Глава 5. Защита окружающей среды от энергетического воздействия

5.1. Защита окружающей среды от шума и вибраций

5.1.1. Шум и его характеристики

Любое промышленное предприятие является источником техногенных загрязнений. Большую долю в загрязнение окружающей среды вносят энергетические выбросы. По своей природе энергетические загрязнения условно можно разделить на три группы (рис. 5.1): механические, электростатические (магнитостатические) и электромагнитные. К первой группе относятся шум, вибрации, инфразвук, ультразвук. Источники шума чрезвычайно разнообразны, так же как и их уровни. Ориентировочные уровни шума (в дБ) приведены на рис. 5.2.

Рис. 5.1. Классификация энергетических загрязнений

Шумом, по Н.Реймерсу, принято называть звуковые колебания, выходящие за рамки звукового комфорта [19]. Чаще всего это неупорядоченные звуковые колебания, но бывают и упорядоченные, мешающие восприятию нужных звуков, либо вызывающие неприятное ощущение и повреждающие органы слуха. Как и все акустические колебания, шум может восприниматься ухом человека в пределах частот от 16 до 20000 Гц (ниже – инфразвук, выше – ультразвук). Шумы принято делить на низкочастотные (до 350 Гц), среднечастоные (350-800 Гц), высокочастотные (выше 800 Гц).

Рис. 5.2. Ориентировочные уровни шума

Высокочастотный шум оказывает наиболее неблагоприятное воздействие на организм. Но человек реагирует не на абсолютный прирост частоты и громкости, а на относительный. Так, физиологически прирост частоты вдвое на низких или высоких частотах воспринимается одинаково. В этом суть биофизического закона Вебера-Фихтнера. Именно поэтому все звуковое частотное поле делят на 9 октав. Причем конечная частота f_к данной октавы в 2 раза больше начальной f_н, а основная октавная частота – их среднее геометрическое значение:

(5.1)

Ряд октавных полос частот выглядит так: 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц.

Кроме частоты, к основным характеристикам шума относят акустическое (звуковое) давление Р, интенсивность I и уровень L шума (звука), а также мощность источника.

Звуковое давление Р является избыточным над давлением воздушной среды. Минимальное звуковое давление, воспринимаемое ухом человека, называется пороговым, и оно равняется Р_о = 2.10^-5 Па.

Интенсивность звука I характеризует удельную энергию звуковых волн на единицу площади

Вт/м², (5.2)

где  - плотность среды, кг/м³,  - скорость звука , м/с.

Пороговая интенсивность звука I_о, соответствующая Р_о для распространения звука в воздухе, равна 10^-12 Вт/м². Следует иметь в виду, что давление и интенсивность характеризуют звуковое поле в данном месте, т.е. на расстоянии r от источника.

Мощность источника по измерениям в любой точке сферы радиусом r определяется выражением

W = I ∙ 2 ∙ r², Вт. (5.3)

Все эти величины имеют абсолютный характер и не вполне удобны для оценки шума. Поэтому введена величина, называемая уровнем шума, которая характеризуется отношением интенсивности в данном месте к пороговой:

Б. (5.4)

Единица измерения – белл (Б). Характеризует рост интенсивности в 10 раз. Белл очень большая неудобная в работе величина. Для удобства применяют десятую долю белла, т.е. децибелл (дБ):

дБ. (5.5)

Обычно суммарный уровень шума устанавливают с помощью шумомера по шкале А, измеряющего звуковое давление на мембрану. В этом случае величина уровня звука обозначается дБА и определяется зависимостью

дБА. (5.6)

Различают тональный шум, в котором выражены дискретные тона, и широкополосный. Кроме того, если уровень шума изменяется по времени не более, чем на 5 дБ, он считается постоянным, а в противном случае – непостоянным.

По физической природе шумы могут иметь следующее происхождение:

механическое, связанное с работой машин и оборудования, вследствие ударов в сочленениях, выбрации роторов и т.п.;

аэродинамическое, вызванное колебаниями в газах;

гидравлическое, связанное с колебаниями давления и гидроударами в жидкостях;

электромагнитное, вызванное колебаниями электромеханических устройств под действием переменного электромагнитного поля или электрических разрядов.

Основными источниками шума являются все виды транспорта (прежде всего авто- и железнодорожный), промышленные предприятия и бытовое оборудование (включая звуковую аппаратуру).

В древнем Китае существовала смертная казнь шумом. Шум порядка 90-100 дБ вызывает постепенное ослабление слуха, нервно-психический стресс, язвенную болезнь, сердечно-сосудистые заболевания (в крови существенно повышается уровень холестерина), заболевания щитовидной железы. Длительное воздействие очень сильного шума (более 110 дБ) приводит к агрессивному состоянию (так называемому «шумовому опьянению»), разрушению тканей тела, обострению хронических заболеваний и снижению продолжительности жизни. Жители г. Осака (Япония), проживающие вблизи аэропорта, с помощью медиков доказали, что рост нервно-психических расстройств у них – следствие шума от ночных полетов самолетов, и через суд добились компенсации и снижения интенсивности полетов.

Нижний порог слышимости для человека 1 дБ, при 115-129 дБ появляется боль в ушах, а при 150 дБ возможна потеря слуха. Причем с возрастом порог болевого восприятия снижается. Обычно не рекомендуется длительное воздействие шума, с уровнем выше 80 дБ. Для справки. Уровень шума электропилы достигает 120 дБ, рок-группы – 80-120, электробритвы – 75-80, дыхания – 25-30, шепота – 8-10 дБ.