POLITECHNIKA ŚLĄSKA. WYDZIAŁ ORGANIZACJI I ZARZĄDZANIA. Katedra Podstaw Systemów Technicznych - Podstawy Metrologii - Ćwiczenie 5. Pomiary dźwięku.

Transkrypt

1 POITECHNIKA ŚĄSKA. WYDZIAŁ ORGANIZACJI I ZARZĄDZANIA. Strona:. CE ĆWICZENIA Celem ćwiczenia jest zaoznanie się z odstawowymi ojęciami z zakresu omiarów dźwięku (hałasu), odstawowymi zależnościami oisującymi roagację dźwięku w środowisku oraz metodyką oceny narażenia racownika na onadnormatywny hałas wystęujący w miejscu racy. 2. PODSTAWOWE POJĘCIA Dźwięk (drgania akustyczne) - drgania mechaniczne cząstek materialnych wokół określonego ołożenia równowagi zachodzące w ośrodku srężystym w zakresie częstotliwości słyszalnej dla ucha ludzkiego. Inaczej mówiąc dźwiękiem nazywamy drgania akustyczne zdolne wytworzyć wrażenie słuchowe. Hałas - dźwięki o dowolnym charakterze akustycznym nieożądane w danych warunkach i dla danej osoby. Inna definicja hałasu określa go jako wszelkie nieożądane, nierzyjemne, dokuczliwe lub szkodliwe drgania ośrodka srężystego, działające za ośrednictwem owietrza na organ słuchu oraz cały organizm człowieka. Hałas jest ojęciem subiektywnym. Częstotliwość dźwięku - liczba zmian ciśnienia akustycznego w ciągu sekundy wyrażona w hercach (Hz = /s). Zakres słyszalności zdrowego człowieka zawarty jest w rzedziale od 20 Hz do Hz. Często w literaturze można sotkać również rzedział od 6 Hz do 6 khz. Dokładne wartości dolnej i górnej częstotliwości dźwięków jakie jest w stanie usłyszeć człowiek zależą od jego indywidualnych (subiektywnych) cech słuchu. Wzór oisujący częstotliwość dźwięku wynika bezośrednio z wzoru na rędkość fali harmonicznej. Obowiązuje on zarówno dla dźwięku w owietrzu, jak i dźwięku w ciałach stałych i cieczach: ν ν ν = λ f f = λ = λ f f częstotliwość dźwięku w hercach Hz, λ długość fali dźwiękowej w m, ν rędkość fali w m/s (dla owietrza ν=340 m/s, dla wody ν= 490 m/s, dla stali ν= 500 m/s). Ciśnienie akustyczne - różnica chwilowej wartości ciśnienia sowodowanego drganiem cząstek w ośrodku srężystym (owietrzu) i ciśnienia, jakie anuje w środowisku (tzw. ciśnienia barometrycznego). Ciśnienie akustyczne oznacza się literą i mierzy w Pa ( Pa = N/m 2 ). Poziom ciśnienia akustycznego to logarytm stosunku ciśnienia akustycznego do ciśnienia odniesienia: 2 = 0log 2 o = 20log, zmierzona wartość ciśnienia akustycznego w Pa, o - ciśnienie odniesienia, o = Pa = 20 µpa = 0,00002 Pa. Ciśnienie odniesienia o odowiada dolnej granicy słyszalności ucha ludzkiego, czyli oziomowi 0 db. Poziom ciśnienia akustycznego zmierzony w danej (jednostkowej) chwili czasu nazywamy chwilowym oziomem dźwięku i często oznaczamy SP (Sound Pressure evel). Skorygowany oziom ciśnienia akustycznego. udzkie ucho nie osiada liniowej charakterystyki w całym zakresie asma słyszalnego. Jego czułość jest największa w okolicach częstotliwości od 2 khz do 4 kh. Przy ozostałych częstotliwościach czułość ucha ludzkiego zmniejsza się. Z kolei rzetworniki mechanoakustyczne, jakimi są mikrofony omiarowe, osiadają liniową charakterystykę w całym aśmie omiarowym. W celu zbliżenia wyników omiarów do odczucia słuchowego doznanego rzez ucho ludzkie stosuje się w układzie omiarowym dodatkowy filtr zwany filtrem korekcyjnym A. Poziom ciśnienia o db

