ФИЗИКО-ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ШУМА
Если из окружающей среды внезапно исчезнут привычные звуки, то человек будет испытывать значительные неудобства, волнение и даже чувство беспричинного страха: ведь люди рождаются и живут в мире звуков. Не следует забывать, что цивилизация достигла высокого уровня развития благодаря способности к общению в форме речи — одного из видов связи с помощью звуков. Тем не менее шум является одним из главных неблагоприятных производственных факторов. Из-за шума у работающих возникает более быстрое утомление, которое приводит к снижению производительности на 10...15%, увеличению числа ошибок при выполнении операций трудового процесса и, следовательно, к повышенной опасности возникновения травм. При длительном воздействии шума снижается чувствительность слухового аппарата, возникают патологические изменения в нервной и сердечно-сосудистой системах.
Шум — это совокупность звуков различной силы и частоты (высоты), беспорядочно изменяющихся во времени. По своей природе звуки являются механическими колебаниями твердых тел, газов и жидкостей в слышимом диапазоне частот (16...20 000 Гц). В воздухе звуковая волна распространяется от источника механических колебаний в виде зон сгущения и разрежения. Механические колебания характеризуются амплитудой и частотой.
Амплитуда колебанийопределяет давление и силу звучания: чем она больше, тем больше звуковое давление и громче звук. Сущность слухового восприятия состоит в улавливании ухом отклонения давления воздуха, создаваемого звуковой волной, от атмосферного. Значение нижнего абсолютного порога чувствительности слухового анализатора составляет 2-10~5Па при частоте 1000 Гц, а верхнего порога — 200 Па при той же частоте звука.
Частота колебанийвлияет на слуховое восприятие и определяв! высоту звучания. Колебания с частотой ниже 16 Гц составляют область инфразвуков, а выше 20 000 Гц — ультразвуков. С возрастом (примерно с 20 лет) верхняя граница воспринимаемых человеком частот снижается: у людей среднего возраста до 13... 15 кГц, пожилого — до 10 кГц и менее. Чувствительность слухового аппарата с увеличением частоты от 16 до 1000 Гц повышается, на частотах 1000...4000 Гц она максимальна, а при частоте более 4000 Гц падает.
Физиологической особенностью восприятия частотного состава звуков является то, что ухо человека реагирует не на абсолютный, а на относительный прирост частот: увеличение частоты колебаний вдвое воспринимается как повышение высоты звучания на определенную величину, называемую октавой. Поэтому октавой принято называть диапазон частот, в котором верхняя граница вдвое больше нижней. Слышимый диапазон частот разбит на октавы со средними геометрическими частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 и 16000Гц. Средние геометрические частоты занимают как бы промежуточное положение в октаве. Их определяют из выражения
fc = √ fнfв
где fн и fв — соответственно нижнее и верхнее значения частоты в октаве.
При гигиенической оценке шума измеряют его интенсивность (силу) и определяют спектральный состав по частоте входящих в него звуков. Интенсивность звука — это количество звуковой энергии, переносимое звуковой волной за единицу времени и отнесенное к единице площади поверхности, перпендикулярной направлению распространения волны. Значения интенсивности звука изменяются в очень широких пределах — от 10-12 до 10 Вт/м2. В связи с сильной растянутостью диапазона изменения интенсивности и особенностями восприятия звуков (см. закон Вебера — Фехнера) введены логарифмические величины — уровень интенсивности и уровень звукового давления, выражаемые в децибелах (дБ). При использовании логарифмической шкалы уровень интенсивности звука:
Li = 101g(I/I0),
уровень звукового давления:
L = 20lg(p/p0)
где I и I0 — соответственно фактическое и пороговое значения интенсивности звука, Вт/м2: I0= 10-12 Вт/м2 при эталонной частоте fэ= 1000Гц; р и P 0 - соответственно фактическое и пороговое звуковое давление, Па: р0 = 2*10-5 Па при fэ= 1000 Гц.
