ЗАЩИТА ОТ ВНЕШНЕГО ШУМА

 

Цель работы

Исследование методов и средств обеспечения безопасности человека от влияния повышенного уровня шума от внешних источников путем применения звукоизолирующих материалов с различными характеристиками.

 

Общие положения

При подготовке к лабораторной работе необходимо изучить:

- понятия гомосферы и ноксосферы, варианты их взаимного расположения;

- принципы, методы и средства обеспечения безопасности человека;

- параметры звукового поля, область слухового восприятия, понятия предельного спектра, октавной полосы частот, нормирование шума, способы защиты от шума.

При изучении вышеперечисленных вопросов следует иметь ввиду, что для реализации опасности необходимо:

- наличие источника опасности;

- возникновение факторов опасности;

- воздействие факторов опасности на человека и окружающую среду.

Введем два понятия:

- гомосфера Г – пространство, в котором находится человек в процессе трудовой или иной деятельности, а также отдыха;

- ноксосфера Н – пространство, в котором постоянно существуют или возможно возникновение факторов опасности.

Гомосфера и ноксосфера определяются структурой и составом системы «Ч-М-С». Возможны несколько вариантов взаимного расположения ноксосферы и гомосферы. Для реализации опасности необходимо существование пересечения гомосферы и ноксосферы. И наоборот, безопасность будет обеспечена, если гомосфера и ноксосфера не пересекаются.

К принципам обеспечения безопасности относятся:

1) пространственное или временное разделение гомосферы и ноксосферы;

2) нормализация ноксосферы, под которой понимается приведение параметров факторов опасности в соответствие с характеристиками человека;

3) изменение гомосферы, под которой понимается повышение защитных функций и свойств человека путем его адаптации и применения средств защиты.

Методы обеспечения безопасности жизнедеятельности реализуют принципы обеспечения безопасности. Основными методами обеспечения БЖД являются:

Технические методы – это методы, направленные на непосредственное предотвращение или уменьшение воздействия факторов опасности с помощью технических средств. К ним относятся методы блокировки, герметизации, слабого звена, экранирования, надежности, обеспечения недоступности.

Организационные методы – это методы, уменьшающие воздействие факторов опасности путем организации определенного взаимодействия элементов системы «Ч-М-С» как между собой, так и с внешней средой. К ним относятся методы: защиты временем, защиты расстоянием, информации, нормирования, классификации, эргономичности.

Управленческие методы – это методы, устанавливающие необходимую взаимосвязь между отдельными стадиями и этапами процесса обеспечения безопасности в системе «Ч-М-С». К ним относятся методы: контроля, ответственности, стимулирования.

Для обеспечения безопасности жизнедеятельности может быть применено несколько методов.

В лабораторной работе изучение принципов и методов обеспечения безопасности проводится путем исследования распространения и влияния на человека повышенного уровня шума.

Шум представляет собой совокупность звуков различной частоты, амплитуды и длительности, оказывающих неблагоприятное воздействие на организм человека.

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, снижению иммунологических реакций организма, снижению работоспособности, повышению степени возникновения риска несчастных случаев.

Степень шумовой патологии зависит от интенсивности, продолжительности воздействия, индивидуальной чувствительности организма к шуму.

Акустические колебания в диапазоне 16 Гц….20 кГц воспринимаемые человеком называют звуковыми. Процесс распространения колебательного движения в среде от источника шума называется звуковой волной, а область среды, в которой она распространяется – звуковым полем.

Существуют следующие виды звуковых полей:

- свободное звуковое поле – звуковое поле, в котором звук волны распространяется свободно без препятствий;

- диффузионное звуковое поле – поле, в котором звуковые волны поступают в каждую точку пространства с одинаковой вероятностью со всех сторон (встречается в помещениях, внутренние поверхности которых имеют высокие коэффициенты отражения звука).

Воздушный звук распространяется в виде продольных волн, в которых колебания частичек воздуха совпадают с направлением движения звуковой волны.

В открытом пространстве звуковые волны распространяются сферически во всех направлениях от точечного источника. Звуковые волны отражаются от твёрдых больших препятствий и огибают малые препятствия.

Длина волны – это расстояние, которое проходит звуковая волна в течение периода колебания (расстояние между двумя соседними слоями воздуха, которые имеют одинаковое звуковое давление, измеренное одновременно).

В изотропной среде длина волны прямо пропорционально скорости распространения звуковых волн С (для воздуха С₀ = 340 м/с при t = 20 ºС) и обратно пропорционально частоте колебаний f, Гц.

 

, (3.1)

 

где С – скорость распространения звуковой волны, м/с,

f – частота колебаний, Гц.

 

Шум характеризуется следующими параметрами:

- частотой звуковых колебаний f, Гц;

- звуковым давлением P, Н/м² ;

- интенсивностью звука I, Вт/ м².

Звуковое давление P – это переменная составляющая атмосферного давления, возникающая при прохождении звуковой волны.

Интенсивность звука I – энергия, переносимая звуковой волной в единицу времени через единичную поверхность, перпендикулярную направлению распространения звуковой волны.

 

, (3.2)

 

где Р – звуковое давление (Н/м²),

ρ – плотность среды (кг/м³),

с – скорость распространения звука (м/с).

Произведение ρс называется удельным акустическим сопротивлением среды, через которое распространяется звуковая волна.

Величина минимального звукового давления и минимальной интенсивности звуков, слабо различимых слуховым аппаратом человека, называется пороговым.

Диапазон восприятия звуковых давлений P: 2·10^-5 … 2·10² H/м², интенсивность звука: 10^-12 … 10² Вт/м².

