Негізгі теориялық мӘліметтер

КІРІСПЕ

Шу – кедергі келтіретін, жағымсыз, әртүрлі жиіліктегі және үдемелі қарқындықтағы кездейсоқ дыбыстардың жиынтығы.

Шу – қоршаған ортаның жағымсыз физикалық және өндірістік факторлардың кеңінен таралған түрі.

Шумен күресу – ертеден келе жатқан мәселе болып табылады. Онымен күрес орта ғасырларда Ежелгі Грецияда, Римде басталып, қазіргі кезге дейін жалғасып келеді.

Біздің заманымызда шу адамға ерекше әсер етеді. Дыбыс энергиясы барлық жерде пайда болады және жасанды жолмен жаратылып барлық жерге енеді. Дыбыс толқындары көбінесе ретсіз қиылысып, әсерлі күшке дейін жетеді де, адамға қатты әсерін тигізеді. Сол кезде біз шуға шағымданамыз.

Мүкіс – құлақ-ауруларының ең қауіпті түрі. Асқазан ауруы, асқазан және жіңішке ішек жарасы көп жағдайда, шулы жерде жұмыс істейтін адамдарда жиі кездеседі. Шу жүрек ауруларына, психикалық ауруларға, сонымен қатар, қатерлі ісіктің пайда болуына себепші болады. Ол жүйке жүйесін әлсіретеді, ағзаның жалпы кедергісін төмендетеді. Шулы жағдай адамның еңбек өнімділігін төмендетеді.

Негізгі теориялық мӘліметтер

Шу – уақыт бойынша жүйесіз өзгеретін, әртүрлі жиіліктегі және үдемелі қарқындықтағы дыбыстардың жиынтығы.

Өндірістегі қатты шу еңбек өнімділігін едәуір төмендетеді және сәтсіз оқиғаның себепшісі болуы мүмкін.

Физикалық тұрғыдан шу күштері мен жиіліктері әртүрлі дыбыстардың жүйесіз үйлесімі. Ал физиологиялық тұрғыдан – адамға қандай да болмасын дәрежедегі жағымсыз дыбыстық үрдіс.

Акустикалық шу – ағзаға ерекше қасиетімен әсер ететін және күрделі уақыттық құрылымымен ерекшеленетін, үндестігі жоқ (гармониялық емес) дыбыс. Табиғи пайда болуына қарай: 1) Механикалық шу қатты денелердің дірілінен (жұмыс істеп тұрған машиналар мен механизмдерден) пайда болады. 2) Аэро- және гидродинамикалық шу бос ағыстағы газдың, будың және сұйықтықтың әртүрлі жылдамдықпен қозғалғандағы қысым пульсациясы (яғни, дірілі) нәтижесінде пайда болады. Мысалы, реактивті қозғалтқыштың ағынында. Қысым пульсациясы, сонымен қатар, ағынның біртекті болмауынан, шу айналмалы дөңгелектері бар машиналарда пайда болады (желдеткіштерде, турбиналарда). 3) Термиялық шу ағын турбулизациясынан, жану кезінде газдардың флуктуациясынан және жарылыс немесе разрядтану кезіндегі жылудың қарқынды бөлінуі (қысымның лезде көтерілуі) нәтижесінде пайда болады. 4) Кавитациялық шу сұйықтықтағы көпіршіктің жарылу нәтижесінде пайда болатын дыбыстық импульстер. Олар акустикалық кавитациямен беріледі.

Өндірістегі шу технологиялық жабдықтардың, отынды құрылғылардың, электрлік машиналардың, жану үрдістерінде және т.с.с. жұмыс істеуінен пайда болады.

Әртүрлі шуларды бөлшектеп жазу мақсатымен, оларды акустикада бірнеше түрге бөледі:

Ақ шу – спектральды тығыздығы белгілі бір диапазондағы жиілікке байланысты емес шу.

Қызғылт шу – октавалық жолақта тұрақты энергиясы бар шу. Яғни, әрбір октавалық жолақта жиілікке кері пропорционал дыбыс энергиясы болады.

