Cel doświadczenia: Badamy poziom natężenia dźwięku w celu określenia maksymalnych i minimalnych natężeń na terenie PSW i określenie czy dane wartości mieszczą się w dopuszczalnych normach.

Krótki opis teoretyczny: Za pomocą decybelomierza mierzymy wartości maksymalne i minimalne w różnych punktach PSW.

Z zasady zachowania energii wynika, że całka z natężenia dźwięku po zamkniętej powierzchni jest równa energii emitowanej w ciągu jednostki czasu przez źródło dźwięku, czyli mocy akustycznej źródła:

gdzie :

– natężenie dźwięku o kierunku wektora falowego,

– wektor powierzchni,

– pole zamkniętej powierzchni zawierającej wewnątrz źródło.

Jeżeli powierzchnia dobrana jest tak, że natężenie ma na całej powierzchni stałą wartość i wektor natężenia ma taki sam kierunek jak wektor powierzchni, wówczas:

skąd:

Dźwięk emitowany przez źródła rzeczywiste ma postać fal kulistych lub jest superpozycją takich fal^[1]. Dla punktowego źródła dźwięku emitującego falę kulistą:

gdzie:

• – odległość od źródła dźwięku.

Zgodnie z tym wzorem, natężenie dźwięku jest odwrotnie proporcjonalne do kwadratu odległości od źródła. Podwojeniu odległości od źródła odpowiada więc czterokrotny spadek natężenia dźwięku.

• Dźwięk – wrażenie słuchowe, spowodowane falą akustyczną rozchodzącą się w ośrodku sprężystym (ciele stałym, cieczy, gazie). Częstotliwości fal, które są słyszalne dla człowieka, zawarte są w paśmie między wartościami granicznymi od ok. 16 Hz do ok. 20 kHz. Dźwięki słyszalne – na określenie dźwięków z zakresu częstotliwości i natężeń, które rejestruje człowiek, dla odróżnienia od dźwięków zbyt cichych bądź zbyt niskich (bliskie infradźwięki) lub zbyt wysokich (na pograniczu ultradźwięków), by mogły być zarejestrowane przez ludzkie ucho przeciętnego człowieka. Dźwięki słyszalne przez poszczególnych ludzi mogą różnić się zarówno w zakresie częstotliwości, jak i głośności. Regułą jest, że wraz z wiekiem zakres częstotliwości się zawęża (dotyczy to szczególnie częstotliwości wysokich) oraz podnosi się dolna granica poziomu głośności słyszanych dźwięków. Zjawisko niedosłuchu dotyka ostatnio coraz częściej również młodych ludzi, z powodu powszechnego użycia słuchawek dousznych.

• Poziom dźwięku – poziom dźwięku to wielkość, która uwzględnia właściwości ludzkiego słuchu. Przy dużych poziomach ciśnienia ucho słyszy „równiej” tzn. w całym zakresie częstotliwości potrzeba mniej więcej takiego samego ciśnienia akustycznego, aby usłyszeć taką samą głośność. Przy małych poziomach ciśnienia natomiast środkowe pasmo częstotliwości jest słyszalne zdecydowanie lepiej niż częstotliwości niskie i wysokie.

• Izofona (krzywa izofoniczna) – krzywa jednakowego poziomu głośności dźwięku. Izofony są przedstawiane w układzie logarytmicznej zależności poziomu natężenia dźwięku lub poziomu ciśnienia akustycznego od częstotliwości. Dana krzywa izofoniczna ma tę samą wartość, na przestrzeni różnych częstotliwości, liczoną w fonach, ale różną liczoną w decybelach. Wynika to z różnego odbioru częstotliwości przez ludzkie ucho. Najniżej położona krzywa (0 fonów) stanowi próg słyszenia, czyli określa najmniejszą wartość poziomu ciśnienia akustycznego tonu o danej częstotliwości wywołującego wrażenie słuchowe. Krzywa położona najwyżej (około 130 fonów) to granica bólu, co oznacza, że tony o określonych przez nią poziomach powodują ból, a nawet mogą uszkodzić słuch. Dolna granica słyszalności i granica bólu wyznaczają obszar (powierzchnię) słyszalności. Zakres odbieranych częstotliwości wynosi średnio od 16 Hz do 20 kHz, a poziomów (dla częstotliwości 3 kHz) od -10 dB do 130 dB.

• Hałasy o poziomie:

• poniżej 35 dB nie są szkodliwe dla zdrowia, ale mogą wywoływać zdenerwowanie. Do hałasów tych zalicza się np. szum wody, brzęk przekładanych naczyń lub narzędzi, odgłos pracującej lodówki lub komputera. Hałasy te rozpraszają w czynnościach wymagających skupienia np. projektowaniu, pisaniu itp., szczególnie, gdy trwają bardzo długo.

