измерения характеристикам звука относятся: интенсивность — I, звуковое давление — р и скорость - v. Интенсивность звука (Вт/м2) характеризуется потоком энергии, которую несет звук, приходящейся на единичную площадку.
Соотношение между интенсивностью звука I и звуковым давление р таково:
где р — звуковое давление (разность между мгновенным значением полного давления и средним значением давления, которое наблюдается в среде при отсутствии звукового поля), Па; ρ — плотность среды, кг/м3; с — скорость звука в среде, м/с.
Интенсивность самого слабого (10 Вт/м2) слышимого звука равна 10-12 Вт/м2. Наибольшая интенсивность звука, с которой мы сталкиваемся без риска для жизни, — это шум реактивного самолета. Сравнивать приведенные величины сложно из-за огромной разницы. Поэтому для измерения интенсивности звука и таких параметров, как давление и мощность звука, вводится относительная логарифмическая единица, называемая уровнем звукового давления или уровнем интенсивности.
Уровень интенсивности звука
где Iо — интенсивность звука, соответствующая пороговому уровню (Iо = 10-12 Вт/м2).
Уровень звука измеряется в децибелах (дБ). Так как уровень звука — логарифмическая относительная величина, то при удвоении интенсивности звука уровень интенсивности увеличивается на 3 дБ. Если же имеется п одинаковых источников шума, общий уровень интенсивности
Человеческое ухо и многие акустические приборы реагируют не на интенсивность звука, а на звуковое давление. Уровень звукового давления
где ро — пороговое звуковое давление (ро=2X10-5 Па).
Связь между уровнем интенсивности и уровнем звукового давления следует из формулы
где ρо и Со — плотность среды и скорость звука при нормальных атмосферных условиях, т. е. при t=20°С, ро=105 Па.
При распространении шума в нормальных атмосферных условиях Li=Lp. Значения уровней шума приводятся в табл. 4.3.
Одним из самых существенных вопросов исследования шума является поведение звука в зависимости от частоты. Нижняя граница восприятия человеком звука составляет около 20 Гц, а верхняя около 20 000 Гц. Зависимость уровня звука от частоты называется частотным спектром шулш. Определение интенсивности звука для каждой частоты потребовало бы бесконечного числа измерений, поэтому весь возможный диапазон частот разделяют на октавы и для каждой октавы подсчитывают среднегеометрическое значение частоты.
| Источник шума | На расстоянии, м | Уровень, дБ |
| Жилая комната | - | 35 |
| Речь средней громкости | 1 | 60 |
| Машинописное бюро | - | 65 |
| Металлорежущие станки | На рабочем месте | 80...96 |
| Дизельный грузовик | 7 | 90 |
| Пневмоперфоратор | 1 | 100 |
| Реактивный двигатель | 25 | 140 |
Граничные и среднегеометрические (в этих границах) частоты приведены ниже:
В зависимости от того, на какой частоте находится максимум звукового давления, характер спектра может быть низкочастотным (максимум ниже 300 Гц), средне-частотным (максимум в области 300...800 Гц) и высокочастотным (максимум выше 800 Гц).
По характеру спектры шума можно подразделить также на широкополосные и тональные. Широкополосный шум имеет непрерывный спектр шириной более одной октавы, это означает, что каждой частоте октавы соответствует некоторый уровень шума.
Такой тип шума характерен для работы вентиляторов. В спектре тонального шума имеются отдельные дискретные составляющие. Подобный спектр имеет, например, шум, создаваемый при работе дисковой пилой. Распределение нормативных уровней звукового давления по частотам представляет собой предельный спектр. На рис. 1 приведены предельные спектры для помещений различного типа: 1 — палаты жилые помещения; 3 — территории больниц, кабинеты врачей, номера гостиниц; 4 — учебные помещения; 5 — территории жилых домов, детских и школьных площадок; 6 — помещения конструкторских, проектных и научно-исследовательских организаций 7 — фойе театров, залы ресторанов; 8 — рабочие места управлений, вычислительные центры; 11 — постоянные рабочие места в производственных помещениях, в кабинах дорожно-строительных, землеройно-транспортных и других аналогичных машин.
