Звуковые колебания и вибрации, методы и средства защиты от них

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Уральский государственный университет физической культуры»

Институт туризма и социально - культурного сервиса

РЕФЕРАТ

по дисциплине «БЖД»

Звуковые колебания и вибрации, методы и средства защиты от них

Выполнила:

Курчанова Екатерина Викторовна

Челябинск 2011

Содержание

Понятия и свойства звуковых колебаний

Шумы

Виды шумов

Характеристика звуковых колебаний

Методы и средства защиты от звуковых колебаний

Понятие вибрации

Виды вибраций

Методы и средства защиты от вибраций

Понятия и свойства звуковых колебаний

Звук - это волнообразное распространение механических колебательных движений частиц упругой среды.

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

Ощущение звука вызывается звуковыми волнами, достигающими органа слуха - уха. Важнейшая часть этого органа - барабанная перепонка. Пришедшая к ней звуковая волна вызывает вынужденные колебания барабанной перепонки с частотой колебаний в волне. Они воспринимаются мозгом как звук.

Звуки бывают разные. Мы легко различаем свист и дробь барабана, мужской голос (бас) от женского (сопрано).

Об одних звуках говорят, что они низкого тона, другие мы называем звуками высокого тона. Ухо их легко различает. Звук, создаваемый большим барабаном, это звук низкого тона, свист - звук высокого тона. Простые измерения (развертка колебаний) показывают, что звуки низких тонов - это колебания малой частоты в звуковой волне. Звуку высокого тона соответствует большая частота колебаний.

Частота колебаний в звуковой волне определяет тон звука. Существуют особые источники звука, испускающие единственную частоту, так называемый чистый тон. Это камертоны различных размеров - простые устройства, представляющие собой изогнутые металлические стержни на ножках. Чем больше размеры камертона, тем ниже звук, который он испускает при ударе по нему. Если взять несколько камертонов разного размера, то не представит труда расположить их на слух в порядке возрастания высоты звука. Тем самым они окажутся расположенными и по размеру: самый большой камертон даёт низкий звук, а маленький - наиболее высокий.

Звуки даже одного тона могут быть разной громкости. Громкость звука связана с энергией колебаний в источнике и в волне. Энергия же колебаний определяется амплитудой колебаний. Громкость, следовательно, зависит от амплитуды колебаний. Но связь между громкостью звука и амплитудой колебаний не простая. Самый слабый ещё слышимый звук, дошедший до барабанной перепонки, приносит в 1 секунду энергию, равную примерно 10^-16 Дж, а самый громкий звук (звук реактивного ракетного двигателя в нескольких метрах от него) - около 10⁴ Дж. Следовательно, по мощности самый громкий звук примерно в тысячу миллиардов раз превосходит самый слабый. Интенсивности звука при слуховом восприятии соответствует ощущение громкости звука.

При определенной минимальной интенсивности человеческое ухо не воспринимает звука. Эта минимальная интенсивность называется порогом слышимости. Порог слышимости имеет различные значения для различных частот.

При больших интенсивностях ухо испытывает болевое ощущение. Наибольшая интенсивность при болевом восприятии звука называется порогом болевого ощущения.

Уровень интенсивности звука определяется в децибелах (дБ). Например, громкость звука, шороха листьев оценивается в 10 дБ, шёпота - 20 дБ, уличного шума - 70 дБ. Шум громкостью 130 дБ ощущается кожей и вызывает ощущение боли.

Шумы

Наложение большого количества колебаний беспорядочно смешанных одно относительно другого и произвольно изменяющих интенсивность во времени, приводят к сложной форме колебаний. Такие сложные колебания, состоящие из большого числа простых звуков различной тональности, называют шумами.

Примерами могут служить шелест листьев в лесу, грохот водопада, шум на улице города. К шумам также можно отнести звуки, выражаемые согласными. Шумы могут отличатся распределением по силе звука, по частоте и продолжительности звучания во времени. Длительное время звучат шумы, создаваемые ветром, падающей воды, морским прибоем.

