Физиологические и физические характеристики звука и шума

Контрольно-измерительные приборы.

Средства индивидуальной защиты от вибрации.

Организационные мероприятия по защите от воздействия вибрации.

Они предполагают применение специальных режимов труда и отдыха для работников виброопасных профессий. В соответствие с ГОСТ 12.1.012-90 допускается увеличение уровня вибрации при условии сокращения времени воздействия на работающих, которое должно составить

t = 480 (V₄₈₀/V_ф)²,

где  V₄₈₀ - нормативное значение виброскорости для 8-ми часового рабочего дня,

V_ф - фактическое значение виброскорости.

Во всех случаях время работы с общей вибрацией не должно быть боле 10 мин и локальной — 30мин.

В качестве средств индивидуальной защиты от вибрации при работе с ручным механизированным инструментом применяются рукавицы, перчатки и вкладыши по ГОСТ 12.4 002-74.

Рукавицы изготавливают из хлопчатобумажных и льняных тканей. Ладонная часть изнутри дублируется поролоном. Для защиты от общих вибраций применяют спец обувь по ГОСТ 12.4.024-76 (полу сапоги мужские и женские антивибрационные, которые имеют многослойную резиновую подошву).

Виброизмерительный комплект ИВШ-1 включает: виброизмерительный преобразователь (датчик), измерительный усилитель, полосовые фильтры, регистрирующий прибор. Измерение колебательной скорости проводят на поверхностях рабочего места или на поверхности ручной машины. Измерение общих вибраций проводится по ГОСТ 12.1.043-84, а локальной – по ОСТ 12.1.042-84.

Звук - это упругие колебания в твердой, жидкой или газообразной среде, возникающие вследствие воздействия на эти среды возмущающей силы и воспринимаемые органами слуха живого организма.

Шум - это беспорядочное колебания различной физической природы, отличающиеся сложностью временной и спектральной структурой. В быту под шумом понимают различного рода нежелательные акустические колебания, возникающие в процессе выполнения различного рода работ, и мешающие воспроизведению или восприятию речи, нарушающие процесс отдыха и т.д.

Слуховой орган человека (приемник звуковых раздражений) состоит из трех частей: внешнее ухо, среднее ухо и внутреннее ухо.

Звуковые колебания, поступая в наружный слуховой проход и достигая барабанной перепонки, вызывают синхронные ее колебания, которые воспринимаются окончанием слухового нерва. Возникающие в клетках возбуждения затем распространяются по нервам и поступают в центральную нервную систему. Интенсивность ощущений (Ln_o)при приеме звука или шума (чувствительность) зависит от интенсивности раздражителя (Ln._р).

Ln_o = 10 Ln._р

Так, например, в условиях полной тишины чувствительность слуха максимальна, но она снижается при наличии дополнительного шумового воздействия. Умеренное понижение слуховой чувствительности позволяет организму приспосабливаться к условиям внешней среды и играет защитную роль против сильных и продолжительно действующих шумов.

Заглушение одного звука другим называется маскировкой, которое часто используется на практике для выделения полезного сигнала или подавление нежелательного шума (маскировка посылаемого сигнала на высокочастотных линиях, прием сигналов от искусственных спутников.)

К физическим характеристикам звука относятся: частота, интенсивность (сила звука) и звуковое давление.

Частота колебаний (f=1/T =w/2п) где Т период колебания, w — круговая частота. Единица измерения (Гц).

Ухо человека воспринимает колебательные движения упругой среды как слышимые в диапазоне частот от 20 до 20 000 Гц.

Интенсивность звука (I) –  это количество энергии, переносимое звуковой волной за 1 секунду через площадку в 1 см2, направленную перпендикулярно движению волны. Единица измерения интенсивности (Вт\м2).

Звуковое давление –  это разность между мгновенными значениями давления в данной точке среды при прохождении через эту точку звуковой волны и средним давлением, которое наблюдается в этой же точке при отсутствии звука. Звуковое давление обозначается (Р) и измеряется в (Па).

В свободном звуковом поле (где нет отражения) интенсивность звука (I) и звуковое давление (Р) связаны соотношением:

I = P*V

Для свободного звукового поля можно записать:

V = P\p*C

где р - плотность среды,кг\м3; С - скорость звука в среде, м\с; V - скорость звуковой волны.

