ЛЕКЦИЯ 5 . ШУМ , ВИБРАЦИЯ, УЛЬТРАЗВУК , ИНФРАЗВУК. ИОНИЗИРУЮЩЕЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

5.1. Шум и вибрация

Значительное влияние на условия окружающей среды имеют шум и вибрация. Шум это любые нежелательные для человека звуковые волновые колебания, распространяющиеся в упругой середе (воздух, газ, жидкость и тому подобное). Часть пространства, где распространяются звуковые волны, называют звуковым полем. В любом месте этого поля давление и скорость частей среды изменяются во времени. Разница между мгновенным и средним давлением в среде называется звуковым давлением. Единица измерения звукового давления - Па.

Звук - это распространение звуковой волны в упругой среде. Он характеризуется частотой звуковых колебаний, амплитудой и временным интервалом колебаний. Звуковой спектр разделяется на инфразвук, с частотой колебаний звуковой волны в пределах от 0 до 20 Гц , которые человек не ощущает. Звуки с частотой от 20 до 20 000 Гц – этот звуковой диапазон ощутим для человека. Частота от 20 000 Гц до 10 ⁹ Гц - ультразвук, от 10 ⁹ и выше – гиперзвук.

Основними характеристиками звуковых колебаний – это интенсивность (сила), частота и форма звуковой волны. Интенсивность определяется энергией, которая преносится звуковой волной через поверхность площадью 1 м²., которая перпендикулярна направлению распространения звуковой волны (Вт/м²).

Звук и шум, характеризуется:

– скоростью звука, в м/с и частотою f, Гц; звуковым давлением р, Па; интенсивностью I, Вт/м².

Скорость звука, зависит от характеристики среды, в которой распространяется звуковая волна. В газоподобной среде скорость звука равна:

где х – показник адиабаты (х = 1,44); Р, – давление и плотность газа соответственно.

Рис. 5.1. Слуховое ощущение человека

При нормальных атмосферных условиях (Т = 293 К та Р = 1034 гПа) скорость звука в воздухе равна с = 344 м/с.

Частота звука определяется количеством колебаний упругой среды в единицу времени и измеряется в герцах (1 Гц – это одно колебание в секунду).

Ощущения человека, которые возникают под действием шума, пропорционально не абсолютному значению звукового давления, а его логарифму. Поэтому для характеристики шума были введены логарифмические величины - уровень звукового давления, что определяется как

(дБ) ,

где Р – среднеквадратическое значение звукового давления в точке замера, Па ; Р_о = 210^-5 Па - величина среднеквадратичного звукового давления на пороге ощущения.

Ухо человека способное воспринимать только те колебания, частота которых находится в диапазоне 20 Гц - 20 кГц. Ниже и выше этих частот находятся соответственно в области инфра- и ультразвука.

Действие шума на человека зависит от его частоты, уровня звукового давления, времени действия и характера шума. На рис. 5.1 приведена зона уровней звукового давления, которое воспринимаются человеком. Она ограничена сверху порогом болевых ощущений, превышение которого может привести к повреждению органов слуха, а снизу - порогом чувствительности.

Шум, даже при относительно незначительных уровнях (50-60 дБл), повышает нагрузку на нервную систему человека, что очень ощутимо при условиях занятия умственной дельностью. Он возбуждает нервную систему, повышает давление крови, ведет к преждевременной усталости вызывает головную боль. Доказано, что ряд заболеваний (гипертоническая и язвенная болезни, неврозы, желудочно-кишечные и кожные заболевания) связанные с перенапряжениями нервной системы в процессе труда и отдыха. Отсутствие тишины, особенно в ночное время, ведет к преждевременной усталости, а часто и к общим заболеваниям.

Уровень шума свыше 70 дБ оказывает существенное физиологическое воздействие на человека, что приводит к изменениям в организме. Так, действие шума 90 дБ и выше ведет к снижению чувствительности органов слуха, а иногда, особенно в неудовлетворительных условиях на промышленных предприятиях, к возникновению профессионального заболевания - сенсоневральной приглухуватости. Уровень шума больше 145 дб может привести к повреждению барабанной перепонки.

Основные источники шума –

– транспортные средства и различное промышленное оборудование: машины и механизмы (механичный шум), трансформаторы и дроссели (электромагнитный шум), вентиляторы и насосы (гидравлический шум) и тому подобное. Очень часто неблагоприятые шумовые условия создаются в жилых районах от работающей радио- и телеаппаратуры, громких разговоров, строительных работ и др.

