Акустические колебания

         Введение

     Шум на производстве неблагоприятно действует  на организм человека: повышает расход энергии при одинаковой физической нагрузке, значительно ослабляет  внимание работающих, увеличивает число  ошибок в работе, замедляет скорость психических реакций, в результате чего снижается производительность труда и ухудшается качество работы. Шум затрудняет своевременную реакцию  работающих на предупредительные сигналы  внутрицехового транспорта (автопогрузчики, мостовые краны и т. п.), что способствует возникновению несчастных случаев  на производстве.

     Шум оказывает вредное влияние на физическое состояние человека: угнетает центральную нервную систему; вызывает изменение скорости дыхания и  пульса; способствует нарушению обмена веществ, возникновению сердечно-сосудистых заболеваний, гипертонической болезни; может приводить к профессиональным заболеваниям.

     Исследованиями  последних лет установлено, что  под влиянием шума наступают изменения  в органе зрения человека (снижается  устойчивость ясного видения и острота  зрения, изменяется чувствительность к различным цветам и др.) и  вестибулярном аппарате; нарушаются функции желудочно-кишечного тракта; повышается внутричерепное давление; происходят нарушения в обменных процессах организма и т. п.

     Шум, особенно прерывистый, импульсный, ухудшает точность выполнения рабочих операций, затрудняет прием и восприятие информации. В документах Всемирной организации  здравоохранения (ВОЗ) отмечается, что  наиболее чувствительными к шуму являются такие операции, как слежение, сбор информации и мышление.

     Шум с уровнем звукового давления 30 ... 35 дБ является привычным для  человека и не беспокоит его. Повышение  уровня звукового давления до 40 ... 70 дБ создает значительную нагрузку на нервную систему, вызывая ухудшение  самочувствия, снижение производительности умственного труда, а при длительном действии может явиться причиной невроза, язвенной и гипертонической болезни.

     Длительное  воздействие шума свыше 75 дБ может  привести к резкой потере слуха —  тугоухости или профессиональной глухоте. Однако более ранние нарушения наблюдаются  в нервной и сердечно-сосудистой системе, других внутренних органах.

     Зоны  с уровнем звука свыше 85 дБ должны быть обозначены знаками безопасности. Станочников, постоянно находящихся  в этих зонах, администрация цеха обязана снабжать средствами индивидуальной защиты органов слуха. Запрещается  даже кратковременное пребывание в  зонах с октавными уровнями звукового  давления свыше 135 дБ в любой октавной полосе. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1 Основные характеристики  шума

            Шумом называют всякий неблагоприятно  действующий на человека звук. Обычно шум является сочетанием  звуков различной частоты и  интенсивности. С физической точки  зрения звук представляет собой  механические колебания упругой  среды. Звуковая волна характеризуется  звуковым давлением р, Па, колебательной скоростью V, м/с, интенсивностью I, Вт/м², и частотой — числом колебаний в секунду f, Гц.

     Звуковые  колебания какой-либо среды (например, воздуха) возникают при нарушении  ее стационарного состояния под  воздействием возмущающей силы. Частицы  среды начинают колебаться относительно положения равновесия, причем скорость этих колебаний (колебательная скорость) значительно меньше скорости распространения  звуковых волн (скорости звука), которая  зависит от упругих свойств, температуры  и плотности среды.

     Во  время звуковых колебаний в воздухе  образуются области пониженного  и повышенного давления, которые  определяют звуковое давление.

     Звуковым  давлением называется разность между мгновенным значением полного давления и средним давлением в невозмущенной среде.

     Характеристикой источника шума служит звуковая мощность Р, которая определяется общим количеством звуковой энергии, излучаемой источником шума в окружающее пространство за единицу времени.

     При распространении звуковой волны  в пространстве происходит перенос  энергии. Количество переносимой энергии  определяется интенсивностью звука. Средний  поток энергии в какой-либо точке  среды в единицу времени, отнесенный к единице площади поверхности, нормальной к направлению распространения  волны, называется интенсивностью звука в данной точке.

     Слуховой  орган человека воспринимает в виде слышимого звука колебания упругой  среды, имеющие частоту примерно от 20 до 20 000 Гц, но наиболее важный для  слухового восприятия интервал от 45 до 10000 Гц.

     Источниками шума на машиностроительных предприятиях являются: производственное оборудование (станочное, кузнечно-прессовое и т.п.); энергетическое оборудование, компрессорные и насосные станции, вентиляторные установки, трансформаторные подстанции; продукция предприятия — при ее испытаниях на стендах (двигатели внутреннего сгорания, авиационные двигатели, компрессоры и т. п.).

     В зависимости от физической природы  возникающего шума они подразделяются на источники механического, аэродинамического, электромагнитного и гидродинамического шума. Снижение шума на рабочих местах должно достигаться прежде всего за счет акустического совершенствования машин — улучшения их шумовых характеристик.

