6-3. Hałas. Hałas infradźwiękowy i hałas ultradźwiękowy

Zgodnie z przepisami europejskimi i krajowymi, pracodawca jest obowiązany zapewnić ochronę pracowników przed zagrożeniami związanymi z narażeniem na hałas, a w szczególności (rozporządzenie ministra właściwego do spraw pracy) w sprawie ogólnych przepisów bhp oraz rozporządzenie ministra gospodarki i pracy z dnia 5 sierpnia 2005 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy przy pracach związanych z narażeniem na hałas lub drgania mechaniczne, zapewnić stosowanie:

• procesów technologicznych nie powodujących nadmiernego hałasu,
• maszyn i innych urządzeń technicznych powodujących możliwie najmniejszy hałas, nie przekraczający dopuszczalnych wartości,
• rozwiązań obniżających poziom hałasu w procesach pracy (z priorytetem środków redukcji hałasu u źródła jego powstawania - 6-3. slajd 11).

6-3. slajd 11 

Na stanowiskach pracy, na których mimo zastosowania możliwych rozwiązań technicznych i organizacyjnych poziom hałasu przekracza dopuszczalne poziomy, pracodawca ma obowiązek zapewnić:

• ustalenie przyczyn przekroczenia dopuszczalnego poziomu hałasu oraz opracowanie i zastosowanie programu działań technicznych i organizacyjnych, mających na celu najskuteczniejsze zmniejszenie narażenia pracowników na hałas,
• zaopatrzenie pracowników w ochronniki słuchu, dobrane do wielkości charakteryzujących hałas i do cech indywidualnych pracowników oraz ich stosowanie,
• ograniczenie czasu ekspozycji na hałas, w tym stosowanie przerw w pracy,
• oznakowanie stref zagrożonych hałasem  (6-3. slajd 12), a także, gdy jest to uzasadnione ze względu na stopień zagrożenia oraz możliwe, ograniczenie dostępu do tych stref poprzez ich odgrodzenie.

6-3. slajd 12 

Pracownikom zatrudnionym na wymienionych stanowiskach należy zapewnić informacje na temat:

• wyników pomiarów hałasu i zagrożenia dla zdrowia wynikającego z narażenia na hałas,
• działań podjętych w związku z przekroczeniem dopuszczalnych wartości hałasu na określonych stanowiskach,
• właściwego doboru i sposobu używania ochronników słuchu.

Gdy na stanowiskach pracy poziom hałasu przekracza dopuszczalne Gdy na stanowiskach pracy poziom hałasu przekracza dopuszczalne normy pracownicy podlegają okresowym badaniom lekarskim. Tryb i zakres oraz częstotliwość badań określa rozporządzenie ministra zdrowia i opieki społecznej w sprawie przeprowadzania badań lekarskich pracowników, zakresu profilaktycznej opieki zdrowotnej nad pracownikami oraz orzeczeń lekarskich wydawanych do celów przewidzianych w Kodeksie pracy [35]. W przypadku narażenia na hałas (w zakresie słyszalnym) o poziomie L_EX,8h ? 80 dB przez pierwsze 3 lata badania wykonuje się co rok, a następnie co 3 lata. Zakres obejmuje: badanie lekarskie, badanie otoskopowe i akumetryczne; audiometria tonalna (badanie przewodnictwa powietrznego dla częstotliwości 0,5–8 kHz). W przypadku narażenia na hałas ultradźwiękowy badania wykonuje się co 3 lata. Zakres badań: badanie lekarskie, badanie otoskopowe, audiometria tonalna (badanie przewodnictwa powietrznego dla częstotliwości 0,5–8 kHz).

Techniczne środki ograniczania hałasu

Zmiana hałaśliwego procesu technologicznego na mniej hałaśliwy

Najgłośniejsze procesy produkcyjne można zastąpić cichszymi, np. kucie młotem można zastąpić walcowaniem i tłoczeniem, natomiast obróbkę za pomocą ręcznych narzędzi - obróbką elektryczną i chemiczną oraz narzędziami zmechanizowanymi.

