Конспект лекций по курсу «безопасность жизнедеятельности»

Вид материала

Конспект

Содержание 6.2. Защита от шума 1. Характеристики шума 2. Классификация шумов 3. Действие шума на человека 4. Нормирование шума 5. Распространение шума в акустической среде 6. Методы и средства защиты от шума

Подобный материал:

• Конспект лекций по курсу "Безопасность жизнедеятельности", 1983.63kb.
• Н. В. Ткаченко Безопасность жизнедеятельности. Конспект, 1781.2kb.
• Примерная программа наименование дисциплины «Безопасность жизнедеятельности» Рекомендуется, 247.55kb.
• Курс лекций по дисциплине «безопасность жизнедеятельности», 1553.02kb.
• Конспект лекций по дисциплине «безопасность жизнедеятельности» для иностранных студентов, 3250.15kb.
• Конкурс дипломных проектов по специальности 280101 «Безопасность жизнедеятельности, 110.05kb.
• Конспект лекций по курсу «Организация производства», 2034.84kb.
• Конспект лекций по курсу «Организация производства», 2032.47kb.
• Конспект лекций по курсу "Начертательная геометрия и инженерная графика" Кемерово 2002, 786.75kb.
• Конспект лекций по курсу «бизнес-планирование в условиях рынка», 461.46kb.

6.2. Защита от шума

Потери общества от шума весьма значительны. Они образуются из-за профессиональных заболеваний, увеличения длительности и частоты заболеваний с временной потерей, снижения производительности труда и т.д. Практически при всех видах деятельности шум является одним из основных вредных производственных факторов. В США около 730 млн. долларов составляют компенсационные выплаты и затраты, связанные с потерями рабочего времени и снижением производительности труда. К примеру, увеличение шума с 55 до 75 дБ вызывает снижение производительности на 15%. Интенсивный шум является фактором, приводящим к необратимым морфологическим изменениям слухового аппарата, травматизирующим нервную систему человека, нарушающим гармоническую координацию систем организма, влияющим на высшую нервную деятельность.


1. Характеристики шума

Шум — это звук, оказывающий неблагоприятное воздействие на здоровье и работоспособность человека.

Звук как физическое явление — это колебания упругой (обычно воздушной) среды в диапазоне слышимых частот от 20 до 20000 Гц. Звук характеризуется энергией или мощностью источника W, звуковым давлением Р, интенсивностью I и частотой f.

Частицы упругой среды, колеблясь относительно положения равновесия, создают в каждой точке звукового пространства переменное по времени давление. Разность между мгновенным значением этого давления и первоначальным давлением в невозмущенной среде называется звуковым давлением Р. Единица измерения — паскаль (Па).

Интенсивность звука I — это поток энергии, переносимый звуковой волной в единицу времени, отнесенный к единице площади поверхности, перпендикулярной направлению распространения волны I=W/S. Величина I также зависит от звукового давления Р и параметров среды: плотности , кг/м³; скорости распространения в ней звука с, м/с

I=Р²с, Вт/м²

Действие шума зависит от его частоты f. Поскольку звуковой диапазон очень велик, то для удобства анализа и акустических расчетов используются следующие приемы: во-первых, весь звуковой диапазон разбивается на октавные полосы, во-вторых, в качестве реперной точки в каждой октаве принимается среднегеометрическая частота, в-третьих, принимается, что нижняя граничная частота первой октавы составляет 45 Гц.

Октавная полоса — это полоса частот, в которой верхняя граничная частота f_В равна удвоенной нижней частоте f_Н, т.е. f_В=2f_Н. Т.к. среднегеометрические частоты октавных полос составляют f_СГ=f_Нf_В, то все расчеты ведутся на восьми частотах — 63, 125, 2508000 Гц.

Перечисленные характеристики являются физическими. Диапазон их изменения очень велик, поэтому они практически не используются для расчетов. В реальных условиях Р и I меняются от порога слышимости до болевого порога, соответственно, в 10⁸ и 10¹⁶ раз. Это первое ограничение, второе состоит в характере восприятия звука.

