Защита от шума, инфра- и ультразвука

Основным нормативным документом, устанавливающим классификацию шумов, допустимые уровни шума на рабочих местах, допустимые уровни шума в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки, являются Санитарные нормы СН 2.2.4/2.1.8.562—96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки».

Санитарные нормы обязательны для всех организаций и юридических лиц независимо oт форм собственности, подчинения и принадлежности физических лиц и независимо от гражданства.

В Санитарных нормах применяются следующие понятия:

Звуковое давление — переменная составляющая давления воздуха или газа, возникающая в результате звуковых колебаний, Па.

Эквивалентный (по энергии) уровень звука, L_Аэкв, дБА, непостоян­ного шума - уровень звука постоянного широкополосного шума, который имеет такое же среднеквадратичное звуковое давление что и данный непостоянный шум в течение определенного интервала времени.

Предельно допустимый уровень (ПДУ) шума - это уровень фак­тора, который при ежедневной (кроме выходных дней) работе, но не более 40 часов в неделю в течение всего рабочего стажа, не дол­жен вызывать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований в процес­се работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последую­щих поколений. Соблюдение ПДУ шума не исключает нарушения здоровья у сверхчувствительных лиц.

Допустимый уровень шума — это уровень, который не вызывает у человека значительного беспокойства и существенных измене­ний показателей функционального состояния систем и анализато­ров, чувствительных к шуму.

Максимальный уровень звука, L_Амакс, дБА — уровень звука, соот­ветствующий максимальному показателю измерительного, прямо показывающего прибора (шумомера) при визуальном отсчете, или значение уровня звука, превышаемое в течение 1 % времени изме­рения при регистрации автоматическим устройством.

Нормируемыми параметрами постоянного шума являются уровни звукового давления L, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами: 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000;1000 Гц. Для ориентировочной оценки допускается использовать уровень звука L_A, дБА.

Нормируемыми параметрами непостоянного шума являются эквивалентные (по энергии) уровни звука L_Аэкв, дБА, и максималь­ные уровни звука L _{А макс}, дБА.

Оценка непостоянного шума на соответствие допустимым уров­ням должна проводиться одновременно по эквивалентному и мак­симальному уровням звука. Превышение одного из показателей должно рассматриваться как несоответствие санитарным нормам.

Классификация средств и методов защиты от шума приведена в ГОСТ 12.1.029—2001.

Средства и методы защиты от шума по отношению к защищае­мому объекту подразделяются на: средства и методы коллективной защиты (СКЗ) и средства индивидуальной защиты (СИЗ).

Наиболее эффективными являются технические меры защиты от шума: уменьшение шума в источнике; применение технологи­ческих процессов, при которых уровни звукового давления на ра­бочих местах не превышают допустимые уровни; применение ди­станционного управления шумными машинами и др.

Для защиты от акустических колебаний (шума, инфра- и ультразвука) можно использовать следующие методы:

• снижение звуковой мощности источника звука;

• размещение рабочих мест с учетом направленности излу­чения звуковой энергии;

• удаление рабочих мест от источника звука;

• акустическая обработка помещений;

• звукоизоляция;

• применение глушителей;

• применение средств индивидуальной защиты.

Снижение звуковой мощности источника звука. Для снижения шума механизмов и машин применяют методы, аналогичные методам, снижающим вибрацию машин, т. к. вибрация является источником механического шума.

Аэродинамический шум, вызываемый движением потоков воздуха и газа и обтеканием им элементов механизмов и ма­шин, — наиболее мощный источник шума, снижение которого в источнике наиболее сложно. Для уменьшения интенсивности ге­нерации шума улучшают аэродинамическую форму элементов машин, обтекаемых газовым потоком, и снижают скорость дви­жения газа.

Снижение шума в источнике требует конструкторской перера­ботки излучающих шум узлов или механизмов в целом, что может быть реализовано в основном на этапе проектирования машин и оборудования, а для действующих цехов является неприемлемым. Поэтому можно рекомендовать применение упругих прокладок между основанием машины, прибора и опорной поверхностью. В качестве прокладок используются резина, войлок, пробка, различ­ной конструкции амортизаторы. Под настольные шумящие аппа­раты, счетные, перфорационные машины можно подкладывать мягкие коврики из синтетических материалов, а под ножки столов, на которых они установлены, прокладки из мягкой резины, войло­ка толщиной 6—8 мм. Крепление прокладок возможно путем при­клейки их к опорным частям. Замена прокладок из резины произ­водится через 4—5 лет, из войлока — через 2—2,5 года.

