Иванов, Колегаев, Касилов - Основи охорони праці на морському транспорті (2003)

Вплив шуму і вібрації на людину. Сильний шум і вібрація погіршують умови праці, справляючи несприятливий вплив на організм людини і знижуючи продуктивність праці. Впливаючи на центральну нервову систему, шум впливає на весь організм людини. Тривалий та інтенсивний шум впливає на органи слуху, ириводячи іноді до глухоти, викликає серйозні розлади нервовопсихічної і серцево-судинної діяльності організму. Стомлення працюючих через сильний шум сприяє уповільненню швидкості психічних реакцій, що збільшує число помилок при роботі й може стати причиною аварій суднових механізмів і травматизму особового складу.

Ступінь шкідливості шуму і вібрації визначається їхньою інтенсивністю і тривалістю виливу на людину. З цього погля­ ду в найбільш несприятливих умовах знаходяться члени ма­ шинних команд, що несуть вахти в машинно-котельних відді­ леннях (МКВ) на суднах, не обладнаних системами дистан­ ційного автоматизованого управління енергетичними устано­ вками.

Інтенсивний шум у машинних відділеннях, де встановлені двигуни підвищеної шумності, значно знижує чутність і погір­ шує сприйняття мови, що може стати причиною аварій чи неща­ сних випадків. Так, при рівні шуму в МКВ, шо досягає 110... 115 дБ, сприйняття вахтовим мови й усних команд різко знижується, а при рівні, що перевищує 116 дБ, цілком припиня­ ється.

Вилив в і б р а ц і ї , так само як і шуму, не тільки погіршує самопочуття людини, але й часто призводить до погіршення її здоров’я: порушення обміну речовин, зниження гостроти зору і слуху. У суднових умовах загальна вібрація організму переда­ ється внутрішньому вуху людини за рахунок кісткової провід­ ності. Тривала робота з устаткуванням, що створює підвищений рівень вібрації, може привести до важкого професійного захво­ рювання — віброхвороби, яке виражається у стійких змінах фі­ зіологічних функцій організму, обумовлених порушеннями центральної нервової системи.

Тому на флоті приділяють підвищену увагу питанням зни­ ження шкідливого впливу шуму і вібрації на людину.

100

2.6.1.Ьсновні фізичні та фізіологічні характеристики

шум /і вібрації

Звук являє собою хвильове коливання часток пружного се­ редовища під впливом якої-небудь збурюючої сили. У залежно­ сті від виду середовища, в якому поширюється звук, розрізня­ ють повітряний, підводний і структурний шуми.

Звук, що поширюється у повітряному середовищі, назива­ ють повітряним, у воді — підводним звуком. Структурний звук викликається вібрацією твердих тіл.

Швидкість поширення звукової хвилі у будь-якому сере­ довищі називають швидкістю звуку. Вона залежить від пруж­ ності та щільності середовища. Так, наприклад, швидкість поширення звукової хвилі в повітрі при нормальних атмосфе­ рних умовах становить 344 м/с, у воді — 1500 м/с, у суцільній сталевій чи алюмінієвій конструкції відповідно 6110 і 6400 м/с. При підвищенні температури середовища швидкість зву­ ку збільшується.

Шум — це комплекс звуків різної сили і частоти, що знахо­ дяться у безладному поєднанні. З фізіологічної точки зору шумом с всякий заважаючий або небажаний звук, що порушує тишу і справляс дратівний вплив па організм людини.

