Лабораторная работа №7

Исследование звукоизоляции и звукопоглощения

Цель работы: изучить основные требования СН 2.2.4/2.1.8.562-96 по нормированию шума; исследовать параметры шума на производстве; оценить эффективность мер борьбы с шумом способами звукоизоляции и звукопоглощения.

1. Теоретическая часть

В документах Международной организации по труду (МОТ) под шумом понимают любой звук, который может вызвать потерю слуха или быть вредным для здоровья. Воздействие шумового фактора на человека зависит от его интенсивности, спектрального состава, временных характеристик и продолжительности действия. Измерение и гигиеническая оценка шума, а также профилактические мероприятия должны проводиться в соответствии с руководством Р 2.2.4/2.1.8-96 «Гигиеническая оценка физических факторов производственной и окружающей среды». Проявление вредного воздействия шума на организм человека весьма разнообразно. В зависимости от длительности и интенсивности воздействия шума происходит большее или меньшее снижение чувствительности органов слуха, выражающееся временным смещением порога слышимости, которое исчезает после окончания воздействия шума, а при большой длительности и (или) интенсивности шума (выше 80 дБА) происходят необратимые потери слуха (тугоухость), характеризуемые постоянным изменением порога слышимости. Различают следующие степени потери слуха:

– I степень (легкое снижение слуха) – потеря слуха в области речевых частот составляет 10…20 дБ, на частоте 4000 Гц – 20...60 дБ;

– II степень (умеренное снижение слуха) – потеря слуха в области речевых частот составляет 21...30 дБ, на частоте 4000 Гц – 20...65 дБ;

– III степень (значительное снижение слуха) – потеря слуха в области речевых частот составляет 31 дБ и более, на частоте 4000 Гц – 20...78 дБ.

Действие шума на организм человека не ограничивается воздействием на орган слуха. Через волокна слуховых нервов раздражение шумом передается в центральную и вегетативную нервные системы, а через них воздействует на внутренние органы, приводя к значительным изменениям в функциональном состоянии организма, влияет на психическое состояние человека, вызывая чувство беспокойства и раздражения. Человек, подвергающийся воздействию интенсивного (более 80 дБ) шума, затрачивает в среднем на 10...20% больше физических и нервно-психических усилий, чтобы сохранить выработку, достигнутую им при уровне звука ниже 70 дБ(А). Установлено повышение на 10...15% общей заболеваемости рабочих шумных производств. Воздействие на вегетативную нервную систему проявляется даже при небольших уровнях звука 40...70 дБ(А). Из вегетативных реакций наиболее выраженным является нарушение периферического кровообращения за счет сужения капилляров кожного покрова и слизистых оболочек, а также повышение артериального давления (при уровнях звука выше 85 дБА). Воздействие шума на центральную нервную систему вызывает увеличение латентного (скрытого) периода зрительной моторной реакции, приводит к нарушению подвижности нервных процессов, изменению электроэнцефалографических показателей, нарушает биоэлектрическую активность головного мозга с проявлением общих функциональных изменений в организме (уже при шуме 50...60 дБА), существенно изменяет биопотенциалы мозга, их динамику, вызывает биохимические изменения в структурах головного мозга. При импульсных и нерегулярных шумах степень воздействия шума повышается. Изменения в функциональном состоянии центральной и вегетативной нервных систем наступают гораздо раньше и при меньших уровнях шума, чем снижение слуховой чувствительности.

В настоящее время эти изменения в целом, оцениваются появлением нового заболевания современности – «шумовой болезни», которая характеризуется комплексом симптомов: снижением слуховой чувствительности; изменением функции пищеварения, выражающейся в понижении кислотности; сердечно-сосудистой недостаточностью; нейроэндокринными расстройствами. При этом работающие в условиях длительного шумового воздействия испытывают раздражительность, головные боли, головокружение, снижение памяти, повышенную утомляемость, понижение аппетита, боли в ушах и т.д. Воздействие шума может вызывать негативные изменения эмоционального состояния человека, вплоть до стрессовых. Все это снижает работоспособность человека и его производительность, качество и безопасность труда. Установлено, что при работах, требующих повышенного внимания, при увеличении уровня звука от 70 до 90 дБА производительность труда снижается на 20%.

