Особенности измерений инфразвука на рабочих местах

Инфразвук на рабочих местах нормируется документами СанПиН 1.2.3685-21, таблица 5.5 и Приказом Минтруда РФ от 21.11.2023 № 817н (приложение 5, таблица 5). Нормы в этих двух документах не идентичны, но схожи по структуре. Сами нормативные документы применяются в различных ситуациях - СанПиН 1.2.3685-21 для производственного контроля и государственного надзора согласно ФЗ-52, а Приказ №817н для спецосенки условий труда.

Для оценки инфразвука на рабочих местах нормируются несколько показателей инфразвука:

• Уровни звукового давления (УЗД) в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 2, 4, 8 и 16 Гц
• Эквивалентный общий УЗД инфразвука, который часто обозначается «дБЛин»
• Максимальный текущий общий уровень инфразвука 

Рассмотрим особенности измерений этих показателей

Уровни звукового давления в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 2, 4, 8 и 16 Гц

Эти показатели измеряются анализатором спектра с функцией октавного анализа по ГОСТ Р 70024-2022 (ранее - по отменённому ГОСТ Р 8.714-2010), анализатор спектра должен иметь возможность подключения микрофонов. Сами микрофоны тоже должны обеспечивать измерения в частотном диапазоне от 2 Гц. Даже если какой-то шумомер-анализатор спектра имеет режим измерения инфразвука (то есть мы имеем возможность снимать с его экрана результаты измерений в октавных полосах 2-16 Гц) - это ещё не значит, что такой прибор подойдёт для измерений инфразвука. Обеспечивать работу в нужном частотном диапазоне обязательно должны все части измерительного тракта - и анализатор спектра и микрофон. Что бы проверить подходит ли конкретный микрофон для измерений надо иметь протокол с испытаниями неравномерности АЧХ (амплитудно-частотной характеристики) этого микрофона. Говоря не техническим языком - это испытания, которые показывают на сколько плохо микрофон «слышит» (воспринимает) звуковое давление области частот инфразвука. Для всех микрофонов эта характеристика немного отличаается - даже для двух микрофонов одного типа. Поэтому оптимально иметь результаты испытаний для тех конкретных микрофонных капсюлей, которые планируется применять.

Отметим, что хотя в нормах и не указано временное усреднение с которым нужно имзерять УЗД инфразвука в октавных полосах частот, но это должнно быть эквивалентное (среднее) значение. Подробнее вопрос усреднения мы разберём ниже.

Вся связка из микрофона и аналиазтора спектра должна быть настроена для совместной работы, откалибрована. Обычно эта настройка автоматически происходит при калибровке этого же микрофона с этим же шумомером-анализатором спектра при его поверке в режиме шумомера. Проверка калибровки делается не в инфразвуковой области частот, а в слышимой - как правило на частоте 1 кГц. Калибраторы в инфразвуковой области частот громозки (это эталонные установки) и их применение для испытательных лабораторий, ведущих полевые исследования избыточно. 

Кратко:

• для измерений нужен не шушмомер, а анализатор спектра (или совмещённый шумомер-анализатор спектра)
• в анализаторе спектра должен быть режим измерений УЗД в октавных полосах частот 2, 4, 8 и 16 Гц
• применяемый микрофонный капсюль должен с протоколом испытаний АЧХ  
• измерять надо эквивалентные значения УЗД (не c характеристикой S или любыми другими)
• проверка калибровки - такая же как при обычных измерений уровня звука

Эквивалентный общий УЗД инфразвука

Разберём наименование этого показателя. 

Характеристика «эквивалентный» в измерительной акустике означает «средний». Когда речь заходит о каком-то усреднении, то сразу должен вставать вопрос - «за какой интервал времени надо усреднять?». В случае оценки инфразвука на рабочем месте речь идёт об усреднении за рабочую смену (обычно это 8 часов). Конечно не предполагается, что кто-то будет проводить измерение инфразвка целых 8 часов - имеется ввиду, что должна быть реализована какая-то методика, которая при разумных трудозатратах позволит получить оценку среднего за смену инфразвука.