Скорость распространения звука (м/с) зависит от физических параметров среды. Для некоторых сред она составляет: резина - 40-60; воздух - 343; вода - 1500; дерево - 2500-3500; кирпич - 3500; сталь - 5000. (м\с).

Диапазон звукового давления, различаемого органами слуха человека, довольно широк, его минимальная величина, ощущаемая органами слуха человека, называется порогом слышимости.

Среднее значение величины порогового давления находится на уровне Р = 2*10-5Па (при частоте 1000Гц), а соответствующая ему интенсивность звука составляет I = 10-12Вт\м².

Величина звукового давления, при котором начинает возникать болезненное ощущение о органах слуха человека, называется болевым порогом, и для человека оно составляет Р = 2*102 Па и интенсивности I = 102 Вт\м2.

Установлено, что слуховое ощущение человека соответствует кратности изменения абсолютных величин, а не их относительному приросту. Так как изменение звукового давления от порогового восприятия (Р = 2*10^-5) до болевого порога (Р = 1*10²) происходит в диапазоне 7 порядков (10⁷ раз), то для удобства представления этих характеристик принято представлять отношения логарифмов этих величин (децибелы). Измеренные таким образом величины называются

Li = 10*lg (I/Io) - уровень интенсивности;

Lp = 20*Ig (p/po) - уровень звукового давления,

где I и Р представляют собой среднеквадратичные значения интенсивности звука и звукового давления, создаваемые в данной точке источником шума.

Подставляя минимальные значения давления и интенсивности звука:

I = 10 - 12Вт\м². Р = 2*10 - 5Па

И их максимальные значения соответственно (Р = 1*10²) и I = 10² Вт/м2) нетрудно установить, что наибольший диапазон слышимых звуков укладывается в пределах от 0 до 140 дБ.

Li = 10lg (102/10--12) = 140дБ;

Lp = 20lg (2*102/2*10--5) = 140дБ.

Следует отметить. что величина уровня интенсивности звука (Li) используется для проведения акустических расчетов, а величина звукового давления (Lp) - для оценки степени его воздействия на органи слуха человека..

Ухо человека неодинаково воспринимает звуки различной частоты. Слуховой аппарат человека проявляет наибольшую чувствительность на средних и высоких частотах (800-4000Гц), а наименьшую -на низких (20-100Гц). Поэтому звуки, одинаковые по звуковому давлению, но разные по частоте, могут казаться на слух неодинаково громкими.

Зависимость уровней звукового давления от частоты колебаний называется частотным спектром шума.

Весь слышимый диапазон частот разбит на 8 октавных полос. Октава--полоса, в которой значение верхней граничной частоты (f1) в два раза больше значения нижней граничной частоты (f2) т.е. f1/f2 = 2. Третьоктавная полоса частот это полоса частот, в которой это соотношение равно f1/f2 = 1,26. Для каждой октавной полосы устанавливается значение среднегеометрической частоты:

Ряд среднегеометрических частот в октавных полосах имеет вид:

63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц.

Различают:

- низкочастотный спектр –до 300Гц;

- среднечастотным – 300-800Гц;

- высокочастотным свыше 800Гц.

Согласно ГОСТ12.1.003–83 "ССБТ. Шум. Общие требования безопасности" шумы принято классифицировать по спектральным и временным характеристикам.

По характеру спектра шумы подразделяются на:

- широкополосные, с непрерывным спектром шириной более одной октавы;

- тональные, в спектре которых имеются слышимые дискретные тона.

По временным характеристикам шумы подразделяются на:

- постоянные, уровни которых во времени изменяются не более чем на 5дБА (насосные, вентиляционные установки, производственное оборудование);

- непостоянные, уровни которых за восьмичасовой рабочий день изменяются во времени более чем на 5 дБА.

Непостоянные шумы подразделяются на:

- колеблющие во времени, шумы, уровни которых непрерывно меняются во времени;

- прерывистые, шумы, уровни которых резко падают до уровня фонового шума, причем длительность интервалов. в течение которых уровень остается постоянным и превышающим фоновый уровень, составляет 1сек и более;

- импульсные, состоящие из одного или нескольких звуковых сигналов, каждый длительностью менее 1 сек. (сигнал искусственного спутника).