Лекция 7.
Тема: ШУМ, ИНФРАЗВУК И УЛЬТРАЗВУК, ВИБРАЦИЯ
1. Общие сведения.
2. Влияние источников шума на организм
3. Нормирование шума.
4. Профилактика шума
5. Ультразвуковые и инфразвуковые колебания и их профилактика.
6. Средства индивидуальной защиты от шума.
7. Вибрация.
Общие сведения.
Шум представляет собой беспорядочное сочетание звуков, различных по интенсивности и частоте в частотном диапазоне 16 - 16000 Гц (диапазон звукового восприятия). Наиболее чувствительны органы слуха человека к звуковым колебаниям частотой от 800 до 5000 Гц. С физиологической точки зрения шум характеризуется как звуковой процесс, который в большей или меньшей степени неприятен для восприятия, мешает работе или отдыху.
Различают звуки воздушный и структурный: первый распространяется в воздушной среде, второй вызывается колебаниями, которые распространяются в достаточно протяженных твердых телах.
Звуковые волны возникают при нарушении стационарного состояния среды в результате воздействия на нее какой-либо возмущающей силы. Частицы среды при этом начинают колебаться относительно положения равновесия, причем скорость таких колебаний (колебательная скорость) значительно меньше скорости распространения волны (скорости звука).
Скорость звука в газе зависит от температуры. Для воздуха
Свозд. = 332 + 0,6t,
где Свозд — скорость звука в воздухе, м/с;
t — температура, °С.
Однако этой зависимостью можно воспользоваться в cлучае относительно чистого воздуха. Например, для газов, вытекающих из сопла реактивного двигателя и содержащих значительное количество углекислого газа, зависимость скорости звука от температуры выражена слабее, чем у воздуха.
Удельное акустическое сопротивление или звуковое сопротивление определяет степень отражения звуковых волн при переходе из одной среды в другую, а также звукоизолирующие свойства материалов и определяется как произведение плотности среды р на скорость звука в ней. Удельное акустическое сопротивление или звуковое сопротивление выражается в паскалях в секунду на (Па • с/м). Для воздуха удельное акустическое сопротивление равно 410 Па • с/м, для воды— 1,5 • 106, для стали 4,8 • 107.
Звуковое поле — это область пространства, в которой paспространяются звуковые волны. В каждой точке звукового поля давление и скорость движения частиц воздуха изменяется во времени. Разность между мгновенным значением полного давления звука и средним, которое наблюдается в невозмущенной среде, называется, звуковым давлением р.
Единица измерения звукового давления — паскаль (Па). Звуковое давление - величина скалярная. Для того, чтобы представить себе звуковое давление в 1 Па, можно привести такой пример. Нормальное атмосферное давление на уровне моря на широте 45° и при температуре 0 °С равно 101325 Па, отсюда следует, что 1 Па приближенно соответствует одной стотысячной атмосферного давления.
Шепот создает в воздухе на расстоянии 1 м звуковое давление, равное примерно 0,001 Па, обычная разговорная речь — около 0,1, громкий крик 0,5—1,0 Па. Шум вблизи работающего поршневого авиадвигателя соответствует примерно давлению в 20 Па.
Интенсивностью звука I называется количество звуковой энергии, проходящее в единицу времени через единицу поверхности, перпендикулярной к направлению распространения звуковой волны.
Под интенсивностью звука обычно подразумевается и его громкость, хотя громкость и интенсивность звука не одно и то же. Интенсивность звука — определенная физическая величина, громкость же определяется ощущением этой интенсивности звука нашим сознанием. Из медицинских исследований известно, что всякое ощущение, в том числе и ощущение интенсивности звука, увеличивается значительно медленнее, чем вызывающее его раздражение. Степень ощущения растет в арифметической прогрессии, а сила раздражения, вызывающая его, в геометрической.
Так, например, при работе токарного станка шум равен 70— 80 дБ, пневматический инструмент создает шум 110—120 дБ, шум работающего реактивного двигателя транспортного ЛА на расстоянии 1 м от сопла превышает 150 дБ и т. п.
Уровень интенсивности звука, выраженный в децибелах, еще не позволяет полностью судить о том физиологическом ощущении громкости, которое этот звук вызывает. Оно вызвано тем, что чувствительность слухового аппарата неодинакова к звукам различных частот, и поэтому звуки, одинаковые по своей интенсивности, но различные по частоте, могут казаться на слух неодинаково шумными.
Следовательно, пользуясь шкалой децибелов, трудно оценить вредность звука или шума. Поэтому для сравнения различных по частотному составу звуков разных уровней служит единица — ной. За один ной условно принимается шумность звука частотой 1000 Гц, имеющего уровень звукового давления 40 дБ.
Классификация шумов.
По характеру спектра шумы делятся на:
широкополосные, с непрерывным спектром, шириной более 1 октавы;
тональные, в спектре которых имеются слышимые дискретные тона;
По временным характеристикам шумы делятся на:
постоянные, уровень звука которых за рабочий день изменяется во времени не более чем на 5 дБА (децибел измеренных по шкале А шумомера);
непостоянные, уровень звука которых за рабочий день изменяется более чем на 5 дБА.
Непостоянные шумы в свою очередь делятся на:
колеблющиеся во времени, уровень звука которых непрерывно изменяется во времени;
прерывистые, уровень звука которых временами резко падает до уровня шумового фона, причем длительность интервалов, в течение которых уровень шума остается постоянным и превышающим уровень фонового шума, составляет 1с и более;
импульсные, состоящие из одного или нескольких звуковых сигналов, каждый длительностью менее 1с.
Влияние источников шума на организм.