Далее в названии показателя фигурирует «общий». Тут имеется ввиду обобщение по диапазону частот 1,4 - 22,5 Гц. То есть это норма не для более узких октавных полос, а для широкого диапазона частот, который перекрывает все четыре октавы 2, 4, 8 и 16 Гц. Напомним, что нижняя граница октавной полосы частот 2 Гц это, примерно, 1,4 Гц, а вернхяя граница октавной полосы 16 Гц - это, примерно, 22,5 Гц. Частотный фильтр, с помощью которого должен измеряться инфразвук в широкой полосе частот не стандартизирован. Поэтому различные изготовители оборудования могут называть его немного по разному и сам фильтр в разных приборах может несколько отличаться. В приборах Экофизика-110А, Экофизика и Октава-110А этот фильтр называется FI.

Так как анализатор спектра при вычислении этого фильтра оперирует с сигналом, потупившим с микрофона сразу во всём частотном диапазоне, то важно, что бы АЧХ микрофона была ровной, то есть поправки были равны 0,0 дБ или не сильно от него отличались. Так когда мы измеряем УЗД в октавых полосах частот, то если эти поправки существенны мы можем их участь отдельно для каждой октавной полосы. Так как октавные полосы инфразвуке довольно узкие, то такой метод приемлем. Но фильтр FI уже гораздо шире и учесть неидеальность микрофона постфактум уже нельзя - микрофон сразу должен быть достаточно хорош для измерений инфразвука. 

Если для измерений используется микрофонный капсюль с такими поправками АЧХ, что методика запрещает использовать фильтр FI, то остаётся один вариант - проводить измерения УЗД в четырёх октавных полосах частот, учитывать поправки отдельно для каждой полосы и потом складывать по энергии эти четыре значения. Полученное число будет корректной оценкой общего УЗД инфразука.

Напомним формулу сложения по энергии четырёх показателей Lp2,Гц, Lp4,Гц, Lp8, Lp,16Гц, выраженных в дБ:

Указанная процедура описана в учебниках по основам акустики, а применительно именно к инфразвуку — в аттестованных методиках, о которых мы напишем ниже.

Несколько слов об обозначении «дБЛИН» (оно применяется, например, в Приказом Минтруда РФ от 21.11.2023 N 817н). Для простоты можно сказать, что это тоже самое, что «дБ FI» (УЗД измененное в фильтре FI) или «дБ ZI» (в приборах серии Ассистент фильтр для измерений общего инфразвука называется так). С метрологической точки зрения обозначение «дБЛИН» — очень устаревшее и на текущий момент совершенно некорректное. Так обозначалась шкала (по сути частотный фильтр) с помощью которой в шумомерах, производимых в прошлом веке, измерялся шум без коррекций на то как человеческое ухо воспринимает шум. То есть было некий аналог современного стандартизированного фильтра Z шумомеров. Измеряя уровень звука с шкалой «дБ Лин» оператор видел показания, которые обуславливались всеми слышимыми и инфразвуковыми составляющими - «всё в одну кучу». На момент прошлого века с аналоговыми приборами лучшего способа измерить инфразвук просто не было. Современные же приборы имеют специальные фильтры для измерения только инфразвука без шума, о которых мы писали выше. Ими и надо пользоваться.

Кратко:

• С ПДУ эквивалентного общего УЗД инфразвука надо сравнивать не то, что пользователь видит на дисплее прибора, а рассчитанное значение среднего за смену общего инфразвука 
• Для измерения общего инфразвука в приборах Октава-110А, Экофизика, Экофизика-110А надо использовать фильтр FI. Обозначение «дБ Лин», хоть оно и некорректное, надо воспринимать как «дБ Fi»
• Если поправки для применяемого капсюля по методике не подходят для использования FI - общий уровень инфразвка расситывается как энергетическая сумма

Максимальный текущий общий уровень инфразвука 

Особенности измерений этого показателя почти полностью повторяют особенности измерений эквивалентного общего УЗД. Различие в том, что «максимальный» - это наибольший, текущий, то есть измеренный с временной характеристикой S общий уровень УЗД инфразвука. То есть для оценки этого показателя надо применяя фильтр Fi зарегистрировать максимальное за смену значение с харакетристикой S. За все 8 часов рабочей смены мониторинг, конечно, не делают - измерения проводятся в то время когда инфразвук максимален или, если он не изменяется значительно, просто в любой представительный интервал рабочей смены. Как правило общим максимальный уровень инфразвука измеряется одновременно с общим эквивалентным. 