• od 35 do 70 dB negatywnie wpływają na układ nerwowy człowieka. Pociąga to za sobą zmęczenie i spadek wydajności pracy. Może on obniżyć zrozumiałość mowy i utrudnić zasypianie i wypoczynek.

• od 70 dB do 85 dB trwające stale, mogą powodować zmniejszenie wydajności pracy, trwałe osłabienie słuchu, bóle głowy i negatywny wpływ na układ nerwowy człowieka.

• od 85 do 130 dB powodują uszkodzenia słuchu i różne schorzenia, jak zaburzenia układu krążenia, nerwowego, równowagi i inne oraz uniemożliwiają zrozumiałość mowy nawet z odległości 0,5 metra.

• od 130 dB do 150 dB pobudzają do drgań niektóre wewnętrzne organy ludzkiego ciała, mogą nawet powodować ich trwałe schorzenia lub nawet uszkodzenia. Praca w takim hałasie wiąże się z dużym zagrożeniem rozległego osłabienia słuchu, a nawet jego poważnych i trwałych uszkodzeń.

• powyżej 150 dB już po 5 minutach całkowicie paraliżują działanie organizmu, powodują mdłości, zaburzenia równowagi, uniemożliwiają wykonywanie skoordynowanych ruchów kończyn, zmieniają proporcje zawartości składników we krwi. Wśród osób pracujących w takim hałasie (np. przy hamowaniu silników odrzutowych) aż w 80% stwierdza się zapadanie na nieuleczalne choroby, stany lękowe i depresyjne, oraz inne objawy chorób psychicznych.

• Poziomy dźwięku emitowany przez poszczególne środki komunikacyjne i przykładowe poziomy natężenia dźwięku:

• motocykl: 79-87 dB

• samochód osobowy: 75-84dB

• samochód ciężarowy: 83-93dB

• autobus: 86-92dB

• traktor: 85-92dB

• tramwaj: 70-95dB

• samolot: 74-108dB

• pociąg: 79-95dB

• szum liści: 10 dB

• rozmów: 30-60 dB

• orkiestra: 50-70 dB

• silnik odrzutowca: 120-140 dB

• start rakiety: 150-190 dB

• Najbardziej szkodliwe narzędzia i poziom wytwarzanego przez nie hałasu w zależności od zakładu przemysłu ciężkiego:

• Najbardziej intensywny hałas emitują narzędzia udarowe i pneumatyczne, takie jak: młoty, szlifierki, przecinaki, kątowniki, narzędzia do usuwania korozji i nitowania - poziom hałasu 100-134 dB (A). Tylko nieco cichsze są kompresory, sprężarki, dmuchawy i różnego rodzaju pompy czy wentylatory - wytwarzają one hałas o poziomie 95-110 dB (A).

• W wydziałach walcowni, tłoczni itp. Stosowane narzędzia, to głównie: walcarki, prostownice, ciągarki hałaśliwe w zakresie 90-110 dB (A) oraz piły tarczowe i nożyce emitujące hałas 96-115 dB (A).

• W hutach najgłośniejsze są wszelkie urządzenia związane z rurociągami, nadmuchami, nagrzewnicami oraz innymi maszynami umożliwiającymi odpowiednie działanie huty - ich hałaśliwość utrzymuje się w zakresie 100-120 dB (A).

• W zakładach energetycznych

• W walcowniach hałas powstaje głównie w obrębie klatek walcowniczych, a także w czasie transportu materiału i systemach napędu wszystkich maszyn - głośność wynosi tam od 90 do 113 dB (A). W piecach grzewczych hałasują również dysze paliwowe i powietrzne - od 98 do 105 dB (A).

• W kopalniach praca w górnictwie nieodzownie łączy się z hałasem. Największy huk (powyżej granicy bólu) powstaje w momencie kontrolowanych detonacji materiału kopalnianego (oczywiście zdarzają się również niezwykle groźne, przypadkowe wybuchy metanu). Również pozostałe prace górnicze emitują hałas - kucie, wydobywanie głazów, załadunek na wozy, transport surowca na powierzchnię, itp. Wszystkie te odgłosy wahają się w granicach od 85 do 108 dB (A).

• W odlewniach panuje hałas rzędu 90 - 106 dB (A), a jego źródłem są kraty do wybijania odlewów, maszyny służące do formowania odlewów, a także cały zespół narzędzi do czyszczenia odlewów

• W stoczniach ponownie mamy do czynienia z dużą ilością narzędzi udarowych i pneumatycznych. Budowa statków odbywająca się w halach, a także montaż na pochylniach, czy też w tzw. "suchym doku", wymaga ciągłego stosowania młotków ręcznych i maszynowych oraz wszelkiego rodzaju wycinarek, szlifierek i szczotek pneumatycznych. Praca w takich warunkach naraża budowniczych na hałas rzędu 90-127 dB (A).

• W przemyśle maszynowym - średni poziom hałasu sięga od 100 do 125 dB (A), jego źródłem są odpowiednio:

• silniki, często nieposiadające układu tłumienia hamowania oraz narzędzia do obróbki plastycznej- poziom hałasu: 92-120 dB (A).

