Hałas to każdy dźwięk niepożądany, przeszkadzający, niezależnie od jego natury,... znaczenia. Podobnie rzecz się ma z drganiami. Oba te zjawiska... 3. KRYTERIA OCENY HAŁASU I DRGAŃ

Hałas to każdy dźwięk niepożądany, przeszkadzający, niezależnie od jego natury,... znaczenia. Podobnie rzecz się ma z drganiami. Oba te zjawiska... 3. KRYTERIA OCENY HAŁASU I DRGAŃ

3. KRYTERIA OCENY HAŁASU I DRGAŃ
Hałas to każdy dźwięk niepożądany, przeszkadzający, niezależnie od jego natury, kontekstu i
znaczenia. Podobnie rzecz się ma z drganiami. Oba te zjawiska oddziałują niekorzystnie na
człowieka i jego otoczenia. Stąd też ich oddziaływanie (ekspozycję) należy ograniczać
technicznie i organizacyjnie. Podstawą wszelkich norm i ustaleń organizacyjnych jest
znajomość percepcji zjawisk WA i ich możliwych skutków. Zagadnieniom tym przyjrzymy
się szczegółowo.
3.1. ODZIAŁYWANIE DŹWIĘKÓW NA CZŁOWIEKA I OTOCZENIE
3.1.1. PERCEPCJA DŹWIĘKU PRZEZ CZŁOWIEKA
Ucho spełnia rolę transformatora mechanicznej energii drgań cząstek powietrza w odczucie
wrażenia dźwiękowego. Pełni ono jednocześnie rolę układu wykrywającego kierunek,
głośność, częstotliwość i barwę dźwięku. Zakres bodźców dźwiękowych odbieranych przez
ucho mieści się w granicach częstościowych od 16 Hz do 16 kHz i amplitudowych od 20 µPa
do 20 Pa. Granice te wyznaczają powierzchnie słyszenia o względnej rozpiętości w skali
częstotliwości fmax/fmin=103 oraz w skali amplitud pmax/pmin=106.. Wrażliwość ucha od dołu
ograniczona jest progiem słyszenia, a od góry progiem bólu (rys. 3.1). Wrażliwość ucha na
bodźce dźwiękowe jest dla niskich częstotliwości stosunkowo mała i wzrasta wraz z
wzrostem częstotliwości. Największą wrażliwością ucho charakteryzuje się w zakresie
częstotliwości od 800 Hz do około 5 kHz. Wrażliwość ta jednak zależy również od czasu
ekspozycji; przy małym poziomie dźwięków jest ona duża, zaś przy wysokim mała. To
zjawisko zmiany wrażliwości słuchu w wyniku zmiany poziomu bodźca nosi nazwę a d a p ta c j i.
Rys. 3.1. Powierzchnia słyszenia ucha i krzywe równego poziomu głośności - fony
Odgrywa ono rolę mechanizmu obronnego ucha, chroniąc go przed uszkodzeniem hałasem o
wysokim poziomie. Jednakże przy długotrwałym oddziaływaniu hałasu o dużym natężeniu
następuje trwałe zmęczenie słuchu i chwilowe podwyższenie progu słyszalności może stać się
nieodwracalne.
Jak dla wielu naszych zmysłów relacja między bodźcem B a wrażeniem W jest nieliniowa
(prawie logarytmiczna) zgodnie z prawem Webera-Fechnera [6]
∆W = k
∆B
lub W = k ⋅ ln B ,
B
(3.1)
gdzie k - stała proporcjonalności. Tak więc zmiana wrażenia słuchowego powinna być
zgodnie z tym prawem proporcjonalna do względnej intensywności przyrostu bodźca, co w
efekcie daje relację logarytmiczną.
Odróżnienie wysokości tonu przez organ słuchu związane jest w pewnej mierze z natężeniem
dźwięku, lecz przede wszystkim zależy od względnego przyrostu częstotliwości. Ucho
odbiera wrażenie liniowej zmiany wysokości tonu, jeśli ∆f/f = const, gdzie ∆f przyrost
częstotliwości dźwięku od częstotliwości porównawczej f. Z tą też własnością słuchu łączy
się pojęcie oktawy w muzyce jako pasma (odstępu) częstotliwości, dla którego ∆f/f = 1/√2
bądź inaczej fmax/fmin = 2. Stąd również logarytmiczna zmiana skali częstotliwości przy
wszelkiego typu analizach widmowych w wibroakustyce.
