5. Защита от шума, ультразвука,

инфразвука и вибрации

5.1. Шум, его влияние на организм человека и гигиенические

нормирование

Шумом называют всякий неблагоприятно действующий на человека звук. Обычно шум является сочетанием звуков различной частоты и ин­тенсивности. С физической точки зрения звук представляет собой меха­нические колебания упругой среды. Звуковая волна характеризуется звуковым давлением (Р, Па), колебательной скоростью (V м/с), интенсивно­стью (J, Вт/м²), и частотой - числом колебаний в секунду (f, Гц). Звуковые колебания какой - либо среды (например, воздуха) воз­никают при нарушении её стационарного состояния под воздействием возмущающей силы. Частицы среды начинают колебаться относительно положения равновесия, причем скорость этих колебаний (колебательная скорость) значительно меньше скорости распространения звуковых волн (скорости звука), которая зависит от упругих свойств, темпера­туры и плотности среды. Во время звуковых колебаний в воздухе образуются области по­ниженного и повышенного давления, которые определяют звуковое дав­ление. Звуковым давлением называется разность между мгновенным зна­чением полного давления и средним давлением в невозмущенной среде. При распространении звуковой волны в пространстве происходит перенос энергии. Количества переносимой энергии определяется интен­сивностью звука. Средний поток энергии в какой-либо точке среды в единицу времени, отнесенный к единице площади поверхности, нормаль­ной к направлению распространения волны, называется интенсивностью звука в данной точке.

характеристикой источника шума служит звуковая мощность Р, ко­торая определяется общим количеством звуковой энергии, и излучаемой источником шума в окружающее пространство за единицу времени.

Слуховой орган человека воспринимает в виде слышимого звука колебания упругой среды, имеющие частоту примерно от 16 Гц до 20 000 Гц, но наиболее важный для слухового восприятия интервал от 45 Гц до 10000 Гц. Восприятие человеком звука зависит не только от его частоты, но и от интенсивности и звукового давления. наименьшая интенсивность І₀=10^-12Вт/м2 звуковое давление Р_о=210^-5Па, которые воспринимает человек, называются порогом слышимости. Пороговые значение І₀ и Р_о зависят от частоты звука. При частоте 1000 Гц звуковое давление 210²Па и ин­тенсивности звука 10²Вт/м² возникают болевые ощущения (болевой по­рог). Между порогом слышимости и болевым порогом лежит область слышимости. Разница между болевым порогом и порогом слышимости очень велика. Чтобы не оперировать большими числами, ученый А.Г.Белл пред­ложил использовать логарифмическую шкалу. логарифмическая величи­на, характеризующая интенсивность шума или звука, получила название уровня интенсивности шума или звука, которая измеряется в безраз­мерных единицах белах (Б):

L = lg (I / I₀), (5.1)

где I - интенсивность звука в данной точке;

Iо - интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости.

Так как интенсивность звука пропорциональна квадрату звуково­го давления, то для уровня звукового давления можно записать:

L = lg (Р² / Р₀²) = 2 lg (Р / Р₀), (5.2)

Ухо человека реагирует на величину в 10 раз меньшую, чем бел, поэтому распространение получила единица децибел (дБ), равная 0,1 Б, тогда

L = 20 lg (Р / Р₀), (5.3)

где Р₀ = 210^-5Па;

Р_Б = 210²Па.

Уровнями интенсивности шума обычно оперируют при выполнении акусти­ческих расчетов, а уровнями звукового давления - при измерении шума и оценке его воздействия на человека, так как наш орган слуха чувствителен не к интенсивности звука, а к среднеквадратичному давлению.

Получить представление об уровнях звукового давления различных источников шума можно по таблице 5.1

Таблица 5.1.

Источник шума	Звуковое давление, Па	Уровень звукового давления, дБ
Шепот на расстоянии 0,3 мм	210-3	40
Речь средней громкости на расстоянии 1м	210-2…110-1	60…74
Металлорежущие и деревообрабатывающие станки (на рабочем месте)	210-1…2	80…100
Пневмопрессы, пневмоклепка на расстоянии 1 м	210	120
Реактивные двигатели на расстоянии 2…3 м от выхлопа	Свыше 210	Свыше 140

Неблагоприятное действие шума на человека зависит не только от уровня звукового давления, но и от частного диапазона шума, а также от равномерности воздействия в течение рабочего времени.

Каждый источник шума может быть представлен составляющими его тонами в виде зависимости уровней звукового давления от частоты (частотным спектром шума, или просто спектром). Спектры шумов могут быть линейчатыми (дискретными), сплошными и смешанными. Большинство источников шума на предприятиях имеют смешанный или сплошной спектр.

При измерении и анализе шумов, а также при проведении акусти­ческих расчетов весь диапазон частот разбивают на полосы частот определенной ширины. Полоса частот, у которой отношение верхней граничной частоты f₂ к нижней f₁ равно двум, называется октавой. Если f₂ / f₁ = , то ширина полосы равна 1/3 октавы. для гигиени­ческих целей шумы исследуют обычно в октавных, а для технических - в 1/3 -октавных полосах частот.

Характеристикой каждой полосы частот является среднегеомет­рическая частота f_сг, которая для октавы вычисляется по выражению f_сг = , а для октавы 1/3 – по выражению f_сг = .

Широкополосные шумы имеют непрерывный спектр шириной более одной октавы, а в спектре тональных шумов слышатся отдельные тона. По временным характеристикам шумы делятся на постоянные и непостоянные. Постоянным считается такой шум, уровень звука которо­го за 8-часовой рабочий день изменяется во времени не более чем на 5 дБА. Непостоянные шумы, уровень звука которых изменяется за 8-часовой рабочий день более чем на 5 дБА, в свою очередь делятся на колеблющиеся во времени, прерывистые и импульсные (состоящие из сигналов длительностью 1с).

Субъективное восприятие шума человеком значительно отлича­ется от описанных физических характеристик звука, так как слухо­вой орган неодинаково чувствителен к звукам различных частот. Звука малой частоты человек воспринимает как менее громкие по сравнению со звуками большой частоты той же интенсивности. поэтому для оцен­ки субъективного ощущения громкости шума введено понятие уровня громкости, который отсчитывается от условного нулевого порога. Еди­ницей уровня громкости является фон. Он соответствует разности уров­ней интенсивности в 1 Б эталонного звука при частоте 1000 Гц. Та­ким образом, на частоте 1000 Гц уровни громкости (в фонах) совпа­дают с уровнями звукового давления (в децибелах). Уровень громко­сти является физиологической характеристикой звуковых колебаний. С помощью специальных физиологических исследований были построе­ны кривые равной громкости, по которым можно определить уровень громкости любого звука с заданным уровнем звукового давления.

Многочисленными исследованиями установлено, что шум являет­ся общебиологическим раздражителем и в определенных условиях может влиять на все органы и системы организма человека. Наиболее полно изучено влияние шума на слуховой орган человека. Интенсив­ный шум при ежедневном воздействии приводит к возникновению про­фессионального заболевания - тугоухости, основным симптомом кото­рого является постепенная потеря слуха на оба уха, первоначально лежащая в области высоких частот (4000 Гц), с последующим распро­странением на более низкие частоты, определяющие способность вос­принимать речь. При очень большом звуковом давлении может произойти разрыв барабанной перепонки. Наиболее неблагоприятными для органа слуха является высокочастотный шум (1000...4000Гц). Кроме непосредственного воздействия на орган слуха шум вли­яет на различные отделы головного мозга, изменяя нормальные про­цессы высшей нервной деятельности. Это так называемое неспецифи­ческое воздействие шума может возникнуть даже раньше, чем изменения в органе слуха. Характерными являются жалобы на повышенную утомляемость, общую слабость, раздражительность, апатию, ослабление памяти, потливость и т.п.

Исследованиями последних лет установлено, что под влиянием шума наступают изменения в органе зрения человека (снижается устойчивость ясного видения и острота зрения, изменяет­ся чувствительность к различным цветам и др.) и вестибулярном аппарате; нарушаются функции желудочно-кишечного тракта; повыша­ется внутричерепное давление; происходят нарушения в обменных процессах организма и т.п. Шум, особенно прерывистый, импульсный, ухудшает точность вы­полнения рабочих операций, затрудняет прием и восприятие информации. В материалах Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) отмечается, что наиболее чувствительными к шуму являются такие опе­рации, как сложение, сбор информации и мышление. В результате неблагоприятного воздействия шума на работаю­щего человека происходит снижение производительности труда, уве­личивается брак в работе, создаются предпосылки к возникновению несчастных случаев. Все это обуславливает большое оздоровитель­ное и экономическое значение мероприятий по борьбе с шумом.

Действующие в настоящее время нормы шума на рабочих местах регламентируются ГОСТ 12.1.003-83 "ССБТ. Шум. Общие требования безопасности". Для постоянных шумов нормирование ведется по предельному спек­тру шума. Предельным спектром называется совокупность нормативных уровней звукового давления в девяти октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 39,5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000Гц. Каждый предельный спектр обозначается цифрой, которая соот­ветствует допустимому уровню шума (дБ) в октавной полосе со сред­негеометрической частотой 1000 Гц. Например, ПС-85 означает, что в этом предельном спектре допустимый уровень шума в октавной поло­се со среднегеометрической частотой 1000 Гц равен 85 дБ.

Для ориентировочной оценки ГОСТ допускается за характеристи­ку постоянного шума на рабочем месте, принимать уровень звука в дБ, измеряемый по шкале "А" шумомера и определяется по формуле:

L_А = 20 lg (Р_А / Р₀), (5.4)

где Р - среднеквадратичное звуковое давление с учетом коррекции шумомера, Па;

Ро = 210^-5 - пороговое среднеквадратичное звуковое давление, Па.

Стандарт предписывает зоны с уровнем звука выше 85 дБА обоз­начать специальными знаками, а работающих в этих зонах снабжать средствами индивидуальной защиты. Стандарт запрещает даже кратковре­менное пребывание в зонах с октавными уровнями звукового давления свыше 135 дБ в любой октавной полосе.