Pomiar hałasu i drgań w środkach transportu

POLITECHNIKA ŚLĄSKA WYDZIAŁ TRANSPORTU KATEDRA TRANSPORTU SZYNOWEGO LABORATORIUM DIAGNOSTYKI POJAZDÓW SZYNOWYCH ĆWICZENIE 15 Pomiar hałasu i drgań w środkach transportu Katowice, 2009.10.01

1. CEL ĆWICZENIA Celem ćwiczenia laboratoryjnego jest zapoznanie studentów z metodami pomiaru hałasu i analizą uzyskanych wyników. W trakcie realizacji zajęć studenci mają możliwość praktycznego przeprowadzenia pomiaru hałasu pojazdów szynowych w warunkach rzeczywistych. 2. PODSTAWY TEORETYCZNE ĆWICZENIA Hałasem przyjęto określać wszelkie niepożądane, nieprzyjemne, dokuczliwe, uciążliwe lub szkodliwe dźwięki oddziałujące na narząd słuchu i inne zmysły oraz części organizmu człowieka. Z fizycznego punktu widzenia, dźwięki są to drgania mechaniczne ośrodka sprężystego (gazu, cieczy lub ośrodka stałego). Drgania te mogą być rozpatrywane jako oscylacyjny ruch cząstek ośrodka względem położenia równowagi, wywołujący zmianę ciśnienia ośrodka w stosunku do wartości ciśnienia statycznego (atmosferycznego). Ta zmiana ciśnienia, (czyli zaburzenie równowagi ośrodka) przenosi się w postaci następujących po sobie lokalnych zagęszczeń i rozrzedzeń cząstek ośrodka w przestrzeń otaczającą źródło drgań, tworząc falę akustyczną. Różnica między chwilową wartością ciśnienia w ośrodku przy przejściu fali akustycznej a wartością ciśnienia statycznego (atmosferycznego) jest zwana ciśnieniem akustycznym p, wyrażanym w [Pa]. Ze względu na szeroki zakres zmian ciśnienia akustycznego - od 2 10-5 do 2 10 2 [Pa] powszechnie stosuje się skalę logarytmiczną i w konsekwencji używa się pojęcia poziom ciśnienia akustycznego L, wyrażany w [db]. Wszystkie wielkości charakteryzujące ekspozycję (narażenie) na hałas w środowisku pracy, tj.: maksymalny poziom dźwięku A, szczytowy poziom dźwięku C, równoważny poziom dźwięku A, poziom ekspozycji na hałas odniesiony do 8-godzinnego dnia tub tygodnia pracy, są wielkościami pochodnymi poziomu ciśnienia akustycznego. Z propagacją fali akustycznej w ośrodku jest związana transmisja energii zaburzenia. Energię fali akustycznej charakteryzują następujące wielkości: - moc akustyczna źródła będąca miarą ilości energii wypromieniowanej przez źródło w jednostce czasu, wyrażana w [W] - natężenie dźwięku, czyli wartość mocy akustycznej przepływającej przez jednostkową powierzchnię prostopadłą do kierunku rozchodzenia się fali akustycznej, wyrażane w [W/m 2 ] Podobnie jak w przypadku ciśnienia akustycznego, ze względu na szeroki przedział zmienności wartości mocy akustycznej i natężenia dźwięku, stosuje się skalę logarytmiczną oraz pojęcia: poziom mocy akustycznej i poziom natężenia dźwięku, wyrażane w [db]. Poziom mocy akustycznej jest podstawową wielkością charakteryzującą emisję hałasu z jego źródła. Stąd też, jest stosowany do oceny hałasu maszyn. Wyznacza się go na podstawie pomiarów ciśnienia akustycznego lub natężenia dźwięku. 2

W uproszczeniu można powiedzieć, że hałas stanowi zbiór dźwięków o różnych częstotliwościach i różnych wartościach ciśnienia akustycznego. Rozkład dźwięków złożonych na sumę dźwięków prostych (tonów) nazywamy wyznaczaniem widma lub analizą widmową (częstotliwościową) hałasu. 3

Dopuszczalne poziomy hałasu w środowisku. Tabela 1 Dopuszczalne poziomy hałasu w środowisku powodowanego przez poszczególne grupy źródeł hałasu, z wyłączeniem hałasu powodowanego przez linie elektroenergetyczne oraz starty, lądowania i przeloty statków powietrznych. *) Wartości określone dla dróg i linii kolejowych stosuje się także dla torowisk tramwajowych poza pasem drogowym. 4

