Теоретическа часть

Интенсивный шум неблагоприятно действует на организм человека и может явиться причиной профессиональных заболеваний. При работе в условиях шума снижается производительность труда. Шум притупляет внимание, замедляет реакцию человека на те или иные раздражители, мешает восприятию полезных сигналов, что особенно опасно на работах, связанных с движением поездов. Он нарушает комфорт пассажиров и является источником беспокойства для населения в расположенных вблизи железнодорожных объектов населенных пунктах.

Вопросы борьбы с шумом должны решаться на стадии проектирования машин, транспортных средств, оборудования, зданий, сооружений, населенных пунктов, а также в процессе изготовления, испытания, приемки, эксплуатации и ремонта этих объектов.

Шумом называются звуки, мешающие восприятию полезных звуков или нарушающие тишину, а также звуки, оказывающие вредное или раздражающее действие на организм человека.

В качестве основных величин, используемых для нормирования шума и расчетов по шумоглушению, принимают звуковое давление в паскалях (Па) и его уровень в децибелах (дБ).

Звуковое давление p - разность между мгновенным значением давления в данной точке среды при прохождении через эту точку звуковых волн и средним давлением, которое наблюдается в этой же точке при отсутствии звука.

Уровень звукового давления определяют по формуле:

L = 20 lg( p_cp / p ₀ )                                            (3)

где р_ср - среднеквадратичное значение звукового давления в точке измерения, Па; р_о - пороговое значение звукового давления, принятое по международному соглашению равным 2·10-5 Па.

Если за восьмичасовой рабочий день уровень звукового давления на рабочем месте изменяется не более чем на 5 дБ, то шум называют постоянным, в противном случае - непостоянным.

Непостоянный шум в свою очередь подразделяют на колеблющийся во времени, если уровень звукового давления непрерывно изменяется (например, шум в кузовном отделении вагонного депо, шум дорожного движения, шум проходящего по рельсам подвижного состава и т. п.); прерывистый, если уровень звукового давления резко падает до уровня фонового шума, причем длительность интервалов, в течение которых уровень давления остается постоянным и превышает уровень фона, составляет 1 с и более (например, шум выброса сжатого воздуха из ресивера компрессора, шум одиночной шлифовальной машины и т. п.); импульсный, состоящий из одного или нескольких звуковых сигналов, каждый длительностью менее 1 с (например, шум при забивании гвоздей молотком и т. п.).

При рассмотрении вопросов охраны труда обычно пользуются октавными полосами частот, средние значения которых соответствуют диапазону слышимых звуков и составляют стандартный ряд (16), (31,5), 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 (16000) Гц. В скобках показаны частоты, в которых шум, как правило, не нормируют, хотя они лежат в слышимом диапазоне частот.

Частотный состав шума характеризует его спектр. Спектром шума называют зависимость уровня звукового давления в частотных полосах от средних частот этих полос. Спектр можно представить либо в виде таблицы, либо графически в виде ломаной линии. В качестве средней частоты октавной полосы принимают среднегеометрическую частоту:

                                                          (4)

где f_1гр и f_2гр - крайние частоты полосы.

Спектр, а, следовательно, и шум, которому он соответствует, может быть низкочастотным (максимум уровня звукового давления находится в области частот ниже 300 Гц), среднечастотным (область частот от 300 до 800 Гц) и высокочастотным (область частот более 800 Гц).

Звук с частотами ниже 20 Гц называют инфразвуком, а с частотами выше 20 кГц - ультразвуком. Эти звуки не слышимы для человека.

Шум называют тональным, если в нем прослушивается звук определенной частоты. В противном случае он будет широкополосным. Пример тонального шума - сигналы локомотивов, а широкополосного - шум водопада, шум подвижного состава.

Важной характеристикой звукового (шумового) поля (т. е. области пространства, в которой наблюдается шум), помимо звукового давления и частоты, является интенсивность звука. Она представляет собой поток энергии, переносимой звуковыми волнами в единицу времени через площадку 1 м², ориентированную перпендикулярно направлению звукового луча. Интенсивность звука — векторная величина, измеряемая в ваттах на метр квадратный (Вт/м²). С точки зрения охраны труда интерес представляет лишь средняя во времени величина интенсивности.

Интенсивность и звуковое давление р связаны между собой соотношением:

I = p² /ρc ,                                                             (5)

где p² — средний квадрат звукового давления, Па²; ρ – плотность среды, в которой распространяется звук, кг/м³; с – скорость звука в данной точке среды, м/с.

Для воздуха независимо от атмосферного давления согласно

c = 20                                                            , (6)

где Т– абсолютная температура воздуха, К.

Уровень интенсивности звука определяют по формуле (в дБ)

L = 101 g I / I ₀ ,                                                     (7)

где I ₀=10^-12 – стандартное пороговое значение интенсивности, Вт/м².

Величина I ₀ выбрана такой, что при нормальных атмосферных условиях (t = 20°С, р = 1,2 кг/м³) уровень звукового давления L и уровень интенсивности L_i численно равны друг другу. Равенство этих величин упрощает акустические расчеты.

Если в данную точку пространства приходят некогерентные звуковые, волны (т.е. волны, фазы которых в разные моменты времени отличаются друг от друга) с уровнями звукового давления L_i, то уровень звукового давления суммарного звука составит (в дБ)

где n - общее число независимых слагаемых уровней.

Эта формула соответствует условию, что интенсивности всех некогерентных источников складываются

I = I₁ + I₂ + ... + I _n

Поэтому, если имеется m одинаковых источников, каждый из которых создает в данной точке уровень звукового давления L₁, суммарный уровень будет рассчитываться по формуле

L = L₁ + 10lg m.

Например, если один источник создает уровень L₁ = 73 дБ, то 100 источников создадут уровень L = 73 + 101g 100 = 93 дБ.

Удвоение числа источников каждый раз увеличивает уровень на 3 дБ.

Для измерения шума и его спектра применяют шумомеры с соответствующими фильтрами и частотные анализаторы.

Измерения шума проводят для контроля соответствия фактических его уровней на рабочих местах установленным нормам, для оценки шумового режима в помещениях, разработки мероприятий по снижению шума и оценки их эффективности.