Politechnika Warszawska Wydział Transportu
Zakład Podstaw Budowy Urządzeń Transportowych Laboratorium Ergonomii
Nazwisko Imię	Grupa	Podgrupa	Rok akademicki
			2000/2001
Ćwiczenie nr 5 Temat: Ocena hałasu na stanowiskach pracy w urządzeniach transportowych
data wykonania ćwiczenia 22.XI.2000r.		data oddania sprawozdania 29.XI.2000r.

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było zapoznanie ze sposobami pomiaru, analizy i oceny narażenia na hałas na stanowisku pracy, a w szczególności

• wykonanie pomiarów równoważnego poziomu hałasu akustycznego ważonego filtrem A,

• wykonanie pomiarów widma hałasu akustycznego w pasmach oktawowych w zakresie częstotliwości od 20-20000[Hz],

• dla metody ważonej: analiza otrzymanych wyników pomiarów, porównanie wyników z wartościami dopuszczalnymi i obliczenie dopuszczalnego dla przekroczonych wartości czasu pracy,

• dla metody widmowej: wykonanie wykresu widma hałasu, analiza otrzymanych wyników pomiarów, porównanie wyników z wartościami dopuszczalnymi i obliczenie dopuszczalnego dla przekroczonych wartości czasu pracy,

• sformułowania ergonomicznej oceny narażenia na hałas na badanym stanowisku pracy, na podstawie otrzymanych wyników pomiarów.

2. Wstęp teoretyczny

Powstawanie dźwięków związane jest z ruchem. Charakter rozchodzenia się dźwięków uzależniony jest od ośrodka przenoszącego dźwięk. Dźwięk jest falą podłużną rozprzestrzeniającą się w ośrodku (np. powietrzu). Drgania powietrza powodują powstawanie dźwięków Dźwięki odczuwamy za pomocą organu słuchu oraz poprzez ciało. Dochodzące do uszu człowieka fale dźwiękowe wywołują wrażenie dźwięku

Budowa ucha jest dość skomplikowana. Ucho składa się z trzech części: ucha zewnętrznego, środkowego i wewnętrznego.

Ucho zewnętrzne składa się z małżowiny usznej i przewodu głosowego, przez który fale dźwiękowe dochodzą do błony bębenkowej. Błona bębenkowa oddziela ucho środkowe od ucha zewnętrznego.

Ucho środkowe zawiera układ kosteczek składający się z młoteczka, kowadełka i strzemiączka przenoszącego drgania wymuszone błony bębenkowej na błonę zamykającą owalne okienko ucha wewnętrznego.

Najważniejszą częścią ucha wewnętrznego jest tzw. ślimak napełniony cieczą, wzdłuż której skrętów rozciąga się błona podstawowa z narządem Cortiego. Narząd Cortiego składa się z dużej liczby włókien poprzecznych rozmaitej długości i rozmaicie napiętych (podobnie do strun fortepianu), dzięki czemu mają one różne częstotliwości rezonansowe. Dźwięki powodują drganie właściwego dla częstości dźwięku włókna lub włókien, dzięki czemu złożone dźwięki rozkładane są na dźwięki proste. Włókna połączone są z rozgałęzionymi zakończeniami nerwu słuchowego, przenoszącego bodźce do mózgu.

Podstawowymi parametrami dźwięku są częstość i natężenie dźwięku.

Organ słuchu przeciętnego człowieka reaguje na fale dźwiękowe o częstotliwościach zawartych w paśmie
16-20000[Hz]. Fale o częstotliwościach niższych niż 16[Hz] nazywane infradźwiękami, nie są one słyszalne
przez ucho przeciętnego człowieka, ale dla odpowiednio wysokich wartości amplitud mogą być odczuwane jako drgania mechaniczne. Fale o częstotliwościach wyższych niż 20[kHz] nazywane są ultradźwiękami, nie są one słyszalne przez ucho przeciętnego człowieka.