Odczucie głośności dźwięku, jak już wspomnieliśmy poprzednio, jest proporcjonalne do
logarytmu natężenia dźwięku (lub ciśnienia), jednak odczucie to nie jest jednakowe w całym
zakresie częstotliwości. Na rysunku 3.1 przedstawiono krzywe jednakowego poziomu
głośności w fonach z zaznaczeniem natężenia odczucia i wrażeń dźwięku. Jak stąd widać
poziom głośności w fonach jest równy poziomowi intensywności w dB dla pasma
częstotliwości l kHz.
Ze skala poziomu głośności w fonach wiąże się skala decybeli A = dB(A), używana do
normowej oceny oddziaływania hałasu na człowieka. Ocena ta polega na odczytaniu liczby
dB z uwzględnieniem uśrednionej krzywej równej głośności dla 45÷50 fonów. Do kwestii tej
wrócimy jeszcze niejednokrotnie.
Skala poziomu głośności w fanach (rys. 3.1) jest jedynie słuszna dla tonów prostych. Dla
hałasu, a w najprostszym przypadku dźwięku złożonego z dwu tonów prostych, podejście
takie nie jest możliwe. Wprowadza się więc wielkości bezwzględne i addytywne zwane s o n
a m i , obliczenie których nie jest jednak jednoznacznie ustalone (rożne w Europie i w USA).
Dla ilustracji prostego sposobu obliczenia wg Mintza i Titzera weźmy pod uwagę rys. 3.2,
umożliwiający określenie poziomu głośności dźwięków złożonych [41, r. 1].
Rys. 3.2. Wykres do określenia poziomu
głośności w fonach i głośności w sonach
na podstawie znajomości poziomu
dźwięku w paśmie [4l,r.1]
Sposób obliczania zaś zilustruje następujący przykład.
PRZYKŁAD. Poziomy hałasów docierających do słuchacza z dwu źródeł w paśmie 0,6 ÷1,2
kHz wynoszą 40 i 45 dB. Jaka jest sumaryczna głośność dźwięku?
Z wykresu na rysunku 3.2 znajdujemy głośności 40 dB → l son, 45 dB → 1,5 sona. W sumie
otrzymujemy głośność 2,5 sona równoważną według wykresu 3.2 hałasowi o poziomie
głośności 52÷53 fonów.
3.1.2. PSYCHOFIZYCZNE SKUTKI EKSPOZYCJI NA HAŁAS
Przy percepcji dźwięków pochodzących z dwu lub większej liczby źródeł występuje bardzo
istotne dla praktyki przemysłowej zjawisko m a s k o w a n i a d ź w i ę k ó w . Polega
ono na tym, że ciche dźwięki są niesłyszalne w obecności silniejszych zakłóceń. Dźwięki o
niskich częstotliwościach bardzo łatwo zaś maskują (zakłócają) dźwięki o wyższych
częstotliwościach. Zjawisko maskowania wpływa decydująco na możliwości porozumiewania
się głosem w operacjach przemysłowych.
Rys. 3.3. Zależność zrozumiałości mowy w pomieszczeniu od poziomu dźwięków
zakłócających
Niemożność porozumienia się z uwagi na duży poziom hałasu powoduje sytuację stresową z
jednej strony, a z drugiej stwarza konkretne zagrożenie fizyczne związane z brakiem
informacji. Na rysunku 3.3 przedstawiono zależność procentowej zrozumiałości mowy od
poziomu hałasu w pomieszczeniu. Poziomy rzędu 70÷80 dB uniemożliwiają porozumienie się
normalnym głosem. Możliwość porozumiewania się na zewnątrz pomieszczeń przedstawia
rys. 3.4, skąd wynika podobny wniosek o poziomie granicznym ze względu
na
porozumiewanie rzędu 8O dB.
Rys. 3.4. Możliwość porozumiewania się w terenie otwartym w obecności hałasu
zakłócającego [16, r. 7]
Rys. 3.5. Wydajność pracy-w funkcji poziomu hałasu [41, r. l]
Wysoki poziom hałasu na stanowiskach pracy umysłowej jest przyczyną szybkiego
zmęczenia i spadku koncentracji uwagi. W efekcie powoduje to zwiększenie liczby braków,
pomyłek i ogólny spadek wydajności pracy. Fakt ten dobrze ilustruje wykres z rys. 3.5,
sporządzony na podstawie badań wydajności pracy przy sortowaniu listów w urzędzie
pocztowym [41, r. 1] . Jak wynika z rysunku obniżenie poziomu hałasu o l dB daje 2% wzrost
wydajności pracy, co jest niezwykle istotne nie tylko z ekonomicznego punktu widzenia.
