Характеристики віброакустичних коливань.

 

Шум з фізіологічної точки зору – це шкідливий дратівливий чинник, що впливає на органи слуху і весь організм людини.

Шум як фізичне явище – це сукупність звуків різної частоти і інтенсивності (сили), що виникає в результаті коливального руху частинок в пружних середовищах (твердих, рідких, газоподібних).

Характер шуму залежить від виду джерела. Виходячи з цього розрізняють:

- ударний шум, який виникає при штампуванні, клепці, куванню і т. п;

- механічний шум, який виникає при терті, битті вузлів, деталей машин, механізмів (дробарки, млини, електродвигуни, компресори, насоси і т.д.). В основному зустрічається в хімічній промисловості.

- аеродинамічний шум, який виникає в апаратах і трубопроводах при русі з великими швидкостями газу або рідини і при різких змінах напряму їх руху і тиску. Також є поширений в хімічній промисловості

Фізичними характеристика звуку є частота f (Гц), звуковий тиск Р (Па),інтенсивність або сила звуку J (Вт/м2).

Число коливань звукової хвилі в одиницю часу називають частотою звуку f (Гц). Чутний діапазон частот 16 ÷ 20000 Гц.

Мірою оцінки звукової хвилі в певній точці простору є звуковий тиск. При розповсюдженні звукових коливань в повітрі періодично з'являється область розрядки і підвищеного тиску. Різницю тиску в обуреному і не обуреному середовищах називають звуковим тиском Р (Па).

Розповсюдження звукової хвилі супроводиться перенесенням енергії. Кількість енергії, що переноситься звуковою хвилею в одиницю часу через одиницю поверхні, орієнтовану перпендикулярно напряму розповсюдження хвилі, називають інтенсивністю або силою звуку J і вимірюється у Вт/м2.

Інтенсивність звуку пов'язана із звуковим тиском залежністю:

J ~ Р2

Мінімальна інтенсивність звуку, яка сприймається вухом називають порогом чутності. Максимальна інтенсивність звуку, при якій орган слуху починає переживати больове відчуття називають порогом больового відчуття. Як стандартна частота приймемо 1000 Гц. При цій частоті поріг чутності інтенсивності звуку Jо = 10-12 Вт/м2, а відповідний йому звуковий тиск Ро = 2·10-5 Па. Поріг больового відчуття Jмах. = 102 Вт/м2 і звуковий тиск Рмах. = 2·102Па.

Ураховуючи диференціальний поріг слухового аналізатора, на практиці користуються логарифмічними рівнями інтенсивності і звукового тиску.

Ці логарифми відносин називають рівнями інтенсивності або звукового тиску L, в (Б). Так як орган слуху людини здатний розрізняти зміну рівня інтенсивності на 0,1 Бела, то для практичної зручності вибрана одиниця в 10 разів менша – децибела (дБ).

Рівень інтенсивності або рівень звукового тиску визначається:

L =10 lg J/Jo = 20lgP/Po (4.1)

де: Jo і Po - відповідно інтенсивність звуку і звукового тиску на порозі чутності;

Використовувати шкалу значень рівнів звукового тиску зручно, оскільки діапазон чутних звуків укладається в межі 0 ÷ 140 дБ.

По рівню інтенсивності ще не можна судити про фізіологічне відчуття гучності звуку, оскільки наш орган слуху неоднаково чутливий до звуків різних частот. Звуки рівні по силі, але різної частоти, здаються неоднаково гучними. Нійбільшій чутливістю наше вухо володіє на частотах 800 – 4000 Гц, а якнайменшій – при частотах 20 – 100 Гц.

Залежність величин, що характеризують шум від його частоти, називають частотним спектром шуму.

Частотний спектр шуму (спектр) – це залежність рівня звукового тиску (дБ) від частоти. Весь чутний діапазон частот розбивають для зручності на дев'ять октавних смуг. Розповсюдження отримали октавні смуги, в яких верхня гранична частота в 2 рази більше нижньої, а як частота, що характеризує смугу в цілому, береться середньогеометрична частота Середньогеометричні частоти: 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц.

Згідно ГОСТ 12.1.003-83* шум класифікують по характеру спектру і за часом дії.

По характеру спектру розрізняють шум:

- широкополосний, коли він має безперервний спектр вширшки більш однієї октавної смуги;

- тональний, коли в спектрі є виражені дискретні тони.

По тимчасових характеристиках розрізняють шуми:

- постійні. Рівень звукового тиску за восьми годинний робочий день змінюється в часі не більше ніж на 5дБ;

- непостійні. Рівень звукового тиску за восьми годинний робочий день змінюється в часі більш ніж на 5дБ.

