Защита от шума и вибрации. Методы и средства борьбы с шумом и вибрацией

ЗАЩИТА ОТ ШУМА И ВИБРАЦИИ

Основные характеристики шума и вибрации.

Развитие средств автоматизации и механизации производственных процессов связано с использованием оборудования, которое при своей работе создаёт механические колебания. Воздействие механических колебаний на организм человека проявляется в разных формах в зависимости от частоты, интенсивности и среды через которую колебания передаются.

Колебания делятся на шум и вибрацию.

Шум -  это беспорядочное сочетание звуков различной частоты и интенсивности (силы), вызывающих неприятные субъективные ощущения.

Механические колебания с частотами 16-20000 Гц воспринимаются слуховым аппаратом в виде звука.

Звук представляет собой колебательное движение частиц упругой среды, например воздуха, распространяющиеся волнообразно.

Звуки с частотой ниже 16 Гц называются инфразвуками, а с частотой выше 20000 Гц – ультразвуками.

Если размеры источника звука малы по сравнению с длиной волны, энергия звуковой волны распространяется в виде сферических волн и интенсивность звука может быть найдена из формулы

где P – мощность источника звука, Вт ;

r – расстояние от источника звука, м.

Как известно, звук характеризуется интенсивностью и частотой. Интенсивностью звука I называется количество звуковой энергии E, проходящей в одну секунду через площадь в 1 м², перпендикулярной к направлению распространения звуковой волны. На практике интенсивность звука измеряется в ваттах на кв. сантиметр. Интенсивность звука может измеряться также в единицах давления.

Скорость распространения звуковых волн в атмосфере при t=20⁰С равна ~ 344 м/с.

Шум, в котором звуковая энергия распределена по всему спектру частот, называется широкополосным. Шум, в котором просматривается звук определённой частоты, называется тональным. Шум, воспринимаемый как отдельные импульсы, удары, называется импульсным.

При распространении звуковых колебаний в воздухе периодически появляются области разрежения и повышенного давления. Разность давлений в возмущённой и невозмущённой средах называется звуковым давлением p

,

где p – среднеквадратичное значение звукового давления, Па;

- среднеквадратичное значение колебательной скорости частиц в звуковой волне, м/с;

- плотность среды, кг/м³;

с – скорость распределения звука.

Произведение  называется удельным акустическим сопротивлением среды.

Величины минимального звукового давления и минимальной интенсивности звуков, слабо различимых слуховым аппаратом человека, называются пороговыми.

 Наибольшей чувствительностью к звуку, слуховой аппарат человека обладает при частотах от 200 до 5000 Гц. За эталонный принят звук с частотой колебаний 1000 Гц. При этой частоте порог слышимости по интенсивности составляет I₀=10^-14 Вт/м², а соответствующее ему звуковое давление  Па.

Верхняя по интенсивности граница воспринимаемых человеком звуков характеризуется так называемым порогом болевого ощущения, равным ~ 1Вт/м², что в 10¹⁴ раз превышает нижнюю пороговую. Так как человек воспринимает звуки в очень большом диапазоне интенсивности от 10^-14 до 1 Вт/м², то пользоваться для оценки звука абсолютными значениями интенсивности звука или звукового давления неудобно. Принято измерять и оценивать не абсолютные значения интенсивности и звукового давления, а относительные их уровни по отношению к пороговым значениям, выраженные в логарифмической форме, в единицах белах (Б) или децибелах (дБ).

Таким образом, уровень интенсивности (Б или дБ)

 или ,

где I₀ – интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости.

Поскольку интенсивность звука пропорциональна квадрату звукового давления, то уровень звукового давления определяется из уравнения

.

Шкала дБ удобна для оценки шумов, поскольку очень большой диапазон слышимости звуков (от р₀=10^-14 до 1 Вт/м²) укладывается всего в пределах от 0 до 140 дБ. Изменения уровня звукового давления меньше 1 дБ практически не заметны на слух.

При наличии «n» одинаковых источников шума с интенсивностью I каждый общий уровень шума будет

.

Звуковое давление и интенсивность звука характеризуют звуковое поле в очередной точке пространства, но не характеризуют сам источник шума. Характеристикой непосредственно источника шума является его звуковая мощность – общее количество звуковой энергии, излучаемой источником шума в окружающее пространства в секунду.

Аналогично уровень звуковой мощности Р(дБ) определяется по формуле

где р – звуковая мощность источника, Вт;

р₀ – пороговая величина звуковой мощности, равная 10^-12 Вт.

 Звуковую мощность и звуковое давление как величины переменные, изменяющиеся во времени, можно представить в виде суммы их синусоидальных колебаний различной частоты. Частотным спектром называется зависимость среднеквадратичных значений этих синусоидальных составляющих от частоты.

По характеру спектра шумы подразделяются на низкочастотные (ниже 400 Гц), среднечастотные (400-1000 Гц) и высокочастотные (выше 1000 Гц). Звуки различных частот при одинаковых уровнях звукового давления по- разному воздействуют на слуховой аппарат человека.

Уровни громкости измеряются в фонах.

Шум оказывает вредное влияние на здоровье человека: угнетает центральную нервную систему, нарушает работу сердечно-сосудистой системы, других внутренних органов (например, желудка), способствует возникновению гипертонической болезни. Возникает быстрое утомление, появляется бессонница, ухудшается зрение. Действие шума снижает внимание и способствует возникновению несчастных случаев. Особенно вреден длительный шум большой интенсивности и высокой частоты (более 1000 Гц).