Относительно кратковременны раскаты грома, рокот волн - это низкочастотные шумы. Механические шумы могут вызываться вибрацией твёрдых тел. Возникающие при лопании пузырьков и полостей в жидкости звуки, которые сопровождают процессы кавитации, приводят к кавитационным шумам. В прикладной акустике изучение шумов проводится в связи с проблемой борьбы с их вредностью, для усовершенствования шумопеленгаторов в гидроакустике, а также для повышения точности измерений в аналоговых и цифровых устройствах обработки информации. Продолжительные сильные шумы (порядка 90 дБ и более) оказывают вредное действие на нервную систему человека, шум морского прибоя или леса - успокаивающее.

Виды шумов

§ Ударный шум возникает когда конструкция помещения принимает удар и рождаемый при этом колебания передаются на стены или перекрытия. Ударный шум возникает при ударах о пол тяжелых предметов, перемещение мебели, звук шагов, удары по стене. По конструкциям звуковые колебания могут распространяться достаточно далеко, т.к. они передаются на все смежные стены, потолки и полы.

§ Воздушный шум распространяется по воздуху, но стены и перекрытия поглощают воздушные звуковые колебания не достаточно хорошо. Способность поглощать звуки стенами и перекрытиями зависит от того материала из которого они состоят. Чем массивней перегородки, тем большей звукоизоляционным эффектом они обладают. В помещениях воздушным шумом чаще всего является громкие голоса, громкая музыка, лай собак.

§ Структурный шум возникает при передачи вибраций трубами, шахтами вентиляции, и другими элементами коммуникаций. Некоторые элементы коммуникаций могут передавать звуки на большие расстояния. Известно, что стук по батареям могут слышать очень многие соседи.

§ Акустический шум чаще всего возникает в необустроенных помещениях и проявляется в виде эха.

Характеристика звуковых колебаний

Звуковые колебания характеризуются амплитудой и частотой. Амплитуда -- наибольшая величина изменения звукового давления при сгущениях и разрежениях, частота -- число полных колебаний в 1 с. Единицей ее измерения является герц (Гц) -- одно колебание в секунду.Амплитуда звуковых колебаний определяет величину давления и силу (интенсивность) звучания. Чем больше амплитуда, тем больше звуковое давление и громче звук. Звуковое давление принято измерять в паскалях. Паскаль равен давлению, вызываемому силой 1 Н, равномерно распределенной по нормальной к ней поверхности площадью 1 м2. Звуковая волна несет определенную механическую энергию, измеряемую в джоулях (Дж). Например, на расстоянии 1 м при шепотной речи звуковое давление равно примерно 103 Па, при разговорной -- около 105 Па, вблизи работающего авиационного мотора -- 2 -107 Па.Ухо человека имеет верхний и нижний пределы восприятия звукового давления. Нижний предел равен примерно 20 Па, что соответствует интенсивности звука Ю-12 Вт/м2, верхний -- 5-107--1 * 108 Па, или 0,1 Вт/м2. Это наблюдается при больших амплитуде и звуковой энергии волны и вызывает неприятные ощущения и боль в ушах.Источник колебательных движений может создавать звуковую волну (шум), поступающую в окружающую среду непрерывно (ткацкий станок) или периодически в виде импульсов (ручной пневматический инструмент). Шум, образующийся в первом случае, называется стабильным, во втором -- импульсным, причем последний более опасен для организма человека.Частота звуковых колебаний определяет высоту звучания и оказывает влияние на слуховое восприятие. Диапазон частот довольно большой -- от единиц до многих тысяч герц. Звуки с частотой ниже 16 Гц называются инфразвуками, с частотой выше 20ООО Гц -- ультразвуками. Верхняя граница воспринимаемых человеческим ухом частот имеет возрастную и индивидуальную чувствительность.Высота звучания в зависимости от частоты воспринимается следующим образом. При одной и той же силе звуки с частотой 300--400 Гц воспринимаются как басовые, 400--800 Гц -- как баритональные, 1000 Гц -- как теноровые.

