 |
NOWA wersja MOBILNA portalu CIOP-PIB 2017-2019 na https://m.ciop.pl |
|
O Instytucie |
|
Problematyka |
|
Oferta |
|
System BHP w Polsce |
|
Przepisy BHP |
|
BHP Online |
|
BHP Info |
|
Biblioteka |
|
FAQ |
|
Kontakt |
|
Bezpieczniej |
   
|
Hałas maszyn - znormalizowane metody wyznaczania poziomu mocy akustycznej (1)
W pierwszej publikacji tej serii omówiono wymagania w zakresie ochrony przed hałasem zawarte w dyrektywie europejskiej 98/37/EC (dyrektywa 89/392/EEC ze zmianami) w sprawie ujednolicenia przepisów prawnych państw członkowskich dotyczących maszyn oraz przedstawiono panoramę zharmonizowanych z tą dyrektywą norm europejskich ogólnych z zakresu akustyki przemysłowej, w większości wprowadzonych do zbioru polskich norm (metodą oficjalnego tłumaczenia). Jak już powiedziano, dyrektywa 98/37/EC określa podstawowe wymagania bezpieczeństwa i ochrony zdrowia w zakresie projektowania i konstruowania maszyn oraz stosowanych przy nich urządzeń ochronnych (środki ochrony zbiorowej), a także procedury oceny zgodności tych wyrobów z podstawowymi wymaganiami przed ich wprowadzeniem do obrotu handlowego na terenie Unii. W zakresie hałasu dyrektywa ta formułuje wymóg zredukowania hałasu na etapie projektowania maszyny. Określa wielkości fizyczne emisji hałasu maszyn, które należy mierzyć i których wartość należy dostarczyć. Są to: poziom ciśnienia akustycznego emisji na stanowiskach pracy i poziom mocy akustycznej. Metody wyznaczania tych wielkości określają odpowiednie normy zharmonizowane. W niniejszej publikacji przedstawimy analizę porównawczą znormalizowanych metod wyznaczania poziomu mocy akustycznej na podstawie pomiarów ciśnienia akustycznego oraz pomiarów natężenia dźwięku (nowa seria norm europejskich EN ISO 3740 i EN ISO 9614) (w Polsce PN-EN ISO 3740 i PN-EN ISO 9614). Normy dotyczące metod wyznaczania poziomu ciśnienia akustycznego emisji (normy serii EN ISO 11200) omówimy w odrębnej publikacji. RODZAJE ZNORMALIZOWANYCH METOD WYZNACZANIA POZIOMU MOCY AKUSTYCZNEJ MASZYN (NORMY EUROPEJSKIE SERII EN ISO 37401 SERII EN ISO 9614) Istnieją dwa przeciwne podejścia dla określenia poziomu mocy akustycznej źródła. Można:
W obydwu przypadkach charakterystyki środowiska badawczego wpływają zdecydowanie na dokładność, z jaką poziom mocy akustycznej jest otrzymywany. Z powyższych dwóch podejść wynikają dwie rodziny metod wyznaczania poziomu mocy akustycznej maszyny.
Przetworniki umieszczone są na powierzchni otaczającej źródło:
Powyższa metoda jest tym precyzyjniejsza, im niepożądane pole pogłosowe jest słabsze w sąsiedztwie maszyny, co jest tym bardziej prawdziwe, im środowisko badawcze jest bardziej pochłaniające. Środowiska badawcze, jakimi są wolne przestrzenie na otwartym terenie, komory bezechowe i półbezechowe, są więc szczególnie korzystne. Bardzo duże pomieszczenie lub takie, które zostało poddane adaptacji akustycznej, będzie również odpowiednie. Poprawka środowiskowa (oznaczona jako K2) będzie uwzględniała zakłócenia spowodowane przez pola pogłosowe.