Natężenie dźwięku jest wprost proporcjonalne do energii przenoszonej przez fale dźwiękowe w jednostce czasu przez powierzchnię prostopadłą do kierunku rozchodzenia się fal o polu jednostkowym.

Pomimo tego, że organ słuchu jest nadzwyczaj czuły, to ucho jest mało wrażliwe na zmiany natężenia dźwięku, dlatego do opisu poziomu natężenia dźwięków wprowadzono skalę logarytmiczną

Jednostka natężenia dźwięku jest decybel, tj. x[dB]=10log(I₁/I₀), gdzie I₁ - natężenie obserwowanego dźwięku, I₀ - natężenie dźwięku odniesienia (zwykle dla f=1[kHz]).

W odniesieniu do oddziaływania dźwięku na organ słuchu można mówić o progu słyszalności oraz o progu bólu

Progiem słyszalności nazywamy takie najmniejsze natężenie dźwięku o danej częstości dźwięku,
które wywołuje u człowieka wrażenie słuchowe.

Próg słyszalności jest zależny od wieku człowieka oraz zmian morfologicznych w narządzie słuchu Dla człowieka w wieku 14-49lat zmienia się niewiele, dla wieku 50-80 lat stopniowo się podwyższa. Pogorszenie słuchu wraz z wiekiem jest większe u mężczyzn niż u kobiet.

Progiem bólu nazywamy takie natężenie dźwięku dla danej częstości dźwięku wywołujące w uchu uczucie bólu.

2.1 Wpływ hałasu na organizm ludzki

Przez hałas rozumie się niepożądane (nieprzyjemne) dźwięki, utrudniające odbiór sygnału użytecznego.

Wyróżnia się dwa rodzaje oddziaływania hałasu na organizm człowieka:

1) oddziaływanie swoiste i

2) oddziaływanie nieswoiste.

1. Oddziaływanie swoiste hałasu na organizm człowieka

Dla zrozumiałości mowy największe znaczenie ma pasmo częstotliwości 300-3000[Hz] i, zależnie od rodzaju dźwięków, o poziomie natężenia dźwięku 30+/-12[dB]. Jeżeli intensywność hałasu przewyższa intensywność dźwięków mowy o 6[dB] to odbiór sygnałów słownych staje się niemożliwy

W odniesieniu od swoistego oddziaływania dźwięków na człowieka wyróżnia się etapy wpływu
hałasu na słuch człowieka:

- adaptacja

etap odwracalny, występuje podwyższenie progu słyszalności,

ustępuje po kilku minutach odpoczynku w ciszy;

- zmęczenie hałasem

etap występuje w stanie długotrwałego podwyższenia progu słyszalności,

ustępuje po kilkunastu godzinach (czasem kilku dniach) odpoczynku w ciszy;

- uraz akustyczny

etap występuje przy zbyt dużym natężeniu hałasu i czasie narażenia,

skutkiem urazu są uszkodzenia błony bębenkowej lub narządu Cortiego.

2. Nieswoiste oddziaływanie hałasu może spowodować:

- stany nieprzyjemności, przykrości, niepokoju, leku lub trwogi;

- zmniejszenie zdolności skupienia uwagi,

- ograniczenie zdolności myślenia,

- wydłużenie czasu reakcji (także w kontekście podejmowania decyzji),

- obniżenie wydajności pracy.

Duży hałas może powodować rożne niepożądane reakcje organizmu człowieka, m.in. bóle i zawroty głowy, bezsenność, brak apetytu, nieprawidłowe reakcje termiczne, zaburzenia zmysłu wzroku, węchu i smaku, stan pobudzenia oraz stan zachwianej równowagi nerwowo-psychicznej.

2.2 Budowa sonometru, budowa i zastosowanie filtrów korekcyjnych, równoważny poziom

dźwięku L_A

Do oceny wpływu hałasu akustycznego na organizm człowieka stosuje się miernik poziomu dżwięku nazywany sonometrem. Sonometr współpracuje z mikrofonem kierunkowym, który mierzy poziom hałasu akustycznego w zakresie częstotliwości 20-20000[Hz]. Do oceny hałasu metodą ważoną częstotliwościowo lub dozymetryczną stosuje się filtr korekcyjny typu A, dla oceny hałasu metodą oceny widmowej stosuje się filtry zewnętrzne środkowo-przepustowe w pasmach oktawowych.

