ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБРАТОРНЫХ РАБОТ

Исследование производственного шума с применением лабораторного стенда «исследование способов защиты от производственного шума» ОТСО – 030.016.000

Цель работы: изучить характеристики и методики измерения уровня шума, коллективные и индивидуальные средства защиты от шума.

Задачи. 1. Ознакомление с физической сущностью процесса шума и факторами его воздействия на организм человека.

2. Изучение устройства и принципа работы лабораторного стенда «Исследование способов защиты от производственного шума» ОТСО -030.016.000.

3. Овладение навыками работы с шумомером «Ассистент S».

 

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Шум – это беспорядочное сочетание нежелательных звуков различной частоты и интенсивности. Звук представляет собой волнообразное колебательное движение твердых тел, передающихся через упругую среду (газ, жидкость, твердое тело).

Звук − акустические колебания в диапазоне 16 Гц...20 кГц, воспринимаемые человеком с нормальным слухом.

Инфразвук − акустические колебания с частотой менее 16 Гц.

Ультразвук − акустические колебания с частотой выше 20000 Гц.

Распространяясь в пространстве, звуковые колебания создают акустическое поле.

Ухо человека может воспринимать и анализировать звуки в широком диапазоне частот и интенсивностей. Самые низкие значения порогов лежат в диапазоне частот 1...5 кГц. Порог слуха молодого человека составляет 0 дБ на частоте 1000 Гц, на частоте 100 Гц порог слухового восприятия значительно выше, так как ухо менее чувствительно к звукам низких частот. К концу жизни из − за интенсивного акустического загрязнения окружающей среды у человека снижается верхнее значение восприятия по частоте до 10000 – 15000 Гц.

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).

С физиологической точки зрения шум − это всякий неблагоприятно воспринимаемый звук. Окружающие нас шумы имеют разный уровень звука (Приложение 1):

разговорная речь − 50...60· дБА;

шелест листвы – 30· дБА;

автосирена − 100· дБА;

шум двигателя легкового· автомобиля − 80 дБА;

громкая музыка − 70· дБА;

шум в обычной квартире −· 30...40 дБА;

взрыв атомной бомбы – 200· дБА.

Шумы принято классифицировать по частотным, спектральным и временным характеристикам.

Как сложный звук шум может быть разделен на простые составляющие его тоны с указанием их интенсивности и частоты. Графическое изображение состава шума называется спектром и является важнейшей его характеристикой. В зависимости от характера шума его спектр может быть линейчатым (дискретным), непрерывным (сплошным) и смешанным (дискретно-непрерывным).

За среднюю частоту полосы обычно принимают среднегеометрическую.

При анализе шума весь диапазон частот разбивают на отдельные полосы. Октавная полоса это полоса частот, в которой верхняя граничная частота ƒ_в в 2 раза больше нижней ƒ_н. В зависимости от частоты характер шума может быть низко-, средне- и высокочастотным. Низкочастотный шум имеет спектр с максимумом звукового давления в области частот ниже 300 Гц, среднечастотный 300 - 800 Гц и высокочастотный выше - 800 Гц.

По характеру спектра шум подразделяется на:

• широкополосный с непрерывным спектром шириной более одной октавы;

• тональный. в спектре которого имеются выраженные дискретные тона. Тональный характер шума, для практических целей, устанавливают измерением в третьоктавных полосах частот по превышению уровня звукового давления в одной полосе над соседними не менее чем на 10 дБ. Например, шум дисковой пилы является тональным, а реактивного двигателя - широкополосным.

По временным характеристикам шум подразделяется на :

• постоянный, уровень звука которого за 8-часовой рабочий день изменяется во времени не более чем на 5 дБА;

• непостоянный, уровень звука которого за 8-часовой рабочий день изменяется во времени! более чем на 5 дБА.

В свою очередь непостоянный шум подразделяется на:

· колеблющийся во времени, уровень звука которого непрерывно изменяется во времени:

· прерывистый, уровень звука которого ступенчато изменяемся (на 5 дБА и более), причем длительность интервалов, в течение которых уровень остается постоянным, составляет 1 с и более;

· импульсный. состоящий из одного или нескольких звуковых сигналов, каждый длительностью менее 1 с.

