Физические характеристики шума

Защита от шума (лекция для ДО)

 

Шум – это совокупность звуков различной интенсивности и частоты. Звук представляет собой упругие колебания, распространяющиеся волнообразно в твердой, жидкой или газообразной среде.

В диапазоне частот , в котором колебания воспринимаются ухом человека как звук, волны называют звуковыми. Колебания с частотами ниже называют инфразвуком, выше – ультразвуком.

Звуковые волны характеризуются длиной волны , , связанной с частотой звука соотношением

,

где – скорость звука, , (скорость звука в воздухе – 340 м/с).

 

При распространении звуковой волны происходит изменение состояния среды, которое характеризуется звуковым давлением (), т.е. разностью между значением полного давления и средним статистическим давлением, которое наблюдается в воздухе при отсутствии звука. Органы слуха реагируют не на абсолютное значение звукового давления, а на его изменение во времени, поэтому для оценки воздействия шума на человека используются уровни звукового давления , измеряемые в децибелах ().

Уровень звукового давления определяется по формуле:

,

где звуковое давление, ; пороговое звуковое давление, равное при частоте звука 1000 Гц.

Слуховой аппарат человека обладает неодинаковой чувствительностью к звукам различных частот: наибольшей чувствительностью к звукам средних и высоких частот от до , а наименьшей – к звукам низких частот .

На рис.1 показаны кривые равной громкости.

Нижняя кривая соответствует порогу слышимости, а верхняя- болевому порогу.

Громкость измеряется в фонах. Фоны соответствуют уровню звукового давления на частоте 1000 Гц.

Рис.1-Кривые равной громкости

Эффективность различных средств по снижению шума также зависит от частоты звука, увеличиваясь на высоких частотах.

В связи с этим при контроле и исследовании шума используются спектры уровней звукового давления, для чего воспринимаемый диапазон звуков разбивают на стандартные полосы частот с постоянной относительной шириной. В качестве стандартных полос чаще всего используются октавные полосы, у которых отношение верхней частоты ¦₂ к нижней ¦₁ имеет вид

¦₂ /¦₁ = 2. Октавные полосы обозначаются среднегеометрической частотой ¦_сг = (¦₁^.¦₂)^1/2.

Приборы для измерения шума оснащаются октавными фильтрами, позволяющими производить измерения уровней звукового давления в октавных полосах частот со среднегеометрическими значениями 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000 и 8000 Гц.

Для ориентировочной оценки шума используется корректированный по частоте уровень звукового давления, называемый уровнем звука L_А, дБА, который измеряется шумомером на частотной характеристике А, приближенно соответствующей восприятию шума человеческим ухом.

 

В таблице 1 приведены предельно допустимые уровни звукового давления (предельные спектры для постоянного шума), а также допустимые уровни звука и эквивалентные уровни звука при непостоянном шуме для некоторых видов трудовой деятельности и рабочих мест.

Допустимые уровни звукового давления и уровни звука установлены СанПиН 2.2.4/2.1.8.562-96 “Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданиях и на территории жилой застройки”, а также СанПиН 2.2.4.3359-2016 «Санитарно-эпидемиологические требования к физическим факторам на рабочих местах» в зависимости от вида трудовой деятельности.

 

 

Таблица 1-Допустимые уровни шума

 

№, п/п	Вид трудовой деятельности, рабочее место	Уровни звукового давления, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц.	Уровни звука и эквивал. уровни звука (дБА)
31,5
	Творческая деятельность, конструирование и проектирование, программирование, обучение. Рабочие места в проектно-конструкторских бюро, расчетчиков, программистов, в лабораториях для теоретических работ
	Высококвалифицированная, административно- управленческая деятельность, измерительные и аналитические работы в лаборатории; рабочие места в помещениях цехового управленческого аппарата, в конторских помещениях, в лабораториях
	На постоянных рабочих местах в производственных помещениях и на территории предприятий

 

 

Допустимым эквивалентным уровнем звука на рабочих местах является 80 дБА. Это норма для непостоянного шума, когда его уровень в течение рабочего дня изменяется более чем на 5 дБ.

Максимальные уровни звука (по шкале А шумомера), измеренные с временными коррекциями S и I, не должны превышать 110 дБА и 125 дБА соответственно. Пиковый уровень звука (измеренный по шкале С) не должен превышать 137 дБС. В случае превышения уровня шума на рабочем месте выше 80 дБА, работодатель должен провести оценку риска здоровью работающих. Работы в условиях воздействия эквивалентного уровня шума выше 85 дБА не допускается.