| Время
действия шума в смену (непрерывно или прерывисто), ч |
Характер шума | |
| широкополосный | тональный или импульсный | |
| ≤4 1,5 0,75 0,5 0,25 |
0 +5 +10 +15 +20 |
-5 0 +5 +10 +15 |
В нормативные уровни шума следует вводить поправки, забисящие от характера шума и Длительности его воздействия (табл. 2), Уровень шума, полученный с учетом поправок, называют допустимым.
В проектах по строительству того или иного объекта должны быть отражены все мероприятия по снижению шума, подтвержденные соответствующими акустическими расчетами, которые производят на стадии технического проекта по комплексу сооружений или по отдельному объекту.
Акустический расчет заключается в следующем: выявляют источники шума и определяют их шумовые характеристики; выбирают точки в помещениях и на территории, для которых должен производиться акустический расчет; определяют допустимые уровни звукового давления для этих точек; выявляют пути распространения шума от источников до расчетных точек; определяют ожидаемые уровни звукового давления в расчетных точках до осуществления мероприятий по снижению шума; определяют требуемое снижение шума; выбирают и рассчитывают конструкции для обеспечения требуемого снижения уровня шума.
Требуемое снижение уровня ALTp звукового давления в расчетной точке
где Li — ожидаемый уровень звукового давления, создаваемый источником, дБ; Lnon — допустимый уровень звукового давления, дБ; п — количество принимаемых в расчет источников шума.
Пути распространения шумов в зданиях разнообразны (рис. 2). Шум проникает через ограждающие конструкции, звук, многократно отражаясь от стен, потолка, предметов, значительно усиливается и увеличивает общий уровень шума в помещении.
Причиной возникновения шумов могут быть механические, аэродинамические и электромагнитные явления. Механические шумы вызваны ударными процессами, трением в деталях машин и др. Аэродинамические шумы возникают при течении жидкости или газа, а электромагнитные при работе электрических машин и оборудования.
Борьба с шумом осуществляется: техническими средствами, уменьшающими шум машин и оборудования в источнике его образования, изменяющими технологические процессы; строительно-акустическими мероприятиями; устройством дистанционного управления шумными агрегатами; организационными мероприятиями; применением средств индивидуальной защиты.
Уменьшение шума в источнике его образования наиболее рационально и достигается улучшением конструкции машин, применением материалов для деталей машин, не издающих сильных звуков, обеспечением минимальных допусков в сочленениях деталей, использованием смазки и др. Эффективность таких мероприятий по уменьшению уровня шума (дБ) приведена ниже:
| Ликвидации погрешностей в зацеплении шестерен | 5...10 |
| Замена прямозубых шестерен шевронными | 5 |
| Замена зубчатой передачи на клиноременную | 10...15 |
| Замена одной из стальных шестерен на капроновую или текстолитовую |
10...12 |
| Замена металлических корпусов на пластмассовые: для высоких частот » средних » |
7...15 2...6 |
| Ликвидация перекоса внутреннего кольца подшипника | 10 |
Строительно-акустические мероприятия заключаются в рациональной планировке помещений и застройки, уменьшении шума на пути его распространения и обработке внутренних поверхностей помещений звукопоглощающими материалами. При рациональной планировке, помещений наиболее шумные цехи следует концентрировать в одном-двух местах и отделять от тихих помещений разрывами или помещениями, в которых люди находятся непродолжительное время. В цехах с шумным оборудованием необходимо правильное размещение станков. Их следует располагать таким образом, чтобы повышенные уровни шума наблюдались на минимально возможной площади. Между участками с разным уровнем шума устраивают перегородки или размещают подсобные помещения, склады сырья, готовых изделий и т. д. Для предприятий, расположенных в черте гррода, наиболее шумные помещения располагают в глубине территории. Уменьшение шума на территории жилой застройки проводится и архитектурно-планировочными решениями (разрывы, приемы застройки), и устройством шумозащитных сооружений (экранов, шумозащитных полос озеленения). Профили улиц с сооружениями, экранирующими шум, показаны на рис. 3.