Ponieważ struktura odbitego pola zależy w znacznym stopniu od kształtu pomieszczenia i pochłaniania dźwięku przez ściany, uważa się, że dokładne wyznaczenie mocy akustycznej tą metodą jest możliwe tylko w pomieszczeniach specjalnie w tym celu zbudowanych i zakwalifikowanych (komora pogłosowa). Dowolne pomieszczenie nie pochłaniające będzie również odpowiednie pod warunkiem, że dysponuje się źródłem dźwięku odniesienia, którego moc akustyczna jest dokładnie znana. Porównanie w tych samych punktach w polu odbitym poziomów ciśnienia akustycznego pochodzących od maszyny i od źródła dźwięku odniesienia, pozwala wyznaczać moc akustyczną maszyny. Bez względu na zastosowaną metodę, wyznaczenie emisji hałasu danego źródła jest zakłócone przez emisje dźwiękową, zwaną „hałasem tła”. Należy w związku z tym wprowadzić poprawkę uwzględniającą hałas tła (oznaczoną K1). W tabeli 1 przedstawiono różne metody wyznaczania poziomu mocy akustycznej. Każda z metod będzie omówiona dalej bardziej szczegółowo. RODZAJE ZNORMALIZOWANYCH METOD WYZNACZANIA POZIOMÓW MOCY AKUSTYCZNEJ MASZYN I URZĄDZEŃ Tabela 1 Parametry związane ze środowiskiem badawczym Wpływ parametrów związanych ze środowiskiem badawczym musi być zminimalizowany lub skorygowany. Przez środowisko badawcze rozumie się:
Korzystną cechą charakterystyczną metod określonych w normach serii EN ISO 9614 jest ich niewielki stopień wrażliwości na środowisko badawcze. Środowiska badawcze spotykane w praktyce przemysłowej są bardzo różne. To wyjaśnia potrzebę istnienia kilku znormalizowanych metod. DOKŁADNOŚĆ WYZNACZANIA POZIOMU MOCY AKUSTYCZNEJ - WIELKOŚĆ OPISUJĄCA DOKŁADNOŚĆ Dokładność wyznaczania poziomu mocy akustycznej jest wyrażona przez odchylenie standardowe odtwarzalności1). To odchylenie oznaczone jako sR (lub sRA, jeśli dotyczy poziomu mocy akustycznej skorygowanej charakterystyką A), pozwala między innymi poznać górną granicę zakresu, w którym mieści się wartość, dla danego poziomu ufności. Tak więc istnieje 90% prawdopodobieństwa, że prawdziwa wartość Lw poziomu mocy akustycznej spełnia następującą zależność: Trzy klasy dokładności W codziennej praktyce nie można całkowicie pominąć zakłócającego wpływu środowiska badawczego. Można to robić tylko mniej lub bardziej dokładnie. Normalizatorzy zdefiniowali trzy klasy dokładności metod: Klasa l, zwana laboratoryjną, najbardziej dokładna W metodzie tej nie uwzględnia się środowiska badawczego, umieszczając źródło w pomieszczeniu specjalnie zbudowanym do wyznaczania mocy akustycznej i spełniającym bardzo rygorystyczne wymagania. Tym środowiskiem będzie albo komora pogłosowa (EN ISO 3741), albo komora bezechowa lub komora półbezechowa (EN ISO 3745). Takie środowisko badawcze jest kosztowne, a poza tym musi istnieć możliwość przemieszczania źródła do tego środowiska i zapewnienia jego właściwego funkcjonowania. Wyjątek od reguły: norma EN ISO 9614-1, która chociaż nie wymaga specjalnego środowiska badawczego, może dostarczyć wynik klasy l. Klasa 2, zwana techniczną, klasa pośrednia Dokładność wyniku jest mniejsza niż dla klasy l, ale stosowanie metody jest łatwiejsze. Normy EN ISO 3743-1, 3743-2 3744 i 3747 dają wyniki klasy 2. Według wartości wskaźników dokładności