ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Характеристики шума и его нормирование

Лабораторная работа № 1

ШУМ И МЕТОДЫ БОРЬБЫ С НИМ

Цель работы: ознакомление с характеристиками шума и особенностями его воздействия на организм человека, с особенностями измерения и нормирования параметров шума, а также с методами борьбы с шумом.

Теоретическая часть

Звук и его характеристики

Механические колебания частиц упругой среды в диапазоне частот 16 – 20000 Гц воспринимаются ухом человека и называются звуковыми волнами. Колебания среды с частотами ниже 16 Гц называют инфразвуком, а колебания с частотами выше 20000 Гц – ультразвуком. Длина звуковой волны l связана с частотой f и скоростью звука с зависимостью l = c / f .

Нестационарное состояние среды при распространении звуковой волны характеризуется звуковым давлением, под которым понимают среднеквадратическое значение превышения давления в среде при распространении звуковой волны над давлением в невозмущённой среде, измеряемое в паскалях (Па).

Перенос энергии плоской звуковой волной через единицу поверхности, перпендикулярную к направлению распространения звуковой волны характеризуют интенсивностью звука (плотностью потока звуковой мощности), Вт/м²: I = P²/(ρ∙c),

где P – звуковое давление, Па; r – удельная плотность среды, г/м³;

c – скорость распространения звуковой волны в данной среде, м/с.

Скорость переноса энергии равна скорости распространения звуковой волны.

Органы слуха человека способны воспринимать звуковые колебания в очень широких диапазонах изменения интенсивностей и звуковых давлений. Например, при частоте звука в 1 кГц порогу чувствительности “среднего” человеческого уха (порог слышимости) соответствуют значения P₀ = 2·10^–5 Па; I₀ = 10^–12Вт/м², а порогу болевого ощущения (превышение которого уже может привести к физическому повреждению органов слуха) соответствуют значения P_б = 20 Паи I_б = 1 Вт/м². Кроме того, в соответствии с законом Вебера-Фехнера раздражающее человеческое ухо действие звука пропорционально логарифму звукового давления. Поэтому на практике обычно вместо абсолютных значений интенсивности и звукового давления используют их логарифмические уровни, выраженные в децибелах (дБ):

L_I = 10lg(I/I₀), L_P = 20lg(P/P₀) ; (1)

где I₀ = 10^–12Вт/м²и P₀ = 2·10^–5 Па – стандартные пороговые значения интенсивности и звукового давления. Для нормальных атмосферных условий можно считать, что L_I = L_P = L.

Если звук в данной точке складывается из n составляющих от нескольких источников с уровнями звуковых давлений L_i, то результирующий уровень звукового давления определяется по формуле:

(2)

где L_i _– уровень звукового давления i-й составляющей в расчетной точке (дБ).

В случае n одинаковых составляющих звука L_i = L суммарный уровень составляет:

L_å = L + 10lg(n). (3)

Из формул (2) и (3) следует, что если уровень одного из источников звука превышает уровень другого более чем на 10 дБ, то звуком более слабого источника практически можно пренебречь, так как его вклад в общий уровень будет менее 0,5 дБ. Таким образом, при борьбе с шумом в первую очередь необходимо заглушать наиболее интенсивные источники шума. Кроме того, при наличии большого числа одинаковых источников шума устранение одного или двух из них очень слабо влияет на общее снижение уровня шума.

Характеристикой источника шума являются звуковая мощность и её уровень. Звуковая мощность W, Вт, – это общее количество звуковой энергии, излучаемой источником шума в единицу времени. Если энергия излучается по всем направлениям равномерно и затухание звука в воздухе мало, то при интенсивности I на расстоянии r от источника шума его звуковая мощность может быть определена по формуле

W = 4p r²I. По аналогии с логарифмическими уровнями интенсивности и звукового давления введены логарифмические уровни звуковой мощности (дБ) L_W = 10lg(W/W₀),где W₀ = 10^-12– пороговое значение звуковой мощности, Вт.