2 POITECHNIKA ŚĄSKA. WYDZIAŁ ORGANIZACJI I ZARZĄDZANIA. Strona: 2 akustycznego mierzony z załączonym filtrem korekcyjnym A nosi nazwę skorygowanego oziomu ciśnienia akustycznego lub oziomu dźwięku A. Poziom ten wyraża się wzorem: A = A = 0 log m i= 0 0, ( + K ) i oziom ciśnienia akustycznego w i-tym aśmie częstotliwości w db, K Ai wartość orawki wg charakterystyki A dla i-tego asma częstotliwości w db m liczba asm częstotliwości. Moc akustyczna źródła - ilość energii, jaką wysyła źródło dźwięku w jednostce czasu, mierzona w watach [W]. Moc akustyczną można wyrazić również w db jako oziom mocy akustycznej: i Ai 0 N log N = o N, N - moc akustyczna źródła dźwięku w W, N o - moc odniesienia równa 0-2 W. db 3. POMIARY HAŁASU Niekorzystny wływ hałasu na człowieka zależy nie tylko od oziomu dźwięku, ale również od czasu jego trwania. Stosowane metody omiaru i oceny hałasu w środowisku zależą również od charakteru hałasu z jakim mamy do czynienia. Ze względu na charakter amlitudowo-czasowy hałasu możemy go odzielić na: a) hałas ustalony, w którym najmniejsza i największa wartość chwilowego oziomu dźwięku w czasie oceny jest mniejsza niż 5 db, b) hałas nieustalony, w którym wystęują wahania chwilowego oziomu dźwięku o więcej niż 5 db, c) hałas imulsowy, gdzie wyszczególnić można wyraźne zjawiska akustyczne o charakterze imulsowym, n. rzejazdy ojedynczych samochodów, wystrzały, zrzuty ary, it. Przykładowe rzebiegi czasowe wymienionych wyżej hałasów rzedstawiono na Rys.. a) b) c) t,min t,min t,min Rys.. Podstawowe rodzaje hałasów: a) ustalony, b) nieustalony, c) imulsowy. W określenia oziomu hałasu ustalonego należy rzerowadzić co najmniej 5 omiarów chwilowego oziomu dźwięku oraz uśrednić zmierzone wartości zgodnie ze wzorem: n śr = i n i= W rzyadku, gdy rozrzut między zmierzonymi wartościami oziomu hałasu jest większy od 5 db (hałas nieustalony) należy wykonać zdecydowanie większą liczbę omiarów, a uśrednianie wykonać zgodnie ze wzorem:

3 POITECHNIKA ŚĄSKA. WYDZIAŁ ORGANIZACJI I ZARZĄDZANIA. Strona: 3 śr n = 0 log 0 n i= 0, i W rzyadku hałasu nieustalonego należy stasować zdecydowanie większą liczbę omiarów oraz wydłużyć czas oceny hałasu. Do omiaru hałasów nieustalonych oraz imulsowych najleiej jest wykorzystać całkujący miernik oziomu dźwięku o odowiednio dobranej charakterystyce czasowej (fast, imulse), ozwalającej na regulację częstotliwości wykonywanych omiarów i określenie całkowitego czasu omiaru. Ekwiwalentny (równoważny) oziom dźwięku Aeq charakteryzuje hałas o zmiennym oziomie w czasie. Wyraża ta samą energię i jednocześnie to samo ryzyko uszkodzenia słuchu, co mierzony hałas o zmiennym oziomie. Poziom ekwiwalentny (równoważny) wyrażony jest wzorem: AeqT n = 0 log t T i= i 0 0, Aeq.T - równoważny oziom dźwięku A wyznaczony dla czasu oceny T, Ai - oziom dźwięku działający w czasie t i, t i - czas działania dźwięku o oziomie Ai, T - czas oceny hałasu. Ai Innym niż eq arametrem energetycznym jest oziom eksozycji na hałas SE zdefiniowany jako stały oziom dźwięku działający w ciągu sekundy, który zawiera tą samą energię akustyczną co mierzony hałas o dłuższym czasie działania. W rzyadku użycia w czasie omiaru korekcji A wartość SE oznaczana jest symbolem AE. Dzięki temu, że oziom eksozycji na hałas odnosi się zawsze do sekundy możliwe jest orównanie wartości energii w ojedynczych zdarzeniach hałasowych. Pomiary SE stosuje się zatem do określania hałasu emitowanego odczas rzejazdów ojedynczych samochodów lub rzelotów statków owietrznych. 4. POJĘCIE DECYBEA (db) Dźwięk oisują dwa odstawowe arametry: częstotliwość i amlituda. O ile wartość częstotliwości waha się granicach od 20Hz do 20000Hz to amlituda dźwięku może rzybierać znacznie większe wartości z zakresu 20 µpa do µpa (0, Pa). Oerowanie liczbami należącymi do tak dużego zakresu srawiałoby wiele trudności, dlatego ostanowiono wrowadzić miarę względną logarytmiczną, której jednostką odstawową jest Bel. Bel jest definiowany jako logarytm stosunku wartości mierzonej do wybranego oziomu odniesienia: log 0, B 0log db = 0,B B = 0dB Ponieważ Bel [B] jest jednostką osiadającą zbyt mały zakres zmienności rzyjęto w zastosowaniach technicznych używać decybela [db], a miarę względną odawaną w db nazywać oziomem. W rzyadku ciśnienia akustycznego jako oziom odniesienia rzyjęto wartość o = 20 µpa. Nietrudno zauważyć, że dwukrotnemu wzrostowi wartości mierzonej odowiada wzrost oziomu tej wartości o 3 db. Skala logarytmiczna (decybelowa) ogranicza zatem milionowy zakres wartości ciśnienia akustycznego wyrażany w Pa do rzedziału 0-40 db. Innym istotnym asektem wrowadzenia skali logarytmicznej jest rzeczywista ercecja ucha ludzkiego, które w całym zakresie swojej dynamiki jednakowo rozróżnia zmianę oziomu n. o db, z czego wynika, że nie jest ono liniowe w dziedzinie amlitud. 0, db