pomiarów normy EN ISO 9614-1 i 9614-2 mogą dostarczać wynik klasy 2. Ta klasa jest zalecana, gdy wyznaczanie mocy akustycznej ma na celu deklarację emisji hałasu maszyny przez jej producenta. Klasa 3, zwana orientacyjną, najmniej dokładna Dokładność jest mała, ale stopień trudności związany z jej zastosowaniem również niewielki. Jedyną metodą klasyczną dającą wynik klasy 3, jest metoda określona w EN ISO 3746. Normy EN ISO 9643-1 i 9614-2 mogą również dawać wynik klasy 3, ale tylko w szczególnych sytuacjach praktycznych, gdy nie można zastosować żadnej z metod klasycznych. Klasa 3 może mieć zastosowanie tylko do oceny wstępnej lub wtedy, gdy nie można zastosować żadnej innej metody bardziej precyzyjnej. Wartość dokładności Zmiany w normach serii ISO 3740 (które opublikowano już w 1976 r.) dotyczyły w szczególności zredukowania wartości odchylenia standardowego odtwarzalności, jako że doświadczenie pokazało, że było to uzasadnione. Doświadczenie potwierdziło również, że wartości wskazywane w tych normach są wartościami maksymalnymi. Dla danej rodziny maszyn odchylenie standardowe odtwarzalności jest najprawdopodobniej mniejsze niż to podano w normie. Jego wartość, jeżeli została określona na podstawie wyników systematycznych badań (co jeszcze bardzo rzadko się zdarza), znajduje się wtedy w procedurze badań akustycznych, określonej dla rozważanej rodziny maszyn. Jeśli nie ma żadnych innych wartości, należy wziąć pod uwagę wartość podaną w stosownej normie. Wartości maksymalne sRA są podane w każdej normie dla poziomów skorygowanych charakterystyką A i/lub dla poziomów w pasmach oktawowych. W tabeli 2 podano maksymalne znormalizowane wartości sRA. WPŁYW ŚRODOWISKA BADAWCZEGO W SERII NORM EN ISO 3740 Uwzględnienie wpływu środowiska badawczego zależy od rodzaju metody pomiarowej. Metody pomiarowe z zastosowaniem powierzchni otaczającej Pomiary ciśnienia akustycznego wykonuje się w punktach rozłożonych na powierzchni otaczającej źródło. W tych punktach poziom ciśnienia akustycznego jest zakłócony wpływem pola pogłosowego. Należy wziąć po uwagę wpływ środowiska, wprowadzając poprawkę środowiskową oznaczoną jako K2 (lub K2A, jeśli stosowana jest ona do poziomów skorygowanych charakterystyką A). Tabela 2 MAKSYMALNE WARTOŚCI ODCHYLENIA STANDARDOWEGO ODTWARZALNOŚCI DLA POZIOMÓW MOCY AKUSTYCZNEJ SKORYGOWANYCH CHARAKTERYSTYKĄ A
Kilka metod określania K2 podano w załączniku normatywnym norm EN ISO 3744 i 3746, pozostawionych do swobodnego wyboru użytkownikowi. K2 wyznaczona z oceny pochłaniania środowiska badawczego Metoda ta opiera się na założeniu, że pole akustyczne pogłosowe jest rozproszone, to znaczy jednorodne i ustalone. To założenie, które jest w przybliżeniu spełnione tylko w komorze pogłosowej, jest trudne do uzasadnienia, ale jest jedynym, jakie pozwala w sposób prosty opisać pole pogłosowe i w konsekwencji obliczyć K2. Praktyka dowodzi, że powyższe obliczenia, chociaż poddające się krytyce na płaszczyźnie teoretycznej, dają zadowalające wyniki. K2 można wyznaczyć z chłonności akustycznej pomieszczenia badawczego i pola powierzchni pomiarowej: A jest chłonnością akustyczną pomieszczenia, w m2, wyznaczoną z prostej zależności: A = a × Sv Sv jest całkowitym polem powierzchni ograniczających pomieszczenie badawcze. Średni współczynnik pochłaniania można wyznaczyć na podstawie:
