Віброакустичні шкідливі чинники
Шум — це одна з форм фізичного (хвильового) забруднення навколишнього середовища, адаптація до якого практично неможлива. Можна говорити лише про зниження його дії.
Як правило, шум нас дратує: заважає працювати, відпочивати, думати. Негативна дія шуму на життєдіяльність людини відома давно. З того часу як існують війни, масові бойові вигуки однієї з ворожих сторін, барабанний бій викликали у протилежної сторони стресові явища, бажання втекти, врятуватись. Зараз учені пояснюють, що гучні звуки, шум, стрілянина з гармат, гуркіт танків і літаків і навіть музика на рок-концертах сприймаються не тільки слуховими органами, а й шкірою, серцем, органами дихання. Вони збуджують людину, є причиною виділення в її кров великої кількості гормонів (наприклад, адреналіну), тим самим сприяють виникненню почуття страху і небезпеки. Після концертів рок-музики слухачі часто сильно збуджуються, стають нервовими, агресивними, влаштовують бійки і погроми в залі. Встановлено, що молодь витримує шум більш інтенсивний, ніж люди, старші за віком (30-40 років). Проте згодом, як свідчить статистика, усі молоді люди, що надмірно захоплювалися гучною музикою, мали ушкодження органів слуху, хвору нервову систему, інші захворювання.
Але шум може здійснювати й сприятливу дію. Такий вплив на людину чинить, наприклад, шелест листя дерев, помірний стукіт дощових крапель, рокіт морського прибою. Позитивний вплив спокійної, приємної музики відомо з давніх часів. Тому різноманітні оздоровчі процедури супроводжуються спокійною симфонічною або блюзовою музикою.
Часто шум подає важливу інформацію. Автомобіліст уважно прислухається до звуків, що видає мотор, шасі, інші частини автомобіля, який рухається, бо будь-який сторонній шум може попередити аварію. Також за допомогою шуму, спричиненого рухом кораблів та підводних човнів, їх виявляють і пеленгують. Шум відіграє велику роль в акустиці, радіотехніці, радіоастрономії і навіть медицині.
Що таке шум і як він впливає на організм людини? Шум — це сукупність звуків різноманітної частоти й інтенсивності, що виникають у результаті коливального руху частинок у пружних середовищах (твердих, рідких, газоподібних).
Джерелами шумує усі види транспорту, промислові об'єкти, будівельні машини, телерадіоапаратура, музичні інструменти, групи людей і окремі особи. Шумове забруднення навколишнього середовища постійно зростає. Особливо це стосується великих міст. Опитування жителів міст довело, що шум турбує більш ніж 50% опитаних. Причому в останні десятиліття рівень шуму зріс у 10-15 разів.
Як відомо з фізики, процес поширення коливального руху в середовищі називають звуковою хвилею, а область середовища, в якій поширюються звукові хвилі, — звуковим полем. Розрізняють такі види шуму:
— ударний (штампування, кування);
— механічний (тертя, биття);
— аеродинамічний (в апаратах і трубопроводах при великих швидкостях руху повітря).
Основними фізичними характеристиками звуку є: частота /(Гц), звуковий тиск Р (Па), інтенсивність або сила звуку І (Вт/м2), звукова потужність IV (Вт) тощо. Швидкість поширення звукових хвиль в атмосфері при 20 °С становить 344 м/с. Як було сказано раніше у розділі 2, органи слуху людини сприймають звукові коливання в інтервалі частот від 16 до 20000 Гц. Коливання з частотою нижче від 16 Гц — інфразвуки, з частотою вище за 20000 Гц — ультразвуки — не сприймаються органами слуху людини.
Мінімальну інтенсивність звуку, яку людина відчуває, називають порогом чутливості. У різних людей він різний, і тому умовно за поріг чутливості приймають звуковий тиск, який дорівнює 2 • 10-5 Н/м2 (ньютон на метр квадратний) при стандартній частоті 1000 Гц. При цій частоті поріг чутливості Іо = 1012 Вт/м2, а відповідний йому тиск Р =2 • 10-5 Па. Максимальну інтенсивність звуку, при якій вухо починає мати болючі відчуття, називають порогом болісного відчуття, він дорівнює 102 Вт/м2, а відповідний йому звуковий тиск Р = 2 • 102 Па.