4 POITECHNIKA ŚĄSKA. WYDZIAŁ ORGANIZACJI I ZARZĄDZANIA. Strona: 4 5. OCENA NARAŻENIA NA HAŁAS 5.. Wływ hałasu na człowieka Problem wływu hałasu na organizm człowieka jest złożony. Dotyczy on, bowiem człowieka jako organizmu biologicznego, jednostki intelektualnej i członka gruy sołecznej, a także wszelkich rzejawów jego życia. Hałas oddziałuje nie tylko na organ słuchu, lecz również orzez centralny układ nerwowy na inne organy. Ważne znaczenie ma również wływ hałasu na życie sychiczne, srawność umysłową, efektywność i jakość racy. Nadmierny hałas nie tylko wływa negatywnie na narząd słuchu, lecz również na ogólny stan zdrowia oraz stan sychiczny i emocjonalny. Powoduje brak oczucia bezieczeństwa, brak oczucia niezależności, uniemożliwia orozumiewanie się i orientację w środowisku, ogarsza komfort racy i wyoczynku. Dla oceny wrażeń słuchowych wrowadzono ojęcie oziomu głośności dźwięku. Przez oziom głośności dźwięku rozumiemy wielkość liczbowo równą oziomowi ciśnienia akustycznego, wytwarzanego w unkcie obserwacji rzez falę bieżącą o częstotliwości 000 Hz, która daje taką samą głośność jak dźwięk badany. Za jednostkę oziomu głośności rzyjmuje się fon. Poziom głośności dźwięku wynosi n fonów, jeżeli rzeciętny słuchacz ocenia go jako jednakowo głośny z tonem odniesienia 000 Hz o oziomie ciśnienia akustycznego n decybeli onad ciśnienie odniesienia, 20-5 Pa. Przy analizie wływu hałasu na organizm ludzki rozatrywać będziemy oziom dźwięku A. Stosowane w raktyce mierniki oziomu dźwięku zaoatrzone są w secjalne filtry korekcyjne częstotliwości: A, B, C oraz D. Filtr korekcyjny A rzystosowuje charakterystykę omiarową rzyrządu do charakterystyki czułości ucha w zakresie małych oziomów głośności (0 55 fonow), filtr B w zakresie średnich (55 85 fonów), a filtr C, dla dużych oziomów głośności owyżej 85 fonów. Dla szczególnie wysokich oziomów dźwięków, n. hałasów lotniczych, wrowadzono krzywe korekcyjne D. Na Rys.2 okazano rzebiegi krzywych korekcyjnych A, B, C, i D. Rys.2. Przebieg krzywych korekcyjnych. Rozatrując szkodliwy wływ hałasu na człowieka można stwierdzić, że hałasy o oziomie A nie rzekraczającym 35 db są dla zdrowia nieszkodliwe, czasami denerwujące. Hałasy o oziomie A od 35 do 70 db wływają ujemnie na organizm, owodując zmęczenie układu nerwowego, obniżenie czułości wzroku, utrudniają zrozumienie mowy, orozumiewanie się, niekorzystnie wływają na sen i wyoczynek. Ciągła eksozycja hałasu o oziomie A db wływa ujemnie na wydajność racy, działa szkodliwie na zdrowie. Nastęuje osłabienie słuchu, bóle głowy, zaburzenia nerwowe. Hałasy o oziomach A zawartych w rzedziale db są niebezieczne dla organizmu, owodując liczne zaburzenia, m.in. układu krążenia, układu okarmowego. Hałasy o oziomach A wyższych od 30 db wytwarzają drgania niektórych organów wewnętrznych człowieka, owodując ich choroby oraz zniszczenie. Przebywanie w hałasie o tym oziomie owoduje zaburzenia równowagi, mdłości, zmianę roorcji zawartości różnych składników krwi, it.

