Для повседневного контроля и для контроля в ходе проведения аттестации рабочих мест по условиям труда используются следующие приборы: универсальный радиометр-дозиметр МКС-01 Р с различными блоками для измерений излучений различного вида и в различных диапазонах энергий. Комплект дозиметров КДТ-02 М предназначен для измерения экспозиционной дозы и-излучений; дозиметр ДРГ-05 М для измерения фотонного излучения; радиометр газов РГБ-07 — для измерения объемной активности радона; прибор ИЗВ-3 М — для контроля запыленности и скрытой энергии продуктов распада радона.
Глава 3.5. Производственный шум, ультразвук, инфразвук, вибрации
3.5.1.Общие сведения о шумах
Распространяющиеся в воздухе беспорядочные звуковые колебания различной природы как физическое явление называют акустическим шумом. Они характеризуются высокими частотами колебаний (20 Гц — 20 кГц и выше) и случайной величиной амплитуды. Как физиологическое явление, шум — всякий
307
неблагоприятно воспринимаемый звук. На производстве шумом принято считать всякий нежелательный для человека звук, не несущий полезной информации.
Для передачи звука необходимы: источник звука (колеблющийся объект), среда для передачи звука (чаще всего, воздух), приемник (ухо или микрофон).
При механических колебаниях источника звука окружающая его среда то сжимается, то разрежается. Наиболее распространенная среда для передачи звука — воздух. Однако все газы, жидкости и твердые тела также передают звук. Разрежения и сжатия перемещаются в окружающей среде вследствие колебательных движений молекул. Частицы колеблются, но не передвигаются. Колебательные движения в виде волны распространяются последовательно на смежные частицы, образуя звуковое поле. Сжатия и разрежения в среде достигают приемника, заставляя его колебаться с той же частотой, что и источник. Чем громче звук (больше амплитуда колебаний источника), тем больше разность давлений между сжатиями и разрежениями и тем больше амплитуда колебаний барабанной перепонки. Диапазон частот, которые может различать слушатель, получил название диапазон слышимости. Верхняя и нижняя границы этого диапазона известны как пределы слышимости. Нижним пределом считается частота 16 Гц, а верхним — 20000 Гц.
308
Звуковое давление (Р) представляет собой переменное давление, возникающее дополнительно к атмосферному, в той среде, через которую проходят звуковые волны, и является разностью между мгновенным значением полного давления при прохождении звуковой волны и средним значением давления в невозмущенной среде. Оно выражается в паскалях (Па). От величины звукового давления зависит сила звука — шума.
При распространении звуковой волны происходит перенос энергии звуковых колебаний. Средний поток энергии в какой-либо точке поля, отнесенный к единице поверхности, перпендикулярной направлению распространения волны, называется интенсивностью, или силой звука (J) в данной точке (Вт/м2). Интенсивность звука связана со звуковым давлением зависимостью:
J = P2/ c,
где — плотность воздуха; c — скорость распространения звуковой волны (расстояние, на которое в течение одной секунды может распространиться волновой процесс).
Для воздуха скорость звуковой волны (скорость звука) c = 344 м/с (при нормальных условиях, то есть при температуре + 20 С и нормальном атмосферном давлении).
309
Одна из основных характеристик колебательного движения — его изменение во времени. Время, в течение которого колеблющееся тело совершает одно полное колебание, называется периодом колебаний (Т) и измеряется в секундах. Период колебания связан с его частотой следующим соотношением:
Т = 1/ f.
Частота колебаний (f) — число полных колебаний, совершенных в течение одной секунды. Единица измерения частоты — герц (Гц). Он равен одному колебанию в секунду.
Расстояние между двумя соседними сгущениями или разрежениями в звуковом поле характеризует длину волны , которая измеряется в метрах и связана
счастотой f и скоростью звука с следующим соотношением:
= c / f.
