Эксплуатация вооружения и военной техники, оборудования, энергетических установок и транспортных средств сопровождается шумом и вибрациями.
Шумовое загрязнение ‑ это превышение естественного уровня шума и ненормальное изменение звуковых характеристик на рабочих местах, в населенных пунктах и в районах действия войск.
Практически любые звуки, возникающие не из природных источников, можно рассматривать как антропогенное шумовое загрязнение.
С точки зрения физики звук ‑ это колебание в какой-либо упругой среде: в воздухе, в воде, в земной коре. В космосе звука нет.
Если какое-то тело быстро колеблется, оно своим движением то сжимает, то разряжает воздух, то повышает, то снижает его давление. Слои повышенного и пониженного давления разбегаются друг за другом во все стороны от колеблющегося тела и образуют звуковую волну. Звуковая волна создает добавочное изменение давления к существующему атмосферному давлению. Это добавочное давление называется звуковым и именно оно характеризует интенсивность звука или шума. Расстояние между соседними максимумами (или минимумами) давления называется длиной звуковой волны.
Звуковое давление измеряют в ньютонах (Н) на квадратный метр (1 Н/м2 = 1/10 кг/м2) или паскалях (Па); (паскаль ‑ ньютон на квадратный метр). Ухо человека воспринимает звуковые давления от 2 . 10-5 Н/м2 до 20 Н/м2. Звуковое давление, равное 2 . 10-5 Н/м2, приблизительно соответствует порогу восприятия (слышимости) тона с частотой 1000 Гц, а величина звукового давления 20 Н/м2 ‑ порогу болевого ощущения (болевому порогу).
Между этими порогами лежит область слухового восприятия. Диапазон воспринимаемых звуковых давлений изменяется между порогами в миллион раз. Это привело к необходимости использования при измерениях не линейной, а десятичной логарифмической шкалы, предложенной американским изобретателем А.Беллом, по имени которого единица измерения звука названа белом (Б).
Поскольку ухо человека различает звук более низкого уровня, чем 1 бел, то была для практического использования введена дробная единица ‑ децибел (дБ) (децибел ‑ десятикратный десятичный логарифм отношения двух любых величин, из которых одна принята за единицу сравнения). Удвоение звукового давления ведет к увеличению его уровня на 6 дБ. Увеличение звукового давления в 10 раз повышает его уровень на 20 дБ.
В децибелах измеряются не только уровни звукового давления, но и разность уровней, т.е. степень ослабления звука или шума. Звуки разных частот воспринимаются и воздействуют на организм различно, поэтому для гигиенической оценки шума необходимо знать его частотный состав (спектр), т.е. распределение уровней звукового давления в полосах частот, шириной в одну октаву.
Октавой называется интервал частот, где высшая частота в два раза больше низшей.
Оценка частотного состава шума производится по уровням звукового давления в октавных полосах со среднегеометрическими значениями частот 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 (Гц).
Физическая величина, определяемая числом колебаний в единицу времени, называется частотой. Единица измерения частоты ‑ герц (Гц). 1 Гц ‑ частота, при которой за время 1 с происходит одно колебание.
Наше ухо воспринимает колебания, следующие друг за другом не реже 16 и не чаще 20000 раз в секунду. Неслышимые акустические волны с частотами меньше 16 Гц называются инфразвуками, а выше 20 кГц ‑ ультразвуками. Они могут быть обнаружены только приборами.
Скорость звука в сухом воздухе при 00 С равна 331 м/с. В воде звук распространяется со скоростью примерно 1500 м/с. В твердых телах скорость звука достигает нескольких тысяч метров в секунду.
В общем случае скорость звука представляет собой произведение длины звуковой волны и ее частоты.
Интенсивность звука в звуковой волне определяется звуковой энергией, которая проходит в единицу времени через единицу площади поверхности, перпендикулярной направлению волны.
Интенсивность самого слабого звука, ощущаемого людьми с особо острым слухом, ‑ всего 1 пВт/м2 (1 . 10-12 Вт/ м2). И в то же время наше ухо может без вреда переносить звуки огромной интенсивности, вплоть до 10 Вт/ м2, т.е. в 10 миллионов раз сильнее.
При функционировании типового войскового объекта шумовое воздействие на окружающую среду по массированности сопоставимо с химическим загрязнением воздуха.
Неблагоприятные последствия воздействия шума на человеческий организм достаточно хорошо изучены. Под влиянием длительного интенсивного шума развивается прогрессирующее снижение слуха ‑ шумовая тугоухость. Шум является причиной целого ряда нарушений центральной нервной и сердечно-сосудистой систем, способствует развитию психических расстройств, желудочно-кишечных заболеваний, гипертонической болезни, понижает способность к продолжению рода.
Одним из неприятных результатов воздействия шума является так называемое “шумовое опьянение” ‑ возбуждение, возникающее в результате резонанса клеточных структур в ответ на громкие ритмичные звуки. Звуковое опьянение по объективным ощущениям аналогично алкогольному опьянению и одурманиванию наркотиками.