У суднових умовах повітряний шум, створюваний головни­ ми двигунами і різним устаткуванням, поширюється в суднові приміщення безпосередньо через повітря. Крім того, повітряний шум головних двигунів викликає вібрацію конструктивних ого­ роджень машинного відділення, що створює шум у суміжних приміщеннях. Аеродинамічний шум супроводжує процеси всмоктування, нагнітання і випуску газу чи пари (наприклад, у системах вентиляції і кондиціювання повітря). Механічний шум виникає в результаті роботи машин і механізмів. У суднові при­ міщення, в яких немає джерел шуму, структурні звукові коли­ вання передаються по корпусних конструкціях і системах, ство­ рюючи повітряний шум. Довжина звукової хвилі X (м), швид­ кість звуку с (м/с), період коливань Т (с) і частота звукових ко­ ливань V (Гц) зв'язані між собою таким співвідношенням:

101

У залежності від частоти звукові хвилі розділяють на інфра­ звукові — з частотою менше 8...20 Гц; звукові, або чутні, звуки з частотою в межах від 16 до 20 тис. Гц; ультразвукові з часто­ тою від 20* 103 до 109 і гіперзвукові з частотою понад 109 Гц.

Поширення звукової хвилі у середовищі характеризується миттєвою зміною тиску середовища і періодичними згущеннями і розрідженнями її часток. Д о в ж и н о ю з в у к о в о ї х в и л і називають відстань між центрами двох згущень чи двох розрі­ джень середовища. Найбільшу величину зміни тиску середови­ ща при зближеннях, що чергуються, і віддаленнях її часток при­ йнято називати амплітудою звукового тиску Р . Амплітуда зву­ кового тиску характеризує величину звукового тиску.

Звуковим тиском називається різниця між миттєвим значен­ ням повного тиску, що виникає в середовищі при проходженні через нього звукової хвилі, і статичним тиском незбуреного се­ редовища.

Звуковий тиск вимірюють за допомогою спеціальних датчи­ ків, що сприймають перемінне значення тиску.

Частота звукових коливань (Гц) визначає висоту звуку і є однією з основних його характеристик. Чим вище частота, тим вище тон чутного звуку.

Вухо людини здатне сприймати звуки в діапазоні коливань від 16 до 20000 Гц. Звуки з частотою нижче 16 Гц і понад 20000 Гц слуховим апаратом людського вуха не сприймаються як чутні.

М і н і м а л ь н е з н а ч е н н я з в у к о в о ї е н е р г і ї , що відповідає слабким звукам, які уловлюються вухом людини, на­ зивають порогом чутності, прийнятим за нуль голосності. Звук, звуковий тиск якого менше порога чутності, вухом не сприйма­ ється. Поріг чутності для різних частот неоднаковий. *

М а к с и м а л ь н і з н а ч е н н я з в у к о в о ї е н е р г і ї , що викликають хворобливі відчуття у вухах і є порогом больо­ вого сприйняття звуку, називаються больовим порогом.

Звукові коливання з енергією, що перевищує больовий по­ ріг, викликають пошкодження слухового апарата людини.

Інтенсивність звуку больового порогу перевищує інтенсив­ ність звуку порога чутності у 10і3 разів. Сила (інтенсивність) звуку визначається кількістю звукової енергії, що проходить у середовищі за одну секунду через одиницю поверхні, перпенди­

102

кулярної напрямку руху хвилі. Для плоскої синусоїдальної зву­ кової хвилі сила звуку пропорційна квадрату амплітуди звуко­

вого тиску:

де Р — амплітуда звукового тиску, Па;

р — густина середовища, кг/м \

с— швидкість поширення звукової хвилі в середовищі, м/с. Поряд з понятгям сили (інтенсивності) звуку введене й по­

нятія його голосності.

Голосність звуку — це суб'єктивна оцінка сили (інтенсивно­ сті) звуку. Рівень сили звуку виражає тільки фізичну його харак­ теристику, а голосність — фізіологічний фактор сприйнятгя звуку вухом людини. Таким чином, голосність є суб’єктивним аналогом цієї фізичної величини.

Голосністю звуку називають інтенсивність слухового від­ чуття, що викликається звуковою хвилею. За одиницю виміру рівня голосності прийнято тло.

