Характеристика шума и ультразвука

С физической точки зрения звук представляет собой волнообразно распространяющиеся механическое колебательное движение частиц упругой среды (газовой, жидкой или твердой) носящее, как правило, беспорядочный хаотический характер.

Ухо человека способно воспринимать звуки, слышимые в диапазоне частот от 16 Гц до 20 кГц, звуки до 16 Гц - ультразвук, свыше 20 кГц -- инфразвук.

Шум - это звук различных частот. Физический звук характеризуется частотой колебаний, интенсивностью звука и звуковым давлением.

Интенсивность звука (I) определяется из выражения:

, (14)

где: Е - поток звуковой энергии, Вт; S – площадь поверхности, на которую падает звуковая волна, м.

Ухо человека чувствительно не к интенсивности звука, а к давлению (Р) оказываемому звуковой волной, которое определяется по формуле:

, (15)

где: F - нормальная сила, с которой звуковая волна действует на поверхность, Н.

Порогу слышимости при частоте 1000 Гц соответствует интенсивность звука (I) равная 10^-12 Вт/м² и звуковое давление равно 2·10^-5 Па.

При интенсивности звука (I) равной 10² Вт/м² и звуковом давлении равном 2·10² Па создается ощущение боли в ушах. Эти уровни называют порогом болевого ощущения и превышают порог слышимости в 10¹⁴ и 10⁷ раз соответственно.

Оценку и измерение шума удобнее вести не в абсолютных значениях интенсивности звука и звукового давления, а в их относительных единицах, то есть их логарифмическими величинами (отношением величины фактической к пороговой). По логарифм, шкале увеличение интенсивности звука и звукового давления в 10 раз соответствует примерно приросту звукового ощущения на 1 единицу, называемую белом (Б).

Весь диапазон энергии, воспринимаемой слухом как звук, укладывается при этих условиях в 13 - 14 Б. Для удобства пользуются не белом, а единицей в 10 раз меньшей - децибелом (дБ), которая соответствует минимальному увеличению силы звука различаемому ухом.

Общепринято характеризовать интенсивность звука и звуковое давление их логарифмическими величинами то есть уровнем интенсивности звука (L_I) и уровнем звукового давления (L_P), которые определяются по формулам (16, 17):

, (16)

, (17)

где: I, I_о – интенсивность звука фактическая и на пороге слышимости, Вт/м²; Р, Р_о – звуковое давление фактическое и на пороге слышимости, Па.

Третьей важной характеристикой звука, определяющей его высоту, является частота колебаний, которая измеряется числом полных колебаний совершаемых в течение 1 секунды (Гц).

Слышимый диапазон частот условно разделен на активные полосы, в которых верхняя граничная частота равна удвоенной нижней частоте. Каждая активная полоса характеризуется среднегеометрической частотой, которая определяется по формуле:

, (18)

где: f1, f2 – нижняя и верхняя граничные частоты, Гц.

Для оценки ультразвука частотой интервал условно разделяется на трехоктавные полосы частот, в которых отношение граничных частот составляет величине равной - .

Наиболее опасными для здоровья человека являются высокочастотные импульсные шумы частотой примерно равной 4000 Гц.

Воздействие ультразвука схоже с высокочастотным шумом, однако имеются особенности.

Низкочастотный (шум) ультразвук оказывает локальное воздействие при соприкосновении с обрабатываемыми деталями и средами, возбуждая у человека вибрационную чувствительность в месте соприкосновения. Воздействие мощной установки (6…7 Вт/см²) может привести к поражению периферического нервного и сосудистого участка в местах контакта.

Нормирование шума и ультразвука.

Характеристикой постоянного шума на рабочем месте являются уровни звукового давления (за восьмичасовой рабочий день, изменяющийся во времени не более чем на 5дБ при измерениях по шкале шумомера «А» на временной характеристике «медленно») в октавных полосах со среднегеометрическими частотами –63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц.

Характеристикой непостоянного шума на рабочем месте является интегральный критерий - эквивалентный (по энергии) уровню звука в дБ, то есть такой уровень звука постоянного широкополосного шума (ширина непрерывного спектра больше одной октавы), который имеет тоже среднеквадратическое звуковое давление, что и данный непостоянный шума в течение определенного интервала времени.

Характеристикой ультразвука, создаваемого колебанием воздушной среды в рабочей зоне, являются уровни звукового давления в трехоктавных полосах со среднегеометрической частотой от 12.5 до 10 кГц.

Характеристикой ультразвука, передаваемого контактным путем, является пиковое значение виброскорости в частотном диапазоне 1·10⁵…1·10⁹ Гц, или его логарифмический уровень определяемый по формуле:

, (19)

где: V - пиковое значение виброскорости, м/с; V_o - опорное значение виброскорости равное 5·10^-6 м/с.

Допустимый уровень ультразвука в зоне контакта оператора с рабочими органами не должны превышать 110 дБ.