При интенсивности шума 135 - 140 дБ возникают вибрации в мягких тканях носа и горла, в костях черепа и в зубах. Уровни шума выше 140 дБ вызывают вибрации грудной клетки, мышц рук и ног, боли в ушах и голове, крайнюю усталость и раздражительность. При уровне шума 160 дБ может произойти разрыв барабанных перепонок.
Дикие животные и птицы плохо адаптируются к шумовым эффектам и, как правило, эмигрируют из районов интенсивного шума. При шуме 100 дБ растения увядают через 10 дней. Особенно опасна в шуме и вибрациях инфразвуковая и низкочастотная компоненты. Инфразвук на частоте 7 Гц, совпадающий с альфа-ритмом головного мозга, при достаточно высокой интенсивности очень опасен для человека, способен вызывать сильнейшее расстройство здоровья.
В настоящее время в энергетике весьма популярна идея использования энергии солнца, ветра, волн, приливо-отливов. Однако энергетические сооружения такого типа должны создаваться с учетом воздействия на состояние окружающей среды. Без учета таких побочных эффектов строительство и ввод в эксплуатацию энергетических установок может привести к крайне нежелательным экологическим последствиям. Так, например, в штате Огайо (США) была построена “экологически чистая” ветросиловая установка мощностью 10 МВт, представляющая собой сооружение высотой более 100 м. Установка проработала несколько суток и была остановлена, а затем продана на слом, потому что жизнь в радиусе нескольких километров сделалась невозможной из-за присутствия в шуме и вибрациях сильных инфразвуковых, низкочастотных колебаний.
При функционировании войсковых объектов максимальные уровни шумов создают реактивные двигатели при запуске ракет и авиационная техника. Значения акустической энергии достигают 160 - 170 дБ, а интенсивность звука 105 ‑ 106 Вт/м2.
С полетами сверхзвуковых самолетов связано явление звукового удара. Основным параметром звукового удара является его интенсивность, возрастающая с уменьшением высоты и с увеличением скорости полета.
Действие звукового удара на человека определяется неожиданным резким звуком, создающим неприятный эффект и болевые ощущения в органах слуха. Представление о возможной силе звукового удара дают следующие данные: если сверхзвуковой самолет летит над городом на высоте 1300 - 1500 м, звуковой волной будут выбиты стекла в домах. В 1959 году в США 10 человек за плату согласились испытать на себе действие шума сверхзвукового самолета. Самолет пролетел над их головами на высоте 12 - 14 м, и звуковой волной были убиты все испытуемые.
Наибольшую опасность для личного состава представляют инфразвук и ультразвук. Воздействие инфразвука приводит к повышенной утомляемости, слабости, раздражительности, психическим расстройствам. Уровень инфразвука 150 дБ является пределом переносимости при кратковременном воздействии.
Ультразвук возникает при работе турбин, пневмодвигателей, вентиляторов. Низкочастотные ультразвуковые волны (104 ‑ 105 Гц) оказывают неблагоприятное действие на центральную нервную и сердечно-сосудистую системы.
Вибрационное загрязнение ‑ частный случай шумового загрязнения. Оно характеризуется более низкими частотами колебаний и передачей их через твердые предметы, непосредственно соприкасающиеся с работающими механизмами. Для человека особенно опасны вибрации с частотами 6-12 Гц, близкими к частоте собственных колебаний человеческого организма.
Интенсивный шум вредно воздействует на организм человека, ухудшает здоровье и снижает работоспособность людей. Шум ослабляет внимание, замедляет психические и двигательные реакции, вызывает утомление, нарушает точность движений, снижает остроту зрения. Наиболее чувствительными к шуму являются такие функции нервной системы, как слежение, сбор данных, мышление.
Основными методами защиты от шума являются:
· устранение причин шума или существенное его ослабление в источнике образования;
· изоляция источников шума и вибрации от окружающей среды средствами вибро- и звукоизоляции;
· применение средств, поглощающих шум на пути его распространения;
· уменьшение плотности звуковой энергии в помещениях, отражений от стен и перекрытий;
· рациональное размещение оборудования, машин и механизмов;
· рациональная организация режима труда и отдыха;
· применение индивидуальных средств защиты;
· профилактические мероприятия медицинского характера.
На военных объектах широко применяются такие средства индивидуальной защиты, как мягкие противошумные костюмы (при воздействии шумов с интенсивностью более 120 дБ).
При выявлении воздействий вибраций с частотами 6 - 12 Гц и шумов с частотой колебания до 16 Гц (инфразвуковой диапазон) и выше 20 кГц (ультразвуковой диапазон) самой эффективной мерой защиты является прекращение работы источника колебания, а при невозможности такой меры необходима специальная защита работающего персонала и вывод остальных людей за пределы зоны опасных воздействий.