СПОСОБ ОЦЕНКИ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ СРЕДСТВ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ЧЕЛОВЕКА ОТ ШУМА
METHOD OF ESTIMATING ACOUSTIC EFFICIENCY OF PERSONAL NOISE PROTECTION MEANS

Предлагаемое изобретение относится к области гигиены труда, а более конкретно к обеспечению защиты человека от шума, и может быть использовано при проектировании и/или выборе средств индивидуальной защиты человека от шума (противошумов).
Существенное значение для проектирования и выбора средств индивидуальной защиты человека от шума (СИЗ) имеет использование корректного способа расчета акустической эффективности (заглушающей способности) СИЗ, под которой понимают уменьшение уровня шума, обеспечиваемое СИЗ, на исследуемых октавных частотах или в определенном частотном диапазоне.
Наиболее близким заявляемому изобретению является способ расчета оценки акустической эффективности средств индивидуальной защиты человека от шума, включающий измерение А- и С-корректированных уровней звукового давления на рабочих местах, для которых предназначено СИЗ, для каждой нормируемой октавной частоты и последующий расчет показателей акустической эффективности (см. ГОСТ Р 12.4.212-99 (ИСО 4869-2-94) «Система стандартов безопасности труда. Средства индивидуальной защиты органа слуха. Противошумы. Оценка результирующего значения А-корректированных уровней звукового давления при использовании средств индивидуальной защиты от шума». - Введен в действие с 01.01.2002. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2000. - 12 с.).
Реализация этого способа предполагает выполнение следующих этапов.
1) Измеряют уровни звукового давления (УЗД) в устройстве для акустических испытаний для каждой октавной частоты испытательного сигнала при отсутствии СИЗ.
2) Определяют для каждой нормируемой октавной частоты величины УЗД в пространстве внутри СИЗ, размещенном в устройстве для акустических испытаний.
3) По разностям величин УЗД, полученным в пп.1 и 2, определяют акустическую эффективность СИЗ на каждой октавной частоте и рассчитывают три показателя, характеризующие акустическую эффективность шумозащитных наушников для высоких, средних и низких частот (соответственно Н, М и L), а также одиночный показатель поглощения шума SNR. Эти показатели устанавливают критерии для отбора или сравнения СИЗ, а также определяют требования минимально приемлемого поглощения шума для диапазона частот 63 Гц … 8 кГц.
Однако указанный способ обладает следующими недостатками:
- невозможность рассчитать оценку акустической эффективности СИЗ для диапазона частот ниже 63 Гц, в том числе и в инфразвуковой области, в то время как отечественными санитарными нормами предусмотрено нормирование шума в диапазоне 2 Гц … 8 кГц;
- показатели акустической эффективности Н, М и L вычисляются на восьми эталонных спектрах, для чего необходимо иметь результаты измерения С- и А- корректированного УЗД конкретной шумовой обстановки, что применительно к шумовой обстановке на рабочих местах представителей ряда профессий невозможно, а расчет показателя SNR основан на спектре эталонного розового шума и не зависит от реального спектра шума;
- невозможность объективного сравнения СИЗ с разной акустической эффективностью на различных октавных частотах, поскольку вследствие реализации частотной A-коррекции УЗД изменения показателей акустической эффективности СИЗ являются неравнозначными;
- неприменимость используемых показателей акустической эффективности СИЗ для расчета оценки акустической эффективности шумозащитных шлемов.
Технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение возможности расчета оценки акустической эффективности любых средств индивидуальной защиты человека от шума во всем диапазоне частот, заданном санитарными нормами (2 Гц … 8 кГц).
Технический результат заключается в обеспечении возможности оценки акустической эффективности любых образцов СИЗ человека от шума во всем диапазоне частот на основании измерения максимальных УЗД на рабочих местах специалистов, для которых предназначено СИЗ, и их сопоставления с предельно допустимыми УЗД, установленными нормативными документами.
