Производственный шум, инфразвук, ультразвук, вибрация и нормализация их воздействия Производственный шум
Производственный шум представляет собой совокупность всяких нежелательных звуков. Интенсивный шум приводит к тугоухости, а иногда и полной глухоте. Сущность патологического процесса этого заболевания сводится к «акустическому травмированию», обусловленному истощением клеточных элементов, участвующих в процессе звукового восприятия.
Действуя на органы слуха, шум влияет опосредованно через нервную систему на другие анализаторы, в частности, на светочувствительный аппарат, изменяя критическую частоту слияния световых мельканий, устойчивость ясного видения и латентный (латентный (лат. latentis скрытый, невидимый) – скрытый, внешне не проявляющийся (о болезни)) период зрительно-моторных реакций.
Влияя на биоэлектрическую активность мозга, сердечно-сосудистую систему, шум вызывает гипертоническую болезнь и ишемическую болезнь сердца. Воздействуя как стрессовый фактор, шум вызывает изменение реактивности центральной нервной системы, вследствие чего возникают расстройства регулирующих функций органов и систем человека.
Основными характеристиками шума являются частота звуковых колебаний, звуковое давление и интенсивность звука.
Частота звуковых колебаний, воспринимаемых человеческим ухом, находится в пределах от 16 Гц до 20 кГц, а звуки, лежащие в этом интервале частот, называются акустическими (акустика гр. akustikos слуховой), т. е. слышимыми. Колебания с частотой менее 16 Гц, так же как и более 20 кГц, человеческим ухом не воспринимаются. Звуковые колебания с частотой менее 16 Гц называются инфразвуковыми, а колебания с частотой более 20 кГц – ультразвуковыми.
Звуковое давление Р, Па – это переменная составляющая атмосферного давления, представляющая собой разность между атмосферным давлением и давлением в определенной точке звукового поля.
Интенсивность звука L, Вт/м2 – это поток анергии, переносимый звуковой волной в единицу времени, отнесенный к единице площади поверхности, перпендикулярной к направлению распространения волны. Интенсивность звука связана со звуковым давлением зависимостью
L = P2/pc,
где Р – звуковое давление, Па; р – плотность среды, кг/м3; с – скорость звука, м/с.
Звуковое давление и интенсивность звука изменяются по величине в очень больших пределах: по давлению - до 108 раз, и по интенсивности – до 1016 в раз. Такой огромный диапазон звуков доступен органам слуха благодаря тому, что ухо человека реагирует не на абсолютное изменение этих величин, а на относительное, поскольку ощущения человека при воздействии энергии раздражителя (шума) пропорциональны не количеству этой энергии, а ее логарифму. Поэтому для оценки воздействия шума на организм введены логарифмические величины – уровни интенсивности звука и звукового давления.
Как известно, логарифмическая шкала характеризуется тем, что в ней каждая последующая ступень отличается от предыдущей в 10 раз, что условно принимается за 1 бел (Б) (единица названа в честь американского ученого А. Г. Белла (1847-1922)). Если, например, интенсивность одного звука больше другого в 100 раз, то это значит, что уровень силы первого звука на 2 бела больше второго, если в 1000 раз, то на 3 бела и т. д.
Орган слуха человека способен различать прирост звука на 0,1 Б, что составляет 1 дБ (децибел), поэтому уровень интенсивности звука измеряют в децибелах. В практике акустических измерений эта единица принята как основная.
Минимальная величина звуковой энергии, воспринимаемая ухом человека как звук, принимается за нулевой уровень (порог слышимости, слуховой порог) и составляет, при частоте 1000 Гц, 10-12 Вт/м2, звуковое давление при этом равно 2∙10-5 Па (рис. 15, кривая 1). Высший предел звуковой энергии, при котором звук вызывает болевые ощущения, соответствует интенсивности 102 Вт/м2 при звуковом давлении 20 Па.
Уровень интенсивности звука L, дБ, определяется из выражения:
L=10lg(L’/L0),
где L’ – измеренная интенсивность звука в данной точке, Вт/м2; L0 – интенсивность звука, соответствующая нулевому уровню (порогу слышимости), Вт/м2.
Поскольку интенсивность звука пропорциональна квадрату звукового давления, уровень его интенсивности определяется исходя из величины звукового давления
Lp = 10lg(P2/P02) = 20lg(P/P0),
где Р – измеренное звуковое давление в данной точке, Па; Р0 – звуковое давление, соответствующее нулевому уровню (порогу слышимости), Па.
Пользование шкалой децибел удобно еще и потому, что весь диапазон слышимых звуков умещается менее чем в 140 дБ (рис. 15). Однако эта шкала позволяет определить лишь физическую характеристику шума, поскольку она построена так, что пороговое значение звукового давления P0 соответствует порогу слышимости на частоте 1000 Гц, а слуховой аппарат человека обладает различной чувствительностью к звукам различной частоты. К звукам средних и высоких частот (от 800 до 4000 Гц) органы слуха более восприимчивы, чем к низким (от 20 до 100 Гц). С возрастом работающих диапазон восприятия звуков смещается в сторону высоких частот.
Поэтому наряду с понятием уровня интенсивности звука введено понятие уровня громкости, единица измерения – фон. Поскольку уровень громкости в фонах на частоте 1000 Гц совпадает с уровнем звукового давления в децибелах, величину фона можно определить по любой точке ординаты (рис. 15) частоты 1000 Гц. Оценка уровня громкости в фонах позволяет определить, во сколько раз один шум сильнее или слабее другого.
Рис. 15. Область слухового восприятия человека: 1 – порог слышимости; 2 – музыкальный диапазон частот; 3 – речевой диапазон частот; 4 – порог болевых ощущений.