При воздействии шума в границах 80-85 дБА необходимо минимизировать возможные негативные последствия путем выполнения следующих мероприятий:

· подбор рабочего оборудования, обладающего меньшими шумовыми характеристиками;

· информирование и обучение работающего таким режимам работы с оборудованием, которое обеспечивает минимальные уровни генерируемого шума;

· использование всех необходимых технических средств (защитные экраны, кожухи, звукопоглощающие покрытия, изоляция, амортизация);

· ограничение продолжительности и интенсивности воздействия до уровня приемлемого риска;

· проведение производственного контроля виброакустических факторов;

· ограничение доступа в рабочие зоны с уровнем шума более 80 дБА работающих, не связанных с основным технологическим процессом;

· обязательное предоставление работающим средств индивидуальной защиты органов слуха;

· ежегодное проведение медицинских осмотров для лиц, подвергающихся шуму выше 80 дБА.

Зоны с уровнем звука выше 85 дБА следует обозначать знаками безопасности.

 

Способы защиты от шума

2.1 Снижение шума в источнике

Защиту от шума следует начинать на этапе проектирования предприятий или при его реконструкции. При проектировании объектов выполняется акустический расчет для определения ожидаемых уровней шума на рабочих местах и на территории жилой застройки.

Планируя территорию предприятия, следует предусматривать рациональное размещение отдельных зданий и цехов внутри зданий. Производства, создающие уровень звукового давления более 90 дБ, должны размещаться в изолированных зданиях или помещениях. Для изоляции фундаментов таких зданий устраивают так называемые акустические разрывы - идущие по всему периметру щели, заполненные изолирующим материалом; между «шумными цехами» устраивают свободные зоны, которые для большей эффективности озеленяют, так как листва хорошо поглощает шум. Озелененная зона шириной в 50 м может значительно снизить уровень шума.

При планировке цехов и участков внутри здания необходимо объединять станки и оборудование по степени их шумности. При этом размещать их желательно в отдельных помещениях или устраивать вокруг таких зон специальные ограждения. Располагать помещения с большим шумообразованием надо с наветренной стороны.

Ослабить шум, проникающий из помещений с большим шумообразованием в смежные с малым шумообразованием или наружу, можно, звукоизолируя стены, потолок или пол. При этом следует учитывать характер распространения звуковой энергии, которая, достигнув стен, потолка и пола, частично отражается от них, поглощается ими и проходит через них.

На машиностроительных предприятиях применяют различного рода насосы, связанные с трубопроводами, идущими по цехам, и вентиляционные установки, воздуховоды которых проходят по производственным помещениям. Для снижения шума, образующегося при работе электродвигателей, насосов и вентиляторов, их устанавливают на отдельных фундаментах. Между агрегатами и фундаментом помещают звукоизолирующие прокладки. Насос с трубопроводом, вентилятор с воздуховодом соединяют эластичной вставкой. В местах укладки трубопроводов и воздуховодов через стены здания предусматривают эластичные прокладки для звукоизоляции.

Наиболее эффективным мероприятием по борьбе с шумом надо считать снижение его в источниках образования, т. е. непосредственно в агрегатах, машинах, механизмах и т. п.

Для этого могут быть использованы следующие мероприятия:

· замена ударных процессов и механизмов безударными;

· замена возвратно-поступательного движения равномерно вращательным;

· замена зубчатых и цепных передач на клино- и зубчатоременные;

· замена прямозубых шестерен косозубыми и шевронными;

· замена металлических деталей пластмассовыми или изготовление их из других «незвучащих» материалов, например, текстолита, пластмасс, капрона;

· размещение зубчатых зацеплений в масляных ваннах, применение принудительной смазки в сочленениях для предотвращения их износа и возникновения шума от трения;

· применение прокладочных материалов и упругих вставок в соединениях для уменьшения или исключения передачи колебаний от одной части агрегата к другой;

· уменьшение интенсивности вибраций поверхностей, создающих шум (корпусов, кожухов, крышек и т. п.), путем обеспечения их жесткости и надежности крепления, а также их покрытие звукопоглощающими материалами;

· применение в бункерах и другой таре, выполненной из металла и предназначенной для приема от станков и оборудования заготовок и деталей, резиновых покрытий на днище.

Большое значение имеет своевременное профилактическое обслуживание станков и оборудования, при котором обеспечивается надежность креплений и правильная регулировка сочленений.

Средства индивидуальной защиты органов слуха приведены в ГОСТ 12.4.011-89. Для защиты от шума применяются противошумные шлемофоны (шлемы), наушники, вкладыши.

Для борьбы с шумом на пути его распространения устанавливают звукоизолирующие и звукопоглощающие конструкции, а также глушители аэродинамических шумов.

2.2. Звукоизоляция

Одним из наиболее эффективных способов снижения шума на пути распространения звука является звукоизоляция. Звукоизоляция-способность преград отражать звуковую энергию. В качестве звукоизолирующих преград используются ограждения, кожухи и экраны.