Основные энергетические характеристики шума.

Звуковая волна характеризуется следующими параметрами: звуковым давлением, длиной волны, частотой, амплитудой колебания и скоростью звука.

Звуковое давление Р в некоторой точке пространства – это разность между мгновенным значением полного давления в этой точке и средним давлением, которое наблюдается в невозмущенной среде. Единица измерения давления – паскаль (Па). Динамический диапазон восприятия по звуковому давлению 2*10-5 − 2*102 Па.

Длина волны λ – это расстояние, измеренное вдоль направления распространения, между ближайшими точками звукового поля, в которых фазы колебаний одинаковые.

Частота f – число колебаний в единицу времени, Гц; а время, в течение которого совершается полное колебание – период Т, с.

Под интенсивностью звука (шума) понимают количество звуковой энергии, проходящей через площадь 1 м2, расположенную перпендикулярно направлению распространения звуковой волны, Вт/м2. Динамический диапазон восприятия составляет 10-12 – 102 Вт/м2.

Характерной особенностью абсолютных значений звукового давления, интенсивности звука является большой диапазон, в пределах которого они могут изменяться. Поэтому для удобства вычислений принято оценивать звуковое давление или интенсивность звука не в абсолютных, а в относительных единицах (белах, децибелах) по отношению к пороговым значениям. Измеренные таким образом величины называются уровнями.

Бел Б – это десятичный логарифм отношения интенсивности звука в данной точке к пороговому значению.

Ухо человека способно фиксировать изменение силы звука на 0,1 Б, и эта величина получила название децибел, дБ.

Уровень интенсивности звука L₁ (дБ) определяют по формуле:

L₁=lg I/Io (1)

где I и I₀ - соответственно фактическая и пороговая интенсивность звука, Вт/м².

Уровень звукового давления L_p (дБ) находят по формуле:

L_p=10 lgp²/p₀² =20lgp/p₀, (2)

где р и р_о - соответственно фактическое и пороговое звуковое давление, Па.

Разные по силе и частоте звуки могут восприниматься как равногромкие. Для сравнения между собой различных по частотному составу звуков разной интенсивности введено понятие уровня громкости звука. За единицу измере­ния уровня громкости звука принят фон, который соответствует звуку частотой 1000 Гц и интенсивностью 1 дБ. Стандартным звуком считается звук частотой 1000 Гц и интенсивностью 20 дБ, т.е. 20 фон.

Уровни шума на рабочих местах и на территории промышленных предприятий и селитебной территории городов и других населенных пунктов регламентируются нормативными документами: ГОСТ 12.1.003−83 (89) «ССБТ. Шум. Общие требования безопасности» и СНиП II−12−77 «Защита от шума», СН 2.2.4/2.1.8.562−96 и СНиП 23−03−2003.

Существует два подхода к нормированию шума.

Первый подход.

Основной нормируемой характеристикой постоянного шума в соответствии с ГОСТ 12.1.003−83 являются уровни звукового давления в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц. При этом шум не должен превышать допустимых уровней Lн, дБ.

Второй подход

Использование эквивалентного уровня звука LA, дБА.

При измерении шума для того, чтобы приблизить результаты объективных измерений к субъективному восприятию, используюткорректированный уровень звукового давления.

Коррекция заключается в том, что вводятся зависящие от частоты звука поправки к уровню соответствующей величины (путем коррекции частотной характеристики шумомера). Эти поправки стандартизованы в международном масштабе. Наиболее употребительна коррекция А.

Корректированный уровень звукового давления

L_А = L – ∆L_А (3)

 

Таблица 1

Частота, Гц		31,5
∆La, дБ			26.3	16.1	8.6	3.2		-1.2	-1,0	-1.0

Целью санитарного нормирования является установление научно обоснованных предельно допустимых величин шума, которые при ежедневном систематическим воздействием в течение всего рабочего дня и в течение многих лет не вызывают существенных изменений в состоянии здоровья человека и не мешают его нормальной трудовой деятельности.