K2 oceniana za pomocą źródła dźwięku odniesienia Zasada opiera się na metodach porównawczych. Poziom mocy akustycznej źródła dźwięku odniesienia mierzony według metody powierzchni otaczającej bez poprawki środowiskowej jest różny od wartości podanej przez konstruktora źródła (uzyskanej w trakcie wzorcowania według normy ISO 6926 - norma w rewizji). Różnica poziomów określa dokładnie wpływ środowiska badawczego, to jest K2. Stosowanie tej procedury jest jednak skomplikowane, ponieważ trzeba dokonywać wyznaczania poziomu mocy akustycznej źródła odniesienia, i to dla kilku położeń źródła jeśli źródło badane jest duże. Oczywiście dysponować należy źródłem dźwięku odniesienia, ale żadna wiedza metrologiczna inna niż ta niezbędna do określania mocy akustycznej nie jest wymagana. Praktyczne stosowanie tej procedury nasuwa często pewne trudności, szczególnie gdy źródła badanego nie można łatwo usunąć z miejsca pomiaru, aby umożliwić badanie źródła dźwięku odniesienia. Załączniki A w normach EN ISO 3744 i 3746 dotyczą usytuowania źródła dźwięku odniesienia w środowisku badawczym. Metody pomiaru w polu pogłosowym Metody pomiaru w polu pogłosowym (EN ISO 3741, EN ISO 3743-1 i -2, EN ISO 3747) określają bardziej ścisłe kryteria kwalifikowania środowiska, dotyczące jego wymiarów, kształtu i właściwości ścian, umożliwiającego poprawną ocenę mocy akustycznej. Wtedy środowiskiem badawczym będzie komora pogłosowa wg normy EN ISO 3741 lub specjalne pomieszczenie pogłosowe wg normy EN ISO 3743-2. Może też być dowolnym pomieszczeniem spełniającym określone kryteria (pomieszczenie o ścianach odbijających dźwięk wg normy EN ISO 3743-1, zwykłe pomieszczenie spełniające określone kryteria wg normy EN ISO 3747). UWZGLĘDNIANIE HAŁASU TŁA Hałas tła jest ważnym parametrem w metodach opartych na pomiarach poziomu ciśnienia akustycznego. Jest absolutnie niezbędne, aby w każdym punkcie pomiaru poziom ciśnienia akustycznego pochodzący od badanego źródła był wystarczająco wysoki w stosunku do poziomu ciśnienia akustycznego hałasu tła mierzonego w momencie, gdy badane źródło jest wyłączone. Poprawka uwzględniająca hałas tła, K1 Wszystkie normy serii EN ISO 3740 oferują możliwość stosowania poprawki uwzględniającej hałas tła. Jej wartość jest wskaźnikiem jakościowym, związanym z klasą dokładności. Zastosowane kryterium odnosi się do wartości różnicy DLp między mierzonymi poziomami ciśnienia akustycznego z włączonym i wyłączonym źródłem badanym. Zależność między minimalną wartością DLp, maksymalną wartością poprawki K1 i klasą dokładności podano w tabeli 3. Kilka uwag na temat hałasu tła
Tabela 3 KRYTERIA DOTYCZĄCE HAŁASU TŁA WG KLASY DOKŁADNOŚCI METODY
METODY KLASYCZNE Z POWIERZCHNIĄ OTACZAJĄCĄ Do tej pory najczęściej stosowane były normy EN ISO 3744 i 3746. Norma EN ISO 3745, ponieważ wymaga komory bezechowej lub półbezechowej, jest rzadko stosowana dla celów przemysłowych, z wyjątkiem bardzo małych maszyn. Pozycje mikrofonu na powierzchni otaczającej Normy EN ISO 3744 i 3746 jasno i wyczerpująco specyfikują powierzchnię otaczającą i pozycje mikrofonów na tej powierzchni. Pozycję i liczbę mikrofonów określają:
Trzeba też zdawać sobie sprawę, że liczba pozycji mikrofonowych wzrasta szybko wraz z wielkością badanego źródła (tabela 4). Tabela 4 LICZBA WYMAGANYCH POZYCJI MIKROFONU WEDŁUG WIELKOŚCI MASZYNY DLA NORM EN ISO 3744 I EN ISO 3746
Jeżeli wykaże się, że badane źródło ma charakterystykę promieniowania symetryczną, wtedy dopuszcza się zredukowanie liczby punktów pomiarowych, ograniczając się do połowy równoległościanu lub jednej czwartej kuli. Punkty usytuowane powyżej badanego źródła można również pominąć, jeśli wymagają tego względy bezpieczeństwa. Natomiast normy te wymagają zwiększenia liczby punków pomiarowych, jeśli poziom ciśnienia akustycznego na powierzchni pomiarowej ulega znacznym zmianom, na przykład, jeśli badane źródło promieniuje dźwięk szczególnie kierunkowo. W takim przypadku zwiększyć należy liczbę punktów pomiarowych w pobliżu stref o największej emisji. Analiza porównawcza norm EN ISO 3744 i 3746 Norma EN ISO 3746 jest wersją „zdeklasowaną” normy EN ISO 3744 z mniej ostrymi wymaganiami, gdy chodzi o:
Wszystkie te wymagania są spójne. Jednakże doświadczenie pokazuje, że dość często w zastosowaniach przemysłowych klasy 2 nie można osiągnąć, posługując się metodą powierzchni otaczającej i to wyłącznie dlatego, że wymaganie dotyczące K2 nie jest spełnione. Hałas tła jest wystarczająco mały, istnieje możliwość wykonania wymaganej liczby pomiarów dla klasy 2, dysponuje się przyrządami klasy dokładności l, ale wymagany jest wynik klasy 3. Norma EN ISO 3744 proponuje zadowalające rozwiązanie: otrzymany wynik może być uznany jako zgodny z normą EN ISO 3744 (czyli klasy 2), nawet jeśli K2 przekracza 2 dB, pod warunkiem, że zastosowana poprawka K2 będzie ograniczona do 2 dB. Stosowanie tego rozwiązania jest szczególnie zalecane, gdy K2 mieści się między 2 i 4 dB, co dotyczy większości stanowisk przemysłowych. KLASYCZNE METODY POMIARU W POLU POGŁOSOWYM Wszystkie metody wymagające pomiarów w polu pogłosowym są metodą o charakterze porównawczym. Moc akustyczną badanego źródła otrzymuje się dokonując porównania z mocą akustyczną źródła dźwięku odniesienia. Normy E ISO 3741 i EN ISO 3743-2 oferują również możliwość pomiaru bezpośredniej (czyli bez odwoływania się do źródła dźwięku odniesienia). Porównanie emisji dźwiękowej badań do źródła z emisją dźwiękową źródła znanego pozwala uwzględnić zakłócający wpływ środowiska badawczego. Zasada metody jest prosta. Polega na wyznaczeniu w tym samym środowisku według danej metody, dla tych samych pozycji mikrofonowych i przy założeniu, że wpływ środowiska jest zerowy:
Różnica L'Wr - LWr kwantyfikuje poprawkę środowiskową, która po zastosowaniu do LWe pozwala ocenić poziom poszukiwanej mocy akustycznej LWe. LWe = L'We - (L'Wr - LWr) Metoda jest bardzo precyzyjna, gdy bezpośrednie pola akustyczne maszyn i źródła odniesienia są jednakowe. W znaczącej części niepewność pomiaru wynika z faktu, że w praktyce tak nie jest:
Położenie źródła dźwięku odniesienia dla celów porównawczych (tab. 5 i 6) Tabela 5 LICZBA POŁOŻEŃ BADANEGO ŹRÓDŁA DŹWIĘKU ODNIESIENIA WEDŁUG NORM EN ISO 3743-1 i EN ISO 3747