Шум, превышающий санитарные нормы, отрицательно влияет на организм человека. Основные источники производственного шума условно можно классифицировать по группам. Шумы производятся:
1. ЛА, производящими посадку или взлет.
2. Авиадвигателями при перемещении ЛА по рулежным дорожкам.
3. Авиадвигателями при их опробовании.
4. Станциями испытания авиадвигателей.
5. Технологическим оборудованием ремонтных и эксплуатационных авиапредприятий гражданской авиации.
Борьба с шумами второй и четвертой групп данной классификации ведется в настоящее время весьма эффективно. Проблемным вопросом, требующим экспериментально-исследовательских работ, является борьба с шумами первой, третьей и пятой групп.
Влияние на организм человека шумов, возникающих в процессе функционирования летательных аппаратов, зависит в значительной мере от их интенсивности и характера. Под воздействием шума снижение производительности труда может достигать 20% в зависимости от интенсивности шума, его характера и от вида выполняемой работы.
Устойчивый постоянный шум оказывает меньшее влияние на организм человека, чем нерегулярно возникающий шум, шум меньшей частоты также оказывает меньшее влияние, чем высокочастотный.
Высокочастотный способствует также быстрому наступлению у человека чувства усталости, так как низкочастотные интенсивные шумы имеют менее выраженное неприятное влияние.
Неравномерные шумы, например, при несинхронной работе воздушных винтов на самолетах с несколькими двигателями усиливают чувство раздражения и усталости. В связи с этим к летательным аппаратам предъявляются жесткие требования в отношении синхронизации работы двигателей.
Наблюдения показали, что шум, уровень интенсивности которого превышает 60 дБ, тормозит нормальную пищеварительную деятельность желудка.
Временное, а иногда и постоянное повышение кровяного давления, повышенная раздражительность, понижение работоспособности, душевная депрессия и т. п. – все это может быть последствием шума.
Неопределенные шумы, не доходящие до сознания, также вызывают истощение центральной нервной системы, в результате чего они могут служить причиной незаметных до поры до времени нарушений в организме.
Действие шума на слуховой аппарат — предмет многочисленных исследований. Если слуховой аппарат человека подвергнуть длительным или повторным воздействиям достаточно громкого шума, то наступает временная или постоянная потеря слуха. У человека, находящегося в течение 6—8 ч под воздействием шума интенсивностью 90 дБ, наступает умеренное понижение слуха, исчезающее примерно через 1 ч после его прекращения.
После нескольких часов пребывания под воздействием шума интенсивностью 115 дБ у лиц летного и наземного обслуживающего персонала наступает временная потеря слуха в диапазоне средних и высоких частот, продолжающаяся от нескольких минут до нескольких часов. Шум, превышающий 120 дБ, очень быстро вызывает у человека усталость, наступающую уже через несколько минут и сопровождающуюся заметным понижением слуха. В каждом отдельном случае степень потери слуха и длительность периода восстановления пропорциональны как уровню интенсивности, так и длительности воздействия.
Лица, выполняющие доводочные работы при работающих двигателях, часто жалуются на головные боли, потерю чувства равновесия. В большей части спектра слышимых частот уровень шума самолета с газотурбинными двигателями выше, чем с поршневыми. Высокий уровень шума от самолета с газотурбинными двигателями относится как раз к тем частотам, которые особенно влияют на восприимчивость речи, т. е. к частотам от 300 до 3000 Гц.
Лица, находящиеся вблизи работающей силовой реактивной или турбовинтовой установки, подвергаются воздействию шума, превышающего допустимый уровень во много раз.
Для того чтобы иметь представление об уровнях шума в непосредственной близости от самолета с реактивными двигателями, можно привести такие данные. Максимальные пиковые суммарные уровни звукового давления (взлетный режим), измеренные вблизи границ струй на соответствующих расстояниях от срезов сопел, составляют: для авиадвигателей НК-8 — 157 дБ на расстоянии 8 м; для авиадвигателей Д-30 —156 дБ на расстоянии 2—8,4 м; и Д-2 ОП — 152 дБ на расстоянии 1—5 м.
При такой большой интенсивности шум не только влияет на слух, но оказывает и другие, часто чисто психологические воздействия на человека. Все части тела испытывают при этом постоянное давление или ощущение порыва ветра; в костях черепа и зубах точно так же, как и в мягких тканях носа и горла, возникают вибрации. При 140 дБ (порог болевого ощущения) и выше ощущение давления усиливается и распространяется по всему телу, а грудная клетка, мышцы ног и рук начинают вибрировать.
Когда уровень интенсивности шума достигает 160 дБ, может произойти разрыв барабанной перепонки (при уровне порядка 180 дБ начинают разрушаться заклепочные и сварные швы летательных аппаратов). При удалении от реактивного сопла шумы уменьшаются, но даже на расстоянии 30 м уровень интенсивности шума современного пассажирского самолета с реактивными двигателями достигает 130 дБ, а на расстоянии 100 м — 119 дБ.
Результаты измерений шумов ЛА с реактивными двигателями подтвердили также наличие ультразвуков, излучения которых особенно сильны вблизи всасывающего сопла. Высокочастотный шум реактивных двигателей, включающий в себя ультразвуки, отрицательно действует на организм человека. Например, звуки в диапазоне 40 кГц, не повреждая барабанной перепонки и среднего уха, поражают внутреннее ухо (кортиев орган).
Изучение воздействия шума, ультра- и инфразвуков на организм человека необходимо также для обеспечения безопасности полетов. Например, производственный шум способен оказать влияние на центральную нервную систему, в результате чего могут наблюдаться понижение внимания, замедление реакций.