Спектр шума показывает распределение энергии шума в диапазоне звуковых частот и характеризуется уровнями звукового давления или интенсивности (для источников звука – уровнем звуковой мощности) в анализируемых частотных полосах, в качестве которых, как правило, используются октавные и третьоктавные частотные полосы, характеризуемые нижней f_ни верхней f_вграничными частотами и среднегеометрической частотой f_сг = (f_н ∙f_в)^1/2.

Октавная полоса звуковых частот характеризуется отношением её граничных частот, удовлетворяющим условию f_в/f_н = 2, а для третьоктавной – условию f_в /f_н = 2^1/3≈ 1,26.

Каждая октавная полоса частот включает три третьоктавные полосы, причем среднегеометрическая частота центральной из них совпадает со среднегеометрической частотой октавной полосы. Среднегеометрические частоты f_сг октавных полос определяются стандартным двоичным рядом, включающим 9 значений: 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц.

2. Особенности субъективного восприятия звука

Восприятие звука человеческим ухом очень сильно и нелинейно зависит от его частоты. Особенности субъективного восприятия звука наиболее удобно иллюстрируются графически с помощью кривых равной громкости (рис. 1). Каждая из семейства кривых на рис. 1 характеризует уровни звукового давления на различных частотах, соответствующие одинаковой громкости восприятия звука и уровню громкости L_N (фон).

Рис. 1. Кривые равной громкости

Уровень громкости L_N численно равен уровню звукового давления на частоте 1 кГц. На других частотах для обеспечения такой же громкости звука требуется устанавливать другие уровни звукового давления. Из рис. 1 следует, что вид кривой равной громкости и соответствующая ей характеристика слуховой чувствительности зависят от значения L_N.

При расчетах и измерениях частотную характеристику органа слуха принято моделировать частотной характеристикой корректирующего фильтра А. Характеристика А является стандартной и задается системой поправок А_i = φ(f_сг_i), где f_сг_i – среднегеометрическая частота i-й октавной полосы.

Для соответствия объективных результатов измерений уровня звукового давления субъективному восприятию громкости звука вводят понятие уровня звука. Уровень звука L_A (дБА) – результирующий уровень звукового давления шума, прошедшего математическую или физическую обработку в корректирующем фильтре с характеристикой А. Значение уровня звука приближенно соответствует субъективному восприятию громкости шума независимо от его спектра. Уровень звука вычисляется с учетом поправок А_i по формуле (2), в которую вместо L_i следует подставить (L_i + А_i). Отрицательные значения А_i характеризуют ухудшение слуховой чувствительности по сравнению со слуховой чувствительностью на частоте 1000 Гц.

Характеристики шума и его нормирование

По характеру спектра шумы подразделяют на широкополосные (с непрерывным спектром шириной более одной октавы) и тональные, в спектре которых имеются выраженные дискретные тона, измеренные в третьоктавных полосах частот с превышением уровня звукового давления над соседними полосами не менее чем на 10 дБ.

По временным характеристикам шумы делят на постоянные, уровень звука которых в течение 8-часового рабочего дня изменяется не более чем на 5 дБА при измерениях на временной характеристике “медленно” шумомера, и непостоянные, не удовлетворяющие данному условию.

Непостоянные шумы, в свою очередь, делятся на следующие виды:

· колеблющиеся во времени шумы, уровень звука которых непрерывно изменяется во времени;

· прерывистые шумы, уровень звука которых ступенчато изменяется (на 5 дБА и более), причём длительность интервалов, в течение которых уровень остается постоянным, составляет не менее 1 с;

· импульсные шумы, состоящие из одного или нескольких звуковых сигналов, каждый длительностью менее 1 с, при этом уровни звука в дБА и дБА(I), измеренные соответственно на временных характеристиках “медленно” и “импульс” шумомера, отличаются не менее чем на 7 дБА.