Возможно также применение звукоизолирующих кожухов, ког­да это не мешает технологическому процессу. Не менее важным для снижения шума в процессе эксплуатации является вопрос правиль­ной и своевременной регулировки, смазывания или замены меха­нических узлов шумящего оборудования.

Снижение шума в производственном помещении может быть достигнуто и организационно-техническими мерами: правильной планировкой помещения и размещением оборудования, использованием звукоизоляции и звукопоглощения.

При расположении оборудования следует учитывать защиту расстоянием. Уровень шума на расстоянии от источника можно определить из соотношения:

L_R = L_И – 20lgR,

где L_R - уровень шума на расстоянии R (м) от источника, дБ; L_и — уровень шума источника, дБ.

При размещении шумящего оборудования его стремятся кон­центрировать в одном месте производственного помещения (цеха), которое ограждают звукоизолирующими перегородками или устраивают для персонала звукоизолированные кабины со смотровы­ми окнами.

Суммарный уровень шума N источников с одинаковым уровнем шума в равноудаленной точке рассчитывают по формуле:

L_И = L₁ + 10lgN,

где L, — уровень шума одного источника, дБ.

Акустическая обработка помещения — это мероприятие, сни­жающее интенсивность отраженного от поверхностей помещения (стен, потолка, пола) звука. Для этого применяют звукопогло­щающие облицовки поверхностей помещения (рис. 2.76, а) и штучные (объемные) поглотители различных конструкций (рис. 2.76, б), подвешиваемые к потолку помещения.

Рис. 2.76. Акустическая обработка помещении: а — звукопоглощающая облицовка помещений:

1 — защитный перфорированный слой; 2 — звукопоглощающий материал; 3 — защитная стеклоткань;

4 — стена или потолок; 5 — воздушный промежуток; 6 — плита из звукопоглощающего материала;

б — звукопоглотители различных конструкций

Поглощение звука происходит путем перехода энергии колеблющихся частиц воздуха в теплоту за счет потерь на трение в пористом материале облицовки или поглотителя. Для большей эффективности звуко­поглощения пористый материал должен иметь открытые со сто­роны падения звука незамкнутые поры. Звукопоглощающие ма­териалы характеризуются коэффициентом звукопоглощения а, равным отношению звуковой энергии, поглощенной материалом, и энергии, падающей на него. Звукопоглощающие материалы должны иметь коэффициент звукопоглощения не менее 0,3. Чем это значение выше, тем лучше звукопоглощающий материал. Зву­копоглощающие свойства пористых материалов определяются толщиной слоя, частотой звука, наличием воздушной прослойки между материалом и поверхностью помещения. Эффект снижения шума за счет применения звукопоглощающей облицовки можно оценить по формуле

∆L = 10lg(B₂/B₁), дБ,

где В₁, и В₂ — постоянные помещения соответственно до и после проведения акустической обработки.

Постоянную помещения рассчитывают по формуле

B = A/(1-α_ср),

в которой: А = — эквивалентная площадь звукопоглощения, м², α_ср = A/S_noв — средний коэффициент звукопоглощения помещения, а α_i, S_i., S_nов — коэффициент звукопоглощения обли­цовки, соответствующая ему площадь поверхности и общая пло­щадь поверхностей помещения.

Установка звукопоглощающих облицовок снижает уровень шума на 6...8 дБ в зоне отраженного звука (вдали от его источ­ника) и на 2...3 дБ в зоне превалирования прямого шума (вблизи от источника). Несмотря на такое относительно небольшое сни­жение уровня шума, применение облицовок целесообразно по следующим причинам: во-первых, спектр шума в помещении меняется за счет большей эффективности (8... 10 дБ) облицовок на высоких частотах: он делается более глухим и менее раздра­жающим; во-вторых, становится более заметным шум оборудо­вания, а следовательно, появляется возможность слухового кон­троля его работы, становится легче разговаривать, улучшается разборчивость речи. По этим причинам помещения концертных залов подвергают акустической обработке.

Звукопоглощающими свойствами обладают все строительные ма­териалы, однако эффективность их, как правило, низка. Поэтому звукопоглощающие конструкции состоят из пористых или рыхлых волокнистых материалов. Материалы и конструкции звукопогло­щающих облицовок должны обладать механической прочностью, удовлетворять требованиям противопожарных норм, быть легки­ми и долговечными.