Schemat blokowy sonometru jest przedstawiony na rys.1.6a w skrypcie do wykonania ćwiczenia [1], sonometr składa się z następujących bloków: wzmacniacz mikrofonowy, filtr korekcyjny, wzmacniacz mocy, miernik dB (do wzmacniacza mikrofonowego podłączany jest mikrofon).

W sonometrze do pomiaru metodą oceny widmowej wyłącza się działanie filtru korekcyjnego, podłącza się zaś blok filtrów zewnętrznych środkowo-przepustowych w pasmach oktawowych.

Dla układu sonometru mierzącego hałas metodą ważoną pomiar można wykonać dla następujących charakterystyk dynamicznych:

• S-Slow - pomiar niskich częstotliwości (do 3[kHz]) dźwięku A w [dBA],

• F-Fast - pomiar wysokich częstotliwości (3-20[kHz]) dźwięku A w [dBA],

• I-Impuls - pomiar impulsu hałasu (wartość średnia) w [dBA],

• Impuls-Hold - zapamiętanie maks. wartości impulsu mierzonego poziomu dźwięku A w [dBA],

• Peak-Hold - zatrzyanie maks. wartości dźwięku A mierzonego między Peak min i max impulsu w [dBA].

Filtr korekcyjny zastosowany w sonometrze do pomiaru hałasu metodą ważoną ma za zadanie zrealizować ważenie częstotliwościowe pomierzonych sygnałów ciśnienia akustycznego.

Ważenie częstotliwościowe polega na tym, że każda składowa częstotliwości sygnału jest wytłumiana przez filtr do takiej wartości, aby przekroczenie przez sygnał granicy uciążliwości w dowolnym zakresie badanego pasma częstotliwości, było sygnalizowane na wyjściu filtra jako przekroczenie poziomu 78[dB].

W układzie pomiarowym zastosowano filtr korekcyjny w skali A. Jest on zbudowany w taki sposób aby dla częstotliwości 1000[Hz] sygnał był przenoszony w skali 1:1 (tzn. bez tłumienia), dla częstotliwości f<1000[Hz] sygnał był przenoszony z tłumieniem w przybliżeniu odwrotnie proporcjonalnym do mierzonych częstotliwości, natomiast dla częstotliwości f>1000[Hz] sygnał był przenoszony z tłumieniem w przybliżeniu wprost proporcjonalnym do mierzonych częstotliwości.

Charakterystyka filtra korekcyjnego skali A jest w przybliżeniu symetrycznym odbiciem krzywej narażenia na hałas w stosunku do osi odciętych przechodzącej przez poziom hałasu dla 1000[Hz] (charakterystyka zamieszczona jest w skrypcie do wykonania ćwiczenia na rys.1.6b) lit. A)

Sonometr mierzy równoważny poziom dźwięku w skali A:

,gdzie: T- czas trwania pomiaru [s],

p_A(t) - zmierzony poziom dźwięku w skali A,

p₀=20[μPa] - poziom ciśnienia odniesienia,

L_A - wartość energii mierzonego hałasu ważonego w skali A w [dBA]

Równoważny poziom dźwięku L_eqA jest uśrednioną w czasie pomiaru wartością energii częstotliwościowo ważonej filtrem A. L_eqA odpowiada co do wartości energii stałego sygnału dźwięku, który ma taką samą wartość ważoną w skali A jak rzeczywisty mierzony sygnał w tym samym czasie.