В соответствии с общебиологическим законом Вебера-Фехнера сила ощущения звука пропорциональна приращению его энергии. Указанные обстоятельства позволяют ввести удобную для расчетов логарифмическую величину — уровень шума L, измеряемый в децибелах дБ, который можно определить несколькими способами в зависимости от исходных данных как: уровень звукового давления, уровень интенсивности звука или уровень мощности.

Уровень интенсивности звука определяется по формуле:

L_I=10lgI/I₀,

уровень звукового давления-

L_P=20lgP/P₀,

уровень мощности-

L_W=10lgW/W₀ ,

где I₀, Р₀, W₀ — соответственно, интенсивность, давление и мощность звука на пороге слышимости на частоте 1000 Гц (I₀=10^-12 Вт/м², P₀=210^-5 Па, W₀=10^-12 Вт).

Если в расчетную точку попадает шум от нескольких источников, то складываются их интенсивности, но не уровни.

I_=I₁+I₂+...+I_N

Суммарный уровень шума при этом составит



Для N одинаковых источников (L_i=const)

L_=10lgN+L_i


2. Классификация шумов

В соответствии с СН 2.2.4/2.1.8.562-96 шумы классифицируются по спектральным и временным характеристикам. В зависимости от характера спектра шумы бывают:

• широкополосными, обладающими непрерывным спектром шириной более одной октавы;
  
• тональными, в спектре которых имеются слышимые дискретные тона, (например, шум дисковой пилы).
  

По временным характеристикам шумы подразделяются на:

• постоянные, уровень которых за 8-часовой рабочий день меняется не более, чем на 5 дБА;
  
• непостоянные, уровень которых за 8-часовой рабочий день меняется более, чем на 5 дБА.
  

Непостоянные шумы также делятся на:

• колеблющиеся во времени — уровень которых непрерывно меняется;
  
• прерывистые — уровень которых резко падает до уровня фонового шума, причем длительность интервала постоянного, превышающего фоновый уровень шума составляет более 1 с;
  
• импульсные, состоящие из одного или нескольких звуковых сигналов, каждый длительностью менее 1 с, отличающиеся по уровню не менее чем на 7 дБА.
  

3. Действие шума на человека

Восприятие человеком шума зависит от соотношения его частотных характеристик и уровня. Слуховой анализатор неодинаково воспринимает звуки с равной интенсивностью, но разной частоты. Ощущение силы звука на практике оценивается его громкостью. На рис. приведены зависимости между громкостью звука и его уровнем. Каждая кривая характеризуется одинаковой громкостью во всем диапазоне слышимых частот. Очевидно, что в диапазоне 8004000 Гц даже при минимальной интенсивности звук хорошо слышим. По мере уменьшения или возрастания частоты для такого же восприятия звука необходимо увеличивать его интенсивность или мощность.

Звуки, превышающие по своему уровню порог болевого ощущения (L=120 дБ при f=1000 Гц), могут вызвать боли и повреждения слухового аппарата.

Шум оказывает комплексное воздействие на человека:

1. Длительное воздействие шума с уровнем более 80 дБА приводит к частичной потере слуха (тугоухости или профессиональной глухоте).
   
2. В последние годы тугоухость выходит на ведущее место в структуре профзаболеваний.
   
3. Шум воздействует на центральную и вегетативную нервные системы, что ведет к значительному изменению в функциональном и психологическом состоянии человека.
   
4. Постоянное воздействие интенсивного шума приводит к увеличению физических и психологических усилий на 1020% при выполнении одной и той же работы.
   
5. Установлено повышение на 1015% общей заболеваемости рабочих шумных производств.
   
6. Раздражающее действие шума способствует повышению производственного травматизма.
   
7. Шум может маскировать предупредительные сигналы, например, при аварийной ситуации, когда она сопровождается изменением акустических характеристик аварийного оборудования.
   