Звукоизолирующая способность преграды (коэффициент звукоизоляции) равна отношению интенсивности звука , падающего на преграду, к интенсивности звука , прошедшего через преграду

.

Коэффициент прохождения связан с коэффициентом рассеивания δ и с коэффициентом отражения соотношением, выражающим закон сохранения энергии:

.

Звукоизоляция преграды в определяется выражением:

,

которое показывает, что эффективность звукоизоляции обусловлена как отражением потока звуковой энергии от преграды, так и поглощением звуковой энергии в этой преграде.

Изоляция воздушного звука зависит в первую очередь от плотности применяемого в конструкции материала , его модуля упругости и коэффициента внутренних потерь . Основными звукоизолирующими материалами являются: алюминиевые сплавы, асбокартон, бетон, гетинакс, органическое стекло, сталь, силикатное стекло, стеклопластик и др.

По конструктивному исполнению различают однослойные и многослойные звукоизолирующие конструкции (рис.2).

а – однослойные б – многослойные

Рис.2. Примеры звукоизолирующих конструкций

При использовании многослойной конструкции можно добиться более высокой звукоизоляции, чем у однослойной стены равной массы. Характеристика звукоизоляции некоторых звукоизолирующих конструкций приведена в таблице 2.

 

Таблица 2.-Звукоизоляция () строительных конструкций, дБ в октавных полосах частот

Конструкция	Октавные полосы частот,
Кирпичная кладка:
Стеклоблок,
ДСП,
Фанера,
Двери:
- фанерная с обрешеткой
- сплошной массив дерева

 

2.3. Звукопоглощение

 

Под звукопоглощением понимают снижение интенсивности отраженных волн за счет преобразования звуковой энергии в тепловую с помощью акустической обработки внутренней поверхности помещений звукопоглощающим материалом.

В качестве звукопоглощающих материалов применяются облицовки из жестких однородных пористых материалов, облицовки с перфорированным покрытием и в защитных оболочках из ткани или пленки, объемные элементы различных форм. Звукопоглощающие материалы являются по своей структуре пористыми, механизм поглощения заключается в превращении энергии звуковой волны в тепловую энергию за счет вязкого трения в капиллярах пор или необратимых потерь при деформациях упругого скелета.

Характеристикой звукопоглощающей облицовки является средний коэффициент звукопоглощения ограждающих помещение поверхностей a₁, определяемый по формуле

a₁ = [a₀ (S_огр – S_обл ) + DA] / S_огр;

DA = a_обл S_обл,

 

где a₀ - средний коэффициент звукопоглощения ограждающих поверхностей помещения до устройства звукопоглощающих облицовок; S_огр – общая площадь ограждающих конструкций помещения, м²; S_обл – площадь, занятая звукопоглощающей облицовкой, м²; DА – величина звукопоглощения звукопоглощающей облицовкой, м²; a_обл – реверберационный коэффициент звукопоглощения облицовки в октавной полосе частот.

Величина снижения уровня звукового давления в каждой октавной полосе за счет звукопоглощающих конструкций в зоне отраженного звука определяется по формуле:

 

DL = 10 lg В₁ Y / В Y₁,

 

где В и В₁ – постоянные помещения до и после акустической обработки, м²; Y и Y₁ - коэффициенты, учитывающие нарушение диффузности звукового поля в помещении до и после акустической обработки.

Постоянная помещения В определяется для каждой октавной полосы частот

 

В = В₁₀₀₀ m,

 

где В₁₀₀₀ – постоянная помещения на частоте 1000 Гц, определяемая в зависимости от объема помещения V, м³:

В₁₀₀₀ = V /1,5 при V < 200 м³;

m - частотный множитель, определяемый по таблице 3.

 

Таблица 3-Значение частотного множителя

¦сг
m	0,8	0,75	0,7	0,8	1,0	1,4	1,8	2,5

 

Постоянная помещения В₁ определяется по формуле:

В₁ = a_обл S_обл / (1 - a_обл).

На эффективность звукопоглощающих облицовок влияет площадь, высота и конфигурация помещений. Облицовка более эффективна при относительно небольшой высоте (4-6 м). В низких помещениях облицовывают потолок, в высоких и вытянутых - стены помещения.

Снижение уровней звукового давления за счет применения звукопоглощающих конструкций в отраженном поле не превышает 10-12 дБ, а на рабочих местах 4-5 дБ.

Если требуемое снижение шума выше указанных значений, то для снижения уровня звукового давления помимо звукопоглощающих конструкций предусматриваются и другие средства защиты от шума, например, звукоизоляция, кожухи или экраны.

Для достижения максимального поглощения рекомендуется облицовка не менее 60% общей площади поверхностей помещения.