• hale kuźni pracują głównie z wykorzystaniem ciężkich gilotyn i pras (hałas: 96-115 dB (A)) oraz młotownic, które w czasie pracy emitują dźwięki o poziomie głośności do 120 dB (A).

• W przemyśle drzewnym:

• całość produkcji opiera się na obróbce drewna, która jest jednym z najbardziej hałaśliwych procesów przemysłowych, gdyż wymaga ciągłego stosowania pił tarczowych i taśmowych oraz heblarek i urządzeń wyrównujących powierzchnię ciętego drewna. Wytwarzają one hałas rzędu 98-115 dB (A).

• W przemyśle lotniczym i motoryzacyjnym źródłem hałasu są głównie:

• montażownie - 102-116 dB (A), gdzie przy pomocy narzędzi (głownie pneumatycznych) przeprowadza się obróbkę materiału, a także prostowanie lub wyginanie prętów oraz blach będących elementami konstrukcji samolotu, samochodu lub innych pojazdów.

• Narzędzia do produkcji śrub i kabli. Izolacja kabli najczęściej wykonywana jest z porcelany, którą obrabia się przy pomocy hałaśliwych urządzeń: kruszarek szczękowych (110 dB (A), młynów kulowych (97 dB (A)) oraz sit wibracyjnych (110 dB (A)). Natomiast przy produkcji śrub, do formowania ich "łebków" stosuje się kleparki wytwarzające hałas o poziomie głośności 95 - 100 dB (A).

• skręcarki i oplatarki o poziomie hałasu około 100 dB (A).

• Normy dopuszczalnych poziomów hałasu oraz czasu ekspozycji na jego działanie:

• dzienna ekspozycja 8 godzinna nie może przekraczać poziomu hałasu o wartości 85 dB,

• ekspozycja tygodniowa (7 x po 8 godzin) nie może przekraczać 85 dB na dzień.

Jeżeli praca wymaga przebywania w hałasie powyżej 85dB, to czas jej trwania musi być krótszy lub zawierać kilka przerw bez ekspozycji na hałas. I tak w zależności od poziomu dźwięku, dopuszczalna jest:

• ekspozycja na hałas o poziomie 85dB trwająca 8 godz.

• ekspozycja na hałas o poziomie 90 dB trwająca 4 godz.

• ekspozycja na hałas o poziomie 95dB trwająca 2 godz.

• ekspozycja na hałas o poziomie 100dB trwająca 1 godz.

• ekspozycja na hałas o poziomie 105dB trwająca 30 min

• ekspozycja na hałas o poziomie 110dB trwająca 15 min

• ekspozycja na hałas o poziomie 115dB trwająca 7,5 min

Krótki opis przyrządu pomiarowego: Do przeprowadzenia pomiaru użyliśmy decybelomierza.
Miernik poziomu – miernik stosowany przy pomiarach akustycznych, zazwyczaj do określania wartości subiektywnych poziomu dźwięku w dB, także do określania poziomu hałasu.

L.p	Wartość minimalna [dB]	Wartość maksymalna [dB]	Średnia arytmetyczna pomiaru [dB]	Błąd średniej pomiaru [dB]
1	≈ 60	≈ 70,2	65,1	5,1
2	≈ 52	≈ 62,4	57,2	5,2
3	≈ 55,2	≈ 65,7	60,5	5,3
4	≈ 51	≈ 63,6	57,3	6,3
5	≈ 52	≈ 64,1	58,1	6,1
6	≈ 51,6	≈ 56,5	54,1	2,5
7	≈ 49,4	≈ 70,3	59,9	10,5

Wzory wykorzystane do obliczeń:

$$m = \frac{x_{1} + \ x_{2} + \ldots + x_{n}}{n}$$

$$S_{m} = \ \sqrt{\frac{\left( x_{1} - m \right)^{2} + \left( x_{2} - m \right)^{2} + \ldots + \left( x_{n} - m \right)^{2}}{n\left( n - 1 \right)}}$$

MIEJSCE	Natężenie [dB]	Wartość min. [dB]	Wartość maks. [dB]	Błąd [dB]
1. Schody (10.45)	65,1	60,4	70,6	5,1
2. Sala 286 (10.48)	57,2	52	62,4	5,2
3. Sala Senatu (10.50)	60,5	55,2	65,8	5,3
4. Kancelaria (10.55)	57,3	51	63,6	6,3
5. Schody (10.58)	58,1	52	64,2	6,1
6. Sala 247 (11.00)	54,1	51,6	56,6	2,5
7. Sala 246 - wewnątrz (11.02)	59,9	49,4	70,4	10,5

Wnioski: Dopuszczalna maksymalna 8h ekspozycja na hałas o natężeniu 85 dB w żadnym z przypadków nie została przekroczona.