5

6

7

Wszelki dźwięk niepożądany - jest to najbardziej powszechna definicja hałasu, którą określił Leo Beranek. Można więc powiedzieć, że hałas towarzyszy każdej działalności człowieka. Powszechność występowania hałasu powoduje wiele negatywnych skutków, szczególnie dla jakości życia i zdrowia człowieka. Stąd hałas, wywołując zmęczenie, utrudniając sen i wypoczynek, coraz częściej jest jednym z głównych powodów interwencji i wniosków kierowanych do organów ochrony środowiska. Podobnie aczkolwiek inaczej hałas zdefiniowali profesorowie: Z.Engel, I.Malecki i J.Sadowski. Według nich hałasem powinno się nazywać: Wszelkie niepożądane, nieprzyjemne, dokuczliwe lub szkodliwe drgania mechaniczne ośrodka sprężystego, działające za pośrednictwem powietrza na organ słuchu i inne zmysły oraz elementy organizmu człowieka [25]. Analizując tę wypowiedź można dojść do wniosku, że nie zawsze prostym jest określenie czy dany dźwięk jest hałasem, czy nie. Wynika to z indywidualnego sposobu widzenia określonego zjawiska - to, co jest hałasem dla jednej osoby, dla innej może być dźwiękiem przyjemnym i pożądanym. Praca ta jednak ma dotyczyć hałasu w taborze kolejowym, a w tym przypadku wszyscy się zgodzą, że prawie wszystkie dźwięki, które wydaje przejeżdżający pociąg, są niepożądane. 1.1. Pojęcia dotyczące hałasu Dźwięki, które nas otaczają są zazwyczaj złożone i aby je określić należy wyznaczyć kilka parametrów takich jak: - częstotliwość f [Hz] - czyli liczba zmian w ciągu okresu.[28] Człowiek odmiennie odbiera dźwięki o różnych częstotliwościach nawet jeżeli dźwięki te charakteryzuje taka sama energia. By dwa różne dźwięki o częstotliwościach 100 Hz i 1 khz były równogłośne to pierwszy z wymienionych musi mieć kilkudziesięcio lub nawet kilkuset razy większą energię od dźwięku drugiego, [29] - natężenie dźwięku J [W/m 2 ] - jest to energia przenoszona w jednostce czasu przez jednostkę powierzchni, która jest ustawiona prostopadle do kierunku rozchodzenia się fali, [28] - moc akustyczna N [W] - definiowana jest jako iloczyn natężenia dźwięku i prostopadłej do kierunku rozchodzenia się fali powierzchni pomiarowej, [28] - ciśnienie akustyczne p [Pa] - z definicji jest to skuteczna wartość wahań ciśnienia powodowanego przez falę dźwiękową.[28] Wartość ciśnienia akustycznego ma wpływ na to, czy dany dźwięk jest przez nas słyszany ciszej lub głośniej. Liczne doświadczenia dowiodły, że przeciętne ucho ludzkie zaczyna reagować na dźwięk o częstotliwości 1000 Hz i ciśnieniu 2*10-5 Pa. 8

Dalsze zwiększenie ciśnienia dźwięku powoduje, że słyszymy go coraz głośniej aż do osiągnięcia ciśnienia 2*10-1 Pa. Powyżej tej wartości ucho ludzkie odczuwa dany dźwięk jako ból.[27] Przy poruszaniu zagadnienia hałasu mamy do czynienia z wieloma innymi pojęciami. Poniżej przedstawione są tylko nieliczne z nich. Poziom ciśnienia akustycznego. p Lp = 20log [db], (1) gdzie: p0 p ciśnienie akustyczne w danym punkcie środowiska, p0 - ciśnienie odniesienia, które odpowiada w przybliżeniu progowi słyszalności tonu o częstotliwości 1000 Hz i jest równe 20 µpa.[29] Najmniejszy poziom ciśnienia akustycznego tonu o określonej częstotliwości, który wywołuje u słuchacza wrażenia słuchowe to próg słyszalności.[5] Poziom natężenia dźwięku. Poziom natężenia dźwięku jest to wielkość stosowana do określenia intensywności fali akustycznej pod względem energetycznym I Li = 10log [db], (2) gdzie: I0 I natężenie dźwięku w danym punkcie środowiska [Wm -2 ], I0 - natężenie odniesienia, które w przybliżeniu odpowiada dolnej granicy słyszalności tonu o częstotliwości 1000 Hz i jest równe 10-12 [Wm -2 ].[27] Poziom mocy dźwięku. Na Ln = 10log =Lp+10logS [db], (3) gdzie: No Na - moc akustyczna źródła [W], No - moc akustyczna odniesienia równa 10-12 [W], S - pole powierzchni pomiarowej [m 2 ], Lp - poziom ciśnienia akustycznego [db]. [27] Widmo akustyczne. Pracująca maszyna lub zespół urządzeń są źródłem hałasu. Hałas ten jednak często jest trudny do określenia zwykłymi metodami, gdyż w takich przypadkach hałas przez nas słyszany jest swego rodzaju mieszaniną dźwięków o różnych częstotliwościach. Z tego względu aby określić charakterystyczne cechy danego drgania złożonego wyznacza się jego widmo. Oznacza to, że na podstawie pomiarów wyznacza się lub określa wartości poziomu ciśnienia akustycznego poszczególnych jego składowych w funkcji częstotliwości. Analizy takiej dokonuje się w pasmach częstotliwości po sobie następujących, przy czym pasma te mają szerokość jednej oktawy, jej połowy lub jednej trzeciej oktawy zwanej tercją.[27] 9