W wyniku zastosowania sonometru z włączonym filtrem korekcyjnym skali A, stosując metody oceny ważonej lub dozymetrycznej hałasu można stwierdzić czy i o ile decybeli nastąpiło przekroczenie dopuszczalnej granicy uciążliwości (dla pojazdów L_A=78[dB]) natomiast nie można podać w jakim zakresie częstotliwości owo przekroczenie wystąpiło - aby to określić stosuje się ocenę widmową (filtry zewnętrzne)

2.3 Metody oceny narażenia na hałas

W celu wykonania oceny oddziaływania hałasu na stanowiskach pracy można wykorzystać jedną z trzech metod:

1) metoda oceny dozymetrycznej,

2) metoda oceny hałasu ważonego częstotliwościowo,

3) metoda oceny widmowej.

1. Metoda oceny dozymetrycznej

Metodę oceny dozymetrycznej stosuje się do oceny narażenia człowieka na hałas na badanych stanowiskach pracy w czasie całej zmiany roboczej dla warunków występujących w normalnej eksploatacji badanego stanowiska pracy.

Układ pomiarowy składa się z: mikrofonu, sonometru z włącznym filtrem korekcyjnym skali A oraz miernika.

Za pomocą układu pomiarowego mierzy się równoważny poziom dźwięku w skali A (L_eqA).

Równoważny poziom dźwięku w skali A (L_A) dla hałasu słyszalnego, na badanym stanowisku, nie powinien przekraczać wartości dopuszczalnych określonych w normie.

W przypadku przekroczenia dopuszczalnych wartości L_adop należy określić dopuszczalny czas pracy (t_dop) ze wzoru:

,gdzie: t_dop - dopuszczalny czas pracy w [min/(8h)],

L_eqA - zmierzony równoważny poziom dźwięku w skali A w [dBA],

L_Adop - dopuszczalny poziom hałasu w skali A w [dBA].

powyższy wzór jest prawidłowy do określenia dopuszczalnego czasu pracy w przedziale 5 < t_dop< 480[min]

2. Metoda oceny hałasu ważonego częstotliwościowo

Metodę oceny hałasu ważonego częstotliwościowo stosuje się do oceny narażenia na hałas na stanowisku pracy dla stacjonarnych odcinków czasowych w warunkach występujących w normalnej eksploatacji badanego stanowiska pracy,

Układ pomiarowy składa się z: mikrofonu, sonometru z włącznym filtrem korekcyjnym skali A oraz miernika.

Czas pomiarów powinien wynosić co najmniej 60[s] dla każdego stacjonarnego odcinka czasowego.

Za pomocą układu pomiarowego mierzy się równoważny poziom dźwięku w skali A (L_eqA,v).

Równoważny poziom dźwięku w skali A (L_A,v) wyznacza się z zależności:

,gdzie: T- czas trwania pomiaru [s],

p_A,v(t) - zmierzony chwilowy poziom ciśnienia akustycznego w skali A dla stacjonarnego odcinka

czasowego

p₀=20[μPa] - poziom ciśnienia odniesienia,

L_A,v - wartość energii mierzonego hałasu ważonego częstotliwościowo w skali A w [dBA]

Równoważny poziom dźwięku w skali A (L_eqA,v) dla hałasu słyszalnego, na badanym stanowisku, nie powinien przekraczać wartości dopuszczalnych określonych w normie.

W przypadku przekroczenia dopuszczalnych wartości L_adop należy określić dopuszczalny czas pracy (t_dop) ze wzoru:

,gdzie: t_dop - dopuszczalny czas pracy w [min/(8h)],

L_A,v - zmierzony równoważny poziom dźwięku w skali A w [dBA],

L_Adop - dopuszczalny poziom hałasu w skali A w [dBA].

2. Metoda oceny hałasu ważonego częstotliwościowo

Metodę oceny widmowej stosuje się do oceny narażenia na hałas na stanowisku pracy dla stacjonarnych odcinków czasowych. Metoda określa dla których badanych odcinków czasowych występują największe narażenia na hałas oraz w których oktawowych pasmach częstotliwości występują największe wartości, i ew. przekroczenia dopuszczalnego, hałasu.

Układ pomiarowy składa się z: mikrofonu, sonometru z włączonymi zewnętrznymi środkowoprzepustowymi filtrami korekcyjny oraz magnetofonem.