Величины звукового давления и интенсивности звука, с которыми приходится сталкиваться в практических условиях при борьбе с шумом, могут меняться в достаточно широких пределах: по давлению — до 108 раз, по интенсивности — до 1016 раз. Естественно, что оперировать такими цифрами доволь-
310
но неудобно. Такой большой диапазон восприятия объясняется тем, что слуховой аппарат человека реагирует не на абсолютное значение величин, а на эффект сравнения с порогом слышимости, то есть им «регистрируется» не разность, а кратность изменения абсолютных величин. Установлено, что каждая последующая ступень восприятия отличается от предыдущей на 12,4 %. Поэтому для характеристики акустического феномена принята специальная измерительная система интенсивности и энергии шума. Наиболее простой и для практических целей достаточно соответствующей физиологической сущности восприятия, оказалась логарифмическая зависимость. Именно она отражает удобную в практике, хотя и несколько приближенную, зависимость между раздражением и слуховым восприятием. По логарифмической шкале каждая последующая ступень звуковой энергии больше предыдущей в 10 раз. Например, если интенсивность звука увеличивается в 10, 100, 1000 раз, то по логарифмической шкале увеличение происходит соответственно на 1, 2, 3 единицы. Логарифмическая единица, отражающая десятикратную степень увеличения интенсивности звука, называется белом (Б). Для удобства пользуются не белом, а единицей в 10 раз меньшей — децибелом (дБ), которая примерно соответствует минимальному приросту силы звука, различаемому ухом человека. Таким образом, бел и децибел — это условные единицы, которые показывают, на-
311
сколько данная интенсивность звука J в логарифмическом масштабе больше интенсивности звука J0, соответствующей условному порогу слышимости. Измеряемые таким образом величины называются уровнями интенсивности шума или уровнями звукового давления.
Логарифмические единицы позволяют оценить интенсивность звука не абсолютной величиной звукового давления, а ее уровнем, т.е. отношением фактически создаваемого давления к давлению, принятому за единицу сравнения. Такой единицей принято считать минимальное давление, которое человек воспринимает как звук на частоте 1000 Гц, а именно 2 · 10-5 Па.
Звук как физиологическое явление характеризуется уровнем звука (фоны) и громкостью (соны). Колебания звуковых частот могут восприниматься человеческим ухом только при определенной их интенсивности или звуковом давлении.
Пороговое значение звукового давления, при котором звук не воспринимается ухом человека, называется порогом слышимости. Пороговое значение звукового давления, при котором звуковое ощущение переходит в болевое, называется порогом болевого ощущения.
Порог слышимости характеризуется звуковым давлением Р0= 2·10-5 Па и интенсивностью звука J0 = 10-12 Вт/м2.
312
Порог болевого ощущения (при частоте 1000 Гц) характеризуется звуковым давлением Р0 = 2·102 Па и интенсивностью звука J0 = 100 Вт/м2, что соответствует интенсивности звука (звукового давления) 140 дБ.
Восприятие звуков существенно зависит от частоты колебаний. Звуки, одинаковые по уровню интенсивности, но разные по частоте, воспринимаются на слух неодинаково громкими. При изменении частоты значительно изменяются уровни интенсивности звука, определяющие порог слышимости.
Для оценки уровня восприятия звуков разной частоты введено понятие уровня громкости звука, т.е. условное приведение звуков разной частоты, но одинаковой громкости, к одному уровню громкости при частоте 1000 Гц.
Уровень громкости звука — это уровень интенсивности (звукового давления) данного звука частотой 1000 Гц, равногромкого с ним на слух. Это означает, что каждой кривой равной громкости (рис. 3.16) соответствует одно значение уровня громкости (от уровня громкости, равного 0, соответствующего порогу слышимости, до уровня громкости, равного 120, соответствующего порогу болевого ощущения). Уровень громкости измеряется во внесистемной безразмерной единице — в сонах.
По характеру спектра шумы подразделяются на широкополосные и тональные. Шум считается широкополосным, если его спектр превышает одну октаву. Октава — интервал, ограниченный частотами, отношение которых равно 2.
313
Рис. 3.16. Кривые равной громкости:
J — интенсивность, Вт/м2, или сила звука, дБ; P — звуковое давление, Па; L — уровень громкости, сона; I — область восприятия звука человеческим ухом; II — порог болевого ощущения; III — порог слышимости
Шум считается тональным, если в спектре имеются слышимые дискретные тона (такие тона, которые соответствуют определенной гармонической составляющей звуковых колебаний). Шум также считается тональным, если в любой из третьоктавных полос наблюдается превышение его уровня более чем на 10 дБ над соседними.
314