Mechanizacja i automatyzacja procesów technologicznych

Mechanizacja i automatyzacja procesów technologicznych w powiązaniu z kabinami sterowniczymi (dźwiękoizolacyjnymi) dla obsługi  (6-3. slajd 13) jest jednym z najbardziej nowoczesnych, przyszłościowych, a zarazem najbardziej skutecznych sposobów eliminacji zagrożenia hałasem, wibracją i innymi czynnikami szkodliwymi i uciążliwymi (np. zapyleniem, wysoką temperaturą, urazami). Większość stosowanych w przemyśle kabin zapewnia redukcję hałasu rzędu 20÷30 dB [5, 40].

6-3. slajd 13 

Konstruowanie i stosowanie cichobieżnych maszyn, urządzeń i narzędzi

Zmiany procesów technologicznych oraz wprowadzenie mechanizacji i automatyzacji wymagają dłuższych okresów realizacji i nie dają się stosować przy produkcji małoseryjnej lub nietypowej. Bardzo skuteczne wyciszanie źródeł hałasu można osiągnąć przez zmniejszenie hałaśliwości urządzeń i narzędzi.

Wyciszenie źródeł hałasu w maszynie (ograniczenie emisji dźwięku), [3, 8, 11, 13] można osiągnąć przez  (6-3. slajd 14):

• redukcję wymuszenia (tj. minimalizację sił wzbudzających drgania oraz ograniczenie ich widma), np. przez dokładne wyrównoważenie elementów maszyn , zmianę sztywności i struktury układu, zmianę oporów tarcia,
• zmianę warunków aerodynamicznych i hydrodynamicznych (np. przez zmianę geometrii wlotu i wylotu mediów energetycznych i zmianę prędkości ich przepływu),
• redukcję współczynnika sprawności promieniowania (np. przez zmianę wymiarów elementów promieniujących energię wibroakustyczną, zmianę materiałów, odizolowanie płyt w układzie).

6-3. slajd 14 

Poprawne pod względem akustycznym rozplanowanie zakładu i zagospodarowanie pomieszczeń

Przy projektowaniu budynków zakładów przemysłowych należy kierować się następującymi zasadami [11, 14, 26]:

• budynki i pomieszczenia, w których jest wymagana cisza (np. laboratoria, biura konstrukcyjne, pomieszczenia pracy koncepcyjnej) powinny być oddzielone od budynków i pomieszczeń, w których odbywają się hałaśliwe procesy produkcyjne,
• maszyny i urządzenia powinny być grupowane, o ile to jest możliwe w oddzielnych pomieszczeniach według stopnia ich hałaśliwości.

Hałas w danym pomieszczeniu może być potęgowany przez niewłaściwe zagospodarowanie pomieszczeń, w tym zbyt gęste rozmieszczenie maszyn. Najmniejsza zalecana odległość między maszynami powinna wynosić 2 ÷ 3 m.

Tłumiki akustyczne

Zmniejszenie hałasu w przewodach, w których odbywa się przepływ powietrza lub gazu (instalacje wentylacyjne, układy wlotowe i wylotowe maszyn przepływowych, np. sprężarek, dmuchaw, turbin, silników spalinowych), można uzyskać przez zastosowanie tłumików akustycznych. Nowoczesne konstrukcje tłumików akustycznych nie powodują strat mocy maszyny. Polegają one na stworzeniu dużego oporu przepływom nieustalonym, powodującym dużą hałaśliwość, przy równoczesnym przepuszczaniu bez dławienia strumieni ustalonych, dzięki którym odbywa się transport powietrza lub gazu. Do znanych tłumików tego typu należą tłumiki refleksyjne - czyli akustyczne filtry falowe oraz tłumiki absorpcyjne zawierające materiał dźwiękochłonny (6-3. slajd 15), [3, 11, 14].

6-3. slajd 15

Tłumiki refleksyjne działają na zasadzie odbicia i interferencji fal akustycznych i odznaczają się dobrymi właściwościami tłumiącymi w zakresie małych i średnich częstotliwości. Stosowane są tam, gdzie występują duże prędkości przepływu i wysokie temperatury, a więc w silnikach spalinowych, dmuchawach, sprężarkach, niekiedy w wentylatorach.

Tłumiki absorpcyjne przeciwdziałają przenoszeniu energii akustycznej wzdłuż przewodu, przez pochłanianie znacznej jej części głównie przez materiał dźwiękochłonny. Tłumią przede wszystkim średnie i wysokie częstotliwości i znajdują szerokie zastosowanie w przewodach wentylacyjnych. W praktyce zachodzi często potrzeba stosowania tych dwóch typów tłumików łącznie, gdyż wiele przemysłowych źródeł hałasu emituje energię w szerokim pasmie częstotliwości obejmującym zakres hałasu infradźwiękowego i słyszalnego.