Различают два вида нормирования производственного шума: гигиеническое и техническое.

Под гигиеническим нормированием понимают ограничение эмиссии шума, т. е. ограничение уровней шума, воздействующего на человека, находящегося в зоне действия источников шума. Цель гигиенического нормирования – обоснование допустимых уровней и комплекса гигиенических требований, обеспечивающих предупреждение функциональных расстройств и заболеваний. В качестве критерия гигиенического нормирования шумовых факторов в России используют предельно допустимые уровни шума (ПДУ) для рабочих мест, допускающие ухудшение и изменение внешних показателей деятельности (эффективности и производительности) при обязательном возврате к исходному функциональному состоянию организма работника после регламентированного перерыва для отдыха. Допустимый уровень шума – это уровень, который не вызывает у человека значительного беспокойства и существенных изменений показателей функционального состояния систем и анализаторов, чувствительных к шуму.

Предметом технического нормирования является ограничение интенсивности излучения источников шума из условия обеспечения допустимых уровней шума на рабочих местах. Цель технического нормирования – предоставление возможности проектировщикам производственных помещений и потребителям машиностроительной продукции подбирать машины и оборудование с требуемыми акустическими характеристиками.

Классификацию шумов, нормируемые параметры и предельно допустимые уровни шума (ПДУ) на рабочих местах устанавливают санитарные нормы СН 2.2.4./2.1.8.562-96.

По характеру спектра шума выделяют:

– широкополосный шум с непрерывным спектром шириной более 1 октавы;

– тональный шум, в спектре которого имеются выраженные тоны.

– В октавном диапазоне верхняя граничная частота f₂ вдвое больше нижней f₁, т.е. f₂/f₁ = 2. Диапазон в целом характеризуется среднегеометрической частотой f_С

, (7.1)

По временным характеристикам шума выделяют:

– постоянный шум, уровень звука которого за 8-ми часовой рабочий день изменяется во времени не более чем на 5 дБА;

– непостоянный шум, уровень которого за 8-ми часовой рабочий день изменяется во времени более чем на 5 дБА.

Непостоянные шумы подразделяются на:

– колеблющийся во времени шум, уровень звука которого непрерывно изменяется во времени;

– прерывистый шум, уровень звука которого ступенчато изменяется на 5 дБА и более;

– импульсный шум, состоящий из одного или нескольких сигналов, каждый длительностью менее 1 с.

Характеристикой постоянного шума на рабочих местах являются уровни звукового давления Li, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц, определяемые по формуле:

, (7.2)

где p_i – звуковое давление, создаваемое источником звука, Па; p₀ = 2 ∙10^-5, Па – звуковое давление, соответствующее порогу слышимости на частоте 1000 Гц.

Совокупность 9-ти нормативных уровней шума принято называть предельным спектром (ПС). Допускается в качестве характеристики постоянного шума применять уровень звука в дБА, измеряемый шумомером с использованием частотной характеристики «А».

Характеристикой непостоянного шума на рабочих местах является эквивалентный (по энергии) уровень звука в дБА, который измеряют специальным интегрирующим шумомером.

Для оценки параметров шума на постоянных рабочих местах измерения производят в точках, соответствующих этим местам; на непостоянных местах – в точках (не менее трех), охватывающих возможно большую часть рабочей зоны. В каждой точке необходимо провести не менее трех измерений, результаты которых затем усредняют.

Уменьшение шума в источнике его возникновения наиболее рационально и достигается улучшением конструкции машин, применением материалов для деталей машин, не издающих сильных звуков, обеспечением минимальных зазоров в сочленениях деталей, использованием смазки, уравновешиванием, балансировкой вращающихся масс и др.