Үздіксіз шу – деңгейі белгіленген немесе белгісіз уақыт аралығында өзгеріссіз қалатын шу.

Ауыспалы шу – деңгейі уақыт аралығында өзгеріп тұратын шу.

Кездейсоқ шу – берілген уақытта амплитудасы мен жиілігі анықталмаған шу.

Кең жолақты шу – энергиясы жиіліктің кең диапазонында таралатын шу (бір октавадан көп).

Импульсті шу – қысқа ұзақтығымен, әдетте 1 секундтан төмен, өте жоғары қарқындылығымен, лезде пайда болуымен, сөну жылдамдығы мен спектральді құрамы тез өзгеруімен сипатталатын шу.

Үндестілік шу – кейде “әндеткіш” деп аталатын шу, уақыт аралығында ретсіз өзгеретін, кейбір жиілік басымырақ болатын шу.

Қауіпті шу – оның әсерінен кейбір адамдардың есту қабілеті өзгеретін шу.

Дыбыс толқындары тек серпімді ортада тербелетін дененің немесе серпімді орта бөлшектерінің (газ тәріздес, сұйық немесе қатты) кез келген күш әсерінен қозғалғанында пайда болады. Жиіліктері секундына 16-дан 20 000 Гц (секундына 1 тербеліс) аралығындағы дыбыстарды адам ести алады. Жиілігі 16 Гц-тен төмен тербелістерді инфрадыбыс деп атайды. Жиілігі 20 000 Гц-тен жоғары тербелістер – ультрадыбыс деп аталады. Бұл екі тербелістер құлақпен қабылданбайды, бірақ белгілі бір үдемелі қарқындықта адамға зиянды болып табылады.

Дыбысты қысымымен жетілдіру көзі арқылы, адамның дыбыс қабылдау аймағы есту бастамасы мен қатерлі бастама арасында орналасқан, мұнда 1000 Гц жиілікте 2х10^-5 Па және 6х10^-2 Н/м² дыбыс қысымы сәйкес келеді. Шекаралары шартты түрде алынған.

Дыбыс қысымынан басқа, шуды қарқындылықпен сипаттауға болады, яғни дыбыс күшімен немесе электротехникада айтылатындай, дыбыс қуатының ағыны және дыбыс қуаты көрсеткіштерімен сипатталады. Бұл шамалардың арасында мынадай математикалық байланыс бар:

мұнда, J – дыбыс қарқындылығы; w – дыбыс қуаты; S – дыбыс энергиясын қабылдайтын аудан; P – дыбыс қысымы; r – дыбыс тарайтын ортаның тығыздығы, с – осы ортадағы дыбыс жылдамдығы.

Дыбыс көзінің әсерінен ортада қысымның азғантай тербелісі пайда болады. Дыбыс тербелістері жоқ ортада байқалатын, сол мезеттегі және толық қысым мен орташа қысым арасындағы айырмашылық дыбыстық қысым деп аталады. Шуды сипаттайтын шамалар, айырмашылығы 10¹³ және одан да көп қатарлы, өте кең шектерде өзгере алады. Тәжірибеде осындай әртүрлі сандарды қолдану мүмкін емес. Сонымен қатар, адамның есту мүшесі нақты дыбыс қысымын емес, оның салыстырмалы өзгерісін қабылдайды. Акустикада бұл шамаларды логарифмдік бірлікте – белдермен немесе 10 есе аз – децибелдермен өлшеу қабылданған. Дыбыстың қарқындылық дәрежесі, дыбыс қуаты мен дыбыс қысымы белмен келесі түрде көрсетіледі:

,

мұнда, L – дыбыстың үдемелі қарқындық шамасының деңгейі; J₀ = 10^-12, Вт/м²; ω₀= 10^-12 Вт, Р₀ = 2x10^-5 Н/м² – 1000 Гц жиіліктегі есту бастамасының сәйкесінше шамалары.