С физиологической точки зрения при восприятии частотного состава звуков слух реагирует не на абсолютный, а на относительный прирост частот: увеличение частоты колебаний вдвое воспринимается как повышение тона (высоты) на определенную величину, называемую октавой. Октава -- это диапазон частот, в котором верхняя граница больше нижней. Весь слышимый диапазон частот разбит на октавы со среднегеометрическими частотами -- 16; 31,5; 63; 125; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 и 16 000 Гц. Среднегеометрические частоты занимают как бы промежуточное положение в октаве. Например, в октаве 40--80 Гц среднегеометрическая частота равна 63 Гц, в октаве 80--160 Гц -- 125 Гц и т. д.Распределение энергии по частотам входящих в шум звуков определяет спектральный состав шума. При этом звуковая энергия может оказаться почти равномерно распределенной в широкой полосе частот. В таких случаях шум называют широкополосным. Звуковая энергия может и неравномерно распределяться, заметно преобладая в области одной-двух октав. Тогда такой шум называют узкополосным, или тональным. Тональный шум оказывает более вредное действие.

Колебания упругой пластинки, зажатой в тисках, имеют тем более высокую частоту, чем короче свободный (колеблющийся) кусок пластинки. Когда частота колебаний делается выше 16 Гц, мы начинаем слышать колебания пластинки. Выше (§ 4) мы убедились в том, что и звучащий камертон тоже колеблется. Вообще человеческое ухо слышит звук, когда на слуховой аппарат уха действуют механические колебания с частотой не ниже 16 Гц, но не выше 20 000 Гц (20 кГц). Колебания же с более низкими и более высокими частотами неслышимы.Таким образом, звук обусловливается механическими колебаниями в упругих средах и телах (твердых, жидких и газообразных), частоты которых лежат в диапазоне от 16 до 20 кГц и которые способно воспринимать человеческое ухо.Соответственно этому механические колебания с указанными частотами называются звуковыми или акустическими (акустика -- учение о звуке). Неслышимые механические колебания с частотами ниже звукового диапазона часто называют инфразвуковымы, а с частотами выше звукового диапазона, т. е. более 20 кГц -- ультразвуковыми.

Методы и средства защиты от звуковых колебаний

Изменения, возникающие в органе слуха, некоторые исследователи объясняют травмирующим действием шума на периферический отдел слухового анализатора -- внутреннее ухо. Этим же обычно объясняют первичную локализацию поражения в клетках внутренней спиральной борозды и спирального органа. Имеется мнение, что в механизме действия шума на орган слуха существенную роль играет перенапряжение тормозного процесса. Некоторые авторы склонны считать, что длительное воздействие шума вызывает стойкие нарушения в системе кровоснабжения внутреннего уха.

Механизм действия шума на организм сложен и недостаточно изучен. Когда речь идет о влиянии шума, то обычно основное внимание уделяют состоянию органа слуха, так как слуховой анализатор в первую очередь воспринимает звуковые колебания и поражение его является адекватным действию шума на организм. Наряду с органом слуха восприятие звуковых колебаний частично может осуществляться и через кожный покров рецепторами вибрационной чувствительности. Имеются наблюдения, что люди, лишенные слуха, при прикосновении к источникам, генерирующим звуки, не только ощущают последние, но и могут оценивать звуковые сигналы определенного характера.

Методы снижения шума на пути его распространения реализуются применением: кожухов, экранов, кабин наблюдения (при дистанционном управлении), звукоизолирующих перегородок между помещениями, звукопоглощающих облицовок, глушителей шума и др. Из средств индивидуальной защиты, позволяющих снизить уровень воспринимаемого звука на 10-45 дБ, можно назвать противошумовые:

-вкладыши

-наушники (антифоны)

-шлемы и каски (при уровнях 120 дБ и выше)

- специальные костюмы.