Odrębną grupę tłumików, w stosunku do tłumików refleksyjnych i absorpcyjnych, zwanych często tłumikami reaktywnymi, stanowią tzw. tłumiki aktywne (omówione dalej).

Obudowy dźwiękochłonno-izolacyjne

Wyciszenie źródła hałasu można emitowanego ze źródła do środowiska można osiągnąć przez obudowanie całości lub części hałaśliwej maszyny. Obudowy dźwiękochłonno-izolacyjne maszyn powinny możliwie najskuteczniej tłumić fale dźwiękowe emitowane przez źródło hałasu, przy czym nie powinny one stanowić przeszkody w normalnej pracy i obsłudze zamkniętych w niej maszyn.

Typowe, najczęściej stosowane obudowy mają ścianki dźwiękochłonno-izolacyjne wykonane z blachy stalowej wyłożonej od wewnątrz masami tłumiącymi lub materiałami dźwiękochłonnymi. Stosowane bywają również obudowy o ściankach wielowarstwowych.

Prawidłowo wykonane obudowy mogą zmniejszać poziom dźwięku A o 10 ÷ 25 dB. W przypadku obudowy częściowej, jej skuteczność jest znacznie mniejsza i wynosi ok. 5 dB.

Zastosowanie otworów wentylacyjnych i innych otworów, koniecznych ze względów technologicznych, zmniejsza skuteczność obudowy. Konieczne jest wtedy zastosowanie w otworze wentylacyjnym odpowiedniego tłumika akustycznego, np. w postaci kanału wyłożonego materiałem dźwiękochłonnym [38].

Ekrany dźwiękochłonno-izolacyjne

Ekrany dźwiękochłonno-izolacyjne stosuje się jako osłony danego stanowiska pracy, w celu tłumienia hałasu docierającego na to stanowisko od innych maszyn i emitowanego z danego stanowiska na zewnątrz. W celu uzyskania maksymalnej skuteczności, ekran należy umieszczać jak najbliżej źródła hałasu lub co jest mniej skuteczne w sąsiedztwie miejsca pracy.

Zasadniczymi elementami ekranu są: warstwa izolacyjna w środku (najczęściej blacha o odpowiedniej grubości) oraz zewnętrzne warstwy dźwiękochłonne (płyty z wełny mineralnej lub szklanej osłonięte blachą perforowaną).

Stosując ekran w pomieszczeniu zamkniętym, należy wkomponować go w cały układ akustyczny, aby współdziałał z innymi elementami wytłumiania energii fal odbitych (materiałami i ustrojami dźwiękochłonnymi). Skuteczność poprawnie zastosowanych ekranów dźwiękochłonno-izolacyjnych ocenia się na 5 ÷ 15 dB w odległości ok. 1,5 m za ekranem na osi prostopadłej do jego powierzchni (6-3. slajd 16, 6-3. slajd 17).

6-3. slajd 16

6-3. slajd 17

Materiały (wyroby) i ustroje dźwiękochłonne

Materiały i ustroje dźwiękochłonne stosowane na ścianach i stropie pomieszczenia zwiększają jego chłonność akustyczną, a w konsekwencji zwiększają chłonność akustyczną pomieszczenia (zmniejszają czas pogłosu) [14, 20, 21, 22, 26, 42]. W ten sposób uzyskuje się zmniejszenie poziomu dźwięku fal odbitych (tzw. hałas pogłosowy), co prowadzi do zmniejszenia wypadkowemu poziomu hałasu panującego w danym pomieszczeniu.

Najczęściej stosowanymi materiałami dźwiękochłonnymi są materiały porowate, do których zalicza się: materiały tekstylne, wełny i maty z wełny mineralnej i szklanej, płyty i wyprawy porowate ścian, płyty i maty porowate z tworzyw sztucznych, tworzywa natryskiwane pod ciśnieniem.

Wyboru materiału lub ustroju dźwiękochłonnego należy dokonać tak, aby maksymalne współczynniki pochłaniania dźwięku wypadały w takich zakresach częstotliwości, w których występują maksymalne składowe widma hałasu.