Czas pomiarów powinien wynosić co najmniej 60[s] dla każdej częstotliwości f z oktawowego pasma częstotliwości.

Za pomocą układu pomiarowego mierzy się równoważny poziom dźwięku w skali A (L_f,v)

wyznaczony dla oktawowych pasm częstotliwości i stacjonarnego odcinka czasowego v

Równoważny poziom nieskorygowanego częstotliwościowo dźwięku L_f,v)wyznacza się z zależności:

,gdzie: T- czas trwania pomiaru [s],

p_f,v(t) - zmierzony chwilowy poziom ciśnienia akustycznego dla częstotliwości f z oktawowego pasma częstotliwości oraz dla stacjonarnego odcinka czasowego v,

p₀=20[μPa] - poziom ciśnienia odniesienia,

L_f,v - równoważny, nieskorygowany częstotliwościowo, poziom dźwięku wyznaczony w

oktawowym paśmie częstotliwości w stacjonarnym odcinku czasowym, [dBA]

Równoważny poziom dźwięku w skali A (L_f,v) dla hałasu słyszalnego, na badanym stanowisku, nie powinien przekraczać wartości dopuszczalnych określonych w normie.

Dopuszczalny poziom dźwięku określa się na podstawie wskaźnika oceny N, tj.

N=L_A-5 [dB],

gdzie: N - wskaźnik oceny

L_A - dopuszczalny poziom dźwięku A [dB] przyjęty na stanowisku

Na podstawie obliczonego wskaźnika oceny przyjmuje się dopuszczalne wartości ciśnień akustycznych (z norm) dla poszczególnych oktawowych pasm częstotliwości.

Następnie wykreśla się wykres widmowy i w przypadku przekroczenia dopuszczalnych wartości L_fdop dla której z częstotliwości f [Hz] z pasma oktawowego, należy określić dopuszczalny czas pracy (t_dop) ze wzoru:

,gdzie: t_dop - dopuszczalny czas pracy w [min/(8h)],

L_f - zmierzony równoważny poziom dźwięku [dBA] dla częstotliwości f [Hz],

L_fdop - dopuszczalny poziom hałasu [dBA] dla częstotliwości f[Hz].

3. Przebieg ćwiczenia

Zastosowano dwie metody oceny narażenia na hałas: ważonej częstotliwościowo oraz widma hałasu.

Do wykonania ćwiczenia wykorzystano Sonometr I-10 wyposażony:

• dla metody ważonej w filtr korekcyjny skali A oraz

• dla metody widmowej w filtr zewnętrzny środkowoprzepustowy w oktawowym paśmie częstotliwości.

Jako źródło hałasu wykorzystano odbiornik radiowy nie nastawiony na stację radiową.

Przyjęto, że badanie przeprowadza się dla stanowiska pracy w biurze o L_Adop=60[dB]

Dla metody ważonej wykonano po trzy pomiary dla każdej z charakterystyk dynamicznych sonometru,

dla metody widmowej wykonano po trzy pomiary dla tej z charakterystyk dynamicznych (Slow albo Fast), dla której wartość L_A była większa.

Wyniki dla metody ważonej i metody widmowej zestawiono w tablicy 1 oraz w protokóle z wykonania ćwiczenia (zał.1)

Tablica 1 Zestawienie zmierzonych wartości poziomów dźwięku L[dB]

Pomiary wykonano dnia: 22.11.2000r.

Miejsce pomiaru: laboratorium ergonomii

Kierunek pomiaru hałasu: podłużnu do źródła hałasu

Dopuszczalny poziom dźwięku w skali A dla badanego stanowiska przyjęto L_Adop=60[dB]

Pomiary wykonali: Robert Rutkowski, Arek Szczotka, Mariusz Bartnicki.