В условиях повышенного шума, при отсутствии специальных средств индивидуальной защиты, используйте подручные средства, так, например, обычная вата снижает шум на 6 дБ, вата с жиром - до 18 дБ, воск - до 24 дБ. Значительное снижение шума достигается при замене подшипников качения на подшипники скольжения (шум снижается на 10...15 дБ), зубчатых и цепных передач клиноременными и зубчатоременными передачами, металлических деталей - деталями из пластмасс.

Понятие вибрации

Вибрация представляет собой сложный колебательный процесс в широком диапазоне частот, возникающий в результате передачи колебательной энергии от какого-то источника в твердом теле.Механические вибрации возникают практически во всех механизмах с разными амплитудами и присутствующими частотами, поэтому они могут быть моно-, би-, и полигармонические, случайные с широким диапазоном частот. В городах источником вибрации служат в первую очередь транспорт и некоторые производства.

Вибрация возникает в самых разнообразных технических устройствах вследствие несовершенства их конструкции, неправильной эксплуатации, внешних условий (например, рельеф дорожного полотна для автомобилей), а также специально генерируемая вибрация.

звуковое колебание вибрация защита

Виды вибраций

По способу передачи на человека вибрация подразделяется на локальную и общую.Общая вибрация передается через опорные поверхности на тело стоящего или сидящего человека. Наиболее опасная частота общей вибрации лежит в диапазоне 6-9 Гц, поскольку она совпадает с собственной частотой колебаний внутренних органов человека, в результате чего может возникнуть резонанс.Локальная (местная) вибрация передается через руки человека. К локальной вибрации может быть отнесена и вибрация, воздействующая на ноги сидящего человека и на предплечья, контактирующие с вибрирующими поверхностями рабочих столов.Источниками локальной вибрации, передающейся на работающих, могут быть: ручные машины с двигателем или ручной механизированный инструмент; органы управления машинами и оборудованием; ручной инструмент и обрабатываемые детали.Общая вибрация в зависимости от источника ее возникновения подразделяется на:общую вибрацию 1 категории - транспортную, воздействующую на человека на рабочем месте в самоходных и прицепных машинах, транспортных средствах при движении по местности, дорогам и агрофонам;общую вибрацию 2 категории -- транспортно-технологическую, воздействующую на человека на рабочих местах в машинах, перемещающихся по специально подготовленным поверхностям производственных помещений, промышленных площадок, горных выработок;

общую вибрацию 3 категории - технологическую, воздействующую на человека на рабочем месте у стационарных машин или передающуюся на рабочие места, не имеющие источников вибрации.Общая вибрация категории 3 по месту действия подразделяется на следующие типы:3а - на постоянных рабочих местах производственных помещений предприятий;3б - на рабочих местах на складах, в столовых, бытовых, дежурных и других вспомогательных производственных помещений, где нет машин, генерирующих вибрацию;3в - на рабочих местах в административных и служебных помещениях заводоуправления, конструкторских бюро, лабораториях, учебных пунктах, вычислительных центрах, здравпунктах, конторских помещениях и других помещениях работников умственного труда.По временным характеристикам вибрация подразделяется на:- постоянную, для которой спектральный или корректированный по частоте нормируемый параметр за время наблюдения (не менее 10 минут или время технологического цикла) изменяются не более чем в 2 раза (6 дБ) при измерении с постоянной времени 1 с;- непостоянную вибрацию, для которой спектральный или корректированный по частоте нормируемый параметр за время наблюдения (не менее 10 минут или время технологического цикла) изменяются более чем в 2 раза (6 дБ) при измерении с постоянной времени 1 с.