Варьируя звукопоглощающим материалом, его толщиной, раз­мерами воздушного зазора, а также параметрами перфорированно­го листа (диаметром перфорации, расстоянием между отверстиями и коэффициентом перфорации — отношением площади отверстий к площади всего перфорированного листа), можно в значительных пределах изменять частотную характеристику коэффициента звукопоглощения.

Защитный слой, который предназначен для защиты от выдува­ния пыли звукопоглощающего материала, не обладающего необхо­димой механической прочностью, практически не влияет на характеристику звукопоглощения.

Подбирают конструкцию облицовки так, чтобы максимум в спектре требуемого снижения соответствовал максимуму в частот­ной характеристике коэффициента звукопоглощения конструкции.

Звукопоглощающие облицовки следует размещать на потолке помещения и на верхней части стен (выше 1,5—2 м). Наибольшее поглощение шума достигается при облицовке 60 % и более общей площади поверхности помещения. Эффект снижения уровня шума увеличивается с уменьшением высоты помещения. В помещениях высотой более 6 м целесообразно устраивать подвесные потолки с такой высотой подвеса, чтобы звукопоглощающая облицовка была минимально удалена от источника шума. В помещениях большей площадью (более 500 м²) стены играют значительно меньшую роль в отражении звуковых волн, поэтому их можно не облицовывать.

Наряду со звукопоглощающими облицовками применяют объемные (штучные) звукопоглотители (их применение целесооб­разно, когда не хватает облицовочной площади). Они представля­ют собой геометрические тела объемной формы, либо целиком состоящие из звукопоглощающих материалов, либо состоящие из акустически прозрачных оболочек, заполненных звукопоглощаю­щим материалом (рис. 2.76, б).

Штучные звукопоглотители применяют при недостаточности свободных поверхностей помещения для закрепления звукопо­глощающих облицовок. Поглотители различных конструкций, представляющие собой объемные тела, заполненные звукопогло­щающим материалом (тонкими волокнами), подвешивают к по­толку равномерно по площади. Эффективность снижения шума штучными поглотителями рассчитывают по указанной выше формуле, принимая А = А₁п, где А₁ и п — соответственно эквива­лентная площадь звукопоглощения одного поглотителя и их ко­личество. Для стандартных материалов облицовок и типов штуч­ных звукопоглотителей значения коэффициентов звукопоглоще­ния а и эквивалентной площади звукопоглощения А₁ известны и содержатся в справочных данных по борьбе с шумом.

Звукоизоляция.При недостаточности указанных выше меро­приятий для снижения уровня шума до допустимых значений или невозможности их осуществления применяют звукоизоля­цию. Снижение шума достигается за счет уменьшения интенсив­ности прямого звука путем установки ограждений, кабин, кожу­хов, экранов (рис. 2.77). Сущность звукоизоляции состоит в том, что падающая на ограждение энергия звуковой волны отражает­ся в значительно большей степени, чем проходит через него. Звукоизолирующая способность (дБ) ограждения выражается ве­личиной:

∆L = 10lg(Р_пр/Р_прош), дБ,

где: Р_пр и Р_прош — соответственно звуковая мощность прямого (падающего на ограждение) и прошедшего через ограждение звука, Вт. Звукоизоляция однослойной перегородки может быть определена по формуле:

∆L = 20lg(m₀ f) – 47,5, дБ,

где: m₀ — поверхностная масса перегородки, кг/м² (m₀ = рh; р — плотность материала перегородки, кг/м³; h — толщина перего­родки, м); f — частота звука, Гц.

Как видно из выше приведенной формулы, звукоизоляция перегородки тем больше, чем она тяжелее (изготовлена из более плотного мате­риала и толще) и чем выше частота звука.

Рис. 2.77. Средства звукоизоляции: 1 — звукоизолирующее ограждение; 2 — зву­коизолирующие кабины и пульты управления; 3 — звукоизолирующие кожухи; 4 — акустические экраны; ИШ— источник шума

Перегородки выполняют из бетона, кирпича, дерева и т. п. Наиболее шумные механизмы и машины закрывают кожухами, изготовленными из конструкционных материалов — стали, сплавов алюминия, пластмасс и др., и облицовывают изнутри звуко­поглощающим материалом толщиной 30-50 мм (рис. 2.78).