Для снижения шума на пути его распространения применяются два метода – звукопоглощение и звукоизоляция. Для звукопоглощения используют способность строительных материалов и конструкций рассеивать энергию звуковых колебаний. При попадании звуковых волн на звукопоглощающую поверхность, выполненную из пористого материала, значительная часть акустической энергии расходуется на приведение в колебательное движение воздуха в порах, что вызывает его разогрев. При этом кинетическая энергия звуковых колебаний преобразуется в тепловую, которая рассеивается в окружающем пространстве.

Основными способами звукопоглощения, используемыми на практике, являются акустическая обработка помещений и установка акустических экранов. Акустическая обработка помещений достигается путем размещения на внутренних поверхностях помещения звукопоглощающих облицовок, а также установкой в помещении штучных звукопоглотителей. Наиболее часто в качестве звукопоглощающей облицовки применяют конструкции в виде слоя однородного пористого материала определенной толщины (ультратонкое стекловолокно, капроновое волокно, минеральная вата, древесноволокнистые и минераловатные плиты, различные пористые жесткие плиты типа «Силакпор»). Акустические экраны используются для защиты работающих от прямого воздействия шума. Экраны устанавливают между источником шума и рабочим местом. Акустический эффект экрана основан на образовании за ним области тени, куда звуковые волны проникают лишь частично.

Физическая сущность звукоизоляции состоит в том, что наибольшая часть падающей звуковой энергии отражается от специально выполненных ограждений и только незначительная часть проникает через ограждение. Звукоизолирующими кожухами закрывают наиболее шумные машины и механизмы, локализуя источник шума. Кожухи изготавливают обычно из дерева, металла или пластмассы. Внутреннюю поверхность стенок кожуха обязательно облицовывают звукопоглощающим материалом. Кожух должен плотно закрывать источник шума. Устанавливаемый кожух не должен жестко соединяться с механизмом. Сами машины или механизмы также должны устанавливаться на виброизоляторы, что дает существенный положительный эффект главным образом на низких частотах.

К средствам индивидуальной защиты от шума относятся вкладыши, наушники, шлемы и костюмы. Вкладыши - это вставленные в слуховой канал мягкие тампоны из ультрамягкого волокна, иногда пропитанные смесью воска и парафина, а также жесткие вкладыши (эбонитовые, резиновые) в форме конуса. Они являются самыми дешевыми и компактными средствами защиты, но недостаточно эффективными (снижают шум на 5...20 дБ) и в ряде случаев вызывают неудобство, так как раздражают слуховой канал. Наушники плотно облегают ушную раковину и удерживаются дугообразной пружиной. Эффективность наушников определяется качеством уплотнений по краю уплотнительного ободка наушников. При воздействии шумов с высокими уровнями (более 120 дБ) вкладыши и наушники не обеспечивают необходимой защиты. В этих случаях применяют шлемы и противошумовые костюмы, закрывающие голову и тело человека.

Класс условий труда и степень вредности при воздействии на работающих вибро-шумовых факторов определяют в зависимости от величины превышения действующих нормативов, приведённых в Руководстве

Р 2.2.2006-05 по гигиенической оценке факторов рабочей среды и трудового процесса.

2. Экспериментальная часть

2.1. Материально-техническое обеспечение лабораторной работы

Исследование различных средств звукоизоляции и звукопоглощения, выявление их преимуществ и недостатков, определение их качественных и количественных характеристик осуществляется на лабораторном стенде «Звукоизоляция и звукопоглощение БЖ 2м» ООО «ИНТОС+». Внешний вид стенда представлен на рис. 2.1.

Стенд представляет собой производственное помещение 1 (далее – макет). Макет состоит из четырёх стационарных стен, пола и откидной крышки-потолка 4. Корпус макета производственного помещения изготовлен из древесностружечных плит (ДСП), облицованных декоративным покрытием.

Рис. 2.1. Лабораторный стенд БЖ – 2м.