Методы и средства защиты от вибраций

При общей вибрации опасными являются так называемые резонансные частоты, когда внешние колебания вступают в резонанс с нормальной вибрацией организма. Для стоящего человека резонансными частотами являются 5-15 Гц, для сидящего - 4-6 Гц. Доя головы - 20-30 Гц, для органов грудной клетки и брюшной полости - 3-3.5 Гц. Если вибрация рабочего места совпадает с резонансной частотой, могут возникать головные боли, боли в солнечном сплетении и тд. Под воздействием общей вибрации развиваются поражения ЦНС, вегетативной нервной системы, сердечно-сосудистой системы, возникает нарушение обменных процессов. Основными симптомами являются локальные сосудистые расстройства, выраженный астенический синдром, нейродинамические изменения.

Вибрационная болезнь продолжает занимать одно из ведущих мест среди всех профессиональных заболеваний. Причиной этого является как использование ручных машин, не отвечающих требованиям санитарных норм, так и развивающаяся специализация труда, ведущая к увеличению времени воздействия на организм вибрации. Опасность развития вибрационной болезни возрастает с увеличением интенсивности и длительности действия вибрации; при этом существенное значение имеет индивидуальная чувствительность. Вредное действие вибрации усиливают шум, охлаждение, переутомление, значительное мышечное напряжение, алкогольное опьянение и др. Условно различают местную вибрацию, действующую преимущественно на руки работающих, и общую вибрацию, когда при колебании пола, сиденья (рабочего места) действию вибрации подвергается весь организм.

Для борьбы с вибрацией машин и оборудования и защиты работающих от вибрации используют различные методы.

Борьба с вибрацией в источнике возникновения связана с установлением причин появления механических колебаний и их устранением, например замена кривошипных механизмов равномерно вращающимися, тщательный подбор зубчатых передач, балансировка вращающихся масс и т.п. Для снижения вибрации широко используют эффект вибродемпфирования - превращение энергии механических колебаний в другие виды энергии, чаще всего в тепловую. С этой целью в конструкции деталей, через которые передается вибрация, применяют материалы с большим внутренним трением: специальные сплавы, пластмассы, резины, вибродемпфирующие покрытия. Для предотвращения общей вибрации используют установку вибрирующих машин и оборудования на самостоятельные виброгасящие фундаменты.

Для ослабления передачи вибрации от источников ее возникновения полу, рабочему месту, сиденью, рукоятке и т.п. широко применяют методы виброизоляции. Для этого на пути распространения вибрации вводят дополнительную упругую связь в виде виброизоляторов из резины, пробки, войлока, асбеста, стальных пружин. В качестве средств индивидуальной защиты работающих используют специальную обувь на массивной резиновой подошве. Для защиты рук служат рукавицы, перчатки, вкладыши и прокладки, которые изготовляют из упругодемпфирующих материалов.

Важным для снижения опасного воздействия вибрации на организм человека является правильная организация режима труда и отдыха, постоянное медицинское наблюдение за состоянием здоровья, лечебно-профилактические мероприятия, такие как гидропроцедуры (теплые ванночки для рук и ног), массаж рук и ног, витаминизация и др. Для защиты рук от воздействия ультразвука при контактной передаче, а также при контактных смазках и т.д. операторы должны работать в рукавицах или перчатках, нарукавниках, не пропускающих влагу или контактную смазку.

Список литературы

1. Суворов Г.А., Шкаринов Л.Н., Денисов Э.И. Гигиеническое нормирование производственных шумов и вибраций. - М.: Медицина, 1984. - 240 с.

2. Гигиеническая оценка физических факторов производственной и окружающей среды: Руководство 2.2.4/2.1.8.000-97 (в стадии утверждения).

3. Суворов Г.А., Бутковская З.М., Хунданов Л.Л. Производственная вибрация /гигиенические аспекты/. - М., 1996. - 72 с.

4. Допустимые уровни шума, вибрации и требования к звукоизоляции в жилых и общественных зданиях: МГСН 2.04.97

5. Приборы для измерения вибрации, параметров движения, счетчики. ТСП-2.2 / Информприбор. - М., 2006.

Размещено на Allbest