<mrow><msubsup><mi>k</mi><mi>з</mi><mi>н</mi></msubsup><mo>=</mo><mn>20</mn><mo>⋅</mo><mi>lg</mi><mfrac><mi>n</mi><mrow><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></munderover><mrow><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mn>0,05</mn><msubsup><mi>Δ</mi><mi>i</mi><mi>в</mi></msubsup></mrow></msup></mrow></mstyle></mrow></mfrac><mo>,</mo></mrow>
<mrow><msubsup><mi>k</mi><mi>з</mi><mi>ш</mi></msubsup><mo>=</mo><mn>20</mn><mo>⋅</mo><mi>lg</mi><mfrac><mi>n</mi><mrow><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></munderover><mrow><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mn>0,05</mn><msubsup><mi>Δ</mi><mi>i</mi><mi>k</mi></msubsup></mrow></msup></mrow></mstyle></mrow></mfrac></mrow>
<mrow><msub><mi>k</mi><mi>з</mi></msub><mo>=</mo><mn>20</mn><mo>⋅</mo><mi>lg</mi><mfrac><mrow><mn>2</mn><mi>n</mi></mrow><mrow><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></munderover><mrow><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mn>0,05</mn><msubsup><mi>Δ</mi><mi>i</mi><mi>в</mi></msubsup></mrow></msup></mrow></mstyle><mo>+</mo><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></munderover><mrow><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mn>0,05</mn><msubsup><mi>Δ</mi><mi>i</mi><mi>k</mi></msubsup></mrow></msup></mrow></mstyle></mrow></mfrac><mo>,</mo></mrow>
<mrow><msubsup><mi>Δ</mi><mi>i</mi><mi>в</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>Δ</mi><mi>i</mi><mi>k</mi></msubsup></mrow>
Технический результат достигается тем, что осуществляют измерение УЗД для каждой нормируемой октавной частоты с определением максимальных величин УЗД для каждой нормируемой октавной частоты с последующим расчетом показателей акустической эффективности, отличающийся тем, что измерение и определение максимальных уровней звукового давления осуществляют на рабочих местах специалистов, для которых предназначено средство индивидуальной защиты, и на основе разностей между требуемым и обеспечиваемым значениями воздушной (для шумозащитных наушников) и костной (для шумозащитных шлемов) проводимости рассчитывают показатели акустической эффективности в виде коэффициента защиты для шумозащитных наушников по формуле
коэффициента защиты для шумозащитного шлема по формуле
и коэффициента защиты для шумозащитного шлема с шумозащитными наушниками по формуле
где n - количество используемых октавных полос,
- разность между требуемым и обеспечиваемым шумозащитными наушниками значениями воздушной проводимости для каждой нормируемой октавной частоты,
- разность между требуемым и обеспечиваемым шумозащитным шлемом значениями костной проводимости для каждой нормируемой октавной частоты; по полученным расчетным величинам оценивают акустическую эффективность, при этом более высокое значение коэффициента защиты соответствует более высокой акустической эффективности средства индивидуальной защиты человека от шума.
По совокупности существенных признаков заявляемый способ существенно отличается от ранее известного, так как обеспечивает:
- корректное сопоставление акустической эффективности различных образцов СИЗ за счет учета специфических характеристик шумов во всем нормируемом диапазоне частот;
- возможность расчета оценки акустической эффективности не только шумозащитных наушников, но и шумозащитных шлемов и комбинаций шумозащитных наушников и шумозащитных шлемов;
корректное сопоставление образцов СИЗ, выпускаемых предприятиями (фирмами) различных государств с учетом того, что данные об акустической эффективности образцов в России представляются в диапазоне 2 Гц … 8 кГц, а в странах Европы и Америки - (63 или 125) Гц … 8 кГц.
Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.
i
1) Измеряют уровни звукового давления (УЗД) на рабочих местах специалистов, для которых предназначено СИЗ, на каждой октавной частоте с определением максимальных УЗД - УЗДmax дБ.
<mrow><msubsup><mi>Δ</mi><mrow><mi>max</mi><mtext> </mtext><mi>i</mi></mrow><mi>в</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>Δ</mi><mrow><mi>max</mi><mtext> </mtext><mi>i</mi></mrow><mi>k</mi></msubsup></mrow>
2) Определяют для каждой нормируемой октавной частоты значения требуемого снижения образцом СИЗ воздушной (
, дБ) и костной (
, дБ) проводимости:
<mrow><msubsup><mi>Δ</mi><mrow><mi>max</mi><mtext> i</mtext></mrow><mtext>k</mtext></msubsup><mo>=</mo><mi>max</mi><mrow><mo>{</mo><mrow><mn>0</mn><mo>;</mo><msubsup><mi>Δ</mi><mrow><mi>max</mi><mi>i</mi></mrow><mi>в</mi></msubsup><mo>−</mo><mn>20</mn></mrow><mo>}</mo></mrow><mo>,</mo></mrow>
i,
где ПДУ дБ - предельно допустимый УЗД для соответствующей октавной частоты, установленный нормативными документами.
