Загрузка...

Негативные акустические воздействия


Колебания упругой среды называют акустическими колебаниями. Понятие акустических колебаний охватывает как слышимые, так и неслышимые колебания воздушной среды.
Акустические колебания в диапазоне частот 16…20000Гц, воспринимаемые ухом человека с нормальным слухом, называют звуковыми. 
Акустические колебания с частотой менее 16 Гц называют инфразвуковыми, выше 20000Гц — ультразвуковыми. Область распространения акустических колебаний называют акустическим полем. Часто акустические колебания называют звуком, а область их распространения — звуковым полем.
Шумом принято называть апериодические звуки различной интенсивности и частоты. С физиологической точки зрения шум — это всякий неблагоприятно воспринимаемый человеком звук.
Источниками шума на производстве является транспорт, технологическое оборудование, системы вентиляции, пневмо- и гидроагрегаты, а также источники, вызывающие вибрацию, т. к. колебания твердых тел вызывают колебания воздушной среды. Шум является одним из наиболее существенных негативных факторов производственной среды. Источники шума формируют звуковые волны, возникающие в результате нарушения стационарного состояния воздушной среды.
Параметры, характеризующие акустические колебания (шум). Колебательная скорость v (м/с) — скорость колебания частиц воздуха относительно положения равновесия.
Скорость распространения звука (скорость звука) с (м/с) — скорость распространения звуковой волны. При нормальных атмосферных условиях (температура 20°С, давление 105 Па) скорость распространения звука в воздухе равна 344 м/с.
Звуковое давление р (Па) — разность между мгновенным значением полного давления и средним давлением, которое наблюдается в невозмущенной среде
p=vpc,
где: р — плотность среды (кг/м3), рс — называют удельным акустическим сопротивлением (Па • с/м), равное 410 Па • с/м для воздуха, 1,5 • 106 Па • с/м — для воды, 4,8 • 107 Па • с/м — для стали.
При распространении звука со скоростью звуковой волны происходит перенос энергии, которая характеризуется интенсивностыо звука.
Интенсивность звука I (Вт/м2) — это энергия, переносимая звуковой волной в единицу времени, отнесенная к площади поверхности, через которую она распространяется
I=p2/(pc),
Как и для вибрации и по тем же самым причинам, звуковое давление и интенсивность звука принято характеризовать их логарифмическими значениями — уровнями звукового давления и интенсивности звука.
Уровень звукового давления
Lp=10 lg(p2/p20)=20lg(p/p0),
где р — звуковое давление, Па; р0 — пороговое звуковое давление, равное 2 • 10-5 Па.
Уровень интенсивности звука
Li =10 lg(I/I0),
где: I — интенсивность звука, Па; I0 — пороговая интенсивность звука, равная 10-12 Вт/м2.
В качестве пороговых значений приняты минимальные значения звукового давления и интенсивности звука, которые слышит человек при частоте звука в 1000 Гц, поэтому они получили названия порогов слышимости.
Важной характеристикой, определяющей распространение шума и его воздействие на человека, является его частота. Так же как и для вибрации, диапазон звуковых частот разбит на октавные полосы (f1/f2 = 2), характеризуемые их среднегеометрическими частотами fcг. Граничные и среднегеометрические частоты октавных полос приведены ниже.
Таблица 1.1. Частоты и диапазоны октавных полос

Среднегеометрические значения октавных полос, Гц Граничные частоты и диапазоны октавных полос, Гц
63 45…90
125 90…180
250 180…355
500 355…710
1000 710…1400
2000 1400…2800
4000 2800…5600
8000 5600… 11200
Классификация производственного шума (рис.1.1). Шум классифицируется по частоте, спектральным и временным характеристикам, природе его возникновения.

Рис. 1.1. Классификация производственного шума
По частоте акустические колебания различаются на инфразвук (f < 16 Гц), звук (16 ? f ? 20 000 Гц), ультразвук (f > 20 000 Гц). Акустические колебания звукового диапазона подразделяются на низкочастотные (менее 350 Гц), среднечастотные (от 350 до 800 Гц), высокочастотные (свыше 800 Гц).
По спектральным характеристикам шум подразделяется на широкополосный с непрерывным спектром более одной октавы и тональный (дискретный), в спектре которого имеются выраженные дискретные тона (частоты, уровень звука на которых значительно выше уровня звука на других частотах). Спектры широкополосного и тонального шума представлены на рис. 2.16, а. Примером широкополосного шума может являться шум реактивного самолета, тонального — шум дисковой пилы, в спектре шума которой имеется ярко выраженная частота с доминирующим уровнем звука.
По временным характеристикам шум подразделяется на постоянный и непостоянный. Постоянным считается шум, уровень которого в течение 8-часового рабочего дня изменяется не более чем на 5 дБ; непостоянным — если это изменение превышает 5 дБ. Непостоянные шумы в свою очередь разделяются на колеблющиеся, уровень звука которых изменяется непрерывно во времени (например, шум транспортных потоков); прерывистые, уровень звука которых изменяется ступенчато (на 5 дБ и более), причем длительность интервалов, в которых уровень звука остается постоянным не менее 1 с (например, шум прерывисто сбрасываемого из баллонов сжатого воздуха); импульсные, представляющие собой звуковые импульсы, длительностью менее 1 с (например, шум агрегатов и машин, работающих в импульсном режиме).
По природе возникновения шум можно разделить на механический, аэродинамический, гидравлический, электромагнитный.
Механические шумы возникают по следующим причинам: наличие в механизмах инерционных возмущающих сил, возникающих из-за движения деталей механизма с переменными ускорениями; соударение деталей в сочленениях вследствие неизбежных зазоров; трение в сочленениях деталей механизмов; ударные процессы (ковка, штамповка, клепка, рихтовка) и ряд других. Основными источниками возникновения шума механического происхождения являются подшипники качения и зубчатые передачи, а также неуравновешенные вращающиеся части машин.
Аэродинамические шумы возникают в результате движения газа, обтекания газовыми (воздушными) потоками различных тел. Аэродинамический шум возникает при работе вентиляторов, воздуходувок, компрессоров, газовых турбин, выпусков пара и газа в атмосферу, двигателей внутреннего сгорания. Причинами аэродинамического шума являются вихревые процессы, возникающие в потоке рабочей среды при обтекании тел и выпуске свободной струи газа; пульсации рабочей среды, вызываемые вращением лопастных колес вентиляторов, турбин; колебания, связанные с неоднородностью и пульсациями потока. Аэродинамический шум — один из самых значительных по уровню звука.
Гидравлические шумы возникают вследствие стационарных и нестационарных процессов в жидкостях (кавитация, турбулентность, гидравлические удары). Например, в насосах источником гидравлического шума является кавитация жидкости у поверхностей лопаток насоса при высоких окружных скоростях вращения рабочего колеса.
Электромагнитные шумы возникают в электрических машинах и оборудовании, использующим электромагнитную энергию. Основной причиной возникновения электромагнитного шума является взаимодействие ферромагнитных масс под влиянием переменных во времени и пространстве магнитных полей, а также электрические (пондеромоторные) силы, вызываемые взаимодействием электромагнитных полей, создаваемых переменными электрическими токами.