Zazwyczaj poszczególne pasma są oznaczone przez wartość częstotliwości środkowej (fśr) danego pasma gdzie: fśr = f 1* f 2 [Hz], (4). Znając wartości poziomów w poszczególnych pasmach możemy określić całkowity poziom hałasu na podstawie poniższego wzoru : Przykład: Lcałk = 10lg(10 0,1*L1 +10 0,1*L2 +...+10 0,1*Ln ) [db], (5). Przykładow e w yniki analizy w idmow ej L[dB] 80 60 40 20 0 61 70 63 54 46 45,8 60 55 45 50 35 36,8 35 40 33,2 24 37 30 30 30 25 10 3,9 8 0 16 31,5 0 8000 4000 2000 1000 500 250 125 63 średnie w artości f[hz] dla pasm częstotliw ości śrenie w artości z pomiarów trw ających 1s 16000 total Rys.1.1. Przykładowe wyniki analizy widmowej. Lcałk = 10lg (10 0,1*3,9 +10 0,1*24 +...+10 0,1* 33,2 ) = 63 [db], (6) 1.2. Podział i metody zwalczania hałasu Hałas można podzielić według różnych kryteriów. Najczęściej jest on według częstotliwości. W takim przypadku hałas możemy podzielić na 3 grupy: - infradźwiękowy dźwięki o częstotliwościach niższych niż 16 Hz, - słyszalny - dźwięki o częstotliwościach od 16 Hz do 20 khz, - ultradźwiękowy - dźwięki o częstotliwościach wyższych niż 20 khz.. Drugim sposobem podziału jest podział ze względu na środowisko, w którym hałas występuje. Przy takim kryterium podziału mamy do czynienia z różnorodnym rozbudowaniem, gdzie stałymi elementami są tylko hałas przemysłowy, komunalny i komunikacyjny. Poniżej przedstawiony jest podział preferowany przez Zakład Akustyki Technicznej, Techniki Laserowej i Radiometrii. [25] 10

Hałas Przemysłowy Komunalny Komunikacyjny Drogowy Stanowiska pracy Otwarta przestrz. Pomieszczenia Żródła hałasu Maszyny Mieszkania Budynki użyteczności publ. Tereny otwarte Tereny rekreacji i wypoczynku Na statkach Lotniczy Kolejowy Procesy technol Współpraca pantografu z siecią Źródła hałasu z pojazdu szynowego Hałas toczenia i się jego urządzeń kół po szynach Otoczenie Połączenia między wagonami Opory powietrza Silnik spalinowy Turbosprężarka Hałas aerodynamiczny Nierówności płaszczyzn zewnętrznych pojazdów i składu pociągu Rys.1.2. Podział hałasu. Metody zwalczania hałasu. Poniżej przedstawiony jest schemat, który pokazuje nam w jaki sposób najczęściej dzieli się sposoby zwalczania hałasu [28]. Metody zwalczania hałasu Urządzenia wentylacyjno grzewcze Hamowanie Techniczne Prawnoorganizacyjne 11

Aktywne Klasyczne Ochronniki słuchu * Użycie dodatkowych źródeł energii Wkładki do przewodu usznego Nauszniki Hełmy Usytuowanie budynku w przestrzeni Lokalizacja poszczególnych pomieszczeń ze względów wymagań akustycznych U źródła emisji Łożyska Silniki Przekładni Na drodze propagacji Adaptacja akustyczna pomieszczeń Ekrany U odbiorcy Kabiny Odpowiednie rozmieszczenie źródeł hałasu w pomieszczeniu Kontrola czasu pracy Wprowadzenie przerw Zrzuty mediów Obudowy I inne Rys.1.3. Metody zwalczania hałasu. Ograniczenia, nakazy i zakazy * ochronniki słuchu - jest to sprzęt ochrony osobistej stosowany do ochrony narządu słuchu przed niepożądanymi skutkami działania hałasu. Ochronniki te mogą zawierać urządzenia elektroniczne, które służą do komunikacji lub urządzenia stosowane w celu aktywnej redukcji poziomu dźwięku.[8] 1.3. Wpływ hałasu na organizm człowieka Z badań statystycznych wynika, że w Polsce 1/3 ludności wystawionych jest na działanie hałasu. Występuje to w domu, w pracy, w szkołach, szpitalach, miejscach odpoczynku, w środkach komunikacji i transportu. Hałas jest więc uciążliwością o szerokim zasięgu. Wpływa to na zdrowie i samopoczucie ludzi w nim przebywających. Skutkiem takiego stanu rzeczy jest spadek efektywności myślenia a tym samym pracy. [40] Człowiek nie musi spędzić zbyt wiele czasu w hałasie by nastąpiło zmęczenie jego słuchu. Zjawisko to nazywane jest chwilowym ubytkiem słuchu i występuje w postaci chwilowego niedosłyszenia. Przebywanie zaś w wielkim hałasie przez dłuższy okres czasu ma duży wpływ na powstawanie trwałych ubytków słuchu. Za takie ubytki uważa się te, które nie ustępują po upływie 12 godzin i przy częstotliwości 2 khz przekracza 12 db. Jednakże hałas wpływa ujemnie nie tylko na organ słuchu - niestety ma on też inne ujemne skutki. M.Wykowska w książce Ergonomia za pozasłuchowe skutki działania hałasu wymienia między innymi: - wpływ na układ krwionośny przez zwężenie naczyń krwionośnych, zaburzenia pracy serca, wzrost ciśnienia tętniczego krwi, choroba wieńcowa, 12