Важным нюансом измерения максимального уровня инфразвука является то, что для его оценки из-за методических особенностей уже нельзя использовать метод вычисления общего инфразвука с помощью энергетического суммирования. Для таких измерений микрофон должен быть обязательно такой, что бы его поправки (неравномерность АЧХ) позволяли использовать широкополосный фильтр Fi.

Отметим ещё, что ПДУ для максимального общего УЗД инфразвука на рабочих местах в СанПиН 1.2.3685-21 и в Приказе №817н отличаются не только численно, но и по структуре. Так в СанПиН 1.2.3685-21 норма для максимального шума единая и не завит от характера инфразвука. А в Приказе №817н норма зависит от характера изменения инфразвука во времени. Так если он постоянный, например создаётся равномерно и непрерывно работающим оборудованием, то норма составляет 110 дБ, а если он колеблющийся во времени или прерывистый (то есть любой другой, кроме как постоянный) - то норма уже выше на 10 дБ.

Кратко:

• Для измерения максимального общего инфразвука приборами Октава-110А, Экофизика, Экофизика-110А надо использовать фильтр FI, арактеристику S MAX
• Поправки на АЧХ должны позволять применять FI. Расчёт через суммирование по четырём октавам для оценки макимального общего УЗД инфразвука недопустим

Несколько слов о методах измерений инфразвука

1. Методика прямых измерений инфразвука обычно включается в состав руководства по эксплуатации анализатора спектра. Для приборов Октава и Экофизика методика прямых измерений УЗД инфразвука изложена в едином приложении к этим приборам - МИ ПКФ-12-006.
2. Для тех лабораторий, которым важно иметь именно аттестованную методику измерений, доступна методика МИ ПКФ-19-056 (ФР.1.36.2019.35890). По сути МИ ПКФ-19-056 почти полностью повторояет методику прямых измерений в МИ ПКФ-12-006.
3. Для измерений инфразвука не просто в контрольной точке, а именно на рабочем месте, доступна методика МИ ПКФ-24-076

Поставялемые интернет-магазином Терция методики и средства измерений инфразвука:

• Шумомер-виброметр, анализатор спектра Экофизика-110А. Прибор имеет режим измерений «Экозвук ЭФБ-110А», который позволяет одновременно измерять и шум в слышимой полосе частот и инфразвук. Все микрофоны, поставляемые с прибором имеют протоколы испытаний АЧХ. Комплектция прибора подбирается под заказчика, цена зависит от комплектации и часто меньше цены типовых универсальных комплектов, представленных на нашем сайте.
• Для тех у кого прибор уже есть, но нужен отдельно подходящий микрофон: микрофоны ВМК-205 и МК-265. При наличии протоколов испытаний АЧХ оба типа могут быть использованы для измерений инфразвука. Рекомендация нашего интернет-магазина - микрофоны ВМК-205 обычно имеют более ровную АЧХ, часто поправки для этого капсюля 0,0 дБ для всех четырёх октав 2-16 Гц. 
• Акустический калибратор АК-1000
• Поверка шумомеров-анализаторов спектра с оформлением протоколов АЧХ в инфразвуковой области частот входящих в них микрофонов (цена по запросу)
• Испытания отдельно микрофонов с оформлением протоклов АЧХ в инфразвуковой области частот (цена по запросу)
• Печатный экземпляр cборника методики МИ ПКФ-12-006
• Аттестованная методика измерений инфразвука на рабочих местах МИ ПКФ-24-076
• Аттестованная методика измерений инфразвука в контрольной точке МИ ПКФ-19-056