Шум слышимого диапазона и его влияние на человека

Шум – это беспорядочное сочетание звуков различной частоты и интенсивности (силы), возникающих при механических колебаниях в твердых, жидких и газообразных средах. Звук – это составная часть всякого шума. Наиболее простыми звуками являются чистые тона. Высота чистого тона определяется частотой колебаний и измеряется в герцах (Гц). Слуховой анализатор человека воспринимает звуковые волны (колебания) с частотой от 16 до 20000 Гц. Как физиологическое явление шум определяется ощущением, воспринимаемым органом слуха при воздействии на него звуковых волн.

К физическим параметрам шума относятся звуковое давление (Р, Па), уровень звукового давления (L_P), интенсивность звука (I, Вт/м²) и уровень интенсивности звука (L_I). Под звуковым давлением понимают переменную составляющую Р давления в среде, в которой создано звуковое поле (область распространения звуковых колебаний). Звуковое давление – разность между полным давлением и его средним стационарным значением, которое наблюдается в среде без источника звука. Распространение звуковых волн сопровождается переносом энергии. Энергия, переносимая звуковой волной в единицу времени через единицу площади, называется интенсивностью звука.

, (44)

где Е – звуковая энергия, излучаемая источником, Дж; r – радиус сферы, м; ₀ – плотность среды, в которой распространяется звуковая волна, кг/м³; с – скорость распространения звука в данной среде, м/с; V – среднеквадратичное значение колебательной скорости частиц в звуковой волне, м/с.

Произведение ₀  с называется удельным акустическим сопротивлением среды, характеризующее степень отражения звуковых волн при переходе из одной среды в другую, а также звукоизолирующие свойства материалов.

Минимальная интенсивность звука, которая воспринимается ухом, называется порогом слышимости. В качестве стандартной частоты сравнения принята частота 1000 Гц. При этой частоте порог слышимости I₀ = 10^-12 Вт/м², а соответствующее ему звуковое давление Р₀ = 2  10^-5 Па. Максимальная интенсивность звука, при которой орган слуха начинает испытывать болевое ощущение, называется порогом болевого ощущения, равным 10² Вт/м², а соответствующее ему звуковое давление 2  10² Па. Так как разница между болевым порогом и порогом слышимости очень велика (соответственно 10⁷ и 10¹⁴), то пользоваться для оценки звука абсолютными значениями интенсивности или звукового давления крайне неудобно. С учетом того, что ухо человека чувствительно не к интенсивности, а к среднеквадратичному звуковому давлению, т.е. реагирует на относительные его приращения, принято для оценки шума измерять не абсолютные значения интенсивности и звукового давления, а относительные их уровни в логарифмических единицах, взятые по отношению к пороговым значениям Р₀ и I₀.

За единицу измерения уровней звукового давления и интенсивности звука принят децибел (дБ). Использование логарифмической шкалы позволяет весь диапазон воспринимаемых органом слуха звуков выразить шкалой от 0 до 140 дБ. Уровень интенсивности звука определяется по формуле

L_I =10 lg (I / I₀) , (45)

где I – интенсивность звука в данной точке, Вт/м².

Уровень звукового давления определяется по выражению

L_P = 10 lg (P² / P₀²) = 20 lg (P / P₀) , (46)

где P – звуковое давление в данной точке, Па.

К физическим параметрам, характеризующим шум как специфическое ощущение, вызываемое действием звуковых волн на орган слуха человека, относятся громкость, уровень громкости, высота, частотный интервал и продолжительность действия. Ухо человека неодинаково чувствительно к различным звукам. Звуки одной и той же интенсивности, но различной частоты субъективно оцениваются с различной громкостью. И наоборот, звуки различной интенсивности и частоты могут восприниматься органом слуха как одинаково громкие. Например, звук частотой 100 Гц и силой 50 дБ воспринимает как равногромкий звуку частотой 1000 Гц и силой 20 дБ. Для сравнения звуков различных частот введено понятие уровня громкости с условной единицей – фон. Один фон – громкость эталонного звука при частоте 1000 Гц и уровне интенсивности в 1 дБ. На частоте 1000 Гц уровни громкости приняты равными уровням звукового давления.

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 частоте различают шум низкочастотный (до 400 Гц), сред-нечастотный (от 400 до 1000 Гц) и высокочастотный (более 1000 Гц).

Для определения частотной характеристики шума звуковой диапазон (16-20000 Гц) делят на частотные интервалы – октавы. Октавой называется такая полоса частот, в которой верхняя частота f_в в два раза больше нижней f_н. Октавы характеризуются среднегеометрической частотой (Гц)

(47)

Весь диапазон слышимых частот разделен на 9 октав со среднегеометрическими значениями частот 16, 31,5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000Гц.

По характеру спектра шум бывает широкополосный с непрерывным спектром шириной бо­лее одной октавы и тональный, который характеризуется неравномерным распределением звуковой энергии с преобладанием большей ее части в области од­ной-двух октав.

По временным характеристикам шум подразделяют на постоянный (изменяется в течение рабочей смены не более чем на 5 дБА в ту или иную сторону от среднего уровня) и непостоянный (уровень звука за рабочую смену может меняться на 5 дБА и более в любую сторону от сред­него уровня). Непостоянные шумы, в свою очередь, делятся на: колеблющиеся (непрерывное изменение уровня звука во вре­мени), прерывистые (характеризуются ступенчатым изменением уровня звука) и импульсные, состоящие из одного или нескольких звуковых сигналов, продолжительность каждого из которых менее 1с.

Интенсивный шум на производстве способствует снижению внимания и увеличению ошибок при выполнении работы. Шум является причиной преждевременного утомления, ослабления внимания и памяти, развития сердечно-сосудистых заболеваний, обострения язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки. Шум оказывает раздражающее воздействие на весь организм человек (замедляет психические реакции, вызывает раздражительность и т.д.). В результате длительного воздействия шума нарушается нормальная деятельность сердечно-сосудистой и нервной системы, пищеварительных и кроветворных органов, развивается профессиональная тугоухость. По уровню шума и его воздействия на человека все звуки в зависимости от уровня звукового давления можно разделить на следующие составные области: первая область с уровнем звукового давления до 30…35 дБ является привычной для человека, т.к. звуковой анализатор человека мало чувствителен к восприятию звуков таких уровней; вторая область включает уровни шума от 40 до 75дБ; третья область охватывает уровни шума от 80 до 130 дБ, что может привести к профессиональной тугоухости. При действии шума в 140 дБ возможен разрыв барабанных перепонок, контузия, а при 160 дБ и более – летальный исход. В результате воздействия интенсивного шума на орган слуха у рабочего может возникнуть акустическая травма, которая по своей тяжести подразделяется на три степени: легкую (шум в ушах, головокружение без патологических изменений в органах слуха); среднюю (незначительные изменения в барабанной перепонке); тяжелую (необратимые изменения в слуховом аппарате или полная глухота).

Нормирование шума. Нормирование шума проводят двумя методами: первый – по предель­ному спектру шума в дБ; второй – по интегральному показателю (уровню звука) в дБА. Предельный спектр шума – это совокупность нормативных значений звукового давления в дБ в октавных полосах со среднегеометрическими частотами от 31,5 до 8000 Гц.

Первый метод применяют для нормирования постоянного шума. В основу норм положены ограничение уровня звукового давления в пределах октав, характер шума и особенности труда. Сокращенно предельные спектры шума обозначаются ПС с указанием допустимого уровня звукового давления на частоте 1000 Гц, например, ПС – 45, ПС – 55, ПС – 75. Постоянный шум не должен превышать нормативных уровней, приведенных в санитарных нормах СН 2.2.4/2.1.8.562-96.

Второй метод заключается в нормировании интегрального (по всему диапазону частот) уровня шума, измеренного по шкале А шумомера. Этот показатель называют уровнем звука и обозначают дБА (шкала А шумомера). Для различных видов работ принимают разные значения предельного спектра (ПС) шума. Связь уровня звука, выраженного в дБА, с предельным спектром следующая

L_A = ПС + 5 (48)

Методы снижения шума следующие:

• меры законодательного характера включают в себя: норми­рование шума; установление возрастных цензов при приеме на ра­боту, выполняемую в условиях повышенного шума; организацию предварительных и периодических медицинских осмотров работ­ников; сокращение времени работы с шумными машинами и обо­рудованием и др.;

• внедрение автоматического и дистанционного управления обо­рудованием; рациональное планирование помещений; изменение технологии с заменой оборудования на менее шумное; повышение точности изготовления деталей (достигается сни­жение уровня звука на 5…10дБА) и балансировки вращающихся деталей, замена цепных передач ременными, подшипников каче­ния подшипниками скольжения (приводит к уменьшению уровня звука на 10…15дБА), цилиндрических колес с прямыми зубьями цилиндрическими косозубыми; изменение конструкции лопастей вентиляторов; снижение турбулентности и скорости прохождения жидкостями и газами входных и выходных отверстий (например, посредством установки глушителей шума); преобразование возвратно-поступательного движения во вращательное; установка демпфирующих элементов в местах соприкосновения машин и ог­раждающих конструкций помещений и т. д.;

• экранирование или использование звукоизолирующих кожухов;

• изменение направления шума в сторону от рабочих мест;

• отделка стен звукопоглощающими материалами (войлоком, минеральной ватой и т. п.), в кото­рых звуковая энергия за счет вязкого трения в узких порах преоб­разуется в тепловую.

• применение средств индивидуальной защиты в тех случаях, когда перечисленными мерами не удается снизить уровень шума до нормативных значений.

• рациональный режим труда и отдыха, назначение специального питания и лечебно-профилактических процедур.