Слуховий апарат людини здатний реагувати на відносну змі­ ну акустичних параметрів, а не на абсолютну. Якщо збільшити силу звуку якогось тону від порога чутності до больового поро­ га, то наростання голосності звуку сприймається набагато пові­ льніше, ніж зростає його інтенсивність. Наприклад, збільшення сили звуку в 10 разів відчувається вухом як збільшення голо­ сності звуку лише в 2 рази. Це пояснюється тим, що між с и ­ л о ю з в у к у я к ф і з и ч н о ю о д и н и ц е ю і й о г о г о ­ л о с н і с т ю я к с у б ' є к т и в н и м ф а к т о р о м с п р и й - н я т т я з в у к у не і с н у є п р я м о ї п р о п о р ц і й н о с т і .

Згідно з психофізіологічним законом Вебера-Фехнера, із збільшенням звукового тиску від PQ до якогось фіксованого значення Р голосність звуку росте приблизно пропорційно логарифму відношення Р/Р0. На підставі цього закону здійс­ нюється побудова шкал рівнів параметрів, що характеризу­ ють звук і вібрацію.

У техніці користуються понятгям рівня віброакустичних па­ раметрів у зв’язку з тим, що абсолютні їх значення змінюються у величезних діапазонах. Рівнем віброакустичного параметра вважають логарифмічне відношення абсолютної його величини

103

до деякого значення цього параметра, обраного за початок від­ ліку (опорна, чи гранична, величина).

Чутливість слухового апарата людини до зміни інтенсив­ ності звуку значно нижча, ніж до зміни його частоти. Для то­ го, щоб людина відчула ледь помітну зміну голосності звуку, необхідно його інтенсивність збільшити на 26 % відносно пе­ рвісної. Зміна ж частоти звуку тільки на 0,3 % уже сприйма­ ється вухом людини як зміна його висоти (тону). Крім того, слуховий апарат людини неоднаково чутливий до звуків різ­ ної частоти. Виявляється, найбільш чутливий слух до звуків у діапазоні від 800 до 4000 Гц. Для цих частот поріг чутності найменший. Тому для оцінки рівнів голосності шумів за між­ народною згодою прийнятий звук частотою 1000 Гц. Умов­ ному нулю відповідає голосність звуку частотою 1000 Гц із силою звуку J = 10... 12 Вт/м2, що відповідає граничному зву­ ковому тиску Р() = 2-Ю’5 Па.

Отже, відчуття людиною зміни рівня голосності звуку зна­ ходиться не у прямій, а у логарифмічній залежності від зміни його інтенсивності. Тому рівень інтенсивності звуку, що харак­ теризує різницю двох рівнів сили звуку, визначається через де­

дЄ j 0— інтенсивність звуку, що відповідає порогові чутності на частоті 1000 Гц.

Вище було сказано про те, що енергія звуку, який відповідає больовому порогові, перевищує звукову енергію, що відповідає порогові чутності у 1013 разів. На логарифмічній шкалі це спів­ відношення виразиться числом тринадцять.

Тому для побудови шкали рівнів інтенсивності (сили) звуку весь діапазон інтенсивності звуку частотою 1000 Г ц в і д п о р о ­

Бел (Б) — це безрозмірна акустична одиниця виміру різниці рівнів двох звукових енергій, що визначає перевищення сили якого-не-

104

будь звуку, що фіксується, J відносно граничної величини 70, з якою здійснюється порівняння.

На практиці звичайно використовуються акустичні одиниці у 10 разів менше бела, що називаються децибелами (дБ). Тоді

На шкалі децибелів розташований весь діапазон інтенсивно­ сті звуку від порога чутності (0 дб), тобто від ледь чутних звуків до надзвичайно голосних, що викликають неприємні відчуття у вухах (130-140 дБ). При вимірах користуються цілими числами^ тому що зміни рівня менше за 1 дБ практично не відчутні.

Рівень інтенсивності (сили) звуку в децибелах можна визна­ чити за формулою

де J і Р — інтенсивність (сила) звуку і звуковий тиск рівня, що фіксується;

Jo = 10‘12Вт/м2 — сила звуку, що відповідає порогові чутно­ сті звуку частотою 1000 Гц;

Ро = 2-Ю"5 Па — звуковий тиск, що відповідає порогові чут­ ності.