Передняя стенка имеет два смотровых окна 5. Макет разделён на две камеры, имитирующие комнаты различного производственного назначения. В левой камере помещён макет заводского оборудования – козлового крана 6, а также источник шума – динамик, который находится под «полом» и защищён решёткой. В правой камере расположены макеты оборудования конструкторского бюро: стол 7 и стул 8. В этой же камере на подставке устанавливается микрофон 9, входящий в комплект измерителя шума 2. Обе камеры снабжены осветительными лампами 10. Переключатели для включения (выключения) ламп, а также предохранители и гнёзда для подключения генератора сигналов находятся на панели управления 11, размещённой в передней стенке макета. Решётка динамика во время проведения лабораторной работы может быть закрыта звукоизолятором 12, который представляет собой полый корпус в виде усечённого конуса, выполненный из прозрачного полимерного материала, с массивной металлической втулкой, закрепленной внутри корпуса для создания дополнительной массы. Корпус снабжён рукояткой для удобства работы. Конструкция макета позволяет устанавливать между камерами сменную звукоизолирующую перегородку 13. Сменные перегородки изготовлены из следующих материалов: 1) фанера; 2) картон гофрированный; 3) МДФ; 4) оргалит; 5) пластик ПВХ. В качестве средства звукопоглощения используется звукопоглощающий короб 14, который помещается внутри макета (при снятой перегородке). Звукопоглощающий короб выполнен из гофрированного картона, выложенного изнутри звукопоглощающим материалом (пенополиуретаном).

Измерение шумовых характеристик производится измерителем шума и вибрации ВШВ-003-М3 (поз.2). Имитация шума осуществляется с помощью генератора звуковых сигналов ГФ-1(поз. 3).

2.2. Порядок проведения эксперимента

Ознакомиться с лабораторной установкой и заданием на исследование, вариант которого выдает преподаватель. Снять с макета все средства звукоизоляции и звукопоглощения (звукоизолирующий кожух 12, звукоизолирующие перегородки 13, звукопоглощающий короб 14). Установить микрофон из комплекта ВШВ-003-М3 на подставке в правой камере стенда.

Тумблером 11 на панели управления подключить стенд к электросети и включить внутри его освещение. На передний панели шумомера ВШВ-003-М3 установить переключатели в положения: «РОД РАБОТЫ» - «S»; «ДЛТ 1», «dВ» - 80; «ДЛТ 2», «dВ» - 50; «ФЛТ» - «ОКТ»; все кнопки отжаты. Включить тумблером «СЕТЬ» прибор ВШВ-003-М3.

Подключить к стенду генератор сигналов ГФ-1 (3) и установить произвольную амплитуду синусоидального сигнала на частоте 250 Гц.

С помощью прибора ВШВ-003-М3 измерить уровень звукового давления L_i в октавной полосе со средней частотой f_С = 250 Гц. Для этого октавный фильтр (f_С = 250 Гц) шумомера включается переключателем «ФЛТ», «Hz» в положение 2.5 и кнопкой множителя «100». При этом светится индикатор 130 dВ. Если при измерении стрелка измерителя находится в начале шкалы децибел, то следует ввести ее в сектор измерения от 0 до 10 шумомера ВШВ-003-М3 по шкале дБ сначала переключателем «ДЛТ1», «dВ», затем «ДЛТ2», «dВ» (по необходимости). Если периодически загорается индикатор ПРГ (перегрузка генератора), то следует переключить переключатель «ДЛТ1», «dВ» и «ДЛТ2», «dВ» на более высокий уровень вправо, пока не погаснет индикатор ПРГ. Для определения результата измерения следует сложить показание, соответствующее светящемуся индикатору, и показание прибора шумомера по шкале децибел.

С помощью генератора сигналов ГФ-1 установить такую амплитуду синусоидального сигнала, при которой уровень звукового давления на частоте 250 Гц, измеренный шумомером ВШВ-003-М3, находился бы в пределах от 90 до 100 дБ.

