Основи охорони праці - Жидецький В.Ц. - 2.8.2. Фізичні характеристики шуму

2.8.1. Шум та його види

У сучасному світі в умовах науково-технічного прогресу шум став одним із суттєвих несприятливих чинників, що впливають на людину. Ріст потужностей сучасного устаткування, машин, побутової техніки, швидкий розвиток усіх видів транспорту призвели до того, що людина на виробництві та в побуті постійно знаходиться під впливом шумів досить високої інтенсивності. Шум буває: механічного походження, який виникає внаслідок вібрації при роботі механізмів та устаткування, а також поодиноких чи періодичних ударів у з'єднаннях деталей та конструкцій; аеродинамічного походження, який виникає при подачі газу чи повітря по трубопроводах, вентиляційних системах, або їх стравлюванні в атмосферу; гідродинамічного походження, який виникає внаслідок процесів, що відбуваються у рідинах (гідравлічні удари, кавітація, турбулентність потоку); електромагнітного походження, який виникає внаслідок коливання елементів електромеханічних пристроїв під впливом змінних магнітних полів.

Шум у виробничих умовах негативно впливає на працівника: послаблює увагу, посилює розвиток втоми, сповільнює реакцію на небезпеку. Внаслідок цього знижується працездатність та підвищується імовірність нещасних випадків. Тому питання боротьби з шумом на сьогоднішній день є актуальним майже для всіх галузей виробництва.

2.8.2. Фізичні характеристики шуму

Для успішної боротьби з шумом необхідно знати його фізичні характеристики, закономірності виникнення та поширення. Шумом прийнято вважати звуки, які негативно впливають на організм людини, заважають його роботі та відпочинку. Тому шум часто називають несприятливим звуком. Зазвичай шум створюється при хаотичному чергуванні звуків різної частоти та інтенсивності. Звук як фізичне явище являє собою коливальний рух, що поширюється хвилеподібно у пружному середовищі (газоподібному, рідинному чи твердому). Звук, а значить і шум, характеризується: швидкістю с (м/с); частотою / (Гц); звуковим тиском р (Па); інтенсивністю / (Вт/м2).

Швидкість звуку залежить від характеристики середовища, в якому поширюється звукова хвиля. У газоподібному середовищі швидкість звуку дорівнює

де х - показник адіабати (х = 1,44); Р, р - тиск та густина газу (відповідно).

За нормальних атмосферних умов (Т = 293 К та Р= 1034 гПа) швидкість звуку в повітрі дорівнює с = 344 м/с.

Частота звуку визначається кількістю коливань пружного середовища за одиницю часу і вимірюється в герцах (1 Гц - це одне коливання за секунду). За частотою звукові (акустичні) коливання поділяються на три діапазони: інфразвукові з частотою коливання менше ніж 20 Гц; звукові (сприймаються органом слуху людини) від 20 до 20 000 Гц; ультразвукові - понад 20 000 Гц. У свою чергу, звуковий діапазон прийнято поділяти на низькочастотний - до 400 Гц, середньочастотний - 400-1000 Гц, високочастотний - понад 1000 Гц.

Звук, що поширюється у повітряному середовищі, називається повітряним звуком, а в твердих тілах - структурним. Повітряний простір, в якому поширюються звукові хвилі, називається звуковим полем. У результаті коливань, що генеруються джерелом звуку, в повітрі виникає звуковий тиск, який накладається на атмосферний. Різницю між атмосферним тиском і значенням явного тиску в даній точці звукового поля прийнято вважати звуковим типом (р). Поширення звукової хвилі супроводжується перенесенням звукової дії. Середній потік звукової енергії в будь-якій точці середовища за одинцю часу, віднесений до одиниці поверхні, перпендикулярної до напрямку поширення хвилі, називається інтенсивністю, або силою звуку, в даній точці / і вимірюється у Вт/м2. Співвідношення між інтенсивністю звуку / та звуковим тиском р має вигляд:

де р та с - відповідно густина та швидкість звуку в даному середовищі.