Зміни інтенсивності звуку і звукового тиску, що чує людина, величезні і становлять відповідно 1014 і 107 разів, тому оперувати такими великими числами незручно. Тому, для оцінки шуму прийнято вимірювати його інтенсивність і звуковий тиск не абсолютними фізичними величинами, а логарифмами відношень цих параметрів до умовного нульового рівня, що відповідає порогові чутливості стандартного тону, частотою 1000 Гц. Ці логарифми відношень називають рівнями інтенсивності і звукового тиску, виражені в белах (Б). Одиниця виміру «бел» названа за іменем винахідника телефону А. Белла (1847-1922). Оскільки орган слуху людини спроможний розрізняти зміни рівня інтенсивності звуку на ОД Б, то для практичного використання зручнішою є одиниця в 10 разів менша — децибел (дБ).
Рівень інтенсивності звуку L (дБ) визначають за формулою:
звуковий тиск визначають за формулою:
Треба пам'ятати, що бел — це логарифм відношення двох однойменних фізичних величин, і тоді не буде виникати помилок при порівнянні різноманітних звуків за їхньою інтенсивністю (рівнем). Наприклад, якщо тихий шелест листя оцінюється в 1 дБ, а голосна розмова в 6,5 дБ, то звідси не випливає, що розмова перевищує за гучністю шелест листя у 6,5 разів. Відповідно до визначення терміна «бел» одержуємо, що розмова «голосніша» за шелест листя у 316 000 разів (106,5 / 101 = 105,5 = 316000). Останнє є наочною ілюстрацією закону Вебера-Фехнера.
За рівнем інтенсивності звуку не можна судити про фізіологічні відчуття гучності цього звуку, тому що наш орган слуху неоднаково чутливий до звуків різних частот. Звуки, рівні за силою, але з різними частотами, здаються неоднаково гучними. Тому для порівняння звуків різних частот, поряд з поняттям інтенсивності звуку, введено поняття рівня гучності з умовною одиницею — фон. Один фон — гучність звуку при f = 1000 Гц та рівня інтенсивності в 1 дБ. Найбільш чутливим наше вухо є на частотах 800-4000 Гц, а найменш чутливим при 20-100 Гц.
Використання логарифмічної шкали для виміру рівня шуму дає змогу вкладати великий діапазон значень І і Р в порівняно невеликий інтервал чисел від 0 до 140 дБ. У табл. 1 наведено різноманітні «виробники шуму».
Таблиця 1
Рівень шуму, дБ
| Постріл знаряддя | ||
| Постріл гвинтівки | ||
| Старт космічної ракети | ||
| Зліт реактивного літака | ||
| Блискавка | ||
| Рок-музика | ||
| Важка вантажівка | ||
| Відбійний молоток | ||
| Шум дорожнього руху | ||
| Салон автомобіля | ||
| Шум потягу | ||
| Машбюро | ||
| З0 | ||
| Сільська місцевість | ||
| Читальний зал | ||
| Зимовий ліс | Шепіт (1 м) | |
| у безвітряну погоду | ||
| Поріг відчуття |
Якщо значення інтенсивності звуку перевищує 60-80 дБ, то такий шум уже може шкідливо впливати на здоров'я людини: підвищувати кров'яний тиск, викликати порушення ритму серця, створювати значне навантаження на нервову систему, впливати на психічний стан особи. Дуже сильний шум (понад 140-180 дБ) може викликати розрив барабанної перетинки.
Дослідження показали, що шум завдає суттєвої шкоди здоров'ю людини, але й абсолютна тиша лякає і пригнічує її. Так, співробітники одного конструкторського бюро, що мали прекрасну звукоізоляцію, уже через тиждень стали скаржитися на неможливість роботи в умовах гнітючої тиші вони були знервовані, втрачали працездатність. І навпаки, було встановлено, що звуки значної сили стимулюють процес мислення, особливо процес рахунку.
Кожна людина сприймає шум по-різному. Багато залежить від віку, темпераменту, стану здоров'я, навколишніх умов. Деякі люди втрачають слух навіть після короткого впливу шуму порівняно збільшеної інтенсивності.
Постійна дія сильного шуму може не лише негативно вплинути на слух, а й викликати інші шкідливі наслідки — дзвін у вухах, запаморочення, головний біль, підвищення втоми, зниження працездатності.