Адамның дыбыс қаттылығын субъективті қабылдау, дыбыстың материалдарымен жұтылу және кедергілер арқылы өту қабілеті тербеліс жиілігіне байланысты. Сондықтан, акустикалық зерттеулер мен есептеулер жүргізгенде шудың спектральды құрамын білу қажет.

Шуды немесе кез келген акустикалық дыбысты қарапайым синусоидаларға қоюға болады, бірақ мұндай әрекетті істеудің пайдасы жоқ. Сондықтан, кең жолақты шудан, шу спектрінің анализаторы көмегімен жиіліктің бөлек жолақтарын жиілеп бөледі. Бұл аспаптың акустикалық сүзгілері (сорғыштары) әлдебір қатты кесек материалдан, белгілі бір фракцияларды бөлетін елек топтары сияқты жұмыс істейді.

Ең жоғары жиілігі ең төменгіден екі есе үлкен жиіліктің тұрақты октава жолақтары, жиілік диапазоны келесі орташа-геометриялық жиілікке ие: 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц.

Зерттеулер мен есептеулерді тұрақты жолақтардың әрқайсысында өткізу керек. Дыбыс көзінен таралатын дыбыс толқындары тура дыбыс өрісін түзейді. Қарапайым өндіріс орындарында дыбыс толқындары қоршауларға шағылып, шағылған дыбыс өрісін түзейді, ол тура дыбыс өрісімен бірігіп ортаның акустикалық тәртібін тудырады. Шағылған және тура өрістің энергиялары немесе реверберация энергиясы тең болатын дыбыс көзінің арақашықтығында шекаралық радиуспен сипатталатын жорамал беті пайда болады. Бұл беттің ауданы S келесі теңдіктен табылады:

, м²

мұнда, ω – дыбыс шағылысатын көпжақты бұрыш, стерадиан, r_шр – шекаралық радиус, м.

Егер дыбыс көзі кеңістікте болса, онда дыбыс энергиясы сфераға шағылады және ω=4π, стерадиан, шағылу жартылай сфераға болса – (дыбыс көзі жерде орналасқан) онда ω=2π, стерадиан.

Егер дыбыс көзі екі қырлы бұрышта орналасса, онда ω=π, егер үш қырлы бұрышта тұрса, онда ω=π/2, стерадиан.

Бағытталмаған дыбыс көзінің шекаралық радиусын келесі теңдеуден табады:

,

мұнда П₁₀₀₀ – 1000 Гц жиіліктегі ортаның тұрақтысы, м².

Бөлменің тұрақтысы – тұйықталған ауа кеңістігінің акустикалық сипаттамаларының негізгісі. Ол ғимарат ішіндегі материалдар мен жабдықтарға немесе бөлменің оқшаулығына және де ондағы ауа көлеміне байланысты.

1000 Гц орташа геометриялық жиіліктегі бөлме тұрақтысының мәндері ҚНжЕ № 02.007.94, 1-кестеде келтірілген.

1-кесте. Бөлменің көлеміне байланысыты, 1000 Гц орташа геометриялық жиіліктегі бөлменің тұрақтысы, м²

№	Бөлменің сипаттамасы	Бөлменің тұрақтысы П/1000, м2
	Адам саны аз болғанда (металл өңдейтін цехтар, желдеткіш камералар, генераторлы, машиналы залдар, сынақ қабырғалары ...)	V/20
	Адам саны көп және жиһаз қатты болғанда (зертханалар, тоқыма және ағаш өңдеу цехтары, кабинеттер...)	V/10
	Адам саны көп болғанда және жиһаз жұмсақ болғанда (ғимараттың жұмыс орындары, басқармалар, конструкциялық бюро залдары, аудиториялар, мейрамхана залдары, дүкендердің сауда залдары...)	V/60
	Төбесі мен қабырғаларының жартысы дыбысты оқшаулау қаптамасымен жабылған бөлмелер	V/1,5

Жиіліктің октавалық жолақтарындағы бөлменің тұрақтысын мына теңдіктен табамыз:

П=К·П₁₀₀₀

мұнда, К – жиілікті көбейткіш, 2-кестеден анықталады.

2-кесте. Жиіліктің октавалық жолақтарындағы орта тұрақтысын есептеуге арналған жиілікті көбейткіш

Бөлменің көлемі, м3	Октавалық жолақтардағы жиілікті көбейткіш
200-ге дейін 200-ден 1000-ға дейін 1000-нан жоғары	0,8 0,65 0,5	0,75 0,62 0,6	0,7 0,64 0,56	0,8 0,75 0,7		1,4 1,5 1,6	1,8 2,4	2,5 4,2

Бір бағытталмаған шу көзі бар, жұмыс орнындағы ортаның есептеу нүктелеріндегі дыбыс қысымының октавалы дәрежесін келесі формуламен анықтайды:

шекаралық радиус сферасында:

тура дыбыс зонасында:

шағылған дыбыс зонасында:

;

мұнда, L – дыбыс қысымының октавалық деңгейі, дБ; Lω – шу көзінің дыбыс қуатының октавалық деңгейі, дБ; ω – шу шағылатын денелік бұрыш, стерадиан; r_шр – шекаралық сфера радиусы, м; r – шу көзінің акустикалық ортасынан есептеу нүктесіне дейінгі арақашықтық, м; П – жиіліктің октава жолағындағы бөлменің тұрақтысы, м²; Ψ – бөлмедегі дыбыс өрісінің диффузиялығын ескертетін коэффициенті, ол келесі формуладан табылады:

S_оқш – ғимаратты оқшаулайтын беттік аудан.

Еденде немесе қабырғада орналасқан шу көзінің акустикалық ортасы деп тік немесе көлденең жазықтыққа шу көзінің ортасының проекциясын айтады.

Егер бөлмеде дыбыс қуаты бірдей немесе 7 дБ-дан айырмашылығы бар бірнеше шу көздері болса, онда дыбыс қысымының қосынды дәрежесін былай анықтайды:

L=L₀+lgn.

Егер дыбыс көздері әртүрлі болса, онда деңгейлерді энергетикалық қосу жүргізіледі.

,

мұнда, n – шу көздерінің саны; d – дыбыс қысымының деңгейіне қоспа, дБ. Ол мына формуламен анықталады:

L₀ – қуаты күштірек шу көзінің дыбыс қысымының деңгейі; ∆i – ең үлкен және оған жақын кіші шу көзінің арасындағы дыбыс қысымы деңгейінің айырмасы, дБ.

Мысалы, шу көздері 100, 98, 95, 92 дБ тең дыбыс қысымының деңгейін туғызады. Бірінші айырмашылықты анықтаймыз: 100 – 98 = 2. Бұл шамаға 2 дБ тең түзету сәйкес келеді. Оны ең үлкен мәнге қосамыз: 100 + 2 = 102 дБ. Келесі айырмашылық 100 – 95 = 7 дБ және түзету 0,8 дБ тең. Жалпы деңгей 102,8 дБ өсті. Келесі түзетулерді табудың мағынасы жоқ, себебі децибелдермен әрекеттерді олардың толық мәндері аралығында жасайды. Яғни, берілген мысалды жалпы дыбыс қысымының деңгейі 103 дБ тең.

ШУДЫ МӨЛШЕРЛЕУ

Үздіксіз шуды мөлшерлеу параметрі – жиіліктің октава жолақтарындағы 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц орташа геометриялық жиілікті дыбыс қысымының деңгейі болып табылады:

L=10 lgP²/Р₀², дБ.

Ауыспалы шу энергия бойынша эквивалентті дыбыс деңгейімен мөлшерленеді.

Дыбыс деңгейі – ол мына теңдіктен есептеліп шығатын шама:

, дБА

мұнда, P_A – шу жиілігінің барлық диапазонындағы орташа квадратты дыбысты қысым Н/м².

Дыбыс деңгейін жиілік спектрінің анализаторы сөніп тұрған күйде, шу өлшегіштің “А” шкаласының көмегімен анықтайды. Қарқынды шудың мөлшерлеу параметрі ретінде орташа геометриялық жиілікті октавалы жолақтарындағы 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц тең энергия бойынша эквивалентті дыбыс қысымының деңгейі болып табылады.

Дыбыс қысымының немесе дыбыстың эквивалентті деңгейі энергия бойынша мына формуламен анықталады:

, дБ (дБА)

мұнда, Т – деңгейлерді орташалау уақытының периоды, с; t_i – деңгей берілген шектерде болатын, уақыт интервалы.

МЕСТ 12.1.003-76 сәйкес рұқсат етілген шу деңгейінің мөлшерлері, 3 және 4-кестеде келтірілген.

3-кесте. Өндіріс орындарындағы дыбыс деңгейі мен дыбысты қысымның рұқсат етілген деңгейлері

Атаулар	Орташа геометриялық жиілігі бар жиіліктің октавалы жолағындағы дыбысты қысым деңгейі (дыбысты қысымға эквивалентті), дБ	Дыбыс деңгейі (дыбыс деңгейіне эквивалентті), дБА
Ой еңбегіне арналған бөлмелер (кабинеттер, конструкторлық бюро, теориялық жұмыстарға арналған зертханалар, денсаулық сақтау пункттері...).
Конторлық еңбекке арналған бөлмелер (жазба машиналары, администрация, цехтар, шу көздері бар зертханалық бөлмелер, есептеу машиналарына арналған бөлмелер...)
Өндіріс орындарында және өндірістік кәсіпорындар аймағындағы жұмыс орындары

4-кесте. Дыбыс деңгейі мен дыбыс қысымының деңгейіне арналған түзетулер

Сыртқы фактор	Шарттар	Түзетулер дБ немесе дБА
Шу сипаттамасы	Кең жолақты Үндестілік, қарқынды	-5
Дыбыстың әсер ету ұзақтығы	Бір ауысымдағы қосындысы 4-8 сағат 1-4 сағат 0,25-1 сағат 5-15 минут 5 минуттан төмен	+6 +12 +18 +24

ШУДЫ ӨЛШЕУ

Шуды өлшеуді керекті қорғаушы жұмыстарды өңдеу қажеттілігі мақсатымен жұмыс орнындағы агрегаттардың шулы және дыбыс қысымдарының немесе дыбыс деңгейінің сипаттамасын анықтау үшін жүргізеді.

МЕСТ 8.055.79 сәйкес агрегаттың негізгі шулы сипаттамасы ретінде дыбыс қуатының октавалы деңгейі болып табылады.

Сонымен қатар, мынандай сипаттамалар қолданылады: 1,3 және 10 м тіреуіш радиустарындағы дыбыс деңгейі; агрегаттардың сыртқы контурынан 1 м арақашықтықтағы дыбыс деңгейі және дыбыс қысымының октавалы деңгейі; бағытталғандық сипаттамасы.

Шулы жағдайдағы акустикалық өлшеулер кезінде есептеу нүктелерін ҚНжЕ 11-12-77 сәйкес бөлмелердің, ғимараттың, құрылыстың ішінен және территорияларда, жұмыс орындарында адамдар әрдайым еден деңгейінен, жұмыс істеу алаңынан немесе территорияның жобалау бағасынан 1,2-1,5 м жоғарыда болатын зонада таңдайды.

Дыбыс қысымының октавалық деңгейі бірдей, бір немесе бірнеше шу көздері бар бөлмелердің ішінде ең кемінде 2 нүкте таңдау керек: біреуі шағылған өріс зонасында орналасқан жұмыс орнында, екіншісі – тура дыбысты өрісті жұмыс орнында болатын.

Егер бөлмеде, жұмыс орындарында дыбыс қысымының октавалық деңгейі бір-бірінен 10 дБ көп айырмашылығы бар бірнеше шу болса, онда тура өріс зонасында 2 нүкте таңдау керек: дыбыс көздерінің ең көп және ең аз дыбыс қысымының деңгейі бар жұмыс орындарында.

Шуды өлшеу үшін келесі аспаптарды қолданады:

Жолақты октавалы немесе үштік октавалы акустикалық сүзгілері бар МЕСТ 17187-71 сәйкес дәлдігі 1 немесе 2 класс шу өлшегіштері.

МЕСТ 13761-68 сәйкес дәлдігі I және II класс өлшеуіш микрофондар, олар жолақты октавалы немесе үштік октавалы сүзгілі шу спектрінің анализаторымен, өлшеуіш үдеткішпен және өлшеуіш аспаптармен бірге пайдаланылады.

Жиілік диапазоны 20 – 20000 Гц тар емес аз жиілікті өлшеуіш үдеткіштері. Октавалы немесе үш октавалы электрлік сүзгілер МЕСТ 17168-71 бойынша. Жұмысшы жиілік диапазоны 20 – 20000 Гц тар емес өлшеуіш аспаптар. Жиілік диапазоны 20 – 20000 Гц тар емес деңгейлерді өздігінен жазатын аспаптар.

Отандық өнеркәсіп акустикалық өлшеу аспаптарын жетілдіріп жасап шығаруда. Осы аспаптар арасында ең көп қолданылатындар: шу және діріл өлшегіші ИШВ-1, ол 10-нан 8000 Гц-ға дейін дыбыс қысымының деңгейін, 30-дан 130 дБ дейін дыбыс деңгейін және діріл жылдамдығымен діріл үдеткішін өлшейді (1-сурет).

Біздің зертханада шуды өлшеу үшін ИШВ-1 аспабы қолданылады. Бұл аспап дыбыс тербелісін электрлік сигналға өзгерту принципі бойынша жасалған, ПИ-6 өлшегіш аспабымен өлшенеді және содан кейін күшейтіледі.

Дыбыстың сигналдарын электрлі сигналдарға өзгерту үшін М-101 конденсаторлы микрофонды капсюль қолданылады.

Электрлі дыбыс, дыбыс қысымына пропорционалды күшейтетін өлшеуіш аспабымен нығайтылады, орташа квадратты детекторды әдеттегі жұмыс істеуіне қажетті көлеміне дейін, содан кейін стрелкалы аспабына түседі, децибелде градуирленген.

ИШВ-1 алдыңғы жағында басқару жүйелері орналасқан:

КІРУ – микрофонды кабельге қосу үшін;

ШЫҒУ – өзі жазғышты қосу, магнитофонды қосу, т.б.;

КАЛИБР – кабельдік жүйені қосу үшін;

БӨЛГІШ-1 – ауыстыру қосқыш көмегімен, 90 дБ-дан сатылы 10 дБ арқылы кіру сигналын әлсіздендіру жүргізеді;

БӨЛГІШ-2 – ауыстыру қосқыш көмегімен, 40 дБ-дан сатылы 10 дБ арқылы кіру сигналын әлсіздендіру жүргізеді;

ӨЛШЕУ ТҮРІ – ауыстыру қосқышпен котавдық сүзгіні (тазартқыш) және “А”, “В”, “С”, “ЛИН” сипаттамаларын қосады;

ЖҰМЫС ТҮРІ – ауыстыру қосқыш бағыты, “ажырату”, “қорытынды желіс”, “жылдам”, “баяу”;

ДІРІЛ ДЫБЫСЫ – тумблер, діріл мен шуды өлшеп қосатын аспап;

ЖИІЛІК – қосу октавының коммутациялық тазартқыштың қызметін атқарушы.

Жұмысты тексеру үшін аспап бетіне белгі беретін жарық (лампа) қойылған. Шу мен дірілді өлшегіш аппараты зертханада жоғарғы бағыттағы желілік токқа қосылған, оны қолданған кезде сымды жер қабатына өткізу керек.

1-сурет. ИШВ-1 – шу және діріл өлшегіші