- wpływ na czynności wydzielnicze gruczołów przez zaburzenia poziomu cukru, przyspieszenie przemiany materii, - wpływ na narząd równowagi, - wpływ na układ trawienny objawiający się chorobami wrzodowymi, - zmniejszenie i spowolnienie ruchu narządów zbudowanych z mięśni gładkich, - spadek sprawności pamięci, spostrzegania, stopnia równowagi, zdolności orientacji w przestrzeni oraz wzrost czasu reakcji, - wystąpienie reakcji alarmowych takich jak: marszczenie, mrużenie powiek, drgania ciała, spadek ostrości wzroku, - utrudnienie w porozumiewaniu się, - zakłócenia w odbiorze informacji, które są przyczyną błędów, stwarzają niebezpieczeństwo, mogą być przyczyną wypadków, - wzrost podatności na zachorowania i inne.[28] O szkodliwym działaniu hałasu decyduje przede wszystkim jego poziom. Ogólnie przyjmuje się, że: - dźwięki o poziomie do 35 db nie mają wpływu na zdrowie człowieka, - dźwięki o poziomie 35-70 db wpływają ujemnie na porozumiewanie się, sen i wypoczynek, powodują obniżenie czułości wzroku, - hałas o poziomie 70-85 db szkodliwie wpływa na zdrowie, zmniejszoną wydajność pracy, słuch zostaje osłabiony, powstają zaburzenia nerwowe i bóle głowy, - hałas o poziomie 90-130 db powoduje już liczne zaburzenia układu nerwowego, narządu równowagi, układu krwionośnego, układu pokarmowego i inne, - hałasy przewyższające poziom 130 db przez wywołane nim drgania powodują zniszczenie niektórych organów człowieka i wywołują choroby psychiczne.[30] Tab.1.1. Zależność ryzyka osłabienia słuchu od czasu pracy i równoważnego poziomu dźwięku ciągłego. [3] Równoważny Czas pracy w latach poziom dźwięku 5 10 15 20 25 30 35 40 45 ciągłego L eq db (A) Ryzyko osłabienia słuchu w % 85 2 3 5 6 7 8 9 10 7 90 4 10 14 16 16 18 20 21 15 95 7 17 24 28 29 31 32 29 23 13

100 12 29 37 42 43 44 44 41 33 105 18 42 53 58 60 62 61 54 41 110 20 55 71 78 78 77 72 62 45 115 36 71 83 87 84 81 75 64 47 Z raportu Inspekcji Ochrony Środowiska wynika, że w Polsce w strefie powyżej 70 db żyje ponad 10 mln. ludzi, a zły klimat akustyczny występuje na ponad ¼ powierzchni kraju i ulega stałemu pogorszeniu. [34] 1.4. Cel pracy Hałas jest zjawiskiem, które negatywnie wpływa na organizm człowieka. Tabor kolejowy emituje dźwięki niekorzystne nie tylko dla środowiska pracy maszynisty ale również dla podróżujących, mieszkańców sąsiadujących z liniami kolejowymi i całego środowiska. W trosce o zdrowie ludzi mających na co dzień do czynienia z hałasem kolejowym (i nie tylko kolejowym) w życie wprowadza się dokumenty prawne ściśle określające poziom hałasu na jaki może być narażony człowiek aby nie odbiło się to na jego zdrowiu. To zaś pociąga za sobą kolejne akty prawne opisujące jak należy ten hałas mierzyć aby wielkości zmierzone były porównywalne. Pierwszym celem tej pracy jest przedstawienie obowiązujących w Polsce norm związanych z pomiarami hałasu w taborze kolejowym. Normy te w sposób jednoznaczny określają: dopuszczalne poziomy hałasu w taborze kolejowym, sposoby ich pomiaru, rodzaje mierników jakich należy użyć itd. W związku z tym, że w niedługim czasie Polska wejdzie do Unii Europejskiej, zaczną u nas obowiązywać normy europejskie. Polska będzie musiała się do nich dostosować co w wielu dziedzinach życia będzie wiązać się z zaostrzeniem do tego czasu obowiązujących norm PN. Jedną z najważniejszych, może nawet najważniejszą organizacją kolejową w Unii Europejskiej jest UIC. Drugim celem tej pracy jest przedstawienie sposobu pomiarów hałasu w taborze kolejowym preferowanego przez UIC. Dzięki temu będzie można porównać jak daleko normy PN odbiegają od tych obowiązujących w UE. Trzecim celem niniejszej pracy jest określenie czy badana, zmodernizowana lokomotywa SM42 spełnia wymagania norm PN w zakresie dopuszczalnych wartości emisji hałasu. 2. Kryteria oceny hałasu Przy badaniu hałasu spotykamy się z kilkoma różnymi sposobami jego oceny. Różnice te wynikają z charakteru hałasu, z którym mamy do czynienia. Przykład stanowi różnica w sposobie oceny hałasu o poziomie ustalonym i hałasu o poziomie nieustalonym. Z jeszcze innym kryterium oceny hałasu mamy do czynienia w przypadku oceny widmowej stosowanej przy określaniu pasma częstotliwości, w którym poziom hałasu jest szczególnie wysoki. Poniżej przedstawione są najczęściej stosowane kryteria oceny hałasu. 2.1. Poziom hałasu Hałas można oceniać na podstawie różnych przyjętych kryteriów. Najpopularniejszym a zarazem najłatwiejszym sposobem jest ocena przez zmierzenie dźwięku wygenerowanego w db (A). Tak zmierzony poziom dźwięku uwzględnia charakterystykę wrażliwości ucha ludzkiego w funkcji częstotliwości. Obecnie wszystkie mierniki stosowane do pomiarów mają wbudowany w sobie filtr korekcyjny A. Filtry korekcyjne realizują wrażenia 14