а — здания; б — насыпи; в — откоса
Значительное уменьшение шума наблюдается, когда на пути его распространения устанавливают экран. При этом за экраном возникает звуковая тень.
В производственных помещениях уровень звука значительно повышается за счет отражения его от строительных конструкций и оборудования. Для уменьшения доли отраженного звука применяют специальную акустическую обработку помещения, заключающуюся в облицовке внутренних поверхностей звукопоглощающими материалами.
При падении звуковой энергии Епад на какую-либо поверхность часть звуковой энергии поглощается — Епог, а часть отражается — Еотр. Отношение поглощенной энергии к падающей есть коэффициент звукопоглощения этой поверхности:
Поглощение звука материалов обусловлено внутренним трением в материале и переходом энергии звука в тепловую энергию. Звукопоглощающие свойства материала зависят от толщины поглощающего слоя, частоты падающего на него звука и типа материала. Звукопоглощающими считают конструкции, у которых α больше 0,2.
Звукопоглощающие конструкции делят на три группы: пористые звукопоглощающие; резонансные; штучные звукопоглотители. В практике строительства наиболее часто применяют пористые звукопоглощающие материалы (рис. 4, а). Конструкции из них выполняют в виде слоя необходимой толщины, укрепленного на ограждении или с отступом от него. Резонансные конструкции представляют собой перфорированные экраны, оклеенные с обратной стороны тканью. Они имеют максимальное звукопоглощение в определенной полосе частот, поэтому для них должны быть точно рассчитаны необходимые параметры звукопоглощения (рис. 4, б).
а — пористые; б — резонансные; 1 — крепление; 2 — звукопоглотитель; 3 — ограждающая конструкция; 4 — перфорированный экран
а — конструкция; б — схема размещения; 1 — каркас; 2 — точка подвеса; 3 — оболочка; 4 — звукопоглотитель
Штучные звукопоглотители представляют собой объемные звукопоглощающие тела, например конусы, призмы, параллелепипеды, подвешиваемые к потолку (рис. 5).
Величина снижения уровня шума при применении звукопоглощающих облицовок составляет 6...8 дБ, что соответствует снижению громкости в 1,5 раза.
Одним из методов уменьшения шума является устройство звукопоглощающих ограждений (рис. 6). Механизм передачи звука через такое ограждение состоит в том, что звуковая волна, падающая на ограждение, приводит его в колебательное движение с той же частотой. В результате этого ограждающая конструкция сама становится источником звука. Но величина излучаемой звуковой мощности гораздо меньше звуковой мощности, падающей на ограждение со стороны источника шума, так как большая часть звуковой энергии отражается от ограждения.
Звукоизолирующие качества ограждений характеризуются коэффициентом звукопроницаемости
где Iпр, рпр — интенсивность и звуковое давление прошедшего звука; Iпад, рпад — интенсивность и звуковое давление падающего звука.
1 — шумный агрегат; 2 — звукопоглотитель; 3 — звукоизолирующее ограждение; 4 — амортизаторы
1 — измерительный микрофон; 2 — усилитель; 3 — анализатор частоты (фильтр); 4 — детектор; 5 — индикатор
На практике удобнее пользоваться величиной звукоизолирующей способности ограждения
Для однослойной однородной перегородки
где т — масса 1 м2 ограждения, кг; f — частота звука, Гц.
Однако эта зависимость справедлива только для определенной облдсти частот.
Часто бывает невозможно уменьшить шум до допустимых пределов. В этих случаях необходимо пользоваться средствами индивидуальной защиты — наушниками, шлемами или специальными вкладышами, перекрывающими ушные раковины.
Основным прибором для измерения шума служит шумомер. Принципиальная схема измерительного тракта дана на рис. 7.
Полезная информация: