Защита от шума и вибрации

5.6.1 Шум, его влияние на организм человека и гигиеническое 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 υ, м/с, интенсивностью I, Вт/м², и ча­стотой - числом колебаний в секунду ƒ, Гц.

Звуковые колебания какой-либо среды (например, воздуха) возникают при нарушении ее 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. Количество 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, излучаемой источником шума в окружающее про­странство за единицу времени.

Слуховой орган человека воспринимает в виде слышимого звука колебания упругой среды, имеющие частоту примерно от 20 до 20 000 Гц, но наиболее важный для слухового восприятия интервал от 45 до 10 000 Гц.

Восприятие человеком звука зависит не только от его ча­стоты, но и от интенсивности и звукового давления. Наимень­шая интенсивность I₀ и звуковое давление Р₀, которые воспри­нимает человек, называются порогом слышимости. Пороговые значения I₀ и Р₀ зависят от частоты звука. При частоте 1000 Гц звуковое давление Р₀ = 2 · 10^-5 Па, I₀ = 10^-12 Вт/м². При звуко­вом давлении 2 · 10² Па и интенсивности звука 10 Вт/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 L шума или звука, которая измеряется в безразмерных единицах белах (Б): L=lg(I/I₀), где I - интенсивность звука в данной точке; I₀ - интенсивность звука, соответствующая по­рогу слышимости.

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

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

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 табл. 13.

Таблица 13

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 менее 1 с).

Субъективное восприятие шума человеком значительно от­личается от описанных физических характеристик звука, так как слуховой орган неодинаково чувствителен к звукам раз­личных частот. Звуки 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 (рис. 16).

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...4000 Гц).

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.

Рис. 16. Кривые равной громкости

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 документах Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) отмечается, что наиболее чувстви­тельными к шуму являются такие операции, как слежение, 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 обусловливает большое оздоровительное и экономическое значение мероприя­тий поборьбе с шумом.

Для постоянных шумов нормирование ведется по предель­ному спектру шума. Предельным спектром называется совокуп­ность нормативных уровней звукового давления в восьми октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц. 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 допускает за характе­ристику постоянного шума на рабочем месте принимать уро­вень звука в дБА, измеряемый по шкале «А» шумомера и определяемый по формуле

где Р_А — среднеквадратичное звуковое давление с учетом кор­рекции шумомера, Па;

Р₀ = 2 ·10^-5 — пороговое среднеквадра­тичное звуковое давление, Па.

В производственных условиях очень часто шум имеет непо­стоянный характер. В этих условиях наиболее удобно пользо­ваться некоторой средней величиной, называемой эквива­лентным (по энергии) уровнем звука L_экв и характеризующей среднее значение энергии звука в дБА. Этот уровень измеряет­ся специальными интегрирующими шумомерами или рас­считывается.

Как пример в табл. 14 приведены допустимые уровни звуко­вого давления в октавных полосах частот, уровни звука и экви­валентные уровни звука на рабочих местах в производственных помещениях и на территории промышленных предприятий для широкополосного шума.

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 прерывание людей в зонах с октавными уровнями звукового давления свыше 135 дБ в лю­бой октавной полосе.

Т а б л и ц а 14