Классификация шумов. Шумы –волны звукового (акустического) диапазона, образованные колебаниями твердых, жидких или газообразных волн

Шумы –волны звукового (акустического) диапазона, образованные колебаниями твердых, жидких или газообразных волн. Звук передается только через упругие среды (жидкости, газы, твердые тела), скорость распространения звука в газах определяется по формуле

(4.1)

где γ – показатель адиабаты (для воздуха γ = 1,4); R = 8,31 Дж/(моль•К) – универсальная газовая постоянная; μ – молярная масса газа, кг/моль; Т – температура газа, К. В залежності від розмірів і виду звукопровідного матеріалу, хвилі можуть бути двох типів:

1. Продольные – направление колебаний частиц среды сохраняется с направлением распространения волны. Образуют в звукопроводящем материале зоны повышенного и пониженного давления, которые меняются местами со временем, вызывая растяжение или сжатие материала.

2. Поперечные – направление колебаний частиц среды перпендикулярно направлению распространения волны. Вызывают сдвиг в звукопровідних материалах, поэтому имеют место лишь в твердых телах.

В табл. 4.1 приведены скорости распространения волн в некоторых материалах.

Таблица 4.1. Скорости распространения звукових волн

Источником шума на производстве зачастую является работающее оборудование, транспортные средства, системы кондиционирования и очистки воздуха. Шумы на производстве нежелательны, так как они негативно влияют на организм человека.

Физическими характеристиками шумов являются:

1. Амплитуда А – максимальное отклонение точки, совершающей колебательное движение, от ее начального положения. Единица измерения амплитуды – миллиметр (мм).

2. Частота f – количество полных колебаний точки в единицу времени. Единица измерения частоты – герц (Гц). Ухо человека имеет наибольшую чувствительность в области частот 1000...3000 Гц.

3. Период Т – время одного полного колебания материальной точки.

(4.2)

Единица измерения периода – секунда (с).

1. Круговая частота ω – оличество полных колебаний за 2π секунд.

(4.3)

Единица измерения круговой частоты- радиан в секунду (рад/с).

5. Интенсивность (сила звука) І – количество энергии, проходящей за 1 с через единицу площади, перпендикулярную к направлению ее распространения. Единица измерения интенсивности – ватт на метр квадратный (Вт/м²).

Звуки воспринимаются человеком лишь тогда, когда их интенсивность лежит в пределах от 10-12 до 10 Вт/м². Минимальное значение называется нижним порогом слышимости, а максимальное – болевым порогом ощущения, причем эти значения разные для разных частот звука. Зависимость порогов слышимости от частоты звуковой волны приведена в Приложении К.

6. Звуковое давление Р – абсолютная разница между давлением максимального сгущения воздуха и барометрическим давлением. Единица измерения звукового давления – Паскаль (Па).

По слуховым ощущениям звук характеризуется следующими величинами:

1. Уровень интенсивности (громкость) – сложная функция интенсивности (главным образом) и частоты звука

2. (4.4)

где І₀ = 10^-12 Вт/м² – нулевой уровень интенсивности, которая равна порогу слышимости при частоте 1000 Гц; И – интенсивность звука. Единица измерения уровня интенсивности – бел (Б), однако на практике используют ее десятую часть – децибел (дБ).

2. Высота – функция только частоты звука. Удвоение частоты называется октавой, утроение – квинтой, отношения частот 3:4 – квартой. Человек улавливает разницу в частоте двух звуков до 0,1 Гц.

3. Тембр – оттенок, по которому отличаются звуки одинаковой высоты и силы от разных источников. Определяется набором частот простых колебаний, входящих в состав звука.

Колебания принято подразделять на три типа:

а) Инфразвук – колебания, происходящие с частотой от 0 до 16 Гц. Возникают при колебаниях и внезапных движениях массивных тел, не вызывая при этом звукового ощущения.

б) Звуковые (шумы) – колебания, происходящие с частотой от 16 до 20 000 Гц.

а) Ультразвуковые – колебания, происходящие с частотой более 20 000 Гц. Также не вызывают слухового ощущения, используются в средствах связи, пеленгации и локации, в дефектоскопии при обнаружении внутренних дефектов, в медицине.

Человек воспринимает ухом только звуковые колебания с силой звука в диапазоне 0...140 дБ, причем изменение силы звука менее чем на 1 дБ не ощущается.

Все шумы по частоте делятся на низкочастотные (диапазон от 16 до 350 Гц), среднечастотные (диапазон от 350 до 800 Гц) и высокочастотные (с частотой более 800 Гц).

От частоты шумов зависят пороговые значения силы звука и звукового давления, поэтому необходимо знать частотный спектр шума.

По спектру колебаний шумы бывают:

Широкополосные – с непрерывным спектром шириной более одной октавы (полосы частот, в которой верхняя частота вдвое больше нижней).

Тональные – шумы, в спектре которых есть хорошо слышимые дискретные частоты.

За изменениями во времени шумы подразделяются на:

Постоянные – уровень звука которых за рабочий день изменяется не более, чем на 5 дБ.

Непостоянные – уровень звука которых за рабочий день изменяется более чем на 5 дБ. При этом непостоянные шумы подразделяются на три вида:

а) колеблющиеся во времени – уровень звука непрерывно изменяется во времени.

б) прерывистые – уровень звука изменяется ступнево, причем длительность интервалов постоянного уровня составляет более 1 сек.

в) импульсные – один или несколько звуковых сигналов длительностью менее 1 сек.

Защита от шумов

Влияние шума проявляется в нарушениях работы основных систем организма, витаминного обмена, может вызвать гипертоническую болезнь. Специфической реакцией на шум есть изменения в слуховом аппарате человека, при которых изменяется чувствительность, причем характер изменений слуха зависит от частоты шума, его интенсивности и продолжительности. Большая сила звука может вызвать изменения в организме человека, поэтому санитарными нормами определены опасные уровни шума (табл. 4.2). Так сила звука в 155 дБ вызывает ожоги, а у180 дБ – приводит к смерти. На рис. 4.1 показано реакцию организма на различные величины силы звука.

Рис. 4.1. Шкала силы звука.

На современном этапе развития технологии существует 5 основных направлений защиты от шумов в условиях производства:

1. Уменьшение шума в источнике возникновения достигается путем конструктивных изменений: заменой металлических деталей на полимерные, повышением точности сборки, уменьшением частоты вращения, усовершенствованием кинематической схемы.

2. Архитектурно-планировочные мероприятия – шумные производства компонуют в отдельные комплексы, расположенные за пределами города с подветренной стороны с использованием озеленения.

3. Звукоизоляция – отражается большая часть звуковой энергии, падающей на изолирующий средство, и только незначительная часть проходит сквозь него. Звукоизолирующая способность материала зависит от его структуры и толщины. К звукоизолирующих средств относятся ограждения, стены, перекрытия, специальные кожухи.

4. Звукопоглощение – свойство строительных материалов и конструкций поглощать энергию звуковых колебаний. Способность материалов поглощать шумы характеризуется коэффициентом звукопоглощения – отношение поглощенной поверхностью энергии к полной энергии звуковой волны

. (4.5)

Для шумопоглощающих материалов коэффициент α > 0,2.

5. Использование средств индивидуальной защиты – противошумной одежды, касок и наушников (внутренних, которые вкладываются в ухо, и внешних, которые закрывают ухо полностью). При уровне шума более 120 дБ наушники не обеспечивают необходимого ослабления шума.

Таблица 4.2. Допустимые уровни интенсивности шумов