В условиях производства в большинстве случаев технически очень трудно снизить шум до очень малых уровней, поэтому при нормировании исходят не из оптимальных (комфортных), а из терпимых условий, т.е. таких, когда вредное действие шума на человека не проявляется или проявляется незначительно. Санитарные нормы - это компромисс между гигиеническими требованиями и техническими возможностями на данном этапе развития науки и техники.

Характеристики и допустимые уровни шума на рабочих местах регламентируются ГОСТ 12.1.003- 83. «Шум. Общие требования безопасности», а также СП 2.4/2.1.8.562-96 "Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки".

Нормируемой характеристикой постоянного шума являются уровни звуковых давлений в децибелах в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 31.5 63. 125. 250. 500. 1000. 2000. 4000, 8000 Гц.

Совокупность допустимых уровней звукового давления в октавных полосах частот называется предельным спектром, а указанный метод нормированиянормированием по предельному спектру шума.

Предельные спектры обозначают сокращением ПС с цифровым индексом, соответствующим уровню звукового давления в октавной полосе со средне-геометрической частотой 1000 Гц. Например, ПС-80 обозначает предельный спектр, имеющий в указанной октавной полосе допустимый уровень звукового давления 80 дБ. Значения предельно допустимых уровней звукового давления в нормируемых октавных полосах частот установлены с учетом одинакового физиологического и психологического воздействия шума на человека.

Предельный спектр связан с эквивалентным шумом формулой:

L_Аэкв = ПC+5 (4)

В соответствие с ГОСТ 12.1.003-83 и СП 2.4/2.1.8.562-96 установлены предельные спектры для разных видов деятельности. Для всех видов работ на постоянных рабочих местах в производственных помещениях и на территории предприятий установлен следующий предельный спектр:

Таблица 2

Частота, Гц	31,5									Lаэkb
Уровень звукового давления.;

 

Шум влияет на весь организм человека: угнетает ЦНС; вызывает изменение скорости дыхания и пульса; способствует нарушению обмена веществ; возникновению сердечно − сосудистых заболеваний, язвы желудка, гипертонической болезни может приводить к профессиональным заболеваниям.

Шум с уровнем звукового давления до 30…35 дБ является привычным для человека и не беспокоит его.

Повышение уровня звукового давления до 40...70 дБ в условиях бытовой или природной среды создает значительную нагрузку на нервную систему, вызывает ухудшение самочувствия и при длительном действии может стать причиной неврозов.

Воздействие шума уровнем свыше 85 дБ может привести к потере слуха − профессиональной тугоухости. При действии шума высоких уровней (140 дБ) возможен разрыв барабанных перепонок, контузия, а при еще более высоких (более 160 дБ) и смерть.

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.

В соответствии с ГОСТ 12.1.003 83 снижение шума до значений, не превышающих допустимые значения, должны достигаться разработкой шумобезопасной техники, применением средств и методов коллективной защиты по ГОСТ 12.1.029 80. применением средств индивидуальной защиты по ГОСТ 12.4.051 87, а также строительно-акустическими мероприятиями.

Средства коллективной защиты по отношению к источнику возбуждения шума подразделяются на средства, снижающие шум в источнике его возникновения, и средства, снижающие шум на пути его распространения от его источника до защищаемого объекта.

Снижение шума в источнике является основным и наиболее рациональным направлением по снижению шума , правильное проектирование конструкций машин позволяет уменьшить шум на 20...25 дБ . Это может быть достигнуто применением технологических процессов и оборудования, не создающих чрезмерного шума, заменой ударных воздействий деталей безударными, возвратно- поступательного движения вращательным, демпфированием отдельных узлов машин путем сочленения их с материалами, имеющими большое внутреннее трение ( резиной, пробкой, битумными картонами, асбестом, войлоком и др. ), заменой металлических деталей пластмассовыми, тщательным уравновешиванием всех движущихся деталей агрегатов, повышением их класса чистоты и точности изготовления, улучшением смазки, применением подшипников скольжения вместо подшипников качения и т. п.