Шум має кумулятивний ефект, тобто акустичні подразнення, накопичуючись в організмі людини, все сильніше пригнічують нервову систему. Тому перед втратою слуху від впливу шумів виникає функціональний розлад центральної нервової системи. Особливо шкідливий вплив шуму позначається на нервово-психічній діяльності людини. Процес нервово-психічних захворювань є вищим серед осіб, що працюють в умовах шуму, ніж у людей, що працюють у нормальних звукових умовах.
Шуми викликають функціональні розлади серцево-судинної системи, шкідливо впливають на зоровий і вестибулярний аналізатори, знижують рефлекторну діяльність, що часто стає причиною нещасних випадків і травм.
Як довели дослідження вчених, звук, якого не чути, також може зробити шкідливий вплив на здоров'я людини. Так, інфразвуки особливо впливають на психіку людини вражають усі види інтелектуальної діяльності, погіршують настрій, іноді з'являється відчуття розгубленості, тривоги, переляку, страху, а при високій інтенсивності — почуття слабкості, як після сильного нервового потрясіння.
Навіть слабкі інфразвуки можуть здійснювати на людину істотний вплив, особливо якщо вони мають тривалий характер. На думку вчених, саме інфразвуки, що нечутно проникають крізь найтовстіші стіни, викликають багато нервових захворювань у жителів великих міст. Існує гіпотеза, що причиною загибелі екіпажів і пасажирів суден в районі Бермудського трикутника є саме потужні інфразвуки.
Ультразвуки, що займають помітне місце в гамі виробничих шумів, також небезпечні. Механізми їхньої дії на живі організми дуже різноманітні. Особливо сильно до їх негативного впливу схильні клітини нервової системи.
Шум підступний, його шкідливий вплив на організм відбувається незримо, непомітно. Організм людини проти шуму практично беззахисний.
Лікарі говорять про шумову хворобу як про наслідок впливу шуму з переважним ураженням слуху і нервової системи.
Зменшення рівня шуму поліпшує самопочуття людини і підвищує продуктивність праці. 3 шумом потрібно боротися як на виробництві, так і в побуті. Уміння дотримуватися тиші — показник культури людини і його доброго ставлення до навколишніх. Тиша потрібна людям так само, як сонце і свіже повітря.
Не менш сильний вплив на здоров'я і самопочуття людини спричиняє вібрація. Вібрація— це коливання твердих тіл, частин апаратів, машин, устаткування, споруд, що сприймаються організмом людини як струс. Часто вібрації супроводжуються почутим шумом. Вібрація впливає на центральну нервову систему, шлунково-кишковий тракт, вестибулярний апарат, викликає запаморочення, оніміння кінцівок, захворювання суглобів. Тривалий вплив вібрації викликає фахове захворювання — вібраційну хворобу.
Розрізняють загальну і локальну вібрації. Локальна вібрація зумовлена коливаннями інструмента й устаткування, що передаються до окремих частин тіла. При загальній вібрації коливання передаються всьому тілу від механізмів, що працюють, через підлогу, сидіння або робочий майданчик. Найбільш небезпечна частота загальної вібрації 6-9 Гц, оскільки вона збігається з власною частотою коливань внутрішніх органів людини. У результаті цього може виникнути резонанс, це призводить до переміщень і механічних ушкоджень внутрішніх органів. Наприклад, резонансна частота серця, живота і грудної клітини — 5 Гц, голови — 20 Гц, центральної нервової системи — 250 Гц. Частоти сидячих людей становлять від 3 до 8 Гц.
Основні параметри, що характеризують вібрацію, такі: частота f (Гц), амплітуда зсуву А (м) (розмір найбільшого відхилення точки, що коливається, від положення рівноваги), коливальна швидкість v (м/с), коливальне прискорення а (м/с2).
У виробничих умовах припустимі рівні шуму і вібрації регламентуються відповідними нормативними документами.
Зниження впливу шуму і вібрації на організм людини досягається такими методами: зменшення шуму і вібрації у джерелах їхнього утворення, ізоляція джерел шуму і вібрації засобами звуко- і віброізоляції, звуко- і вібропоглинання, архітектурно-планувальні рішення, що передбачають раціональне розміщення технологічного устаткування, машин і механізмів, акустична обробка помешкань, застосування засобів індивідуального захисту.