Показатели, характеризующие шум и вибрацию

Шум возникает при механических колебаниях в твердых, жидких и газообразных средах. Механические колебания в диапазоне частот 20— 20 000 Гц воспринимаются слуховым органом человека в виде звука. Колебания с частотой ниже 20 Гц (инфразвук) и выше 20 000 Гц (ультразвук) не вызывают слуховых ощущений, но оказывают биологическое воздействие на организм человека.

С физиологической точки зрения шум рассматривают как звуковой процесс, неблагоприятный для восприятия, мешающий разговорной и отрицательно влияющий на здоровье человека. При длительном воздействии шума не только снижается острота слуха, но и изменяется кровяное давление, ослабляется внимание, ухудшается зрение, происходят изменения в двигательных центрах, что вызывает определенное на рушение координации движений. Кроме того, значительно увеличивается расход энергии при одинаковой физической нагрузке. Интенсивный шум является причиной функциональных изменений сердечно — сосудистой системы, желудка и ряда других функциональных нарушений в организме челока. Особенно неблагоприятное воздействие шум оказывает на нервную и сердечно — сосудистой системы. Весь комплекс изменений, возникающих в организме человека при длительном воздействии шума, следует рассматривать как «шумовую болезнь».

Звук характеризуется частотой f, интенсивностью I и звуковым давлением р. Скорость распространения звуковых волн зависит от упругих свойств, температуры и плотности среды, в которой они распространяются. Скорость распространения звуковых волн в воздухе при t = 20 °C и давлении р_ст = 760 мм рт. ст. равна примерно 344 м/с, в стали 5000 м/с, бетоне 4000 м/с.

Часть пространства, в котором распространяются звуковые волны, называют звуковым полем. Любая точка звукового поля характеризуется определенным давлением и скоростью частиц воздуха. При звуковых колебаниях среды (например, воздуха) элементарные частички среды начинают колебаться относительно своего начального положения.

Скорость этих колебаний v намного меньше скорости распространения звуковых волн в воздухе ©. Во время распространения звуковых колебаний в воздухе появляются области разрежения и области повышенного давления, которые и определяют величину звукового давления р как разность давления в возмущенной и невозмущенной воздушной среде.

При распространении звуковых волн происходит перенос кинетической энергии, которая определяется интенсивностью звука /. В условиях свободного звукового поля, когда отсутствуют отраженные звуковые волны, интенсивность звука измеряется средним количеством звуковой энергии, проходящей в единицу времени через единицу поверхности, перпендикулярной к направлению распространения звука:

I = хp или I = p² /(сc),.

где I — интенсивность звука, Н/м•с; х — мгновенное значение скорости колебаний, м/с; р — мгновенное значение звукового давления, Па; с — плотность среды, кг/м³; сc — удельное акустическое сопротивление среды (волновое сопротивление Н•с/м³); с — скорость звука в данной среде, м/с.

Минимальное звуковое давление р₀ и интенсивность /₀, едва различимые органом слуха человека, называют пороговыми. Интенсивность и давление звука, соответствующие пороговым уровням звука при частоте 1000 Гц, составляют: I₀ = 10^-14 Н/с•м, р₀ =2•10^-5 Па. Сила звука на грани болевого ощущения в 10^-14 раз превышает силу звука на пороге слышимости.

Таким образом, человек способен воспринимать звуки в большем диапазоне интенсивности, поэтому пользоваться абсолютными значениями интенсивности звука и звукового давления, например для графического изображения распределения интенсивности звука по частотному спектру, крайне неудобно, В акустике принято измерять не абсолютные величины интенсивности звука или давления, а их относительные логарифмические уровни L, взятые по отношению к пороговому значению I₀ и р₀.

Если интенсивность звука I больше исходной в 10 раз, т. е. I/I₀ = 10, то принято считать, что интенсивность звука I превышает исходную на 1 Б (Бел), при I/I₀ = 100 превышает на 2 Б и т. д.

Орган слуха человека способен различать прирост звука на 0,1 Б, т. е. 1 дБ (децибел), который и принят в практике акустических измерений как основная единица. Таким образом, уровень интенсивности звука измеряют в децибелах (дБ):

Так как интенсивность звука пропорциональна квадрату звукового давления, уровень силы звука можно определить, исходя из величины звукового давления:

Уровень звука, вычисляемый по указанным зависимостям, в акустике принято называть уровнем звукового давления. Вес акустические измерения и нормативные данные представляют в виде уровней звукового давления.

Логарифмическая шкала децибел позволяет определить лишь физическую характеристику шума. Однако она построена таким образом, что пороговое значения звукового давления p₀ соответствует порогу слышимости на частоте 1000 Гц.

Слуховой аппарат человека обладает неодинаковой чувствительностью к звукам различной частоты, а именно — наибольшей чувствительностью на средних и высоких частотах (800—4000 Гц) и наименьшей — на низких (20—100 Гц). Поэтому для физиологической оценки шума используют кривые равной громкости (рис. 11.1), полученные по результатам изучения свойств органов слуха, которые позволяют оценивать звуки различной частоты по субъективному ощущению громкости, т. е. судить о том, какой из них сильнее или слабее.

Рис. 11.1. Кривые равной громкости звуков

Уровни громкости измеряются в фонах. На частоте 1000 Гц уровни Громкости приняты равными уровням звукового давления.

Вибрация. Колебания частей аппаратов, машин, коммуникаций и сооружений, вызываемые динамической неуравновешенностью вращающихся деталей, пульсацией давления при транспортировке жидкостей и газов и другими причинами, принято называть вибрацией.

Вибрация характеризуется следующими параметрами: частотой (Гц), амплитудой, вибросмещением (мм), амплитудой виброскорости (мм/с).

В нефтеперерабатывающейи нефтехимической промышленности вибрации могут вызвать нарушение механической прочности и герметичности аппаратов и коммуникаций, быть причиной различных аварий.

Вибрации вызывают в организме человека многочисленные реакции, которые являются причиной функциональных расстройств различных органов. Под действием вибрации происходят изменения периферической и центральной нервных системах, сердечно — сосудистой системе, опорно — двигательном аппарате. Вредное действие вибрации выражается в виде повышенного утомления, головной боли, боли в суставах пальцев рук, повышенной раздражительности, нарушению координации движений.

В отдельных случаях длительное воздействие интенсивных вибраций приводит к развитию вибрационной болезни, которая характеризуется тяжелыми, часто необратимыми изменениями в центральной нервной и сердечно-сосудистой системах, а также в опорно-двигательном аппарате. Степень тяжести и характер развития вибрационной болезни определяются продолжительностью воздействия и интенсивностью вибрация. Успешное лечение вибрационной болезни возможно только на ранних стадиях развития. Тяжелые формы заболевания, как правило, ведут к частичной или полной потере трудоспособности.