Характеристики шума как физического явления

Содержание

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………….. ЦЕЛЬ РАБОТЫ………………………………………………………... 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ………………………………………… 1.1 Шум. Основные характеристики……………………………... 1.1.1 Характеристики шума как физического явления………… 1.1.2 Громкость как физиологическая характеристика шума…. 1.1.3 Гигиенические характеристики шума…………………….. 1.2 Классификация шума…………………………………………… 1.3 Нормирование шума на рабочих местах………………………. 1.4 Защита от шума…………………………………………………. 1.4.1 Метод звукоизоляции (уменьшение шума на пути его распространения)……………………………………………………... 1.4.2 Метод звукопоглощения (акустическая обработка помещений)…………………………………………………………… 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ………………………………... 2.1 Принцип действия и устройство шумомера ВШВ-003-М2…... 2.2 Порядок выполнения работы…………………………………….. 2.2.1 Измерение частотного спектра постоянного шума………. 2.2.2 Измерение уровня звука постоянного шума……………... 2.2.3 Исследование акустических характеристик звуко-изоляционных и звукопоглощающих материалов…………………. 3. Требования к содержанию и оформлению отчета…………………. 4. Контрольные вопросы………………………………………………. Список литературы…………………………………………………….. ПРИЛОЖЕНИЕ………………………………………………………...

ВВЕДЕНИЕ

Шум является нежелательным побочным эффектом деятельности человека, работы механизмов и технологий.

В последние десятилетия в связи с бурным развитием техники, сопровождающимся постоянным увеличением мощности и производительности машин, шум на рабочих местах постоянно возрастает на 1…3 дБ в год и во многих случаях значительно превышает допустимые нормы.

Избыточный шум вредно воздействует на состояние здоровья работающих, снижает производительность и качество труда, является косвенной причиной производственного травматизма, в связи с этим борьба с шумом имеет важное социально-экономическое значение. Поэтому при разработке технологических процессов, проектировании, изготовлении и эксплуатации машин, производственных зданий и сооружений, а также при организации рабочих мест следует принимать все необходимые меры по снижению шума, воздействующего на человека, до значений, не превышающих допустимые.

Цель работы – изучение основных акустических характеристик; освоение принципов гигиенической оценки шума на рабочих местах с использованием существующих методов нормирования; получение практических навыков проведения измерений производственного шума, расчета эффективности применения различных звукоизоляционных и звукопоглощающих материалов и обоснования выбора оптимального метода шумозащиты.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Шумом называют всякий нежелательный для человека звук. Другими словами, это звук, оцениваемый негативно и наносящий вред здоровью.

Источником шума может быть любой процесс, который вызывает местное изменение давления или механические изменения в среде. Различают источники шума естественного (морской прибой, извержение вулкана, грозовой разряд) и техногенного (удары при взаимодействии деталей в механизмах, истечение сжатого газа (воздуха) из отверстий) происхождения.

Шум. Основные характеристики

Шум как акустический процесс характеризуется с физической и физиологической сторон.

Шум как физический процесс представляет собой колебательное движение частиц упругой среды, распространяющееся в виде волн в газообразных, жидких и твердых средах.

С физиологической стороны шум характеризуется ощущением, вызванным воздействием звуковых волн на органы слуха.

Характеристики шума как физического явления

Основными характеристиками звука являются: частота колебаний, звуковое давление, интенсивность и мощность звука.

Учитывая физиологические особенности восприятия звуков человеческим ухом, выделение диапазона слышимых для человека звуков происходит по такому параметру как частота.

Колебания в диапазоне частот 16 Гц – 20 кГц могут восприниматься ухом человека как звуки. Колебания с частотой менее 16 Гц – инфразвуки и с частотой более 20 кГц – ультразвуки находятся за пределами слышимых человеком звуков (рис. 1).