częstotliwościowe zmierzonych sygnałów ciśnienia akustycznego. Filtr korekcyjny A stosowany jest do oceny poziomu hałasu i jego wpływu na słuch człowieka. [27] Charakterystyka częstotliwościow a filtru A 10,00 0,00-10,00-20,00 10,00 15,85 25,12 39,81 63,10 100,00 158,50 251,20 398,10 631,00 1000,00 1585,00 2512,00 3981,00 6310,00 10000,00 15850,00 [db] -30,00-40,00-50,00-60,00-70,00-80,00 f [Hz] Rys.2.1. Charakterystyka częstotliwościowa filtru A. Poziom dźwięku zmierzony przy pomocy takiego filtru nie powinien przekraczać określonych wartości. Normy ściśle określają dopuszczalne wartości tak zmierzonych poziomów hałasu w zależności od miejsca ich występowania. Ogólnie w miejscach pracy wartość ta nie powinna przekraczać 85 db. 2.2. Czas ekspozycji w hałasie ustalonym Za hałas ustalony przyjmuje się taki, którego poziom nie zmienia się w czasie jednej zmiany o więcej niż 5 db.[16] Wartość dopuszczalna takiego hałasu jest zależna od czasu jaki pracownik w nim spędza. Im krótszy czas przebywania pracownika w hałasie tym poziom dopuszczalny tego hałasu jest wyższy. Przyjęto, że dla ośmiogodzinnego czasu pracy wartość dopuszczalnego poziomu równoważnego dźwięku A winna wynosić 85 db [27, 20]. Dla ekspozycji krótszej wartość ta powinna być wyznaczona ze wzoru [27]: 480 L Aeq = 85 + 10 log*, (7) t lub z poniższej tabeli [7]: 15

Tab.2.1. Dopuszczalne wartości równoważnego poziomu dźwięku wg PN-84/N-01307. Czas ekspozycji na hałas Dopuszczalny równoważny poziom dźwięku A, db Godziny Minuty 8-85 6.5-86 5-87 4-88 3-89 2.5-90 2-91 1,5-92-93 1-94 - 40 95-96 - 30 97-98 - 15 99-100 - 10 101-102 5 103-105 2.3. Czas ekspozycji w hałasie nieustalonym Z takim sposobem oceny hałasu mamy do czynienia gdy poziom hałasu przez nas mierzonego zmienia się w okresie jednej zmiany o więcej niż 5 db (A) [16]. Należy wtedy obliczyć wartość poziomu dźwięku hałasu równoważnego ze wzoru [25]: L Aeq = q 1 log 0,3 N n i= 1 ni *10 (0,3Lai/q), (8) gdzie: L Aeq - poziom równoważny A w db, q - współczynnik dwudzielności zależny od hałasu. Przyjęto, że dla hałasu komunikacyjnego wynosi on 3 a dla hałasów przemysłowych 4, ni -liczba obserwacji odcinków hałasu o poziomie dźwięku w danej klasie Lai, 16

N -liczba wszystkich obserwacji. W powyższym wzorze liczbę obserwacji możemy zastąpić czasem ich trwania a wtedy: L Aeq = q log 0,3 1 T n i= 1 ti *10 (0,3Lai/q), (9) Wartości wyliczone nie powinny przekraczać wartości wg PN-84/N-01307 (Tab.2.1). Przykład: W czasie 8 godzinnej dniówki pracownik narażony jest na hałas zmienny w czasie. Hałas, w którym przebywa zmienia się co 2 godziny i wynosi kolejno 60, 80, 70 i 90 [db]. poziom A[dB] 100 80 60 40 20 84,4 0 1 2 3 4 5 6 7 8 nr godziny pracy poziom A w kolejnych godzinach pracy obliczona wartość poziomu dźwięku dla hałasu równoważnego Rys.2.2. Przykład cyklu pracy. Przyjmując, że q = 3 (hałas komunikacyjny) obliczamy wartość poziomu dźwięku dla hałasu równoważnego ze wzoru (9): 3 1 L Aeq = log *(2*10 0,3*60/3 +2*10 0,3*80/3 +2*10 0,3*70/3 +2*10 0,3*90/3 )=84,4 [db], (10) 0,3 8 Porównując wyliczoną wartość z normą PN-84/N-01307 (Tab.2.1) można wnioskować, że hałas, w którym przebywa pracownik nie przekracza wartości dopuszczalnej, która dla 8- godzinnego czasu pracy wynosi 85 [db]. 2.4. Ocena dozymetryczna Ocena ta jest stosowana do określania narażenia człowieka na hałas nieustalony w ciągu zmiany roboczej. Należy tutaj wyznaczyć równoważny poziom dźwięku A (L Aeq ) dla hałasu słyszalnego wg wzoru[26]: 1 L Aeq = 10*log 10 (p A (t)/p 0 )*dt [db], (11) gdzie: T T 0 L Aeq - równoważny poziom ciśnienia akustycznego, T - czas trwania pomiarów w sek., p A (t) - chwilowy poziom ciśnienia akust. w Pa., p 0 - poziom ciśnienia odniesienia równy 20µPa 17