Для снижения негативного влияния шума приняты допустимые его уровни на рабочих местах, в жилых зданиях и на территории жилых районов. На практике используют два метода нормирования:

–по граничному спектру шума и по допустимому уровню звука. За первым методом нормируются допустимые уровни звукового давления во всех вышеупомянутых октавных полосах (предельный спектр шума).

Таблиця 5.1

Показатели уровня шума от различных источников

Источник шума	Звуковое давлен., Па	Интенсивно-сть звука, дБ
Шум зимового леса в тихую погоду		2 - 4
Шепот на расстоянии 1 м		40
Разговор средней громкости на расстоянии от собеседника 1м		60 - 74
Робота станков , со значительным уровнем шума (робочее место возле станка)		80 - 100
Робота пневмокомпрессора, штам-повачного пресса на расстоянии 1 м		120
Шум ракетного двигателя самолета на расстоянии 2-3 м		130 - 140

Спектр шума – зависимость уровня звукового давления от частоты. Различают спектры :

– узколинейные, в которых отдельные синусоидальные составляющие разделены частотными промежутками без колебаний;

– широколинейные, состоящие из синусоидальных составляющих, непосредственно разделенных на шкалы тона и частоты, которые формируются отдельными звуками с фиксированной частотой.

Громкость – сила слухового ощущения, которая зависит от звукового давления и частоты звука. Для сравнения между собой различных звуков по громкости используют понятие – уровень громкости, единица которого есть фон, который равен звуковому давлению в 1 дБ для чистого тону с частотой в 1 кГц, который воспринимается как одинаковая громкость с данным звуком.

Различные колебания элементов машин и механизмов могут передаваться через грунт, пол, элементы зданий и сооружений и оказывать на организм человека через ее руки, ноги или др. части тела. В этом случаи колебания воспринимаются как вибрация.

Вибрация – это механические колебания, которые приводят к расстройству жизненно важных функций человека, вредно влияющих на работу оборудования и разрушению строительных конструкций.

Параметры, характеризующие действие вибрации на человека, есть амплитуда виброперемещений, виброскорость, виброускорения и частота колибаний.

Вибрации бывает общая и локальная. Общая вибрация – это действие на организм человека в целом, а локальная - на отдельные части тела. Например, общая вибрация распространяется на работника при пользовании транспортными средствами, а локальная - на работников, которые работают с электрическим и пневматическим ручным инструментом.

Систематическое действие общей вибрации, при условии высокого значения величины виброскорости, может привести к возникновению вибрационной болезни – устойчивые нарушения физиологических функций организма, обусловленные преобладающим действием вибрации на центральную нервную систему. Эти нарушения ведут к головной боли, снижению трудоспособности, ухудшению самочувствия, нарушению работы сердца.

Локальная вибрация вызывает спазмы сосудов, которые возникают на фалангах пальцев, а потом распространяются на всю руку. Вследствие этого ухудшается ее кровоснабжение. Синхронно происходят изменения в нервной системе: откладываются соли в суставах, которые ведут к боли, деформации рук и снижения подвижности в суставах. Эффективное лечение вибрационной болезни возможное только в начальной стадии ее развития, кроме того, восстановление нарушений функций организма протекает очень медленно.

В зависимости от источника возникновения вибрации она делится на:

– транспортную (движения машин дорогами и на местности), транспортно-технологическую (движение машин, которые выполняют технологические операции);

– технологическую (работа стационарных машин).

По направлению действия общая вибрация бывает вертикальной и горизонтальной (по линии плеч и перпендикулярно ей). Выделяют также три направления действия локальной вибрации.

Гигиенические нормы вибрации устанавливают в зависимости от вида вибрации, места, времени и направления ее действия.

Методы и способы борьбы с вредным воздействием шума и вибрации условно делят на четыре группы:

1. Направленные на уменьшение величины шума и вибрации в источниках их возникновения.

2. Направленные на снижение шума и вибрации во время их распространения.

3. Индивидуальные способы защиты от шума и вибрации.

4.лечебно-профилактические мероприятия, направленные на профилактику изменения в организме человека влияния вредных факторов.