3) По величинам, полученным в п.2, рассчитывают показатели, характеризующие акустическую эффективность СИЗ:
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mi>k</mi><mi>з</mi><mi>н</mi></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
- Для шумозащитных наушников оценку коэффициента защиты
рассчитывают как логарифм от соотношения количества используемых октавных полос к сумме акустических эффективностей шумозащитных наушников в каждой используемой октавной полосе частот (в дБ):
<mrow><msubsup><mi>k</mi><mi>з</mi><mi>н</mi></msubsup><mo>=</mo><mn>20</mn><mo>⋅</mo><mi>lg</mi><mfrac><mi>n</mi><mrow><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></munderover><mrow><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mn>0,05</mn><msubsup><mi>Δ</mi><mi>i</mi><mi>в</mi></msubsup></mrow></msup></mrow></mstyle></mrow></mfrac><mo>,</mo></mrow>
<mrow><msubsup><mi>Δ</mi><mi>i</mi><mi>в</mi></msubsup><mo>=</mo><mi>max</mi><mrow><mo>{</mo><mrow><mn>0</mn><mo>;</mo><msubsup><mi>Δ</mi><mrow><mi>max</mi><mi>i</mi></mrow><mi>в</mi></msubsup><mo>−</mo><msubsup><mi>Δ</mi><mi>i</mi><mi>н</mi></msubsup></mrow><mo>}</mo></mrow></mrow>
<mrow><msubsup><mi>Δ</mi><mi>i</mi><mi>н</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>k</mi><mi>з</mi><mi>н</mi></msubsup></mrow>
где n - количество используемых октавных полос,
- разность между требуемым и обеспечиваемым шумозащитными наушниками значениями воздушной проводимости для каждой нормируемой октавной частоты,
- значение акустической эффективности в подчашечном пространстве шумозащитных наушников для каждой анализируемой октавной частоты (указываемое в паспорте шумозащитных наушников; если это значение в паспорте не указано, то его определяют экспериментально). Чем больше величина
, тем лучше акустическая эффективность шумозащитных наушников.
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mi>k</mi><mi>з</mi><mi>ш</mi></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
- Для шумозащитного шлема оценку коэффициента защиты
рассчитывают как логарифм от соотношения количества используемых октавных полос к сумме акустических эффективностей образца шумозащитного шлема в каждой используемой октавной полосе частот (в дБ):
<mrow><msubsup><mi>k</mi><mi>з</mi><mi>ш</mi></msubsup><mo>=</mo><mn>20</mn><mo>⋅</mo><mi>lg</mi><mfrac><mi>n</mi><mrow><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></munderover><mrow><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mn>0,05</mn><msubsup><mi>Δ</mi><mi>i</mi><mi>к</mi></msubsup></mrow></msup></mrow></mstyle></mrow></mfrac><mo>,</mo></mrow>
<mrow><msubsup><mi>Δ</mi><mi>i</mi><mi>к</mi></msubsup><mo>=</mo><mi>max</mi><mrow><mo>{</mo><mrow><mn>0</mn><mo>;</mo><msubsup><mi>Δ</mi><mrow><mi>max</mi><mi>i</mi></mrow><mi>к</mi></msubsup><mo>−</mo><msubsup><mi>Δ</mi><mi>i</mi><mi>ш</mi></msubsup></mrow><mo>}</mo></mrow></mrow>
<mrow><msubsup><mi>Δ</mi><mi>i</mi><mi>ш</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>k</mi><mi>з</mi><mi>ш</mi></msubsup></mrow>
где n- количество используемых октавных полос,
- разность между требуемым и обеспечиваемым шумозащитным шлемом значениями костной проводимости для каждой нормируемой октавной частоты,
- значение акустической эффективности в подшлемном пространстве для каждой анализируемой октавной частоты (указываемое в паспорте шумозащитного шлема; если это значение в паспорте не указано, то его определяют экспериментально). Чем больше величина
, тем лучше акустическая эффективность шумозащитного шлема.
з
- Для комбинации шумозащитного шлема с шумозащитными наушниками рассчитывают величину коэффициента k:
<mrow><msub><mi>k</mi><mi>з</mi></msub><mo>=</mo><mn>20</mn><mo>⋅</mo><mi>lg</mi><mfrac><mrow><mn>2</mn><mi>n</mi></mrow><mrow><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></munderover><mrow><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mn>0,05</mn><msubsup><mi>Δ</mi><mi>i</mi><mi>в</mi></msubsup></mrow></msup></mrow></mstyle><mo>+</mo><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></munderover><mrow><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mn>0,05</mn><msubsup><mi>Δ</mi><mi>i</mi><mi>k</mi></msubsup></mrow></msup></mrow></mstyle></mrow></mfrac><mo>.</mo></mrow>
з
Чем больше величина k, тем лучше акустическая эффективность комплекта шумозащитного шлема с шумозащитными наушниками.
Разработанный способ можно применять для расчета интегральной оценки акустической эффективности любых СИЗ человека от шума во всем диапазоне частот, заданном санитарными нормами (2 Гц … 8 кГц).
Пример реализации способа.