Формула (2.21) дозволяє для звуку, що має інтенсивність J чи звуковий тиск Р> обчислити абсолютні їх рівні L відносно відповідно' У() або Р0.

На рис. 2.6 наведено номограму, що являє сімейство кривих рівної голосності. Як видно з номограми, при стандартній часто­ ті 1000 Гц рівні голосності й інтенсивності (сили) звуку збіга­ ються, тобто нуль шкали інтенсивності звуку відповідає нулю шкали голосності, а інтенсивність звуку у 120 дБ відповідає рів­ ню голосності у 120 фон.

На інших частотах (особливо в діапазоні низьких частот) ця рівність порушується. Рівень голосності звуку інших частот є функцією частоти і рівня звукового тиску. Найнижча з сімейства кривих є граничною кривою ледь чутного розрізнення звуків і називається порогом чутності або слуховим порогом. Верхня крива номограми являє собою граничну криву оглушливих зву­ ків, від яких починають з'являтися хворобливі відчуття у вухах. Тому ця крива називається порогом больового відчуття звуку,

105

чи больовим порогом. Кожна з кривих, що лежать у діапазоні чутних звуків, показує відповідність якого-небудь рівня голо­ сності у фонах різним рівням сили звуку і частоти. З рисунка видно, що розбіжність між інтенсивністю і голосністю звуку збільшується із зменшенням його частоти й ослабленням сили. Із збільшенням сили звуку криві рівної голосності вирівнюють­ ся. Рівні голосності й сили звуку чисельно збігаються при знач­ ній інтенсивності звуків (з рівнем голосності 80 фон і вище). У цій області акустичної діаграми за числовим значенням фони збігаються з децибелами.

Частота. Гц

Рис. 2.6. Криві рівної голосності звуків

Сукупність частот різних звуків, що утворюють шум, нази­ вається спектром шуму. Співвідношення двох звуків по висоті називають інтервалом висоти або частотним інтервалом. Через те що висота звуку визначається його частотою, частотний ін­ тервал визначається співвідношенням частот звуків. Частотний інтервал вимірюється в октавах. У практиці віброакустичних досліджень увесь чутний діапазон частот (від 16 до 20000 Гц)

106

розділений на частотні, октавні смуги (діапазони). Віброакустичні частотні смуги визначаються величинами початкових і кін­ цевих частот.

Під октавою розуміється частотний інтервал між двома час­ тотами, логарифм відношення яких при основі, що дорівнює двом, становить одиницю (ДСТ 8849-88).

В октавній смузі верхня гранична смуга вдвічі більше ниж­ ньої/*#, = 2 (наприклад, 25...50; 200...400 Гц і т.д.). Я кщ о/н — нижня гранична частота в даній смузі частот, а / в — верхня гра­ нична частота, то за частоту, що характеризує смугу в цілому,

Найбільш часто використовують смуги частот, рівні октаві, півоктаві і третині октави. Граничні частоти октавних, півоктавних і третин-октавних частот стандартизовані.

На підставі ретельного вивчення шкідливого впливу шуму на суднові екіпажі встановлено норми допустимих рівнів шуму на морських суднах, які передбачають величини рівнів шуму для машинно-котельних відділень, житлових, громадських і службових приміщень. На рис. 2.7 наведені криві, що виража­ ють граничні норми гучності в машинних відділеннях суден.

Рис. 2.7. Графік нормування шуму на судні.