Воздействие акустических колебаний (шума).
Действие акустических шумов сопровождается определенными сдвигами в состоянии сердечно-сосудистой системы. Установлено, что выраженность ухудшения таких показателей, как острота зрения, устойчивость ясного видения, контрастная чувствительность, зависит как от интенсивности шума, так и от длительности его воздействия. Под воздействием шума вначале понижаются острота и тонкость слуха; в дальнейшем при длительном действии шума развиваются стойкие патологические изменения в органе слуха. У операторов, работающих в условиях шумовых воздействий, наблюдается нарушение сна, приводящее к снижению работоспособности.
Шум воздействует на организм человека непрерывно на протяжении всей его жизни. Установлено, что даже во сне человеческий организм не остается безразличным к шуму и соответствующим образом реагирует на него. Шум, безусловно, относится к неблагоприятно действующим факторам среды обитания, однако длительное существование человека в условиях полного отсутствия шума практически невозможно и совершенно неоправданно с физиолого-гигиенической точки зрения. К неблагоприятным относятся шумы, чрезмерные по интенсивности, частоте и продолжительности и, как правило, не несущие никакой полезной информации для человека. Именно эти шумы и вызывают нежелательные функциональные, а иногда и патологические изменения в организме человека.
Данные исследований свидетельствуют о том, что субъективное привыкание персонала рабочих и служащих к шуму совершенно не предотвращает неблагоприятного его действия, которое весьма многообразно в своем проявлении. Еще в 60-70-е гг. было детально изучено действие шума на слуховой анализатор. Данные того времени свидетельствуют о том, что изменения органов слуха, возникающие в результате воздействия шума и в зависимости от его спектрального состава, интенсивности и продолжительности действия, могут носить самый разнообразный характер. В одних случаях изменения носят нечеткий функциональный характер, в других может наступить полная глухота.
Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что неблагоприятное действие шума не ограничивается воздействием только на органы слуха. Очень часто изменения возникают вначале в других органах и системах человека. Как правило, на неблагоприятные шумовые воздействия первой реагирует центральная нервная система, причем проявления эти могут носить самый разнообразный характер, в частности страдает рефлекторная деятельность.
При постоянном воздействии шума могут наблюдаться также различные вегетативные сдвиги и изменения сердечно-сосудистой системы, причем эти изменения могут наступить раньше, чем проявятся нарушения слуха. По мнению многих исследователей, шум играет большую роль в возникновении и развитии гипертонической болезни.
Помимо негативного силового воздействия шума на органы слуха человека и животных, шум большой мощности и низкой частоты (инфразвук) наносит огромный вред всему живому организму в целом и может вызвать существенное нарушение работы его отдельных органов в случае совпадения с их резонансами. По той же причине возможно прекращение функционирования и даже разрушения точных приборов, систем и механизмов, входящих в структуру самой техносферы.
Мощные высокочастотные колебания (св. 20000 Гц – ультразвук), характерные для работы подводных эхолотов морских судов, негативно воздействуют на биосферу, приводя к гибели дельфинов и китов.
Шум звукового диапазона на производстве приводит к снижению внимания и увеличению ошибок при выполнении работы. В результате снижается производительность труда и ухудшается качество выполняемой работы. Шум замедляет реакцию человека на поступающие от технических объектов и внутрицехового транспорта сигналы, что способствует возникновению несчастных случаев на производстве.
На рис. 1.2. представлена характеристика слухового восприятия человека с нормальным слухом. Предельные значения уровней звукового давления изображены двумя кривыми. Нижняя кривая соответствует порогу слышимости. Как видно, при определенных частотах человек слышит отрицательные уровни звука. Это объясняется тем, что логарифмическая шкала уровней звукового давления построена таким образом, что за пороговое значение уровня звукового давления р0 принят порог слышимости на частоте 1000 Гц (Lp = 0 дБ). Однако порог слышимости человека на частотах 2000…4000 Гц меньше. Верхняя кривая соответствует порогу болевого ощущения (Lp = 120… 130 дБ). Звуки, превышающие по своему уровню порог болевого ощущения, могут вызвать боли и повреждения в слуховом аппарате (перфорация или даже разрыв барабанной перепонки). Область на частотной шкале, лежащая между двумя кривыми, называется областью слухового восприятия.

L, дБ

100 1000 10 000 f, Гц
Рис. 1.2. Слуховое восприятие человека
Шум влияет на весь организм человека. Он угнетает центральную нервную систему, вызывает изменения скорости дыхания и пульса, способствует нарушению обмена веществ, возникновению сердечно-сосудистых заболеваний, язвы желудка, гипертонической болезни, может привести к профессиональному заболеванию.
Шум с уровнем звукового давления до 30…45 дБ привычен для человека и не беспокоит его. Повышение уровня звука до 40…70 дБ создает дополнительную нагрузку на нервную систему, вызывает ухудшение самочувствия и при длительном воздействии может стать причиной неврозов. Длительное воздействие шума с уровнем свыше 80 дБ может привести к ухудшению слуха — профессиональной тугоухости. При действии шума свыше 130 дБ возможен разрыв барабанных перепонок, контузия, а при уровнях звука свыше 160 дБ вероятен смертельный исход.
Помимо снижения слуха рабочие, подвергающиеся постоянному воздействию шума, жалуются на головные боли, головокружение, боли в области сердца, желудка, желчного пузыря, повышенное артериальное давление. Шум снижает иммунитет человека и устойчивость человека к внешним воздействиям.
Инфразвук — звуковые колебания и волны с частотами, лежащими ниже полосы слышимости частот — 20 Гц, которые не воспринимаются человеком. Низкая частота обусловливает ряд особенностей его распространения в окружающей среде. Вследствие большой длины волны инфразвуковые колебания меньше поглощаются и легче огибают препятствия, что объясняет их способность распространяться на значительные расстояния с небольшими потерями энергии.
Источниками инфразвука могут быть средства транспорта, компрессорные установки, мощные вентиляционные системы, системы кондиционирования и др. Часто инфразвук сопутствует шуму.
Инфразвук оказывает неблагоприятное влияние на работоспособность человека, вызывает изменения со стороны сердечно-сосудистой, дыхательной систем организма, отмечаются жалобы на раздражительность, рассеянность, головокружение.
Инфразвук с уровнем от 110 до 150 дБ вызывает неприятные субъективные ощущения и различные функциональные изменения в организме человека: нарушения в центральной нервной системе, сердечно-сосудистой и дыхательной системах, вестибулярном аппарате. Возникают головные боли, осязаемое движение барабанных перепонок, звон в ушах и голове, снижается внимание и работоспособность, появляется чувство страха, угнетенное состояние, нарушается равновесие, появляется сонливость, затруднение речи. Инфразвук вызывает в организме человека психофизиологические реакции — тревожное состояние, эмоциональная неустойчивость, неуверенность в себе
Под действием инфразвука возникает вибрация крупных предметов строительных конструкций, из-за резонансных эффектов в звуковом диапазоне имеет место усиление инфразвука в отдельных помещениях.
Ультразвук — это колебания в диапазоне частот от 20 кГц и выше, которые не воспринимаются человеческим ухом.
Источниками ультразвука являются пьезоэлектрические и магнитострикционные преобразователи, аэродинамические процессы. Он нередко сопутствует шуму при работе реактивных двигателей, газовых турбин и др.
Ультразвук может действовать на человека как через воздушную среду, так и контактно на руки — через жидкую и твердую среды. Воздействие через воздушную среду вызывает функциональные нарушения нервной, сердечно-сосудистой и эндокринной систем, а также изменения свойств и состава крови, артериального давления. Контактное воздействие на руки приводит к нарушению капиллярного кровообращения в кистях рук, снижению болевой чувствительности, изменению костной структуры — снижению плотности костной ткани.
Основными характеристиками ультразвука являются уровни звукового давления (дБ) и виброскорости (дБ).