Charakterystyka Dynamiczna SONOMETRU SLOW lub FAST	Równoważny poziom dźwięku LA	LA średnie	LA dopuszczalne	dopuszczalny czas pracy tdop
miano	dBA	dBA	dBA	min/(8h)
SLOW	33,37,35	35,00	60	>>.480
FAST	36,33,32	33,67	60	>>480
IMPULS	46,43,45	44,67	60	>>480
Impuls-Hold	39,36,39	38,00	60	>>480
Impuls-Peak	67,66,66	66,33	60	111,75
Wyniki pomiarów dla metody częstotliwościowej

Częstotliwość f0 [Hz]	31,5	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000	16000
Pomiary Lf SLOW	76 76 74	64 66 62	74 73 73	76 77 76	82 81 79	77 78 77	76 75 75	72 73 73	69 69,5 69	52 51,5 52
Lfśrednie	75,3	64	73,3	76,3	80,7	77,3	75,3	72,7	69,2	51,8
Lfdop	93	79	70	63	58	55	52	50	49	-
Lfśrednie-Lfdop	-	-	3,3	13,3	22,7	22,3	23,3	22,7	20,2	-
tdop	>>480	>>480	222,8	22,3	2,6	2,8	2,2	2,6	4,6	-
Wyniki pomiarów dla metody widmowej

Ocena hałasu:

przekroczono dopuszczalne wartości dla częstotliwości f=125,250,500,1000,2000,4000,8000[Hz]

4. Analiza wyników

Na podstawie wyników otrzymanych z metody oceny częstotliwościowej można stwierdzić, że dla charakterystyki dynamicznej Impuls-Peak przekroczono wartość dopuszczalną o 6.33[dB], tak że czas pracy powinien wynosić 111.75[min/(8h)]; dla pozostałych charakterystyk czujnika wartości dopuszczalne nie zostały przekroczone.

Na podstawie wyników wykreślono wykres widmowy hałasu (rys.1)

Rys. 1 Wykres widmowy hałasu

Z wykresu widmowego (rys.1) wynika, że przekroczone zostały wartości dopuszczalne hałasu dla częstotliwości 125,250,500,1000,2000,4000,8000[Hz] na podstawie obliczeń z tablicy1 częstotliwościom, dla których przekroczone zostały wartości dopuszczalne odpowiadają zmniejszone dopuszczalne czasy pracy, odpowiednio: t_dop,125[Hz]= 222,8[min/(8h)], t_dop,250Hz]= 2,23 [min/(8h)], t_dop,500[Hz]= 2,6 [min/(8h)]

t_dop,1000[Hz]= 2,8 [min/(8h)], t_dop,2000Hz]= 2,2 [min/(8h)], t_dop,4000Hz]= 2,6 [min/(8h)], t_dop,8000Hz]= 4,6 [min/(8h)]

5. Wnioski

Na podstawie wyników otrzymanych z metody ważonej częstotliwościowo należało stwierdzić, że dla badanego stanowiska pracy, przekroczono wartość dopuszczalną o 6.33[dB], przez co dopuszczalny czas pracy powinien wynosić t_dop=111,75[min/(8h)].

Ponieważ metoda ważona częstotliwościowo nie daje dokładnych informacji o częstotliwościach i amplitudach badanego hałasu, to dokonano pomiarów i analizy dla metody widmowej.

Na podstawie wyników otrzymanych z metody widmowej można stwierdzić, że na badanym stanowisku pracy wystapiło bardzo znaczne przekroczenie wartości dopuszczalnej dla częstotliwości f=2000[Hz], tj. o 23,3[dB] przez co dopuszczalny czas pracy powinien wynosić 2,2[min/(8h)]. Jest to wartość na tyle mała, że należałoby dokonać powtórnego pomiaru dla sprawdzenia uzyskanych wyników, natomiast jeśli pomiary potwierdziłyby się to należy zmienić warunki na stanowisku pracy.

Do badania przyjęto iż badanym stanowiskiem pracy jest stanowisko biurowe lub laboratoryjne.

Otrzymane wyniki, przy założeniu że są poprawne wskazują na konieczność modernizacji stanowiska pracy w taki sposób aby usunąć szkodliwe źródła hałasu mogące mieć negatywny nieswoisty wpływ na pracowników i na jakość wykonywanej przez nich pracy.

---