Tabela 6 LICZBA POZYCJI MIKROFONU I KRYTERIA WYBORU POZYCJI WEDŁUG NORM EN ISO 3743-1 i EN ISO 3747
W miejsce badanego źródła Norma EN ISO 3743-1 zaleca umieszczenie źródła dźwięku odniesienia w miejscu badanego źródła. Zakłada się, że badane źródło jest racjonalnie przemieszczane, co oznacza, że generalnie jest niewielkie. W bezpośredniej bliskości badanego źródła dźwięku Norma EN ISO 3747 zaleca umieszczenie źródła dźwięku odniesienia obok badanego źródła. Jest to konieczne dla źródeł nie przemieszczalnych, czyli generalnie dla źródeł średnich i dużych. W pewnej odległości od źródła badanego (to ostatnie pozostaje na miejscu) Jest to możliwe w środowisku, w którym pole pogłosowe jest jednorodne, tak jak w przypadku komory pogłosowej. Norma EN ISO 3741 określa minimalną odległość między źródłem dźwięku odniesienia a badanym źródłem wynoszącą 1,5 m. Umieszczenie źródła dźwięku odniesienia w miejsce badanego źródła jest najwłaściwsze, ponieważ gwarantuje brak zakłóceń przy określaniu mocy akustycznej źródła dźwięku odniesienia poprzez fizyczną obecność badanego źródła. Jest także prostsze, ponieważ jedno położenie źródła odniesienia jest generalnie niezbędne. Postępowanie z umieszczeniem źródła odniesienia obok badanego źródła może być bardzo pracochłonne, dlatego że trzeba powtarzać wyznaczenie mocy akustycznej źródła dźwięku odniesienia dla wielu jego położeń wokół badanego źródła. Normy EN ISO 3741 i EN ISO 3743-2 Metody te stosowane wyłącznie w pomieszczeniu specjalnie zbudowanym do tego celu (komora pogłosowa lub specjalne pomieszczenie pogłosowe), dają dokładne wyniki (klasy l dla EN ISO 3741 i klasy 2 dla EN ISO 3743-2). Ten typ pomieszczeń jest w szczególności dostępny w laboratoriach badawczych świadczących usługi w zakresie wyznaczania mocy akustycznej maszyn. Jednakże ograniczona użyteczna objętość tych pomieszczeń powoduje, że w praktyce przemysłowej są one stosowane tylko dla małych źródeł (na przykład narzędzi przenośnych, małych maszyn do obróbki drewna, sprzętu „gospodarstwa domowego”). Normy EN ISO 3743-1 i EN ISO 3747 Interesujące wydaje się potraktowanie tych dwóch norm wspólnie, ponieważ obydwie określają metody klasy 2 i są stosowane in situ, czyli w zwykłym pomieszczeniu na przykład u konstruktora badanego źródła lub u użytkownika. Jedyny warunek, jaki musi spełniać pomieszczenie, to występowanie stref, w których pole pogłosowe dominuje zdecydowanie nad polem bezpośrednim. Odpowiednie do badań może być pomieszczenie, którego ściany są zbudowane z tradycyjnych materiałów i które nie były przedmiotem żadnej adaptacji akustycznej. W kolejnej publikacji zostaną omówione metody wyznaczania poziomu mocy akustycznej maszyn na podstawie pomiarów natężenia dźwięku wg norm EN ISO 9614-1 i 2 oraz zasady wyboru wszystkich omówionych metod w zależności od celu badań i dostępnego środowiska badawczego. Zostanie również podana obszerna bibliografia dotycząca całości omawianych zagadnień. 1) Odtwarzalność ma miejsce, jeśli stosowanie tej samej metody pomiaru (tutaj emisji hałasu) jest powtarzane dla tego samego źródła, w różnych momentach, w różnych środowiskach badawczych, przez różnych operatorów i za pomocą różnej aparatury. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
     |