Задание I. Измерить уровни звукового давления Li в стандартных октавных полосах частот в конструкторском бюро при отсутствии мер по ограничению шума, проникающего из производственного помещения, средствами звукоизоляции и звукопоглощения и сопоставить с допустимыми значениями по СН 2.2.4./2.1.8.562-96.

1. С помощью поворотного лимба генератора сигналов ГФ-1 последовательно, не изменяя амплитуды синусоидального сигнала, выставить стандартные частоты звука f_i = 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц и с помощью прибора ВШВ-003-М3 последовательно на каждой частоте измерить уровень звукового давления L_i, дБ, фиксируя результаты измерения в табл. 7.1 протокола отчета к заданию І. Необходимый октавный фильтр включается переключателем «ФЛТ», «Hz» в положение «1»…«8» и кнопкой множителя «×1»...«×10³».

Занести в табл. 7.1 протокола предельно допустимые уровни (ПДУ) нормируемых параметров шума на рабочих местах конструкторского бюро согласно требованиям санитарных норм СН 2.2.4./2.1.8.562-96.

Задание II. Исследовать средства звукоизоляции конструкторского бюро от производственного помещения

1. Установить звукоизолирующую перегородку 13, выполненную из материала, выбранного студентом в соответствии с вариантом исследования и повторить измерение уровней звукового давления L_iзи, дБ, аналогично п. 1 задания I на тех же стандартных частотах. Результаты измерений занести в табл. 7.2 протокола.

Задание III. Исследовать эффективность звукоизолирующего кожуха, установленного на источнике шума в производственном помещении, для чего:

1. Снять звукоизолирующую перегородку 13.

2. Накрыть решётку громкоговорителя звукоизолирующим кожухом 12 без груза и выполнить измерения L_iкож аналогично п.1 задания I. Результаты занести в табл. 7.3 протокола.

3. Навинтить на ось звукоизолирующего кожуха 12 груз и повторить измерения L_{iкож.гр.} на тех же частотах аналогично п.2. Результаты измерений занести в табл. 7.3 протокола.

4. Снять звукоизолирующий кожух 12 с решётки громкоговорителя.

Задание IV. Оценить эффективность мероприятий по снижению шума звукопоглощающими облицовками.

1. Установить звукопоглощающий кожух, моделирующий нанесение звукопоглощающей облицовки на стены и потолок помещений, и измерить уровни звукового давления L_iзп, дБ, на стандартных частотах 9-ти октавных полос аналогично п.1 задания I. Результаты измерений занести в табл. 7.4 протокола.

После выполнения лабораторной работы отключить генератор и шумомер от сети выключателем на задней стенке установки.

3. Протокол отчета по лабораторной работе №7

________________________________________________________________

^{(название лабораторной работы)}

Цель работы_____________________________________________________

________________________________________________________________

Вариант №_________

Задание I. Измерить уровни звукового давления L_i в стандартных октавных полосах частот в конструкторском бюро при отсутствии мер по ограничению шума, проникающего из производственного помещения, средствами звукоизоляции и звукопоглощения и сопоставить с допустимыми значениями по СН 2.2.4./2.1.8.562-96.

Таблица 7.1

Рис.7.1. Спектр шума на рабочем месте

Выводы по заданию I. ____________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________

Задание II. Исследование средства звукоизоляции конструкторского бюро от производственного помещения.

Таблица 7.2

Рис. 7.2. График зависимости эффективности звукоизолирующей перегородки от частоты звука.

Выводы по заданию II. ____________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________

Задание III. Исследование эффективность звукоизолирующего кожуха, установленного на источнике шума в производственном помещении.

Таблица 7.3

Рис.7.3. График зависимости эффективности звукоизолирующего кожуха без груза и с грузом от частоты звука

Выводы по заданию III. ___________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

Задание IV. Оценить эффективность звукопоглощающих облицовки стен по снижению шума.