Jak wykazuje praktyka, dobre efekty wytłumienia (zmniejszenie poziomu hałasu o 3 ÷ 7 dB),  (6-3. slajd 18) można uzyskać jedynie w pomieszczeniach, w których pierwotne pochłanianie jest niewielkie.

6-3. slajd 18 

Na rynku dostępne są gotowe układy dźwiękochłonne, takie jak: sufity oraz ścianki działowe, panelowe i osłonowe.

Ochronniki słuchu

Stosowanie ochronników słuchu jest koniecznym, uzupełniającym środkiem redukcji hałasu tam, gdzie narażenia na hałas nie można wyeliminować innymi środkami technicznymi (z priorytetem środków redukcji hałasu u źródła).

Ochronniki słuchu stosuje się również wówczas, kiedy dany hałas występuje rzadko lub też pracownik obsługujący hałaśliwe urządzenie musi jedynie okresowo wchodzić do pomieszczenia, w którym się ono znajduje.

Ochronniki słuchu spełniają swoje zadanie ochrony narządu słuchu przed nadmiernym hałasem, jeżeli równoważny poziom dźwięku A pod ochronnikiem nie będzie przekraczał 80 dB (zaleca się aby zawierał się w zakresie 75-80 dB).

Ze względu na konstrukcję, ochronniki słuchu dzieli się na: wkładki przeciwhałasowe (jednorazowego lub wielokrotnego użytku), nauszniki przeciwhałasowe (z nagłowną sprężyną dociskową lub nahełmowe),  (6-3. slajd 19) oraz hełmy przeciwhałasowe. Co raz częściej stosuje się ochronniki słuchu z radiem, z łącznością i aktywnym tłumieniem.

6-3. slajd 19

Przy doborze ochronników słuchu do konkretnych warunków akustycznych, trzeba ocenić czy rozpatrywany ochronnik będzie w tym przypadku właściwie chronić narząd słuchu. Dobór ochronników słuchu dla określonych stanowisk pracy, przeprowadza się na podstawie pomiarów poziomów ciśnienia akustycznego w oktawowych pasmach częstotliwości lub poziomu dźwięku A i poziomu dźwięku C (inna wielkość niż szczytowy poziom dźwięku C) oraz parametrów ochronnych ochronników słuchu, mających certyfikat upoważniający do oznaczania znakiem bezpieczeństwa B.

Aktywne metody ograniczania hałasu

Hałasem szczególnie trudnym do ograniczania jest hałas niskoczęstotliwościowy. Znane i od lat stosowane tradycyjne (pasywne) metody redukcji hałasu w zakresie częstotliwości poniżej 500 Hz, są mało skuteczne i bardzo kosztowne. W ostatnich latach coraz częściej stosuje się tzw. metody aktywne (czynne), które odgrywają coraz większą rolę wśród technicznych sposobów ograniczania hałasu. Cechą charakterystyczną tych metod jest redukcja hałasu przy zastosowaniu dodatkowych, zewnętrznych źródeł dźwięku.

Ogólna zasada aktywnej redukcji jest następująca:

• źródło hałasu, tzw. pierwotne, wytwarza falę akustyczną nazywaną falą pierwotną,
• źródło wtórne, wytwarza falę wtórną - o tej samej amplitudzie co fala pierwotna lecz o przeciwnej fazie.

W określonym punkcie przestrzeni, obserwujemy efekt aktywnej redukcji hałasu, na skutek wzajemnego oddziaływania obu fal akustycznych.

W idealnym przypadku pełna redukcja fali od źródła pierwotnego w punkcie obserwacji wystąpi wówczas, gdy fala od źródła wtórnego będzie stanowiła idealne odwrócenie fali kompensowanej.

Gdy fala od źródła wtórnego będzie stanowiła idealne odwrócenie fali kompensowanej.

Stosowane w praktyce układy aktywnej redukcji hałasu w postaci indywidualnych rozwiązań, to aktywne tłumiki hałasu maszyn przepływowych i silników spalinowych (osiągane tłumienie wynosi 15 ÷ 30 dB dla częstotliwości do 600 Hz). Odrębną grupę zastosowań stanowią również aktywne ochronniki słuchu. Układ aktywny umożliwia poprawę skuteczności tłumienia hałasu przez ochronniki o 10 ÷ 15 dB w zakresie częstotliwości 50 do 300 Hz [1].