Виділяють два порогових значення звукового тиску та інтенсивності звуку. Мінімальні значення звукового тиску та інтенсивності звуку, які сприймаються органом слуху людини як звук, називаються порогом чутності. При частоті звуку /= 1000 Гц, яка прийнята базовою в акустиці, поріг чутності має наступні значення: р0 = 2 o 10~5 Н/м2, /0 = 10"12 Вт/м2. Звуковий тиск (рб = 20 Н/м2) та інтенсивність звуку (/0 = 1 Вт/м2), при яких починають виникати больові відчуття в органі слуху людини, називаються порогом больового відчуття. Великий діапазон значень між порогами чутності та больового відчуття (за звуковим тиском - 106, а за інтенсивністю звуку - 1012) спричинював чималі труднощі при їх практичному використанні. Тому від абсолютних значень параметрів звуку р та І перейшли до відносних значень - рівнів (Ь), застосувавши при цьому логарифмічну шкалу:

Л9 І, р - відповідно інтенсивність звуку та звуковий тиск у даній точці; /0, рф - інтенсивність звуку та звуковий тиск на порозі чутності.

У середині XIX ст. німецький фізик Г. Т. Фехнер вивів закон сприйняття, згідно з яким величина відчування органів чуття людини, в тому числі й чутності, пропорційна логарифму величини подразнення. Отже, рівень звуку оцінюється за логарифмічною шкалою не випадково.

Одиниця рівня сили звуку - бел (Б), прийнята на честь фізика О. Г. Белла (1847-1922 рр.), який вважається винахідником телефону. Оскільки орган слуху людини спроможний розрізняти зміни рівня сили звуку на 0,1 В, то на практиці за одиницю рівня сили звуку зазвичай обирають децибел (дВ) - десяту частину бела:

Підставимо у формулу (2.31) замість / значення /0 та /6. Тоді інтервал від порогу чутності до порогу больового відчуття становитиме 120 дБ, що значно зручніше для практичного використання.

Наближені рівні сили звуку (шуму) від деяких джерел, що його генерують, наведені в табл. 2.7:

Таблиця 2.7. Рівні сили звуку (шуму) від деяких джерел, що його генерують

У приміщеннях, в яких знаходяться кілька джерел шуму, загальний його рівень визначається за формулами (2.32) та (2.33).

Якщо в приміщенні знаходиться п однакових джерел з рівнем шуму кожного Ь, то сумарний рівень Ьг у рівновіддаленій від джерел точці приміщення становитиме:

Значення 10 І£я наведені в табл. 2.8.

Таблиця 2.8. Значення добавки до сили шуму одного джерела в залежності від кількості однакових джерел шуму

При одночасній дії двох різних джерел з рівнями сили шуму І та Ь2 сумарний рівень становить:

ДЄ/' ~ більший із двох Рівнів сили "W! ДЬ ~ значення добавки, що визначається за табл. 2.9.

Таблиця 2.9. Значення добавки при дії двох різних джерел шуму

При більшому ніж 2 числі джерел шуму підсумовування за формулою (2.33) здійснюється послідовно від найбільшого до найменшого. Якщо різниця рівнів сили шуму двох джерел є більшою, ніж 6-8 дБ, то рівнем сили шуму меншого з них можна знехтувати.

Сприйняття звуку органом слуху людини залежить не лише від його кількісних характеристик (звукового тиску чи інтенсивності), але й від його "якості" (частоти). Тому рівень сили звуку (шуму) та гучність - це різні поняття. Рівень сили звуку визначає лише фізичну величину сили звуку незалежно від його частотної характеристики. Рівень гучності враховує ще й фізіологічні особливості сприйняття, тобто різну чутливість органа слуху до звуків різної частоти. Наше вухо найбільш чутливе До звуків частотою 2000-4000 Гц.

Рівень гучності визначається шляхом порівняння зі звуком частотою 1000 Гц, для якого рівень сили звуку в децибелах прийнято за рівень гучності у фонах. Залежність фізіологічного сприйняття гучності від рівня сили та частоти звуку наведено на рис. 2.33, на якому видно, що найбільша різниця між значеннями, що виміряні в децибелах та у фонах, спостерігається в області низьких частот. Наприклад, при рівні сили звуку 50 дБ і частоті 1000 Гц рівень гучності звуку також дорівнює 50 фон, що відповідає гучності розмови на відстані 1 м. При частоті ж 50 Гц цей звук навряд можна було б почути.

Рис. 2.33. Криві однакової гучності звуків (графіки Флетчера)

У ділянці низьких частот рівень гучності звуку змінюється значно швидше, ніж рівень сили звуку. В міру зростання сили звуку криві рівної гучності все більше наближаються до прямої лінії, а при рівнях понад 80 фон чутність звуку визначається практично лише його силою, незалежно від частоти.