Для разработки мер по снижению шума и его гигиенической оценки используют спектральный анализ. Для этого весь слышимый диапазон частот подразделяется на октавные полосы (от лат. octava восьмая), в каждой из которых верхняя граничная частота равна удвоенной нижней частоте. Каждая октавная полоса характеризуется среднегеометрической частотой
,
где f1 – нижняя граничная частота, Гц; f2 – верхняя граничная частота, Гц. Например, среднегеометрическая частота октавной полосы 63 Гц определяется из диапазона частот 45...90 Гц, поскольку 45 Гц является нижней граничной частотой (f1), то 1,41∙45 = 63,45, т. е. 63 Гц.
ГОСТ 12.1.003-83 ССБТ предусматривает октавные полосы со следующими среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц. Уровни звуковых давлений (в децибелах) в перечисленных октавных полосах являются характеристикой постоянного шума на рабочих местах. Для ориентировочной оценки шумовой обстановки допускается использовать одночисловую характеристику – эквивалентный уровень, т. е. уровень звука в дБА, измеряемый по шкале А шумомера, приблизительно соответствующей частотной характеристике слуха человека.
Допустимые уровни звукового давления (дБ) в октавных полосах со среднегеометрическими частотами (Гц):
Гц 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
дБ 95 87 82 78 75 73 71 69
на рабочих местах производственных помещений, строительных площадок и в кабинах мелиоративных и строительных машин соответствуют эквивалентному уровню звука 80 дБА.
Разработка технических решений по предупреждению вредного воздействия шума должна начинаться на стадии проектирования технологических процессов и механизмов, разработки плана производственных помещений и генерального плана предприятия.
Эффективным и экономичным средством является уменьшение шума в источнике возникновения путем устранения зазоров в соединениях, замены зубчатых передач на гидравлические или клиноременные, замены подшипников качения на подшипники скольжения, применения пластмассовых шестерен вместо стальных, балансировки вращающихся элементов машин.
Уменьшение шума на пути его распространения достигается путем установки звукоизолирующих ограждений (однослойных и многослойных), кабин, стенок, перегородок, кожухов.
При разработке планов производственных помещений оборудование, являющееся источником шума, следует располагать в отдельных помещениях либо в отдалении от малошумных помещений.
Акустическая обработка помещений предполагает размещение на внутренних поверхностях звукопоглощающих облицовок, установку звукопоглотителей (рис. 16).
При разработке генерального плана предприятия в соответствии с требованиями СН 245-71 шумные цеха необходимо компоновать в отдельные комплексы с обеспечением разрывов между соседними объектами.
Рис. 16. Звукопоглощающие устройства помещений: а – штучные звукопоглотители с двойными стенками; б – конструкция звукопоглощающей облицовке без воздушного промежутка; в – то же, с воздушным промежутком; 1 – перфорированный лист; 2 – слой звукопоглощающего материала; 3 – защитная стеклоткань (для укрепления слоя 2); 4 – стенка или потолок; 5 – воздушный промежуток между слоем и ограждением или плита из звукопоглощающего материала.
Технические решения по снижению шума мелиоративных и строительных машин предполагают уменьшение шума в источнике его возникновения, изоляцию шума путем применения звукоизолирующих конструкций и звукопоглощающих материалов, использование виброизолирующих устройств и применение глушителей аэродинамического шума.
В случаях, когда технические средства не в состоянии снизить шум до допустимых пределов, для защиты органов слуха используют средства индивидуальной защиты работающих – антифоны. Эти средства должны обладать следующими свойствами: снижать уровень шума до допустимых пределов на всех частотах спектра, не оказывать чрезмерного давления на ушную раковину, не снижать восприятия речи, не заглушать звуковых сигналов опасности (ГОСТ 15762-70).
Применяется множество вариантов антифонов – заглушек-вкладышей, наушников и шлемов, изолирующих органы слуха ох шумов различного спектрального состава. Наибольшее распространение получили вкладыши из смеси волокон органической бактерицидной ваты и ультратонких полимерных волокон из материала ФП «Беруши», позволяющие снизить шум на различных частотах от 15 до 31 дБ.
Полный перечень средств и методов защиты от вредного воздействия шума приведен в ГОСТ 12.1.029-80 ССБТ. Защитные свойства, технические и гигиенические требования и методы контроля средств индивидуальной защиты органа слуха регламентируются ГОСТ 12.4.051-87.
Для измерения параметров шума применяются приборы, в которых звук, воспринимаемый микрофоном, преобразуется в электрические колебания, которые усиливаются и, пройдя корректирующие фильтры и выпрямитель, регистрируются стрелочным прибором или цифровым индикатором.
Для измерения уровней звукового давления в октавных полосах частот применяют приборы ВШВ-003, ШВК-1 с фильтрами ФЭ-2 (СНГ), 00017 «Роботрон» (Германия), 2209 с фильтрами ШЗ, 1616 «Брюль и Къер» (Дания); уровень шума измеряют приборами ШУМ-1М, ВШВ-003 (СНГ), 90017 «Роботрон»; (Германия), 2230 «Брюль и Къер» (Дания); эквивалентный уровень шума измеряют приборами ШИН-01 (СНГ), 00026 «Роботрон» (Германия), 2230 «Брюль и Къер» (Дания); для измерения относительной дозы шума используются приборы 00080 «Роботрон» (Германия), 4428 «Врюль и Къер» (Дания), 6074А «Вяртсиля» (Финляндия), CEI 179 «СЕI» (Англия).
Методы и порядок измерения шума на рабочих местах изложены в ГОСТ 12.1.050-86 ССБТ и «Методических указаниях по проведению измерений и санитарно-гигиенической оценки шумов на рабочих местах» № 1844-78.