Таблица 7.4

Рис. 7.4. График зависимости эффективности звукопоглощающей облицовки от частоты звука

Выводы по заданию IV. ___________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________

Итоговая оценка и рекомендации по приведению к норме уровней шума на рабочем месте

________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Оценка по допуску _________ по зачету__________________

Подпись студента и дата выполнения____________________

Работу проверил преподаватель _________, дата___________

4. Методика обработка и анализа экспериментальных данных

Обработку экспериментальных данных, внесенных в протокол отчета из табл. 7.1, 7.2, 7.3, 7.4 ведут по следующей методике:

4.1. По данным табл. 7.1 протокола отчета рассчитать требуемое снижение шума ∆L_iТРЕБ, дБ, в 9-ти октавных полосах частот по формуле:

∆L_iТРЕБ = L_i – L_iПДУ, (7.3)

где L_iПДУ – предельно допустимый уровень звукового давления, дБ, в i-ой октавной полосе. Занести результаты в табл. 7.1.

Построить график спектра шума (рис. 7.1) в протоколе отчёта и сопоставить его с предельным спектром по СН 2.2.4./2.1.8.562-96.

Сделать выводы о шумовой обстановке на рабочем месте и дать рекомендации по ее нормализации, используя соответствующие разделы учебника по БЖД.

4.2. По данным табл. 3.2 протокола отчёта рассчитать эффективность звукоизолирующей перегородки Э_iзи, дБ, по формуле (7.4):

Э_iзи = L_i – L_iзи , (7.4)

Занести результаты в табл.3.2. и построить график (рис. 7.2) зависимости эффективности звукоизолирующей перегородки от частоты звука протокола отчёта.

4.3. По данным табл.3.3 протокола отчета рассчитать эффективность звукоизолирующего кожуха без груза Э_iкож, дБ, по формуле (7.5):

Э_iкож = L_i – L_{iкож ,} (7.5)

Занести результаты в табл. 7.3. Построить график (рис. 7.3) зависимости эффективности звукоизолирующего кожуха без груза от частоты звука протокола отчёта.

4.4. По данным табл. 7.3. протокола отчета рассчитать эффективность звукоизолирующего кожуха с грузом Э_iкож.гр, дБ, по формуле (7.6):

Э_{iкож.гр.} = L_i – L_iкож.гр , (7.6)

Занести результаты в табл. 7.3. Построить график (рис. 7.3) зависимости эффективности звукоизолирующего кожуха с грузом от частоты звука протокола отчёта.

4.5. По данным табл. 7.4 протокола отчета рассчитать эффективность звукопоглощающего кожуха, моделирующего нанесение звукопоглощающей облицовки на стены и потолок помещений Э_iзп, дБ, по формуле (7.7):

Э_iзп = L_i – L_iзп , (7.7)

Занести результаты в табл. 7.4. Построить график (рис. 7.4) зависимости эффективности звукопоглощения от частоты звука и зависимости эффективности звукопоглощающей облицовки от частоты звука.

Сделать выводы о сравнительной эффективности рассмотренных вариантов борьбы с шумом.

Дать итоговую оценку шумовой обстановки на рабочем месте на основании выводов, полученных в результате анализа экспериментальных данных, и предложить рекомендации по её улучшению.

5. Контрольные вопросы

5.1. Дайте определение шума по документам МОТ.

5.2. Что такое «шумовая болезнь»?

5.3. Какие виды нормирования производственного шума Вы знаете и какова их сущность?

5.4. Какие шумы выделяют по характеру спектра и временным характеристикам?

5.5. Перечислите основные характеристики октавного диапазона.

5.6. Что такое «уровень звука в дБА» и где он используется?

5.7. Сущность метода борьбы с шумом в источнике его возникновения.

5.8. Звукоизоляция и её сущность.

5.9. Звукопоглощение, его сущность и способы использования на практике.

5.10. Индивидуальные средства защиты от шума.