Среди мер первой группы важное значение отводится усовершенствованию конструкций машин и механизмов путем улучшения их кинематических схем, замене механизмов ударного действия на другие с меньшим количеством операций ударного действия, статическая и динамическая балансировка элементов машин, по возможности замене деталей механизмов, изготовленных из металла, на детали из пластических масс и др. малошумных материалов, использование глушителей, недопущение механических резонансов, использование фундаментов и покрытий, которое гасят и поглощают вибрацию и тому подобное. Для снижения шума в городах и др.населенных пунктах очень важно поддерживать в исправном состоянии транспортные средства, а также дороги, трамвайное и железнодорожное полотно.

Значительное место среди мероприятий второй группы относится к гражданскому строительству :

– зональное районирование территории населенных пунктов, вынесению дорог с интенсивным движением транспорта за их границу, углублению магистральных транспортных коммуникаций, установлению шумозащитных стен, созданию зеленых защитных зон, запрет на движение транспортных средств в парках, санитарных зонах и зонах отдыха, сооружению специального жилья, окон с тройным стеклом, рациональному планированию жилых помещений, вентиляции помещений с помощью специальных жалюзей. В производственных условиях среди мер этой группы широко используются звукоизолирующие укрытия, кожухи и экраны, замене направления распространения звуковых колебаний, покрытие стен помещений материалами, которые поглощают звук, виброизоляция, гибкие вставки и пружинные прокладки при соединении элементов машин, трубопроводов и строительных конструкций и др.

К средствам индивидуальной защиты от шума относятся:

– вкладыши, наушники и шлемы. Вкладыши бывают мягкие, из ультратонких волокон, и жесткие, изготовленные из эбонита или кожи в виде конуса. Эффективность их не очень высокая (снижение уровня звука всего на 5-20 дБл). Наушники более эффективные, в особенности на высоких частотах. Шлемы используют в экстремальных условиях (когда уровень звука превышает 120 дБл). Индивидуальная защита от действия вибрации осуществляется с помощью варежек с прокладками и специальной обуви с подошвами, которые поглощают вибрацию. (Рис.5.2)

а)	б)
5.2. Средства индивидуальной защиты органов слуха: а – вкладыши; б – наушники: 1 – изголовье; 2 – чашечка;3 – уплотнительный валик

Для предотвращения возникновения и развития вибрационной болезни у работников, работающих с виброинструментом, рекомендуется особый режим труда:

– дополнительные перерывы на отдых, специальные гимнастические упражнения и массаж, прием витаминов, теплые ванны для рук после завершения роботы, ультрафиолетовые облучения. У работников, у которых была выявленная вибрационная болезнь, необходимо перевести на работу, которая не связана с вибрацией.

Замер уровня шума и вибрации осуществляют с помощью специальных приборов - шумомер и виброграф ручной, например ШИ- 01, ВР-1, приборы фирмы "Брюль и Кэр" (Дания) ( Рис.5.3) и др. В качестве чувствительного элемента в них используют конденсаторные микрофоны и пьезоэлектрические преобразователи вибрационных колебаний. Приборы имеют октавные фильтры для измерения уровней звукового давления и параметров вибрации в стандартных октавных полосах частот, а также позволяют контролировать уровень звуку.

а)	б)
Рис.5.3. Прибори для контроля шума и вибрации: а) шумомер ШИ-01; б) виброграф ручной ВР-1

Во время работы некоторых машин и механизмов возникают не только шум, а инфразвук и ультразвук. При действии инфразвука с уровнем давления 100-120 дБ возникают головные боли, ощущения вибрации внутренних органов, снижение внимания и трудоспособности, возникают ощущения ужаса, нарушения функции вестибулярного аппарата. Поэтому установлены следующие допустимые уровни звукового давления для инфразвука:

– в октавных полосах с средне геометрическими частотами 2, 4, 8, и 16 Гц составляют 105 дБл.

Основным мероприятием, направленным на борьбу с вредным воздействием инфразвука состоит в снижении его уровня в источниках возникновения.

Ультразвук широко используют в машиностроительной и металлургической промышленности (обработка материалов, контроль качества изделий и др.), медицине (ультразвуковые методы диагностики) и в непроизводственной сфере (охранная и противопожарная сигнализация). Ультразвук оказывает вредное воздействие на организм человека: вызывает функциональные изменения в нервной системе, изменяет давление, состав и характеристику крови. Он может действовать на человека как через воздух , так и через жидкость или твердую среду. Допустимый уровень звукового давления в диапазоне частот 20-100 кГц составляет 110 дБ. Защита от ультразвука осуществляют путем использования оборудования с более высокими частотными колебаниями, защитных экранов и кожухов, размещения оснащения, оборудования в специальных помещениях или кабинах.