4. Нормирование шума

Нормируются допустимые уровни шума на рабочих местах и во всех остальных зонах пребывания человека. Нормирование производится по предельному спектру и по общему уровню шума

В первом случае допустимые уровни нормируются в восьми октавных полосах на соответствующих среднегеометрических частотах. Совокупность допустимых уровней на этих частотах называется предельным спектром. Каждый из спектров имеет индекс ПС и номер N, соответствующий допустимому уровню звукового давления на частоте 1000 Гц (N_i=L_{1000 i}). В соответствии с характером восприятия шума закономерным является уменьшение допустимых уровней с ростом частоты.


Для ориентировочных расчетов используется нормирование общего уровня шума L_А в дБА. Этот уровень связан с предельным спектром зависимостью

L_Аi=N_i+5, дБА.

Использование того или иного предельного спектра для нормирования зависит от характера рабочих мест, вида производства и т.п.


5. Распространение шума в акустической среде

Закономерности распространения шума позволяют выявить возможности уменьшения его воздействия на человека.

Шум, достигающий расчетной точки РТ, складывается из прямой I_ПР и отраженной составляющей I_ОТР.

Проведем анализ для 2-х характерных случаев:

для открытого пространства, когда отсутствует отражение, т.е. при I_ОТР=0;

для помещения при наличии отраженной составляющей I_ОТР0.

1. Источник выделяет в среду звуковые волны с акустической мощностью W.

Средняя интенсивность в РТ, находящейся на расстоянии r от источника при равномерном распространении в неограниченном пространстве составляет

I_СР=W/4r²=W/S

Так как, во-первых, реальный источник излучает энергию в среду неравномерно и, во-вторых, в среде существуют преграды, отражающие звук, то фактическая величина I должна быть скорректирована фактором направленности Ф и коэффициентом ослабления k

I=WФ/Sk

Разделим обе части уравнения на I₀ и прологарифмируем при I₀=W₀/S₀, где S₀ — площадь единичной сферы, S₀= 1 м²)



Учитывая, что S₀=1, окончательно получим

L_РТ=L_W+10lg(Ф/S)-10lgk

2. При работе источника в помещении звуковые волны многократно отражаются. Возникает зона отраженного звука, которая может увеличить уровень шума на 1015 дБ. Интенсивность отраженных звуковых волн выражается уравнением I_ОТР=4W/B, где В — постоянная помещения, зависящая от его размеров и коэффициентов звукопоглощения внутренних поверхностей 

=I_ПОГЛ/I_ПАД

Так как поверхности в помещении имеют разные коэффициенты , то вводится средний коэффициент звукопоглощения _СР и эквивалентная площадь помещения А

_СР=_iS_iS_ОГР, А=_СРS_ОГР,

где S_ОГР — общая площадь ограждающих поверхностей.

Величина В зависит от _СР и А

В=А/(1-_СР)

Таким образом, полная интенсивность шума в РТ составит

I=I_ПР+I_ОТР=WФ/Sk+4W/B

После деления на I₀ и логарифмирования уравнения для I получим (при k=1)

L_РТ=L_W+10lg(Ф/S+4/B)

Рассмотренные случаи являются предельными, но реально в объеме одного и того же помещения существуют зоны с преимущественным влиянием прямого или отраженного звука. На практике при анализе расчетного случая производится предварительная оценка того, в какой зоне помещения находится расчетная точка. Вокруг источника образуется поле прямого звука (поле бегущих волн Френеля). На расстоянии r_ГР его мощность становится равной мощности отраженного поля (реверберирующее поле Фраунгофера). В простейшем случае



Величина телесного угла  зависит от положения источника. Максимальная его величина в неограниченном пространстве составляет 4π стерадианов. Если источник расположен на плоскости, например на полу или небольшом расстоянии от него, излучение происходит в полупространство и =2π. При расположении источника у стены излучение происходит в четверть пространства, поэтому =π.