Przy takiej ocenie pomiary wykonujemy sonometrem z załączonym filtrem korekcyjnym A. Równoważny poziom dźwięku jest to średnia w czasie wartość energii częstotliwościowej ważonej filtrem A. Można powiedzieć, że jest to energia stałego sygnału dźwięku, który wg charakterystyki A ma taką samą wartość ważonej energii jak rzeczywisty mierzony sygnał w tym samym czasie. L Aeq nie powinien przekraczać wartości dopuszczalnych wg PN-84/N- 01307 (Tab.2.1). W przypadku przekroczenia tych wartości należy określić dopuszczalny czas pracy t dop ze wzoru [26]: t dop = 480/(10 (LA-Ladop)*0.1 ) [min/8h], (12) gdzie: LA - zmierzony równoważny poziom dźwięku w skali A [db], Ladop - dopuszczalna wartość równoważnego poziomu dźwięku wg PN-84/N-01307 (Tab.2.1). 2.5. Ocena hałasu ważonego częstotliwościowo dla stacjonarnego odcinka czasowego Przy takiej metodzie należy zmierzyć równoważny poziom dźwięku A, oznaczony jako LA,v = L eqa,v, dla poszczególnych stacjonarnych odcinków czasowych (przy stałej prędkości jazdy). Równoważny poziom dźwięku L eqa,v jest tutaj definiowany jako uśredniona w czasie wartość energii ważonej częstotliwościowo filtrem A, zmierzoną dla stacjonarnego odcinka czasowego. W tej metodzie czas pomiaru powinien wynosić co najmniej 15 s. [26] T T 0 1 L eqa,v =10*log 10 (p A,v (t)/p 0 ) 2 *dt [db], (13) gdzie: p A,v (t) - zmierzony chwilowy poziom ciśnienia akustycznego w skali A, dla stacjonarnego odcinka czasowego v [Pa], T - czas trwania pomiarów w sek., p 0 - poziom ciśnienia odniesienia równy 20µPa. L eqa,v nie powinno przekraczać dopuszczalnych wartości wg PN-84/N-01307 (Tab.2.1). W przypadku ich przekroczenia należy określić dopuszczalny czas pracy t dop ze wzoru [26]: t dop = 480/(10 (LA,v-Ladop)0,1 ) [min/8h], (14) gdzie: LA,v - zmierzony równoważny poziom dźwięku w skali A, dla stacjonarnego odcinka czasowego [db], Ladop - dopuszczalna wartość równoważnego poziomu dźwięku wg PN-84/N-01307 (Tab.2.1). 2.6. Ocena widma hałasu dla stacjonarnego odcinka czasowego W tej metodzie należy zmierzyć, nie skorygowany częstotliwościowo, równoważny poziom dźwięku dla stacjonarnych odcinków czasowych. Używany tutaj sonometr pomiarowy ma włączony filtr korekcyjny. Na wyjściu filtrów oktawowych otrzymujemy równoważny poziom dźwięku określony dla poszczególnych pasm częstotliwości. Jeżeli ze względu na zbyt krótki czas nie można wykonać analizy kolejnych oktawowych pasm częstotliwości, to pomiary należy zapisywać na taśmie magnetofonu akustycznego lub technicznego. Pomiary i rejestracja hałasu powinny być wykonane za pomocą sonometru bez filtrów korekcyjnych. Czas trwania pomiaru powinien wynosić nie mniej niż 30 s. Analizę widmową sygnałów zarejestrowanych na taśmie należy wykonać za pomocą analizatorów analogowych. Obecnie 18

stosuje się analizatory cyfrowe, które wyznaczają wartości widma zmierzonego hałasu. Wynikiem analizy widmowej jest otrzymanie widma równoważnych poziomów hałasu akustycznego, dla oktawowych pasm częstotliwości określone zależnością [26]: T T 0 1 L eqf = 10log 10 (p f,v (t)/p 0 )*dt [db], (15) gdzie: p f,v (t) - zmierzony chwilowy poziom ciśnienia akustycznego dla oktawowego pasma częstotliwości f, dla stacjonarnego odcinka czasowego v [Pa], p 0 - poziom ciśnienia odniesienia równy 20µPa. L [db] 70 60 50 40 30 20 10 0 21,4 16 34,2 35,8 31,5 63 39,4 42,6 125 250 61,5 63,8 55,3 57,1 49,4 34,8 24,2 500 1000 2000 4000 8000 16000 Total F [Hz] Rys.2.3. Przykład widma równoważnych poziomów hałasu akustycznego dla oktawowych pasm częstotliwości. W tej metodzie należy porównać widmo wartości równoważnego poziomu ciśnienia akustycznego dla poszczególnych oktawowych pasm częstotliwości (dla każdego badanego stacjonarnego odcinka czasowego) z odpowiednimi wartościami dopuszczalnymi. [27] Tab.2.2 Dopuszczalne wartości poziomu ciśnienia akustycznego dla poszczególnych oktawowych pasm częstotliwości. [4] częstotliwość środkowa 62,5 125 250 500 1000 2000 4000 8000 pasma oktawowego [Hz] równoważny poziom 101 95 92 88 85 83 81 78 ciśnienia akustycznego [db] 19