Для акустической обработки помещений в настоящее время применяются облицовки из звукопоглощающих элементов, выполненные из материалов типа «Акмигран», ПА/С, ПА/О и др., а также в виде съемных кассет из перфорированных (металлических, асбоцементных, гипсовых) покрытий со звукопоглощающими слоями из ультратонкого стеклянного и базальтового волокон или минераловатных плит различных модификаций (рис.3).

 

 

Рис. 3. Плоский звукопоглощающий элемент

 

Конструктивные элементы этой группы характеризуются коэффициентами звукопоглощения не более 0,8 – 0,9, а с учетом ограниченности занимаемой ими площади в помещении средний коэффициент звукопоглощения в большинстве случаев не превышает 0,5.

Коэффициент звукопоглощения плоского элемента зависит от частоты звука и толщины слоя звукопоглощающего материала.

Значения коэффициентов звукопоглощения различных материалов приведены в таблице 4.

 

Таблица 4-Реверберационные коэффициенты звукопоглощения .

Материал	Толщина, мм	Октавные полосы частот, Гц
Плита ПА/О минераловатная		0,02	0,03	0,17	0,68	0,98	0,86	0,45	0,2
Плита ПА/С минераловатная		0,02	0,05	0,21	0,66	0,91	0,95	0,89	0,7
Минераловатная плита ПП-80		0,10	0,31	0,70	0,95	0,69	0,59	0,50	0,30
Супертонкое стекловолокно		0,90	0,66	1,00	1,00	1,00	0,96	0,70	0,55

 

2.4.Глушители шума

Для снижения аэродинамического шума применяются глушители.

Глушители аэродинамического шума бывают абсорбционными, реактивными (рефлексными) и комбинированными.

В абсорбционных глушителях затухание шума происходит в порах звукопоглощающего материала.

Принцип работы реактивных глушителей основан на эффекте отражения звука в результате образования «волновой пробки» в элементах глушителя. Они обычно не содержат звукопоглощающего материала. Реактивные глушители имеют соединенные между собой камеры, расширения и сужения, резонансные углубления, экраны и т. п.

В комбинированных глушителях происходит как поглощение, так и отражение звука.

 

2.5.Защита от ультразвука

 

Ультразвук находит широкое применение в самых различных областях производства. В машиностроении его используют для интенсификации технологических процессов при очистке, сварке, механической обработке деталей и ряде других операций. Применение ультразвука обеспечивает повышение производительности труда и высокое качество продукции. Это обусловливает перспективу еще большего его применения.

Источником ультразвука является производственное оборудование, генерирующее ультразвуковые колебания для выполнения технологического процесса, а также оборудование, при эксплуатации которого ультразвук возникает как сопутствующий фактор.

По воздействию на человека различают:

· воздушный ультразвук, который действует на человека через воздушную среду;

· контактный ультразвук, который действует на человека при прикосновении рук или других частей тела человека с источником ультразвука, обрабатываемыми деталями, приспособлениями, жидкостями.

Согласно СанПиН 2.2.4.3359-16 нормируемыми параметрами воздушного ультразвука являются эквивалентные уровни звукового давления в децибелах в третьоктавных полосах частот, приведенных в таблице 5.

Таблица 5-Предельно допустимые уровни звукового давления воздушного

ультразвука на рабочих местах

Третьоктавные полосы частот, кГц	Уровни звукового давления, дБ
12,5
16,0
20,0
25,0
31,5-100,0

 

Вредное воздействие повышенных уровней ультразвука на организм человека при воздушном облучении рекомендуется устранять и снижать следующими мероприятиями:

· уменьшением вредного излучения звуковой энергии в источнике повышая рабочие частоты источников ультразвука, а также исключая паразитное излучение звуковой энергии;

· конструктивными и планировочными решениями по локализации ультразвука, применяя звукоизолирующие кожухи, полукожухи, экраны; размещая оборудование в отдельных помещениях и кабинах;

· устраивая системы блокировки, отключающей генератор источника ультразвука при нарушении звукоизоляции;

· применяя дистанционное управление.

Снижение контактного ультразвука от ультразвуковых ванн осуществляется укрытием их стальными кожухами, имеющими толщину стенок 1-2 мм. Звукоизолирующую способность стенки кожуха можно увеличить, оклеив его рубероидом, технической резиной, специальными пластмассами. В кожухе необходимо заделать все щели и отверстия. Технологические проемы (окна, крышки, дверцы) уплотняют по периметру с помощью резины и для плотного закрытия затягивают специальными замками. Кожухи изолируют от ультразвуковых ванн и от пола резиновыми прокладками толщиной не менее 5 мм.

При использовании ультразвуковых ванн (в условиях поточных линий при малой продолжительности технологического процесса или при необходимости постоянного доступа обслуживающего персонала) применяют полукожухи.