107

За кривою 1 знаходять граничні рівні шуму для суден з ди­ станційним управлінням з центрального поста управління ме­ ханізмами при періодичному (не більше 2-х годин на добу) пе­ ребуванні людей у машинно-котельному відділенні. За кривою 2 визначають граничні рівні шуму, коли обслуговуючий пер­ сонал знаходиться у машинному відділенні протягом усієї вах­ ти (при відсутності дистанційного управління механізмами зі звукоізольованих постів). Для ізольованих постів чи пультів управління механізмами допустимий рівень шуму визначають за кривою 3. Крім того, у довідковій літературі наведено криві, побудовані за аналогічним принципом. За допомогою цих кри­ вих можна визначити допустимі рівні шуму у всіх інших суд­ нових приміщеннях.

Вібрації являють собою коливальні рухи матеріальних час­ ток, що надають тілу людини коливальну швидкість. Причина­ ми виникнення вібрації можуть бути неврівноважені обертові маси, неврівноважені силові впливи при роботі машин, удари деталей механізмів тощо.

Основними параметрами, що характеризують вібрацію, є період коливань Г, амплітуда коливання А, частота/ = 1/Г, шви­ дкість у = A-2nf, прискорення а = A-2nf.

У практиці досліджень вібрацій, так само як і при аналізі шумів, замість абсолютних значень параметрів оперують рівня­ ми цих параметрів, що становлять логарифмічні відношення аб­ солютних величин параметрів до їхніх граничних значень. Для виміру параметрів вібрації використовується логарифмічна шкала децибелів. Як і при акустичних розрахунках, увесь діапа­ зон частот вібрації розбивається на октавні смуги. Стандартизо­ вані середньогеометричні частоти октавних смуг становлять: 1; 2; 3; 4; 8; 16; 32; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000 Гц. Спектри рі­ внів коливальної швидкості є основними характеристиками віб­ рацій. Рівень коливальної швидкості в децибелах визначається

де у — результуюче діюче значення коливальної швидкості у відповідній смузі частот, м/с;

108

v0 — граничне значення коливальної швидкості (м/с), визначе­ не міжнародною угодою. Значення граничної швидкості вібрації, що викликає ледь помітні відчуггя, дорівнює v0 = 5-10"8 м/с.

Межа допустимих вібрацій залежить від частоти коливань. Розрізняють загальну і місцеву (локальну) вібрації. Загальна — викликає вібрацію всього організму, місцева вібрація діє на обмежену ділянку тіла. У судноремонті до вібронебезпечного інструмента відносяться понад сто найменувань ручного меха­ нізованого інструмента ударної, ударно-обертальної та оберта­ льної дії.

Суднові екіпажі, як правило, піддаються впливу загальної вібрації, джерелами якої на суднах є головні двигуни, гребний гвинт, вентилятори, компресори та інші механізми. Локальна вібрація відчувається при роботі з ручним механізованим і пневматичним інструментом. При цьому впливу вібрації під­ даються не тільки руки, але практично всі органи людини. Нерідко людина може піддаватися одночасно впливу загаль­ ної і локальної вібрації. Людина сприймає вібрації в широко­ му діапазоні від часток герца до 200 Гц. У плані ризику вини­ кнення вібраційної хвороби найбільш шкідливі для людини вібрації, частота яких збігається з власного частотою коли­

жать у діапазоні 6...9 Гц. Коливання з такими частотами над­ звичайно небезпечні для людини, тому що можуть викликати пошкодження внутрішніх органів. Тривалий і систематичний вплив вібрації може викликати вібраційну хворобу. Швидко­ му розвитку хвороби сприяють підвищені частоти і великі амплітуди коливань. Ефект впливу вібрації на організм люди­ ни визначається в основному величинами швидкості й при­ скорення. При малих амплітудах і порівняно великих часто­ тах основний вплив на людину здійснює коливальна швид­ кість. При вібраціях із великою амплітудою зсуву і незнач­ ною частотою визначальну роль у сприйнятті людиною віб­ рації відіграє коливальне прискорення.

Людина починає відчувати вібрації, коли їм надано приско­ рення, що становить 1 % від нормального прискорення сили ваги. Прискорення, що досягають 4.. .5 % цієї величини (40.. .50 см/с2), викликають у людини неприємні відчуття.

109