Рис. 19.1. Кривые равной громкости звуков
Использовать логарифмическую шкалу уровней звукового давления удобно, так как отличающиеся между собой по силе в миллиарды раз звуки укладываются в диапазон 130...140 дБ. Например, уровень звукового давления, создаваемый при нормальном дыхании человека, находится в пределах 10...15 дБ, шепоте — 20....25, нормальном разговоре — 50...60, создаваемый мотоциклом—95...100, двигателями реактивного самолета на взлете — 110... 120 дБ. Однако при сравнении различных шумов необходимо помнить, что шум с уровнем интенсивности 70 дБ вдвое громче шума в 60 дБ и в четыре раза громче шума с уровнем интенсивности 50 дБ, что следует из логарифмического построения шкалы. Кроме того, звуки одинаковой интенсивности, но разной частоты воспринимаются на слух неодинаково, особенно при уровне интенсивности менее 70 дБ. Причина такого явления заключается в большей чувствительности уха к высоким частотам.
В связи с этим введено понятие громкость звука,единицами измерения которой служат фоны и соны. Громкость звуков определяют, сравнивая их с эталонным звуком частотой 1000 Гц. Для эталонного звука единицы его интенсивности в децибелах приравнены к фонам (рис. 19.1). Так, громкость звука частотой 1000 Гц и интенсивностью 30 дБ равна 30 фонам, такой же величине равна громкость звука в 50 дБ частотой 100 Гц.
Измерение громкости в сонах нагляднее показывает, во сколько раз один звук громче другого. Уровень громкости в 40 фон
принят за 1 сон, в 50 фон — за 2 сона, в 60 фон — за 4 сона и т. д. Следовательно, с увеличением громкости на 10 фонов ее величина в сонах увеличивается вдвое.
Для обеспечения безопасности производственной деятельности необходимо учитывать способность звуковых волн отражаться от поверхностей или поглощаться ими. Степень отражения зависит от формы отражающей поверхности и свойств материала, из которого она изготовлена. При большом внутреннем сопротивление материалов (таких, как войлок, резина и т. п.) основная часть падающей на них звуковой волны (энергии) не отражается, а поглощается.
Особенности конструкции и формы помещений могут приводить к многократному отражению звука от поверхностей пола, стен и потолка, удлиняя тем самым время звучания. Такое явление называют реверберацией.Возможность возникновения реверберации учитывают на стадии проектирования зданий и помещений, в которых предполагается установить шумные машины и оборудование.
КЛАССИФИКАЦИЯ ШУМА
По источнику образования шум подразделяют на:
механический — создается колебаниями твердой или жидкой поверхности;
аэро- и гидродинамический — возникает в результате турбулентности соответственно газовой или жидкой среды;
электродинамический — обусловлен действием электро- или магнитодинамических сил, электрической дуги или коронного разряда.
По частотеразличают шум низкочастотный (до 300 Гц), среднечастотный (от 300 до 800 Гц) и высокочастотный (более 800 Гц).
По характеру спектрашум бывает:
широкополосный — имеет непрерывный спектр шириной более одной октавы;
тональный — характеризуется неравномерным распределением звуковой энергии с преобладанием большей ее части в области одной-двух октав.
По времени действияразличают следующие виды шума:
постоянный — изменяется в течение рабочей смены не более чем на 5 дБА в ту или иную сторону от среднего уровня;
непостоянный — уровень его звукового давления за рабочую смену может меняться на 5 дБА и более в любую сторону от среднего уровня.
Непостоянный шум, в свою очередь, можно подразделить на:
колеблющийся — с плавным изменением уровня звука во времени;
прерывистый — характеризуется ступенчатым изменением уровня звукового давления на более чем 5 дБА при длительности интервалов с постоянным уровнем давления звука не менее 1 с;
импульсный — состоит из одного или нескольких звуковых сигналов, продолжительность каждого из которых менее 1 с.
Классификацию шума важно учитывать при разработке мероприятий по снижению его вредного влияния на работающих. Например, определение источника возникновения шума и выработка соответствующих оптимальных мер противодействия, направленных на уменьшение уровня давления звука, создаваемого его генератором, способствуют повышению работоспособности людей и снижению их заболеваемости.
Определение частотного спектра шума также важно для обеспечения безопасности и гигиены труда. Так, если низкочастотные звуки распространяются в пространстве сферически от источника их образования, то высокочастотные — в виде узконаправленного потока волн. Поэтому шум низкой частоты легче проникает через неплотные преграды и от него нельзя защититься экранированием, которое особенно эффективно при борьбе с распространением высокочастотного шума.
Неодинаковое действие на организм человека различных видов шума учитывают при его гигиеническом нормировании.