6. Методы и средства защиты от шума


Анализ полученных для L_РТ зависимостей показывает, что существуют следующие возможности для уменьшения уровня шума в РТ:

1. Уменьшение уровня звуковой мощности источника L_W;
   
2. Правильная ориентация источника шума относительно РТ по фактору направленности Ф;
   
3. Размещение источника шума на необходимом расстоянии, т.е. выбор оптимальной S;
   
4. Уменьшение уровня прямого звука за счет ослабления его на пути распространения, т.е. увеличение k путем звукоизоляции;
   
5. Уменьшение уровня отраженного звука за счет увеличения В, т.е. улучшения звукопоглощающих характеристик помещения.
   

К организационно-техническим мероприятиям относятся также ремонт, смазка и др. регламентные работы, а также ограничение и запрещение проведения шумных работ, например, в ночное время. Все эти мероприятия относятся к коллективным методам защиты.

Рассмотрим основные инженерно-технические мероприятия, которыми являются звукопоглощение и звукоизоляция.

Звукопоглощение достигается увеличением постоянной помещения В, для чего необходимо увеличивать эквивалентную площадь А и (или) средний коэффициент звукопоглощения _СР. С этой целью используются:

• увеличение действительной площади поверхности ограждений S_ОГР, например, за счет использования ломанных или гофрированных конструкций;
  
• увеличение _СР размещением на поверхности ограждений звукопоглощающих облицовок;
  
• увеличение S_ОГР и _СР установкой в объеме помещения штучных объемных звукопоглотителей.
  

Величину снижения шума в помещении в результате мероприятий по звукопоглощению определяют по формуле:

L=10lgB₂/B₁,

где В₁, В₂ — постоянные помещения до и после акустической обработки.

Акустическая обработка проводится в том случае, если величина среднего коэффициента звукопоглощения _СР на частоте 1000 Гц акустически необработанного помещения не превышает 0,25.

В качестве поглощающих используются волокнисто-пористые материалы: войлок, вата, фетр, акустическая штукатурка, стекловолокно, вспененные плиты и т.п. Падающие на эти материалы звуковые волны вызывают колебания воздуха в узких каналах, трение его о развитую поверхность этих каналов и, как следствие, — необратимые термодинамические потери. Коэффициент звукопоглощения этих материалов колеблется от 0,7 до 1,0 (на частоте 1000 Гц). Установка звукопоглощающих облицовок снижает шум на 6...8 дБ в зоне отраженного звука.

Звукоизоляция достигается созданием герметичной преграды на пути распространения звуковой волны. Звукоизолирующие свойства ограждения характеризуются коэффициентом звукопроницаемости 

=I_ПР/I_ПАД (1),

где I_ПР — интенсивность звука, прошедшего за ограждение. Звукоизоляция ограждения выражается величиной R=10lg 1/ и зависит от его размеров, массы, жесткости и от частоты шума. Для однослойного ограждения принято выделять 3 характерных диапазона звукоизоляции:

• 
  
  В I диапазоне звукоизоляция определяется жесткостью ограждения и резонансными явлениями. Так как частота собственных колебаний ограждения обычно меньше нормируемого диапазона частот (до 45 Гц), расчет R для I диапазона не проводят.
  
• Во II диапазоне звукоизоляция подчиняется закону массы
  

R=20lg(m₀f)-47,5 , дБ,

где m — масса 1 м² ограждения. Из формулы следует, что звукоизоляция тем больше, чем тяжелее или толще ограждение. Эффект от установки ограждения наиболее ощутим на высоких частотах.

• В III диапазоне происходит ухудшение звукоизоляции из-за волнового совпадения продольной составляющей звуковой волны с собственными изгибными колебаниями ограждения.
  

Повышение эффективности звукоизоляции происходит за счет использования многослойных ограждений.

Помимо рассмотренных коллективных методов защиты от шума в ряде случаев, когда невозможно уменьшить шум до нормируемых величин, используются индивидуальные средства. К ним относятся:

• вкладыши — конусные тампоны из ультратонкого волокна или жесткого материала (снижение шума на 520 дБ);
  
• наушники — наиболее эффективны на высоких частотах (снижение шума на 2040 дБ при f=10008000 Гц);
  
• шлемы — эффективны при высоких уровнях шума (больше 120 дБ), когда звуковые колебания действуют непосредственно на мозг человека.