4. Акустические колебания

Физическое понятие об акустических колебаниях охватывает как слышимые, так и неслышимые колебания упругих сред. Акустические колебания в диапазоне 16 Гц...20 кГц, воспринимаемые человеком с нормальным слухом, называют звуковыми(шум).

Акустические колебания с частотой менее 16 Гц называют инфразвуковыми, выше 20 кГц – ультрозвуковыми. Распространяясь в пространстве, звуковые колебания создают акустическое поле.

Акустическое поле характеризуют звуковым давлением (Р) и колебательной скоростью частиц среды (V). Различают уровень звука по давлению – уровень звукового давления (Lp), и уровень звука по колебательной скорости (Lv).

Lp = 20 lg(P/Po)

Lv = 20 lg(pcV/Po)

Где р – плотность среды, с – скорость распространения звука. Вдали от источника или в плоской акустической волне обычно Lp=Lv, поэтому не принципиально важно какую характеристику применять. В области инфразвука или в закрытых помещениях этот вопрос приобретает принципиальное значение.

Уровни звука принято измерять в децибелах (дБ).

Интенсивность звука I (сила звука) – интенсивность звука в плоской звуковой волне, измеряется в Вт/м².

I = P²/pc = pcV²

Вследствие частотной зависимости восприимчивости уча человека к различным частотам, воспринимаемые человеческим ухом как одинаковые по уровню громкости сигналы разной частоты имеют как правило разные уровни звукового давления.

Уровни громкости измеряют в Фонах, которые приведены к некоторому среднестатистическому уху человека. Например, шум в вагоне метро при 60 км/ч – 95 Ф, громкий разговор – 70-75 Ф, шепот на расстоянии 1 м – 30-40 Ф, порог слышимости при 1000 Гц – 0 Ф.

Ухо человека может воспринимать и анализировать звуки в широком диапазоне частот и интенсивностей. Самые низкие значения порогов лежат в диапазоне частот 1...5 кГц. Порог слуха молодого человека составляет 0 дБ на частоте 1000 Гц, на частоте 100 Гц порог слухового восприятия значительно выше, так как ухо менее чувствительно к звукам низких частот.

Решающую роль в возникновении комфорта или дискомфорта играет у человека его отношение к источнику звука. Например, звук падающих из крана капель может вызвать раздражение и, напротив, громкая музыка (90 Дб) в состоянии оказывать на одного человека положительное воздействие, на другого отрицательное.

Болевым порогом принято считать звук с уровнем 140 дБ, что соответствует звуковому давлению 200 Па и интенсивности 100 Вт/м².

1. Шум – это совокупность апериодических звуков различной интенсивности и частоты.

С физиологической точки зрения шум – это всякий неблагоприятно воспринимаемый звук.

Окружающие нас шумы имеют разный уровень звука:

50-60 дБ – разговорная речь;

100 дБ – автосирена;

80 Дб – шум двигателя легкового автомобиля;

70 дБ – громкая музыка.

Шум с уровнем звука 30-35 дБ является привычным для человека и не беспокоит его. Повышение уровня звукового давления до 40-70 дБ создает значительную нагрузку на нервную систему, вызывает ухудшение самочувствия и при длительном действии может стать причиной неврозов. Воздействие шума более 75 дБ может привести к потере слуха – профессиональной тугоухости. При действии шума 140 дБ возможен разрыв барабанных перепонок, контузия, а при еще более высоких (более 140 дБ) и смерть.

Снижение слуха на 10 дБ практически неощутимо, на 20 дБ – начинает серьезно мешает человеку, наступает ослабление разборчивости речи.

Помимо снижения слуха при воздействии шума наблюдается общие изменения в организме. Рабочие жалуются на головные боли, головокружение, боли в области сердца, повышение артериального давления. Шум вызывает снижение функций защитных систем и общей устойчивости организма к внешним воздействиям.

Волокна слуховых нервов достигают центральных областей продолговатого мозга, откуда раздражение передается далее. В результате раздражение уха может сопровождаться комплексной реакцией: повышением частоты дыхания, уменьшение глубины резкости зрения.

Гигиенические нормативы шума определены ГОСТ 12.1.003-83 и СН2.2.4/2.1.8.562-96. Для нормирования постоянных шумов применяют допустимые уровни звукового давления в девяти октавных полосах частот в зависимости от вида производственной деятельности. Для ориентировочной оценки в качестве характеристики постоянного шума на рабочих местах допускается принимать уровень звука (дБ).

2. Инфразвук – область акустических колебаний с частотой ниже 20 Гц. В условиях производства инфразвук (ИЗ), как правило, сочетается с низкочастотным шумом, в ряде случаев с низкочастотной вибрацией.

Инфразвук может оказывать весьма существенное влияние на человека, в частности на его психику. (например случаи самоубийств под воздействием мощного источника ИЗ). Природными источниками инфразвука являются землетрясения, извержения вулканов, раскаты грома, шторма, ветры. Естественный ИЗ, возникающий при штормах, использовался в Японии для заблаговременного предупреждения цунами.

Определяют 4 зоны воздействия на человека ИЗ:

Орган	Частота, Гц
Голова	30
Грудная клетка	60
Позвоночный столб	8
Брюшная полость	4-8

Вредное воздействие определяется не только уровнем звука, но и его частотой:

1.Изменение артериального давления и частоты сердечной деятельности (7-10 Гц)

2.Нарушение вестибулярных функций мозга (20 Гц и более)

3.Нарушение зрения (40-60 Гц)

4.Нарушение работы желудочного тракта, тошнота, головокружение

Появление чувства страха.

Характеристика некоторых источников ИЗ

Источник	Характерная частота, Гц	Интенсивность, дБ
Скорый поезд, 100 км/ч	16	120
Реактивный самолет	100-200	135
Вентиляционная система	3-20	90

Гигиеническая регламентация ИЗ производится по СН 2.2.4/2.1.8.583-96.

3. Ультразвук. По физической сущности УЗ не отличается от слышимого звука. Однако в отличие от шума УЗ характеризуется большими значениями интенсивности. Он обладает значительно более короткими длинами волн, которые легче фокусировать и соответственно получать более узкое и направленное излучение, т.е. сосредотачивать всю энергию УЗ в нужном направлении и концентрировать в небольшом объеме.

По частотному спектру УЗ делится:

• низкочастотный УЗ, колебания от 11,2 до 100 кГц;

• высокочастотный УЗ, колебания от 100 кГц до 1000 МГц.

По способу распространения – на воздушный и контактный.

Длительное систематическое воздействие УЗ, распространяющегося в воздухе, вызывает функциональные нарушения нервной, сердечно-сосудистой и эндокринной систем, снижению слуха, артериального давления. Появляются жалобы на утомление и головные боли.

Контактное воздействие высокочастотного УЗ на руки приводит к нарушению капиллярного кровообращения в кистях рук, изменениям костной структуры с разрежением плотности костной ткани.

Профессиональные заболевания зарегистрированы лишь при контактной передаче ультразвука на руки.

Гигиенические нормативы УЗ определены ГОСТ 12.1.001-89 и ГН 2.2.4.582-96.