Rys. 3 .6 . Widmowy ubytek słuchu pracowników stoczni w zależności od stażu:
l - do 5 lat, 2 - 6÷15 lat, 3 - 15÷25 lat [41]
Rys. 3.7. Widmowy ubytek słuchu pracowników zatrudnionych w hamowni silników lotniczych w zależności od
stażu: l - do 5 lat, 2 - 10÷15 lat, 3 - 15÷30 lat, 4 - 30÷55 lat [41]
Jak już sygnalizowano efektem długotrwałej ekspozycji na hałas jest trwałe podwyższenie
progu czułości, a niejednokrotnie uszkodzenie słuchu. Jest to zależne od poziomu i składu
widmowego hałasu. I tak w paśmie 2÷4 kHz minimalny poziom, od którego zaczyna się
obserwować uszkodzenie słuchu, wynosi 80 dB, a w paśmie 5÷6 kHz już tylko 60 dB [41, r.
1]. Długoletnie badania pracowników w różnych działach przemysłu wykazały, że stopień
ubytku słuchu zależy od trzech czynników: poziomu hałasu, jego charakteru czasowego
Rys. 3.8. Liczba schorzeń notowanych w ciągu 5 lat u 903 pracowników przemysłu pracujących w hałasie o
poziomach: HN-LpA=95 dB(A), LN-LpA=80dB(A) [45,r.30]
Rys. 3.9. Stopnie zagrożenia hałasem [42, r. 12]: 1 - możliwa reakcja wegetatywna, 2 - wyraźna reakcja
wegetatywna, 3 - możliwa strefa niebezpieczna dla szerokopasmowego hałasu, 4 - początek obrażeń
(ciągły, impulsowy) i czasu ekspozycji. Dla ilustracji tych ustaleń na kolejnych rysunkach 3.6
i 3.7 podano widmowe ubytki słuchu (audiogramy) pracowników w zależności od stażu pracy
w stoczni, gdzie dominował hałas impulsowy o poziomie108÷110 dB, oraz w hamowni
silników lotniczych o ciągłym hałasie rzędu 125÷145 dB [41, r. 1]. Jak widać z rysunku są to
ubytki słuchu rzędu 40÷80 dB dla pasma 2÷4 kHz i są one dwukrotnie wyższe (8O dB) dla
impulsowych hałasów nitowania i prostowania blach w stoczni.
Jeśli poziom hałasu przekracza stale 85 dB(A), to powoduje to liczne schorzenia całego
organizmu. Należy tu przede wszystkim wymienić zaburzenia układów krążenia, równowagi,
trawiennego oraz centralnego układu nerwowego (rys. 3.8 i 3.9). Z rysunku 3.8 wynika, że
zwiększenie poziomu hałasu o 15 dB(A) daje podwojenie liczby notowanych schorzeń.
Natomiast z rysunku 3.9 wynika, że przekroczenie poziomu 90 dB(A) w ekspozycji stałej
może być już powodem uszkodzeń organizmu.
3.1.3. ZASADY NORMOWANIA EKSPOZYCJI NA HAŁAS
W poprzednim wydaniu tego podręcznika podano szereg norm, które utraciły już częściowo
lub całkowicie swoją aktualność. Skupimy się zatem obecnie nie na wytycznych normowych,
ale na uznanych zasadach normowania, wypływających z ustaleń międzynarodowych lub
obiektywnych wyników badań. Wpierw jednak weźmy pod uwagę hałasowe wielkości
kryterialne. Są to poziom hałasu (dźwięku) mierzony wg charakterystyki A, czyli dB(A) i
poziom równoważny Leq . Ten ostatni mierzony jest również wg charakterystyki A jako
średni reprezentatywny (równoważny) poziom hałasu niestacjonarnego w okresie obserwacji
T
1
Leq = 10 lg
T
T
∫
0
p A (θ ) 2
p0
2
dθ ,
gdzie θ jest czasem ewolucji ciśnienia dźwięku mierzonego na charakterystyce A-pA(θ ).Jeśli
paziom ten jest względnie stały w interwałach czasu ti, i=1,...N, to
1 N
 p (t ) 
Leq = 10 lg  ∑ ∆t i  A i  =
 T i =1  p0 
2
1 N
 p (t ) 
= 10 lg  ∑ ∆t i  A i  =
 p0 
 T i =1
2
= 10 lg
1 N
∑ ∆t i 10
T i =1
L A (t i )
10
(3.3)
Odtąd hałas stacjonarny będziemy zawsze mierzyć i wartościować wg oceny normowej w
dB(A), zaś hałas niestacjonarny wg poziomów równoważnych Leq . Odnosi się to szczególnie
do dłuższych odcinków czasu, np. zmiany roboczej lub pory dnia przy wartościowaniu hałasu
w środowisku. W kategoriach tych dwu miar obciążenia hałasowego omówimy obecnie
główne zasady krajowych i międzynarodowych ograniczeń ekspozycji hałasowej.