120 100 80 101 95 92 88 85 83 81 78 [db] 60 40 20 0 62,5 125 250 500 1000 2000 4000 8000 [Hz] Rys.2.4. Dopuszczalne wartości poziomu ciśnienia akustycznego dla poszczególnych oktawowych pasm częstotliwości. Jeżeli w którymś z pasm częstotliwości poziom hałasu przekracza wartość dopuszczalną, należy dla niej obliczyć dopuszczalny czas pracy wg wzoru [26]: t dop,v,fmax = 480/(10 (Lv,fmax-Ladop)0,1 ) [min/8h], (16) gdzie: Lv,fmax zmierzony równoważny poziom dźwięku w oktawowym paśmie częstotliwości dla stacjonarnego odcinka czasowego [db], Ladop - dopuszczalna wartość ciśnienia akustycznego dla poszczególnych oktawowych pasm częstotliwości 3. Hałas a normalizacja PN Czynniki takie jak: szybko rozwijający się postęp techniczny w krajach europejskich, większe zapotrzebowanie na usługi transportowe, rewolucja techniczna i technologiczna oraz europejska polityka promowania dobrego rynku znajdują odbicie w działalności normalizacyjnej z zakresu kolejnictwa w międzynarodowych i narodowych organizacjach normalizacyjnych.[36] Polski Komitet Normalizacji, Miar i Jakości w trakcie swej działalności ustanowił wiele norm dotyczących w sposób bezpośredni lub pośredni hałasu w kolejnictwie. Jednakże w związku ze zbliżającą się integracją Polski z Unią Europejską niektóre z tych norm będą musiały zostać zmienione tak aby były zgodne z normami obowiązującymi w Unii. 3.1. Dopuszczalne wartości poziomu hałasu słyszalnego, ultradźwiękowego i infradźwiękowego na stanowiskach pracy i ogólne wymagania dotyczące przeprowadzenia pomiarów Polski Komitet Normalizacyjny, Miar i Jakości ustanowił trzy normy określające dopuszczalne wartości poziomu hałasu: - słyszalnego PN-84/N-01307, - ultradźwiękowego - PN-86/N-01321, - infradźwiękowego - PN-86/N01338. 20

Hałas słyszalny. Norma PN-84/N-01307 ściśle określa wymagania przy przeprowadzaniu pomiarów na stanowisku pracy - należą do nich [7]: - stosowanie mierników poziomu dźwięku klasy 0 lub 1, - stosowanie narzędzi pomiarowych z ważnym świadectwem legalizacji, - wzorcowanie narzędzi przed i po przeprowadzenia pomiarów, - w czasie pomiarów umieszczanie mikrofonu na wysokości ucha pracownika, lub w odległości nie większej niż 0,5 m. jeżeli pomiary są prowadzone w czasie trwania pracy, - umieszczanie mikrofonu w odległości powyżej 0,5 m. od osoby wykonującej pomiary, - kierowanie mikrofonu w stronę źródła o maksymalnym poziomie dźwięku, - w pomieszczeniach zamkniętych wykonywanie pomiarów przy zamkniętych drzwiach i oknach, - zalecenie aby przy hałasie ustalonym pomiary poziomu dźwięku A wykonać co najmniej 3 razy miernikiem poziomu dźwięku przy włączonej charakterystyce dynamicznej oznaczonej S {wolno} a wyniki uśrednić, - zalecenie aby przy hałasie nieustalonym określić równoważny poziom dźwięku A. Wyniki pomiaru powinny opisywać hałas w czasie jednej zmiany trwającej 8 h. Przy pomiarach miernikiem poziomu dźwięku należy włączyć charakterystykę dynamiczną oznaczoną przez S (wolno). Ogólny czas pomiaru powinien wynosić co najmniej 15 min. i składać się z trzech cykli o czasie trwania nie krótszym niż 5 min. Zapisywanie wyników pomiarów powinien odbywać się co 5 s. Równoważny poziom dźwięku A na wszystkich stanowiskach pracy i strefach pracy nie powinien według normy przekraczać wartości 85 db. Wartość ta została ustalona dla ekspozycji na hałas w czasie jednej zmiany trwającej 8 h. Dla ekspozycji trwającej mniej niż 8 h dopuszczalne wartości równoważnego poziomu dźwięku L Aeq powinno się określić w db z poniższej tablicy lub ze wzoru[7]: 480 L Aeq = 85 + 10 log*, (17) w którym: t t - czas ekspozycji na hałas w min. dla t < 480 min 21