Для оценки непостоянных шумов введено понятие эквивалентногоуровня звукаL_Аэ (по энергии воздействия), выражаемого в дБАи определяемого по формуле L_Аэ = 10lg(I_АС/I₀), где I_АС – среднее значение интенсивности непостоянного шума, скорректированного по характеристике А, на интервале времени контроля Т.

Текущие значения уровня звука L_А и интенсивности I_А связаны соотношением L_А(t) = 10lg(I_А(t) /I₀), I_АС/I₀ = (1/Т) (I_А(t) /I₀)dt, поэтому

(4)

Значения L_Аэ могут вычисляться как автоматически интегрирующими шумомерами, так и вручную по результатам измерений уровней звука через каждые »5 с в течение наиболее шумных 30 мин.

Нормируемыми параметрами шума являются:

· для постоянного шума – уровни звукового давления L_P(дБ) в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 31.5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000 и 8000 Гц; кроме того, для ориентировочной оценки постоянного широкополосного шума на рабочих местах допускается использовать уровень звука L_A, выраженный в дБА;

· для непостоянного шума (кроме импульсного) – эквивалентный уровень звука L_Аэ (по энергии воздействия), выраженный в дБА, представляет собой уровень звука такого постоянного широкополосного шума, который воздействует на ухо с такой же звуковой энергией, как и реальный, меняющийся во времени шум за тот же период времени;

· для импульсного шума – эквивалентный уровень звука L_Аэ, выраженный в дБА, и максимальный уровень звука L_А _max в дБА(I), измеренный на временной характеристике “импульс” шумомера.

Допустимые значения параметров шума регламентируются СН 2.2.4/2.1.8.562-96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки». Допустимые значения параметров шума на рабочих местах устанавливаются в зависимости от вида выполняемой работы и характера шума. Для работ, связанных с творческой, научной деятельностью, обучением, программированием, предусмотрены наиболее низкие уровни шума.

Ниже приведены характерные виды работ, различаемые при нормировании, с указанием порядкового номера:

1) творческая, научная работа, обучение, проектирование, конструирование, разработка, программирование;

2) административно-управленческая работа, требующая сосредоточенности работа, измерительная и аналитическая работа в лаборатории;

3) диспетчерская работа, требующая речевой связи по телефону, в залах обработки информации на ЭВМ, на участках точной сборки, в машинописных бюро;

4) работа в помещениях для размещения шумных агрегатов ЭВМ, связанная с процессами наблюдения и дистанционного управления без речевой связи по телефону, в лабораториях с шумным оборудованием;

5) все виды работ за исключением перечисленных в пп. 1 – 4.

Для широкополосного шумана рабочих местах в табл. 1 приведены допустимые уровни звукового давления L_P в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами f_сг , уровни звука L_A (для субъективной оценки громкости постоянных шумов) и эквивалентные уровни звука L_Аэ (для оценки непостоянных шумов).

Таблица 1

Допустимые уровни шума

№ вида работы	Уровни звукового давления L_P (дБ) в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами, Гц	Уровни звука L_А, дБА
31,5

Длятонального и импульсного шумов, а также для шумов, создаваемых в помещениях установками кондиционирования и вентиляции, допустимые уровни должны быть на 5 дБ ниже указанных в табл.1 (при измерениях на характеристике “медленно” шумомера).

Дляколеблющегося во времени и прерывистого шумов максимальный уровень звука не должен превышать 110 дБА.

Дляимпульсного шумамаксимальный уровень звука, измеренный на характеристике “импульс” шумомера, не должен превышать 125 дБА (I).

В любом случае запрещается даже кратковременное пребывание людей в зонах с уровнями звукового давления свыше 135 дБ в любой октавной полосе частот. Зоны с уровнем звука свыше 85 дБА должны быть обозначены знаками безопасности; работающих в таких зонах следует снабжать средствами индивидуальной защиты.