Рис. 2.78. Звукоизолирующий кожух: а — схема кожуха; 6 — конструкция кожуха электродвигателя; / — звукопоглощающий материал; 2 — глушитель шума; 3 — источник шума

Устанавливаемый кожух не должен жестко соединяться с меха­низмом, иначе его применение дает отрицательный эффект (кожух становится дополнительным источником шума).

Экранирование.Для защиты работающих от непосредственного (прямого) воз­действия шума используют экраны, устанавливаемые между источ­ником шума и рабочим местом. Экранированиеисточников шума или рабочих мест осуществ­ляют по схемам, приведенным на рис. 2.79.

Рис. 2.79. Экранирование источников шума: a — схема экрана; б — расположе­ние экранов в вычислительных центрах; в — экранирование источников механи­ческого шума; 1 — шумное оборудование; 2 — экран со звукопоглощающей об­лицовкой; 3 — рабочее место; 4 — дисковая пила

Защитные свойства экрана возникают из-за того, что при огибании прямой звуковой волной кромок экрана за ним образуется зона звуковой тени тем большей протяженности, чем меньше длина волны (выше часто­та звука). Т. к. экран защищает только от прямой звуковой вол­ны, его применение эффективно только в области превалирова­ния прямого шума над отраженным, либо на открытом воздухе, либо в облицованном помещении. Поэтому экраны надо уста­навливать между источником шума и рабочим местом, если они расположены недалеко друг от друга.

Для повышения эффективности экраны часто делают сложной формы (рис. 2.79, б, в), при этом их облицовывают звукопоглоща­ющим материалом. В шумных цехах ряд рабочих мест, например, операторов пультов управления, размещают в звукоизолированных кабинах.

Звуковые экраны широко применяют не только на производстве, но и в окружающей сре­де, например для защиты от шума транспортных потоков зоны пешеходных дорожек, проходящих вдоль магистрали. В качестве экранов, снижающих уровень шума, используются лесозащит­ные полосы, поглощающие звук. Лесозащитные полосы должны быть сплошными, без промежутков, через которые может про­никать шум. Для этого деревья высаживают в несколько рядов (чем шире полоса лесных насаждений, тем лучше) в шахматном порядке, снизу в зоне оголенной части ствола дерева высажива­ют кустарник. Эффективность снижения шума лесными насаж­дениями уменьшается зимой, когда деревья сбрасывают листву.

Глушителиприменяют для снижения аэродинамического шума. Глушители шума принято делить на абсорбционные (рис. 2.80), использующие облицовку поверхностей воздуховодов звукопоглощающим материалом; реактивные (рис. 2.81) типа расширительных камер, резонаторов, узких отростков, длина ко­торых равна 1/4 длины волны заглушаемого звука; комбиниро­ванные, в которых поверхности реактивных глушителей облицо­вывают звукопоглощающим материалом; экранные (рис. 2.82).

Рис. 2.80. Глушители абсорбционного типа: а — трубчатый; б — пластинчатый; в — сотовый; г — звукопоглощающая облицовка поворота; 1 — трубопровод; 2 — корпус глушителя; 3 — перфорационная стенка; 4 — стеклоткань; 5 — звукопо­глощающий материал

Реактивные глушители в отличии от абсорбционных заглушают шум в узких частотных диапазонах и применяются для сниже­ния шума источников с резко выраженными дискретными со­ставляющими. Если таких составляющих несколько, глушитель выполняют в виде комбинации камер и резонаторов, каждый из которых рассчитан на заглушение шума определенного диапазо­на. Реактивные глушители широко используют для снижения шума выпуска выхлопных газов двигателей внутреннего сгора­ния (рис. 2.81, г).

Рис. 2.81. Реактивные глушители: a — камерный; б — резонансный; в — чет­вертьволновой; г — глушитель шума выпуска мотоциклетного двигателя

Экранные глушители устанавливают перед устьем канала для выхода воздуха в атмосферу или его забора (например, для вен­тиляционных или компрессорных установок, выброса сжатого газа и т. д.). Схемы экранных глушителей показаны на рис. 2.82. Эффективность их тем выше, чем ближе они расположены к устью канала. Однако при этом увеличивается гидравлическое сопротивление для сброса и забора воздуха (газов), а следова­тельно, и время сброса. При расчете и установке таких глушите­лей ищут оптимальный вариант. Эффективность глушителей мо­жет достигать 30...40 дБ.