Tab.3.1. Dopuszczalne wartości równoważnego poziomu dźwięku wg PN 84/N-01307. Czas ekspozycji na hałas Godziny Minuty 8-85 6.5-86 5-87 4-88 3-89 2.5-90 2-91 1,5-92-93 1-94 - 40 95-96 - 30 97-98 - 15 99-100 - 10 101-102 - 5 103-105 Dopuszczalny równoważny poziom dźwięku A, db t[min] 600 500 400 300 200 100 0 480 390 300 240 180 150 120 90 90 60 40 40 30 30 15 15 10 10 5 5 5 105 104 103 102 101 100 99 98 97 96 95 94 93 92 91 90 89 88 87 86 85 [db] Rys.3.1. Dopuszczalny czas pracy w zależności od równoważnego poziomu dźwięku wg PN 84/N-01307. 3. STANOWISKO LABORATORYJNE Badania przeprowadza się dwuetapowo. W pierwszym etapie mierzy się poziom ciśnienia akustycznego generowany przez kompresor stanowiska EU07 przy różnym ciśnieniu sprężania. W etapie drugim pomiar hałasu przeprowadza się w warunkach rzeczywistych na ulicy Warszawskiej w odległości 7,5 metra od główki szyny (krawędź chodnika). 4. PRZEBIEG ĆWICZENIA LABORATORYJNEGO Realizacja ćwiczenia laboratoryjnego składa się z następujących etapów: 22

- kalibracja układu pomiarowego pistofon; - pomiar ciśnienia akustycznego generowanego przez sprężarkę stanowiska EU07 przy różnym ciśnieniu sprężania; - pomiar hałasu generowanego przez środki transportu (tramwaj, samochody osobowe i dostawcze, autobusy) ul. Warszawska. 5. ZAKRES SPRAWOZDANIA Sprawozdanie powinno zawierać: 1. Wstęp teoretyczny. 2. Opis metodyki pomiarowej i przebiegu procesu pomiarowego wykonywanego w trakcie laboratorium. 3. Podpisane przez prowadzącego tablice pomiarowe z otrzymanymi w trakcie zajęć wynikami pomiarów. 4. Prezentację graficzną otrzymanych wyników. 5. Wnioski i spostrzeżenia dotyczące wykonanego ćwiczenia laboratoryjnego. 6. LITERATURA 1. B. Żółtowski: Podstawy diagnostyki maszyn. Bydgoszcz: Wydawnictwo Uczelniane Akademi Techniczno Rolniczej w Bydgoszczy, 1996. 2. W. Jakubiec, J. Malinowski: Metrologia wielkości geometrycznych. Warszawa: WNT, 1999. 3. J. Podemski, R. Marczewski, Z. Majchrzak: Zestawy kołowe i maźnice. Warszawa: Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, 1978. 4. PN-57/MPM-07588-Tabor kolejowy. Montaż zestawów kołowych, warunki techniczne. 5. PN-61/R-91045-Tabor kolejowy. Zestawy kołowe wagonów, wymagania i badaniatechniczne. 6. UIC Code 718-4 R Guidelines for the measurment of noise emitted by track machines. 7. PN/N-01301 Akustyka. Częstotliwości pomiarowe. 8. PN/N-01302 Akustyka. Sposób określania ryzyka osłabienia słuchu. 9. PN/N-01303 Akustyka. Metody wyznaczania głośności i poziomu głośności. 10. PN/N-01305 Akustyka. Wyznaczanie krzywych równej głośności i progów słyszalności tonów prostych. 11. PN-81/N-01306 Hałas. Metody pomiaru. Wymagania ogólne. 23

12. PN-84/N-01307 Hałas. Dopuszczalne wartości poziomu dźwięku na stanowiskach pracy i ogólne wymagania dotyczące przeprowadzenia pomiarów. 13. PN-86/N-01309/02 Ochronniki słuchu. Terminologia. 14. PN-86/N-01321 Hałas ultradźwiękowy. Dopuszczalne wartości poziomu ciśnienia akustycznego na stanowiskach pracy i ogólne wymagania dotyczące wykonywania pomiarów. 15. PN-86/N-01338 Hałas infradźwiękowy. Dopuszczalne wartości poziomów ciśnienia akustycznego na stanowiskach pracy i ogólne wymagania dotyczące wykonywania pomiarów. 16. PN-79/T-06460 Mierniki poziomu dźwięku. Ogólne wymagania i badania 17. PN-83/T-06461 Filtry pasmowe oktawowe i tercjowe. Ogólne wymagania i badania. 18. PN-92/K-11000 Tabor kolejowy. Hałas. Ogólne wymagania i badania 19. PN-90/K11001 Ochrona pracy. Kabina maszynisty lokomotywy elektrycznej dwukabinowej. Podstawowe wymagania bezpieczeństwa pracy i ergonomii. 20. PN-90/K-11002 Ochrona pracy. Kabina maszynisty lokomotywy elektrycznej dwukabinowej. Metodyka badania hałasu. 24