     Восприятие  человеком звука зависит не только от его частоты, но и от интенсивности  и звукового давления. Наименьшая интенсивность I₀ и звуковое давление Р₀, которые воспринимает человек, называются порогом слышимости. Пороговые значения I₀ и Р₀ зависят от частоты звука. При частоте 1000 Гц звуковое давление Р₀ = 2 -10^-5 Па, 1₀ = 10^-12 Вт/м². При звуковом давлении 2-10² Па и интенсивности звука 10 Вт/м² возникают болевые ощущения (болевой порог). Между порогом слышимости и болевым порогом лежит область слышимости. Разница между болевым порогом и порогом слышимости очень велика. Чтобы не оперировать большими числами, ученый А. Г. Белл предложил использовать логарифмическую шкалу. Логарифмическая величина, характеризующая интенсивность шума или звука, получила название уровня интенсивности L шума или звука, которая измеряется в безразмерных единицах белах (Б). 

      , (1)  

     где I — интенсивность звука в данной точке;

     I₀ — интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости.

     Так как интенсивность звука пропорциональна  квадрату звукового давления, то для  уровня звукового давления можно  записать: 

      , (2) 

     Ухо человека реагирует на величину в 10 раз меньшую, чем бел, поэтому  распространение получила единица  децибел (дБ), равная 0,1 Б, тогда

      (3)

     Шумовые характеристики (ШХ) источников шума —  активные уровни звуковой мощности (УЗМ) L_p, дБ, и показатели направленности излучения шума G, дБ, или предельно допустимые шумовые характеристики (ПДШХ) должны быть указаны в паспорте на них, руководстве (инструкции) по эксплуатации или другой сопроводительной документации. При отсутствии таких сведений необходимо пользоваться справочными данными по шумовым характеристикам применяемой машины или ее аналога.

     В соответствии с ГОСТ 12.1.003-83* шум классифицируется по спектральным и временным характеристикам.

     Спектры шума подразделяются на широкополосные и тональные. Широкополосные характеризуются спектром шума шириной более одной октавы, тональные имеют в своем составе выраженные дискретные тона с превышением уровня звукового давления (в третьоктавной полосе частот) над соседними не менее чем на 10 дБ.

     Для оценки и сравнения шумов, изменяющихся по времени, применяют уровни звука. Уровень звука — это суммарный  уровень звукового давления, определенного  во всем частотном диапазоне. Измеряют уровень звука шумомером в децибеллах А [дБ (А)] по шкале, имеющей корректирующий контур А по низкочастотной составляющей.

     По  временным характеристикам шумы подразделяются: на постоянные и непостоянные, а последние, в свою очередь, делятся на колеблющиеся прерывистые и импульсные. Шум относится к постоянному, если уровень звука, характеризующий его, изменяется за восьмичасовой рабочий день (рабочую смену) не более чем на 5 дБ (А); для непостоянных шумов характерно изменение уровня звука в течение рабочего дня более чем на 5 дБ (А).

     Колеблющиеся  шумы характеризуются уровнем звука, непрерывно изменяющегося во времени, например шум транспортного потока. Для прерывистых шумов уровень  звука изменяется ступенчато [на 5 дБ (А) и более], при этом длительность интервалов, в течение которых  уровень остается постоянным, составляет 1 с и более, например шум, возникающий  при периодическом выпуске газа из-под поршня. Импульсные шумы —  это один или несколько звуковых сигналов каждый продолжительностью менее 1 с, воспринимаемый человеком как  удары, следующие один за другим, уровни звука при этом отличаются не менее  чем на 7 дБ. Для машин ударного действия характерен импульсный шум. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2 Гигиеническое нормирование  шума

           Нормируемые параметры шума на работающих местах определены ГОСТ 12.1.003–83. Они являются обязательными для всех промышленных предприятий. Для нормирования постоянных шумов применяют допустимые уровни звукового давления в восьми октавных полосах частот в зависимости от вида производственной деятельности. Для ориентировочной оценки допускается в качестве характеристики постоянного широкополосного шума на рабочих местах принимать уровень звука [дБ(А)], определяемый по шкале А шумомера с коррекцией низкочастотной составляющей по закону чувствительности органов слуха и приближением результатов объективных измерений к субъективному восприятию.

     Непостоянные  шумы на рабочих местах нормируются  по эквивалентным по энергии уровням  звука [дБ (А)], определенным по ГОСТ 12.1.050–86. 

     Таблица 1

     Допустимые  уровни звукового  давления, уровни звука  и эквивалентного уровня звука на рабочих  местах в производственных помещениях и на территории предприятий по ГОСТ 12.1.003-83 (извлечение)