Hałas na stanowiskach pracy. Obciążenie hałasowe na jedną zmianę roboczą 8 h wg PN-84N01307 przy stacjonarnym działaniu hałasu nie może przekroczyć 85 dB(A). Przy hałasie
niestacjonarnym oblicza się poziom równoważny wg wzoru (3.3) przy zachowaniu granicy
Leq < 85 dB(A). Zaś dopuszczalny poziom graniczny dla ekspozycji krótszej niż 8 h
wyznacza się z wzoru
480
Leq = 85 + 10 lg
(3.4)
T
w którym T - czas ekspozycji w minutach, przy czym T < 480 min.
Wartość graniczna 85 dB(A) obniża się o krotność 10 dB(A) dla stanowisk pracy
wymagających koncentracji i uwagi. I tak w wydzielonych maszynowniach, centralach
telefonicznych, halach maszyn Ldop = 75 dB(A), w kabinach dyspozytorskich Ldop=65dB(A),
w pomieszczeniach administracyjnych Ldop= 55 dB(A). Norma milczy na temat hałasu
impulsowego, należy więc zgodnie z większością krajów europejskich przyjąć Ldop imp= 140
dB.
Hałas w środowisku zamieszkania. Jak dotąd nie ma polskich ustaleń normowych w tym
względzie, omówimy więc wytyczne Międzynarodowej Organizacji Standardów (ISO-R
1996), wg których przyszła norma zostanie opracowana. Podstawowe obciążenie środowiska
zamieszkania nie może przekraczać 35÷45dB(A) z następującymi poprawkami ze względu na
zabudowę i typ pracy w otoczeniu (tab. 3.1). Dla przykładu można obliczyć maksymalny
poziom hałasu w sypialni w nocy na obszarze dzielnicy przemysłowej jako Ldop = 35÷45 + 25
- 5 – β=55÷65 -β. Przyjmując średnią izolacyjność przegród (ściany i zamknięte okna) β = 20
dB, mamy
Tabela 3.1
Poprawki do dopuszczalnego poziomu hałasu środowiska wg ISO-R-1996
OBSZAR
(typ zabudowany)
Mieszkalny, szpitalny, wypoczynkowy
Podmiejski mieszkalny, mały ruch
uliczny
Miejski mieszkalny
Miejski mieszkalny, warsztaty, usługi,
ruch uliczny
Sródmieście; usługi, handel,
administracja
Przeważająco przemysłowy
Poprawka do poziomu
35÷45 dB(A)
0
+5
+10
+15
+20
+25
Do tego w zależności od pory dnia:
-
w dzień
0
wieczorem
-5
w nocy:
-5 - 15
Ldop=55÷65- 20=35÷45 dB(A). Gdyby tylko tyle było zawsze w naszych mieszkaniach,
należałoby sobie gratulować.
W poprzedniej edycji tego skryptu opisano również wartościowanie zagrożenia hałasu przy
pomocy analizy oktawowej i liczb oceny hałasu N. Wydaje się jednak, że z chwilą
wprowadzenia na rynek przyrządów mierzących poziom równoważny Leq zastosowanie liczb
oceny hałasu będzie maleć. Stąd też odsyłając zainteresowanych do innej literatury, np. [12,
14, 15] nie będziemy się tym dalej zajmować. Warto jedynie pamiętać, że normy podane w
liczbach oceny hałasu N łatwo przeliczyć na dB(A) wg zależności
LpA=N + 5, dB(A).