5 POITECHNIKA ŚĄSKA. WYDZIAŁ ORGANIZACJI I ZARZĄDZANIA. Strona: Metody omiarów i oceny hałasu w miejscach rzebywania ludzi Pomiary i ocenę hałasu w miejscach rzebywania ludzi stosuje się w celu ustalenia czy istnieje narażenie racownika na działanie onadnormatywnego hałasu w miejscu jego rzebywania. Wyniki omiarów hałasu służą rzede wszystkim do orównania istniejących warunków akustycznych z warunkami określonymi rzez normy i rzeisy higieniczne, a także do oceny i wyboru lanowanych lub realizowanych rzedsięwzięć ograniczających hałas. Do omiaru wielkości wszystkich rodzajów hałasu (ustalonego, nieustalonego i imulsowego) owinny być stosowane dozymetry hałasu lub całkujące mierniki oziomu dźwięku klasy 2 lub leszej. Pomiary rzerowadza się metodą bezośrednią lub ośrednią. Metoda bezośrednia olega na ciągłym omiarze rzez cały czas narażenia racownika na hałas i odczycie wielkości określanych bezośrednio rzez miernik, n. dozymetr hałasu lub całkujący miernik oziomu dźwięku. Metoda bezośrednia (dozymetryczna) umożliwia otrzymanie wyników, które dokładnie oddają narażenie racownika na hałas, jednak z różnych względów jest często trudna do zastosowania. Metoda ośrednia olega na omiarze hałasu w czasie krótszym niż odlegający ocenie oraz obliczeniu dawki hałasu na odstawie nastęujących zależności: a) ośmiogodzinny oziom eksozycji na hałas: EX, 8h = Aeq, Te + T 0log T Aeq,Te oziom hałasu działający w czasie T e, T o czas odniesienia równy 8 godzin (480 min.) Jeżeli czas eksozycji T e jest równy czasowi odniesienia T o = 480 minut to ośmiogodzinny oziom eksozycji na hałas EX,8h jest równy równoważnemu oziomowi dźwięku Aeq,Te. b) dzienna eksozycja na hałas: E = Ad 5 0, EX, 8h 2,5 0 0, Pa rzy czym dla EX,8h = 85 db, dzienna eksozycja E Ad = 3, Pa 2 s e o s Ocena narażenia zawodowego na hałas olega rzede wszystkim na orównaniu zmierzonych lub wyznaczonych wartości hałasu z wartościami douszczalnymi (oziomu eksozycji na hałas, maksymalnego oziomu dźwięku A i szczytowego oziomu dźwięku C), obowiązującymi jednocześnie. Wystarczy rzekroczenie jednej z tych wartości, aby uznać rzekroczenie wartości douszczalnej Wartości douszczalne hałasu w środowisku racy Ze względu na ochronę słuchu wartości douszczalne hałasu w środowisku racy człowieka zdefiniowano nastęująco: oziom eksozycji na hałas odniesiony do 8-godzinnego dobowego wymiaru czasu racy ( EX,8h ) nie owinien rzekraczać 85 db, a odowiadająca mu eksozycja dzienna nie owinna rzekraczać 3, Pa 2 s; lub - wyjątkowo w rzyadku hałasu oddziałującego na organizm człowieka w sosób nierównomierny w oszczególnych dniach tygodnia - oziom eksozycji na hałas odniesiony do rzeciętnego tygodniowego wymiaru czasu racy ( EX,w ) nie owinien rzekraczać wartości 85 db, a odowiadająca mu eksozycja tygodniowa nie owinna rzekraczać wartości 8,2 0 3 Pa 2 s, maksymalny oziom dźwięku A ( Ama ) nie owinien rzekraczać 5 db, szczytowy oziom dźwięku C ( Ceak ) nie owinien rzekraczać 35 db. Dwie ostatnie wielkości służą do oceny hałasów krótkotrwałych i imulsowych. Podane wyżej wartości normatywne obowiązują, jeżeli inne szczegółowe rzeisy nie określają wartości niższych (n. na stanowisku racy młodocianego - EX,8h = 80 db, na stanowisku racy kobiety w ciąży - EX,8h = 65 db).

6 POITECHNIKA ŚĄSKA. WYDZIAŁ ORGANIZACJI I ZARZĄDZANIA. Strona: 6 ITERATURA:. Bruel & Kjaer: Pomiary dźwięków. Wydawnictwo B&K, Dania. 2. Engel Z.: Ochrona środowiska rzed drganiami i hałasem. PWN, Warszawa Koradecka D., Zawieska W.: Ocena ryzyka zawodowego. Podstawy metodologiczne. CIOP PIB, Warszawa Żyszkowski Z.: Miernictwo akustyczne. WNT, Warszawa Rozorządzenie Ministra Pracy i Polityki Sołecznej z dnia 29 listoada 2002 r. w srawie najwyższych douszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku racy (Dz.U nr 2 oz. 80).