Рис. 1. Спектральная чувствительность человеческого уха*

1 – порог болевого ощущения; 2 – порог слышимости; А – слышимый диапазон частот

*Обозначения на осях координат проставлены без соблюдения масштаба

Учитывая, что ухо человека и датчики измерительной аппаратуры реагируют на звуковое давление, в практике акустических измерений и гигиенических оценок для количественной характеристики шума используют именно эту величину.

Звуковое давление Р – это разность между мгновенным значением давления в данной точке среды при прохождении через эту точку звуковых волн и средним давлением, которое наблюдается в этой же точке при отсутствии звука. Единицей измерения звукового давления является Паскаль (Па).

При распространении звуковой волны происходит перенос энергии, количественно оценить которую можно, используя такие параметры как мощность и интенсивность звука.

Мощность звука W – это общее количество звуковой энергии, излучаемой источником шума в единицу времени. Единицей измерения мощности является Ватт (Вт).

Интенсивностью звука I называется количество звуковой энергии, переносимое звуковой волной в единицу времени через единицу поверхности, расположенную перпендикулярно направлению распространению звука. Единицей измерения интенсивности является Вт/м².

Органы слуха человека способны воспринимать звуковые колебания в очень широких диапазонах изменения интенсивностей, звуковых давлений, частоты. Максимальная чувствительность слуха приходится на частоты 1 – 3 кГц. Частота звука в 1 кГц принята за эталонную при гигиеническом нормировании. Порогу чувствительности “среднего” человеческого уха (порог слышимости) соответствуют значения P₀ = 2·10^–5 Па; I₀ = 10^–12Вт/м², а порогу болевого ощущения (превышение которого уже может при­вести к физическому повреждению органов слуха) соответствуют значения P_б = 200 Паи I_б = 10 Вт/м².

Как видно из представленных данных, диапазон изменения указанных параметров велик и составляет по звуковому давлению 10⁷ Па, а по интенсивности 10¹⁴ Вт/м². Пользоваться абсолютными значениями этих характеристик шума неудобно. Кроме того, анализаторы человека (в том числе и слуховой) реагируют не на абсолютное изменение интенсивности раздражителя, а на его относительное изменение.

Поэтому звуковое давление и интенсивность звука принято характеризовать их логарифмическими значениями – уровнями звукового давления и интенсивности звука, единицей измерения которых служит децибел (дБ). Для относительной логарифмической шкалы в качестве нулевых уровней выбраны показатели, характеризующие минимальный порог восприятия звука человеческого голоса на частоте 1000 Гц (P₀ = 2·10^–5 Па; I₀ = 10^–12Вт/м²).

Таким образом, для целей оценки и нормирования шумов используются такие параметры, как уровень интенсивности звука и уровень звукового давления.

(1)

где I – интенсивность оцениваемого шума, Вт/м²; I₀ – порог слышимости по интенсивности на эталонной частоте 1000 Гц, Вт/м² (I₀ = 10^-12 Вт/м²).

Поскольку между интенсивностью звуковой энергии и звуковым давлением существует связь, выражаемая формулой (2):

(2)

где P – звуковое давление, Па; ρ – плотность воздуха, кг/м³; с – скорость звука в воздухе, м/с,

то подставив соотношение (2) в (1) и выражая I₀ через порог слышимости по давлению P₀, плотность и скорость звука при этом давлении, получим:

(3)

Поскольку ρ≈ρ₀, а с≈с₀, то второе и третье слагаемые в (3) стремятся к нулю и, следовательно,

(4)

где P – звуковое давление оцениваемого шума, Па; P₀ – порог слышимости по звуковому давлению на эталонной частоте 1000 Гц, Па (Р₀ = 2·10^-5 Па).

Для определения нижней и верхней границ полученной логарифмической шкалы подставим в выражением (4) сначала Р = Р = 2·10^-5 Па, а затем P = 200 Па, получим:

(5)

Таким образом, вместо громоздкой абсолютной шкалы, которая бы оценивала звуковое давление шума диапазоном 10¹⁴ Па, получим компактную шкалу в 140 ступеней дБ, которая оценивает логарифмический уровень звукового давления шума.