Необходимо выбрать один из трех образцов шумозащитных наушников и один из двух образцов шумозащитного шлема для инженерно-технического состава, обслуживающего полеты самолетов.
1) В результате измерений УЗД на рабочих местах инженерно-технического состава, обслуживающего полеты самолетов, определены максимальные УЗД для каждой октавной частоты (табл.1 - Предельно допустимые и максимальные УЗД на рабочих местах инженерно-технического состава, обслуживающего полеты самолетов, а также значения акустической эффективности для воздушной и костной проводимости).
i
2) Из нормативных документов: ГОСТ 22283-88 «Шум авиационный. Допустимые уровни шума на территории жилой застройки и методы его измерения»; СанПин СН 2.2.4/2.1.8.562-96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки» и СН 2.2.4/2.1.8.583-96 «Инфразвук на рабочих местах, в жилых и общественных помещениях и на территории жилой застройки» - берут предельно допустимые значения УЗД для каждой октавной частоты (ПДУ) и рассчитывают значения максимальной акустической эффективности для воздушной и для костной проводимости (табл.1).
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mi>k</mi><mi>з</mi><mi>н</mi></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><msubsup><mi>k</mi><mi>з</mi><mi>н</mi></msubsup></mrow>
3) Рассчитывают оценку коэффициента защиты
каждого образца шумозащитных наушников. Величины минимального поглощения шума (в дБ) на среднегеометрических частотах октавных полос (Гц) указаны в паспорте наушников (табл.2 - Показатели акустической эффективности образцов шумозащитных наушников). Лучшей акустической эффективностью обладает третий образец наушников, поскольку величина
для него максимальна.
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mi>k</mi><mi>з</mi><mi>ш</mi></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><msubsup><mi>k</mi><mi>з</mi><mi>ш</mi></msubsup></mrow>
4) Рассчитывают оценку коэффициента защиты
каждого образца шумозащитного шлема. Величины минимального поглощения шума (в дБ) на среднегеометрических частотах октавных полос (Гц) указаны в паспорте шумозащитного шлема (табл.3 - Показатели акустической эффективности образцов шумозащитного шлема). Лучшей акустической эффективностью обладает первый образец шумозащитного шлема, поскольку величина
для него максимальна.
Описанный способ расчета оценки акустической эффективности СИЗ от шума верифицирован при разработке и проведении экспериментальных исследований СИЗ инженерно-технического состава Военно-воздушных сил от авиационного шума и нашел применение в практике.
Таблица 1
Показатели
Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц
2
4
8
16
37,5
63,5
125
250
500
1000
2000
4000
8000
ПДУ, дБ
100
95
90
85
107
95
87
82
78
75
73
71
69
УЗДmax, дБ
104
112
113
112
116
118
121
123
126
127
127
128
123
<maths num="24"><math display="block"><mrow><msubsup><mi>Δ</mi><mrow><mi>max</mi></mrow><mi>в</mi></msubsup><mo>,</mo></mrow></math><img file="00000025.tif" he="7" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
дБ
4
17
23
27
9
23
34
41
48
52
54
57
54
<maths num="25"><math display="block"><mrow><msubsup><mi>Δ</mi><mrow><mi>max</mi><mtext> </mtext></mrow><mi>к</mi></msubsup><mo>,</mo></mrow></math><img file="00000026.tif" he="7" wi="12" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
ДБ
0
0
3
7
0
3
14
21
28
32
34
37
34
Таблица 2
Номер образца шумозащитных наушников
Минимальное поглощение шума (в дБ) на среднегеометрических частотах октавных полос, Гц
<maths num="26"><math display="block"><mrow><msubsup><mi>k</mi><mi>з</mi><mi>н</mi></msubsup><mo>,</mo></mrow></math><img file="00000027.tif" he="7" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
дБ
2
4
5
16
32
63
125
250
500
1000
2000
4000
5000
1
0
0
0
0
0
16
10
24
41
45
45
33
28
-18,6
2
0
0
0
0
0
16
16
23
30
38
34
32
32
-19,0
3
2
9
11
5
4
5
8
17
39
46
44
49
47
-15,7
Таблица 3
Номер образца шумозащитного шлема
Минимальное поглощение шума (в дБ) на среднегеометрических частотах октавных полос, Гц
<maths num="27"><math display="block"><mrow><msubsup><mi>k</mi><mi>з</mi><mi>ш</mi></msubsup></mrow></math><img file="00000028.tif" he="7" wi="6" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
дБ
2
4
8
16
32
63
725
250
500
7000
2000
4000
8000
1
0
0
0
1
4
11
9
20
18
21
23
26
38
-5,4
2
0
0
0
0
0
1
2
4
5
9
20
29
39
-12,6