Гигиеническое нормирование акустических колебаний.
Нормирование шума звукового диапазона осуществляется двумя методами: по предельному спектру уровня звука и по дБА.
Первый метод является основным для постоянных шумов. По этому методу устанавливаются ПДУ звукового давления в девяти октавных полосах со среднегеометрическими значениями частот 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц. В соответствии с ГОСТ 12.1.003—83* с дополнениями от 1989 г. шум на рабочих местах не должен превышать установленные значения (табл. 2.6). Для определения допустимого уровня шума на рабочих местах, в жилых помещениях, общественных зданиях и территории жилой застройки используется СН 2.24/2.1.8.562—96.
Второй метод применяется для нормирования непостоянных шумов и в тех случаях, когда не известен спектр реального шума на рабочем месте. Нормируемым параметром в этом случае является эквивалентный (по энергии) уровень звука широкополосного постоянного шума, оказывающий на человека такое же воздействие, как и реальный непостоянный шум, измеряемый по шкале А шумомера. Измерители шума (шумомеры) имеют специальную шкалу А. При измерении по шкале А характеристика чувствительности шумомера имитирует кривую чувствительности уха человека. Уровень звука, определенный по шкале А, имеет специальное обозначение LА и единицу измерения — дБА и применяется для ориентировочной оценки уровня шума. Уровень звука в дБА связан с предельным спектром следующей зависимостью:
LA = ПС + 5.
Таблица . . Допустимые уровни звукового давления, уровни звука и эквивалентные уровни звука на рабочих местах в производственных помещениях и на территории предприятия по ГОСТ 12.1.003—83* (извлечение)

Рабочие места

Уровни звукового давления, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц Уровни звука и эквивалент-
ные уровни звука, дБА
31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
Помещения конструкторских бюро, расчетчиков, программистов вычислительных машин, лабораторий для теоретических работ 86 71 61 54 49 45 42 40 38 50
i Помещения управления, рабочие комнаты 93 79 70 68 58 55 52 50 49 60
Кабинеты наблюдений и дистанционного управления:
без речевой связи по телефону
с речевой связью по телефону

1
Помещения и участки точной сборки 96 83 74 68 63 60 57 55 54 65
Помещения лабораторий для проведения экспериментальных работ, для размещения шумных агрегатов, вычислительных машин 107 94 87 82 78 75 73 71 70 80
Постоянные рабочие места и рабочие зоны в производственных помещениях и на территории предприятий 110 99 92 86 83 80 78 76 74 85

Допустимые уровни звукового давления зависят от частоты звука, от вида работы, выполняемой на рабочем месте. Более высокие частоты неприятнее для человека, поэтому чем выше частота, тем меньше допустимый уровень звукового давления. Чем более высокие требования к вниманию и умственному напряжению при выполнении работы, тем меньше допустимые уровни звукового давления.
Для тонального и импульсного шума допустимые уровни должны приниматься на 5 дБ меньше значений, указанных в ГОСТ 12.1.003-83* (табл. 2.6).
Инфразвук. ПДУ звукового давления на рабочих установлено СН 2.2.4/1.8.583—96 дифференцированно для различных видов работ. Общий уровень звукового давления для работ различной степени тяжести не должен превышать 100 дБ, для работ различной степени интеллектуально-эмоциональной напряженности — не более 95 дБ.
Ультразвук. Нормы для ультразвука определены ГОСТ 12.1.001—89. Для ультразвука, распространяющегося воздушным путем, допустимые уровни звукового давления (УЗД) установлены для диапазона частот 12,5… 100 кГц. ПДУ звукового давления изменяются от 80 дБ для частоты 12,5 кГц до 110 дБ для диапазона частот 31,5…100 кГц.
Для контактного ультразвука уровни ультразвука в зонах контакта рук и других частей тела не должны превышать 110 дБ.
Когда рабочие подвергаются совместному воздействию воздушного и контактного ультразвука, допустимые уровни контактного ультразвука должны уменьшаться на 5 дБ.

Контрольные вопросы
1. Дайте определение шума.
2. Перечислите основные источники шума на производстве.
3. Какими параметрами характеризуется шум?
4. Как классифицируются производственные шумы?
5. Как воздействует шум на человека и окружающую среду?
6. Как осуществляется гигиеническое нормирование шума?
7. Перечислите основные источники инфра- и ультразвука на производстве. Как они воздействуют на человека?

Загрузка...