Шум

Механические колебания упругой среды в диапазоне частот 16…20000 Гц воспринимаются ухом человека и называются звуковыми волнами. Длина звуковой волны l связана с частотой f и скоростью звука с зависимостью l= с/ f.

Звук характеризуется звуковым давлением и интенсивностью. Под звуковым давлением принято понимать среднеквадратическое значение разности между мгновенным значением полного давления в воздухе и его средним значением. Интенсивность звука - это звуковая мощность, отнесённая к единице площади поверхности, перпендикулярной к направлению распространения волны.

Интенсивность звука и звуковое давление связаны зависимостью

I = Р2/rc,

где I - интенсивность звука, Вт/м2;

Р - звуковое давление, Па;

r - удельная плотность среды, кг/м3;

c - скорость звука, м/c.

Органы слуха человека способны воспринимать звуковые колебания в очень широких диапазонах изменения интенсивностей и звуковых давлений. Например, при частоте звука 1кГц порогу чувствительности “среднего” человеческого уха (порог слышимости) соответствуют значения Р0= 2?10-5 Па, I0 =10-12Вт/м2, а порогу болевого ощущения (превышение которого может привести к физическому повреждению органов слуха) соответствуют значения Рб = 20Па и Iб = 1Вт/м2. Учитывая логарифмическую зависимость между интенсивностью звука и слуховым восприятием (закон Вебера-Фехнера), а также с целью удобства расчётов на практике пользуются логарифмическими параметрами: уровнями интенсивности и звукового давления.

Уровень интенсивности звука LI = 10lg(I/I0), дБ,

где I - интенсивность звука в данной точке;

I0=10-12Вт/м2- интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости на частоте 1 кГц.

Интенсивность звука пропорциональна квадрату звукового давления, поэтому уровень звукового давления

L = 10lg(Р2/Р02) = 20 lg(Р/Р0), дБ,

где Р – звуковое давление в данной точке,

Р0=2·10-5 Па – пороговое звуковое давление на частоте 1 кГц.

При нормальных или близких к ним условиях можно считать, что LI = L.

При акустических расчётах пользуются уровнями интенсивности звука, связанными с уровнями звукового давления, измеряемыми шумомерами.

Для характеристики восприятия звука человеком в целом по диапазону звуковых частот применяют понятие уровня звука. Уровень звука LА (дБА) – это результирующий уровень звукового давления шума, прошедшего обработку в корректирующем фильтре «А», частотная характеристика которого соответствует усреднённой частотной характеристике чувствительности уха человека.

Всякое нежелательное для человека звуковое воздействие называется шумом. Шум оказывает негативное влияние не только на орган слуха, приводя к ухудшению слуховой чувствительности, но и на весь организм человека. Он нарушает работу нервной системы, влияет на параметры дыхания и пульса, способствует нарушению обмена веществ, возникновению сердечно-сосудистых заболеваний, гипертонической болезни. Степень влияния шума зависит от его интенсивности, продолжительности воздействия, особенностей (тональный, импульсный и т.д.), индивидуальных свойств организма. Повышенная чувствительность к действию шума может быть одной из причин утомляемости и развития различных неврозов.

Малые уровни шума оказывают в основном раздражающие воздействия и через ЦНС могут приводить к функциональным расстройствам в организме человека. При длительном воздействии высоких уровней шума наблюдается уменьшение слуховой чувствительности, приводящее к тугоухости – профессиональному заболеванию. Кроме того, деформируется частотная характеристика чувствительности уха человека, резко ухудшается восприятие высоких частот. При уровнях звукового давления около 140 дБ может наступить механическое повреждение органа слуха.

Шум усиливает действия других вредных факторов, повышает общую заболеваемость, снижает работоспособность человека, безопасность труда. В условиях интенсивного шума на выполнение работы требуется больше физических и нервно-психических усилий. Поэтому рекомендуемые уровни шума на рабочих местах устанавливаются с учётом категорий тяжести труда и его напряжённости.

Шумы по природе возникновения подразделяют на механические, аэродинамические, гидродинамические, электромагнитные (связанные с воздействием сил ЭМП). Важным параметром шума является его частотный спектр.

Спектр шума характеризует распределение энергии шума в диапазоне звуковых частот и оценивается уровнями звукового давления, соответствующими анализируемым частотным полосам. Как правило, используют октавные частотные полосы, характеризуемые нижней fн и верхней fв граничными частотами и среднегеометрической частотой  Для октавной полосы fв / fн = 2. Среднегеометрические частоты октавных полос соответствуют стандартному ряду: 31.5, 63, 125, 250, 500 Гц, 1, 2, 4, 8 кГц.

По виду спектра шумы подразделяют на широкополосные (с непрерывным спектром шириной более одной октавы) и тональные, в спектре которых имеются выраженные дискретные тона.

По временным характеристикам шумы подразделяют на постоянные, уровень звука которых изменяется не более чем на 5 дБА, и непостоянные, не удовлетворяющие данному условию. Непостоянные шумы подразделяются на колеблющиеся во времени, уровень звука которых непрерывно изменяется во времени; прерывистые, уровень звука которых ступенчато изменяется (на 5 дБА и более), причём длительность интервалов, в течение которых уровень остаётся постоянным, составляет не менее 1 с; и импульсные, состоящие из одного или нескольких звуковых сигналов длительностью менее 1 с.

Нормирование шума. Допустимые значения параметров шума регламентируются СН 2.2.4/2.1.8.562 - 96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки». Нормируемыми параметрами шума являются:

- для постоянного шума - уровни звукового давления L (дБ) в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 31.5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000 и 8000 Гц. Для оценки постоянного широкополосного шума допускается использовать уровень звука LА, выраженный в дБА, определяемый при установленной частотной характеристике «А» шумомера;

- для непостоянного шума – эквивалентный (по энергии воздействия) уровень звука Lаэ, (дБА), определяемый по специальной методике. Дополнительно для колеблющегося во времени и прерывистого шума ограничивается допустимый максимальный уровень звука (110 дБА). Для импульсного шума допустимый максимальный уровень измеряется по временной характеристике «I - импульс» шумомера и составляет 125 дБА(I). Для тонального и импульсного шума с учётом неблагоприятного их воздействия вводят поправку (- 5 дБА) к табличным значениям, установленным для широкополосного шума.

Допустимые значения параметров шума устанавливаются в зависимости от видов трудовой деятельности и рабочих мест с учётом характера шума.

Ниже приведены характерные виды трудовой деятельности и рабочие места с указанием их порядкового номера (ПН), использованного в табл. 4.6:

1 – творческая, врачебная и научная деятельность, руководящая работа с повышенными требованиями, преподавание, обучение, программирование, рабочие места в конструкторских бюро, лабораториях для теоретических работ;

2 – высококвалифицированная работа, требующая сосредоточенности, административно-управленческая деятельность, измерительные и аналитические работы в лаборатории;

3 – работы, требующие постоянного слухового контроля, диспетчерская работа, работа с часто получаемыми указаниями, рабочие места на участках точной сборки, в машинописных бюро;

4 – работа, требующая сосредоточенности, рабочие места в кабинах наблюдения и дистанционного управления без речевой связи по телефону, в лабораториях с шумным оборудованием;

5 – постоянные рабочие места в производственных помещениях и на территории предприятий, за исключением перечисленных в п. 1…4.

Допустимые уровни звукового давления Lp в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами fсг, уровни звука LА и эквивалентные уровни звука Lаэ для широкополосного шума на рабочих местах приведены в табл. 4.5.

Таблица 4.5

Зоны с уровнем звука свыше 85 дБА должны быть обозначены знаками безопасности, в таких зонах следует использовать средства индивидуальной защиты от шума. Запрещается даже кратковременное пребывание людей в зонах с уровнями звукового давления свыше 135 дБ в любой октавной полосе частот.

Допустимые уровни шума в помещениях жилых и общественных зданий и на территории жилой застройки (СН 2.2.4/2.1.8.562 – 96) устанавливаются в зависимости от назначения помещений или территорий и от времени суток (7-23 ч – дневное время, 23-7 ч – ночное время). При этом приводятся также максимально допустимые уровни.

Способы и средства борьбы с шумом. Классификация способов и средств защиты от шума приведена в ГОСТ 12.1.029-80. Они подразделяются на средства коллективной (СКЗ) и индивидуальной защиты (СИЗ). СКЗ подразделяются на инженерно-технические, архитектурно-планировочные и организационно-технические.

Инженерно-технические решения направлены на снижение шума в источнике его возникновения (глушители, встроенные кожухи, замена стальных шестерён пластмассовыми, выбор скоростного режима и т.д.) и на пути его распространения (виброизоляция и вибродемпфирование, звукоизоляция с помощью экранов, кожухов, кабин, звукопоглощение, реализуемое звукооблицовкой и звукопоглотителями).

В основу звукоизоляции положен эффект отражения звуковых волн от преграды. Звукоизолирующие свойства ограждения характеризуются коэффициентом, представляющим отношение звуковой мощности, прошедшей через преграду, к падающей на неё мощности. Звукоизолирующая способность ограждения зависит от его поверхностной плотности (кг/м2) и пропорциональна частоте. Поэтому звукоизоляция наиболее эффективна для средних и высоких звуковых частот. Для повышения эффективности звукоизолирующего кожуха уменьшают уровень отражённого от его стенок шума, покрывая внутреннюю поверхность звукопоглощающими материалами.

Звукопоглощение основано на том, что звуковые волны, падающие на преграды, поглощаются их материалами, при этом звуковая энергия превращается в тепловую. Звукопоглощение достигается внутри помещений облицовкой стен и потолка звукопоглощающими материалами (стекловолокно, пористые структуры) и установкой объёмных звукопоглотителей. Эффективность звукопоглощения зависит от площади поверхностей звукопоглощающих материалов.

Архитектурно-планировочныеСКЗ включают планировку зданий, их ориентацию, размещение оборудования и рабочих мест, оптимизацию транспортных потоков, удаление шумных производств от жилых массивов и т.д.

Организационно-технические СКЗ включают выбор технологических процессов, оборудования и режимов работы с малым шумом, своевременный профилактический ремонт, рациональную организацию трудового процесса и т.д.

Средства индивидуальной защиты применяют, если СКЗ не обеспечивают требуемой защиты от шума или их применение невозможно или нецелесообразно в данных условиях. К СИЗ относятся шумозащитные вкладыши, наушники, шлемы и костюмы. Эффективность СИЗ максимальна в области высоких частот, наиболее вредных и неприятных для человека. Из-за раздражающего воздействия и неудобств, возникающих при работе, применение СИЗ следует рассматривать как крайнюю меру.

Предотвращение неблагоприятного воздействия шума обеспечивается также лечебно-профилактическими мероприятиями, включающими, например, медосмотры с контролем параметров слуха.