Средства и методы коллективной защиты от шума в зависимости от способа реализации подразделяются на акустические, архитектурно-планировочные, организационно-технические.

Комплексом строительно-акустических мероприятий, состоящих из акустических и архитектурно- планировочных, достигается снижение производственного шума на пути его распространения. Основным нормативным документом, устанавливающим требования к строительно-акустическим методам борьбы с шумом, является СНиП 11 – 12 – 77 «Защита от шума».

В зависимости от принципа действия среди акустических средств защиты можно выделить средства звукоизоляции (звукоизолирующие ограждения, кожухи, кабины, акустические экраны, выгородки), средства звукопоглощения (звукопоглощающие облицовки, объемные поглотители звука), глушители шума. Между эффектами звукоизоляции и поглощения звука имеется принципиальное различие.

Звукоизолирующие свойства конструкций обусловлены способностью отражать звук и характеризуется коэффициентом звукопроницаемости τ, представляющего собой отношение звуковой мощности, прошедшей через ограждение, к падающей

τ = Рпр / Рпад. (5)

 

При ориентировочных расчетах аналитическим способом звукоизоляция однослойного плоского ограждения определяется по формуле (6)

Однако закон массы справедлив не во всем диапазоне частот. На очень низких частотах (ниже 45 Гц) звукоизоляция определяется жесткостью ограждения и резонансными явлениями. Первая частота собственных колебаний ограждающих конструкций обычно не превышает 15-30 Гц и лежит ниже нормируемого диапазона частот. В этом диапазоне значительной изоляции от ограждений не требуется и ее расчет не производится.

Звукоизолирующие преграды в виде стен, перегородок, кожухов, кабин, выгородок служат для того, чтобы не пропускать звук из шумного помещения в более тихое.

Поглощение звука обусловлено переходом колебательной энергии в теплоту из–за потерь на трение в порах материала. Поэтому для эффективного звукопоглощения необходимо использование пористых структур, для звукоизолирующих же конструкций требуются плотные, твердые и массивные материалы. Способность материалов поглощать звук оценивается коэффициентом звукопоглощения а, который представляет собой отношение звуковой мощности, поглощенной материалом, к мощности, падающей на него

а =Рпогл./Рпад. (7)

(кирпич, бетон имеют а = 0,01 – 0,05; у звукопоглощающих а > 0.2). Звукопоглощающие материалы ( ультратонкое и капроновое волокна, минеральная вата, древесноволокнистые и минераловатные плиты с профилированной поверхностью, пористый поливинилхлорид и др.) и конструкций (звукопоглощающие облицовки, объемные поглотители) предназначены для поглощения звука как в помещениях с источником, так и в соседних.

Для определения эффективности звукопоглощающей облицовки ∆L0 (дБ) используют формулу:

DL₀ = 10 lgА₂ /А₁ (8)

Где А1,А2 – суммарное звукопоглощение в помещении до и после облицовки, м2,

А1=а₁S (9)

a₁ – коэффициент звукопоглощения поверхности стен, потолка, пола помещения (необлицованного); S – площадь их поверхности.

А₂=а₂S₀-a₁(S-S₀) (10)

a₂– коэффициент звукопоглощения облицовки; S₀– площадь поверхности, на которую наносится облицовка

 

Установка звукопоглощающих облицовок снижает шум на 6...8 дБ в зоне отраженного звука (вдали от источника) и на 2...3 дБ вблизи источника шума. Однако их применение целесообразно, так как из-за изменения спектрального состава за счет большей эффективности облицовок на высоких частотах (8...10 дБ), шум становится более глухим и менее раздражающим. Звукоизолирующие конструкции ослабляют шум в соседних помещениях на 30...50 дБ.

2. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

Принцип работы стенда основан на преобразовании файлов в звуковые волны с помощью излучателя и измерения звукового давления с помощью анализатора шума «Ассистент S». Спектр записанного с микрофона сигнала отображается на экране анализатора шума или компьютера при подключении «Ассистент S» к компьютеру. По графику спектра проводятся измерения звукового давления. Установка звукопоглощающих панелей или звукоизолирующих перегородок изменяет спектральный состав шумового воздействия.

 

 

Рис. 1. Структурная схема установки: I – передающий тракт; II – звукоизмерительный тракт “Ассистент S”; 1 – генератор шума (звуковая карта ЭВМ); 2 – усилитель; 3 – источник шума (динамическая головка); 4 – микрофон; 5 – микрофонный усилитель; 6 – АЦП, спектроанализатор; 7 – акустическая камера; 8 – звукозащитный экран; 9 – съемная звукопоглощающая обшивка камеры

Стенд состоит из измерительной камеры напольного исполнения, шумомера и компьютера с установленным программным обеспечением, позволяющим записывать аналоговые сигналы и проводить спектральный анализ записанных сигналов.

Исследуемые способы защиты от шума:

· Звукоизолирующие перегородки

· Звукопоглощающие покрытия

· Индивидуальные средства защиты

Внешний вид закрытой измерительной камеры с задней стороны (со стороны разъемов) изображен на Рис.2. Камера установлена на колесики и имеет боковые перекладины, используемые в качестве ручек для перемещения по полу.

 

 

Рис. 2 Внешний вид измерительной камеры

 

Измерительная камера представляет собой модель помещения с источником шумового воздействия. Вид внутренней поверхности измерительной камеры показан на рис. 3.

Внутри измерительной камеры находятся:

· усилитель мощности для усиления сигнала с выхода звуковой карты (в отсеке под крышкой, поз.2 рис.3);

· акустический излучатель - источник шума (между отсеком поз.2 и перегородкой 3 рис.3);

· микрофон измерительный устанавливается в специальный виброразвязанный от камеры держатель (поз.1 рис.3);

Внутри измерительной камеры (модели помещения) можно устанавливать звукопоглощающие обшивки 5 и звукоизолирующую перегородку 4.

 

Рис. 3 Вид открытой измерительной камеры сверху с установленными звукоизолирующей перегородкой (3) и шумопоглощающими панелями (5).

Стенд (базовый комплект) укомплектован двумя комплектами звукопоглощающих обшивок, из следующих возможных вариантов:

· Звукопоглощающий вспененный пенополиэтилен ИзолонТейп (Сплэн) 3004

· Потолочные панели Armstrong

· Звукопоглощающие плиты из вспененного полиуретана Noma Acoustic .

· Войлок грубошерстный 12мм

 

Рис. 4 Вид звукопоглощающих обшивок.

Каждый комплект состоит из пяти панелей:

№1 – низ камеры

№2 – боковые стенки камеры (2шт.)

№3 – торцевая поверхность камеры со стороны микрофона

№4 – верх камеры (устанавливается на крышке).

В комплекте стенда две звукоизолирующие пластины:

№5 – фанера 12 мм, обшитая с двух сторон сталью толщиной 1мм

№6 – фанера 12 мм

 

 

Рис. 5 Вид звукоизолирующих перегородок.

На измерительный микрофон может накручиваться модель уха с креплением для наушника.

В комплекте стенда два разных звукоизолирующих наушника, которые используются как индивидуальные средства защиты от шума.

Рис. 6 Модель уха (1) с звукоизолирующим наушником (2)

Звукопоглощающие обшивки и звукоизолирующие панели хранятся в специальном боксе

(поз. 4 Рис. 7).

Рис. 7 Аксессуары стенда:

 

1, 2, 3 – комплекты звукопоглощающих обшивок (в базовом варианте 2 комплекта)

4 - Бокс для хранения обшивок (внешний вид может отличаться от изображенного на рис.6)

5 - Сетевой кабель

6 - Звукоизолирующие наушники.

 

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБРАТОРНЫХ РАБОТ

Лабораторная работа №1