Рис. 2.82. Экранные глушители: a — схемы глушителей; б — график для опреде­ления снижения шума глушителем; 1 — металлический лист; 2 — звукопогло­щающий материал

При наличии нескольких источников суммарный уровень звукового давления определяется по следующим формулам.

Если источники звука одинаковы, т. е. каждый в отдельности создает на рабочем месте одинаковый уровень звукового давле­ния:

(2.6)

где L₁ — уровень звукового давления, создаваемый одним источ­ником, п — число одинаковых источников звука.

Если источники звука различны:

(2.7)

где L₁, L₂, ..., L_n — уровни звукового давления, создаваемые каж­дым источником.

Анализ формул (2.6), (2.7) показывает, что при наличии в помещении одинаковых источников, удаление половины из них снижает уровень звука в помещении на 3 дБ. При наличии же в помещении источников звука, сильно различающихся по своей звуковой мощности, суммарный уровень звукового давления оп­ределяет в основном источник с наибольшей звуковой мощно­стью. Например, при наличии трех источников, создающих в от­дельности уровень звукового давления 100, 80, 70 дБ суммарный уровень звукового давления будет равен:

Таким образом, для радикального снижения уровня шума на рабочем месте нужно удалить или заглушить наиболее шумный источник. Так, удаление источника шума в 100 дБ уменьшит уровень шума немногим менее чем на 20 дБ.

Новым методом снижения шума является метод, связанный с созданием «антизвука», т. е. созданием равного по величине и про­тивоположного по фазе звука. В результате интерференции основ­ного звука и «антизвука» в некоторых местах шумного помещения можно создать зоны тишины.

В месте, где необходимо уменьшить шум, устанавливается мик­рофон, сигнал, от которого усиливается и излучается расположен­ными динамиками.

Если рассмотренными выше мерами не удается снизить уро­вень звукового давления для защиты человека, работающего в шумном производстве, следует применять средства индивидуаль­ной защиты.

Средства индивидуальной защиты (СИЗ). Средства индивидуальной защиты от шума в зависимости от конструктивного исполнения подразделяются на:

♦ противошумные наушники, закрывающие ушную раковину снаружи;

♦ противошумные вкладыши, перекрывающие наружный слу­ховой проход или прилегающие к нему;

♦ противошумные шлемы и каски;

♦ противошумные костюмы.

Наушники плотно облегают ушную раковину и удерживаются на голове дугообразной пружиной. Их эффективность изменяет­ся от 7 дБ на частоте 125 Гц до 38 дБ на частоте 8000 Гц. Противошумные наушники по способу крепления на голове подразделяются на: независимые, имеющие жесткое и мягкое оголовье; встроенные в головной убор или в другое защитное ус­тройств.

Вкладыши — мягкие тампоны из ультратонкого материала, вставляемые в слуховой канал. Их эффективность не очень вы­сока и в зависимости от частоты шума может составлять 5...15дБ.

Противошумные вкладыши в зависимости от характера исполь­зования подразделяются на: многократного пользования; одно­кратного пользования.

Противошумные вкладыши в зависимости от применяемого материала подразделяются на: твердые; эластичные; волокнистые.

Средства индивидуальной защиты позволяют снизить уровень воспринимаемого звука на 7...38 дБ.

Противошумные вкладыши, как правило, используют при небольших превышениях нормативных значений шума, напри­мер, в помещениях ВЦ. Вкладыши могут быть однократного пользования, изготовленные из хлопковой ваты или синтетичес­кого волокна, и многократного использования из пластмассы или других упругих эластичных материалов с фиксированной формой и размерами.

В промышленности широко применяют наушники ВЦНИИОТ. Наушники плотно облегают ушную раковину и удерживаются ду­гообразной пружиной. Наушники наиболее эффективны на высо­ких частотах, что необходимо учитывать при их использовании.

При воздействии шумов с высокими уровнями (более 120 дБ) вкладыши и наушники не обеспечивают необходимой защиты, так как шум действует непосредственно на мозг человека. В этих слу­чаях применяют шлемы.

Шлемы. Они закрывают всю голову человека, т. к. при таких уровнях шума он проникает в мозг не только че­рез ухо, но и непосредственно через черепную коробку.