За эталонный принят звук с частотой колебаний 1000 Гц. На частоте 1000 Гц порог слышимости по интенсивности J₀ = 10^-12 Вт/м², а соответствующее ему звуковое давление Р₀ = 2 · 10^-5 Н/м².

Учитывая логарифмическую зависимость между интенсивностью звука и слуховым восприятием, а также с целью упрощения операций с большими числами пользуются логарифмическими уровнями интенсивности и звукового давления.

Уровни интенсивности и звукового давления выражаются в логарифмической форме, в децибелах [дБ]. Учитывая логарифмическую зависимость между интенсивностью звука и слуховым восприятием, уровень интенсивности, дБ:

 

, (3.3)

 

где І₀ = 10^-12 Вт/м².

Уровень звукового давления

 

, (3.4)

 

где Р₀ = 2 · 10^-5 Н/м².

Болевой порог слышимости составляет 130 дБ – 140 дБ.

Для частотной характеристики шума применяется спектр и выполняется через октавы. Октава (октавная полоса) – полоса частот, в которой верхняя граничная частота в два раза больше нижней граничной частоты .

 

; , (3.5)

 

Октавная полоса характеризуется среднегеометрической частотой

 

(3.6)

 

Допустимые уровни постоянного шума (шум, уровень звука которого за 8 часов рабочего дня изменяется во времени не более чем на дБА) регламентируются ДСН 3.3.037 – 99.

В основу гигиенических норм ДСН 3.3.6-037-99 положены следующие принципы:

1) ограничение интенсивности звукового давления в пределах октав;

2) учет характера шума;

3) учет особенностей трудовой деятельности.

В санитарных нормах заложен принцип установления определенных параметров шума, исходя из классификации помещений по их использованию для трудовой деятельности различных видов.

Нормированию подлежат уровни звукового давления в октавных полосах частот, дБ, и эквивалентные уровни звука в дБА на рабочих местах.

Защита от шума достигается применением средств и методов коллективной защиты, строительно-акустическими методами и средствами индивидуальной защиты.

Одним из методов коллективной защиты является метод звукоизоляции.

Метод звукоизоляции применяется для внешних источников шума, если источник шума находится снаружи, а не внутри помещения(здания).

В основу звукоизоляции положен принцип отражения звуковых волн от преграды – большая часть падающей энергии на ограждение отражается и лишь небольшая доля, около 1/1000-ой, проникает через ограждение.

Звукоизолирующие свойства ограждения, установленного на пути распространения звука, характеризуются коэффициентом звукопроницаемости , представляющим собой отношение прошедшей через ограждение интенсивности звука к падающей на него интенсивности звука

 

, (3.7)

 

Звукоизолирующая способность ограждения определяется, дБ:

, (3.8)

 

Любое жесткое ограждение (стена, перекрытие, экран и т.п.) является колебательной системой с распределенными параметрами. Такие системы имеют бесконечный ряд собственных частот, начиная от самых низких (собственные колебания всего ограждения) до высоких, со всевозрастающей плотностью их значений в частотном диапазоне.

Падающая звуковая волна приводит ограждение в колебательное движение с частотой, равной частоте колебаний частиц воздуха в волне. В результате ограждающая конструкция сама становится источником шума и излучает его в окружающее пространство. Амплитуды этих колебаний возрастают в случаях, когда частоты вынужденных колебаний близки или равны частотам собственных колебаний ограждения, т.е. при резонансе. В этом случае звукоизолирующие свойства ограждения ухудшаются. Следовательно, чем тяжелее, массивнее преграда, тем труднее привести её в колебательное состояние и тем эффективнее она изолирует от шума.

Для определения звукоизолирующей способности однослойных ограждений используют эмпирическую формулу, дБ,

 

, (3.9)

 

где m – масса 1 м² ограждения, кг,

f – частота звука, Гц.

 

Звукоизолирующая способность одного и того же ограждения возрастает с увеличением частоты.

 

3.3 Описание программы «Защита от внешнего шума»

 

Программа предназначена для изучения методов и средств защиты от влияния повышенного уровня шума, создаваемого внешними источниками, и отражает круг вопросов, связанных с проблемами снижения уровней избыточного шума в производственных помещениях для обеспечения нормированных значений, исходя из классификации помещений по их использованию для трудовой деятельности различных видов.

Имеется источник внешнего шума и помещение, в котором требуется обеспечить допустимый уровень шума на рабочих местах в зависимости от вида трудовой деятельности пользователей компьютерными информационными технологиями. Необходимо выполнить расчет звукоизоляции и выбрать материал, который обеспечит требуемую звукоизоляцию.

Снижение уровней шума в помещении достигается путем применения материалов с различными характеристиками. Звукоизоляция осуществляется путем выбора соответствующего материала стен и окон.

Программа позволяет моделировать источники шума в широком диапазоне уровней звукового давления, расстояние от источника шума до рассматриваемого помещения от 50 до 700 метров, размеры помещения (длина, ширина, высота), нормированные значения уровней шума звукоизолируемого помещения, исходя из классификации помещений по их использованию для трудовой деятельности пользователей компьютерными информационными технологиями, конструкции звукоизоляции.

Источники шума: аэропорт, шоссе, тракторный завод, деревообрабатывающий завод, кондитерская фабрика.

При рассмотрении математической модели следует отметить, что расчет звукоизоляции должен выполняться в октавных полосах частот и состоит из следующих этапов:

1. Определение октавного уровня звукового давления источника шума в промежуточной расчетной точке;

2. Определение требуемой звукоизоляции воздушного шума каждым элементом ограждения;

3. Определение требуемой средней звукоизоляции воздушного шума данной неоднородной (состоящей из нескольких элементов) ограждающей конструкции;

4. Определение требуемой звукоизоляции каждого из всех элементов ограждения с учетом их взаимного влияния;

5. Анализ результата.