Для зручності фізіологічної оцінки дії шуму на людину, розрізняють низькочастотний (до 300 Гц), середнечастотный (300-800 Гц) і високочастотний (вище 800 Гц) шум.

Найбільшу небезпеку для людини представляють тональні, непостійні, високочастотні шуми.

Якщо в приміщенні розташовано декілька джерел шуму, то сумарний рівень звукового тиску визначається по формулі:

(4.2)

де: Li – рівень звукового тиску і-того джерела шуму.

Сумарній рівень звукового тиску від n однакових по інтенсивності джерел шуму в рівновіддаленій від них крапці визначається по формулі:

(4.3)

де: n – число джерел шуму.

При одночасній дії двох джерел шуму з різними рівнями, сумарний рівень визначається по формулі:

L = Lmax + ∆L (4.4)

где: Lmax - найбільший з двох підсумовуваних рівнів шуму;

∆L – поправка.

Різниця рівнів Lmax-Lі                           …  
Поправка ∆L 2,5 1,8 1,5 1,2 0,8 0,6 0,5 0,4

При більшому числі джерел шуму підсумовування рівнів інтенсивності проводиться послідовно від найбільшого до якнайменшого.

Якщо різниця рівнів двох джерел шуму перевищує 8 дБ, з шумом більш слабого джерела можна не вважатися. Звідси два найважливіші положення в області шумоглушення.

1. Для істотного зниження шуму від декількох джерел в першу чергу необхідно заглушити в ньому найсильніші джерела.

2. При великій кількості однакових джерел шуму, усунення одного - двох з них практично не ослабляє загального шуму.

Тривала дія шуму великої інтенсивності приводить до патологічного стану слухового органу, до його стомлення. Стомлення може поступово перейти в туговухість і глухоту через декілька літ роботи. Ознакою захворювання є головні болі і шум у вухах, іноді втрата рівноваги і нудота. Інтенсивний шум викликає зміни серцево-судинної системи, супроводжувані порушенням тонусу і ритму серцевих скорочень, змінюється артеріальний кров'яний тиск. Шум приводить до порушення нормальної функції шлунку, тобто до зменшення виділення шлункового соку і зміні кислотності. Це може привести до гастриту. Несприятлива дія надає шум і на центральну нервову систему.

Вібрація – це коливання твердих тіл, частин апаратів, машин, устаткування, споруд, сприйманих людиною як струс.

За способом передачі коливань на людину вібрація підрозділяється на загальну і локальну. Загальна – передача коливань через опорні поверхні тіла сидячої або стоячої людини. Локальна – передача здійснюється через руки людини.

Загальна вібрація залежно від джерел її виникнення підрозділяється на наступні категорії:

1. транспортна вібрація. Виникає така вібрація в результаті руху машин по місцевості і дорогам.

2. транспортно-технологічна вібрація. Виникає вібрація при роботі машин, що виконують технологічні операції в стаціонарному положенні і (або) при переміщенні по спеціально підготовленій частині виробничого приміщення (крани, екскаватори і т.п.).

3. технологічна вібрація. Виникає при роботі стаціонарних машин, або передається на робочі місця, що не мають джерел вібрації (стіни, вентилятори, хімічні установки і т.п.).

Для оцінки вібрації роблять вимір віброшвидкості V м/с, віброприскорення a м/с2, і рівня віброшвидкості LV дБ.

Вібрація так само як і шум є шкідливим дратівливим чинником, що негативно впливає на організм людини. Загальна вібрація викликає струси людини, місцева вібрація – залучає до коливального руху лише окремі частини.

Залежно від тривалості, інтенсивності дії, частоти, а також умов праці вібрація спричиняє стійкі патологічні зміни в нервовій системі (порушення процесів збудження та гальмування), опорно-руховому апараті (деформація суглобів, утрата сили м’язів) та кровоносної системі (звуження або розширення периферійних судин).

Особливо небезпечні для людини коливання з частотою 4-8 Гц, що збігають з власною частотою коливань ряду внутрішніх органів, які пружно закріплені на скелеті (серце, печінка, нирки та ін.), і близько 30 Гц (частота власних коливань тіла людини).

Найбільш шкідливим для людини є одночасний вплив вібрації, шуму та низької температури, а оскільки у виробничих умовах шум та вібрація є супутниками, то їхній спільний вплив може призвести до професійного захворювання – віброшумової хвороби. Ця хвороба тяжко піддається лікуванню і може привести до інвалідності. Особливо небезпечною ця хвороба є для жінок через ризик втрати репродуктивної функції.

 

Розділ 2.