Основные теоретические положения

Шум – это беспорядочное сочетание звуков различной частоты и интенсивности, возникающих при механических колебаниях в твердых, жидких и газообразных средах.

Источниками шума на производстве являются станки по механической обработке металлов, дерева и пластмасс, прессы, внутрицеховой транспорт, краны, механизированный и электрифицированный инструмент, системы вентиляции, аэродинамические установки и др. Источники шума формируют звуковые волны, возникающие в результате нарушения стационарного состояния среды вследствие воздействия на нее возмущающей силы. Звуковые волны распространяются в пространстве, которое называют звуковым полем. Звуковая волна характеризуется следующими физическими величинами:

• звуковое давление Р, Па - дополнительно возникающее в упругой среде переменное давление при прохождении через нее звуковых волн, т.е. разность между средним статическим давлением среды (при отсутствии звуковых волн) и мгновенным значением давления, которое возникает при наличии звуковых волн;

· интенсивность звука I, Вт/м² – энергия, переносимая звуковой волной в единицу времени через единицу поверхности;

· частота колебаний звуковой волны f, Гц – число колебаний звуковой волны в единицу времени;

· звуковая мощность W, Вт – общее количество энергии, которое источник звука излучает в окружающее пространство.

По частоте звуковое поле различается на 3 области: инфразвук – колебания, распространяющиеся в воздушной среде с частотой ниже 16 Гц; звук – колебания с частотой от 16 до 20000 Гц, распространяющиеся в воздухе и воспринимаемые органом слуха человека; ультразвук – колебания, распространяющиеся как в воздухе, так и в твердых средах с частотой более 20000 Гц. По частоте шумы звукового диапазона подразделяются на низкочастотные (ниже 350 Гц), среднечастотные (350-800 Гц) и высокочастотные (свыше 800 Гц).

При распространении звуков любых частот имеют место обычные для волновых движений явления отражения, преломления, дифракции и интерференции.

Область слухового восприятия в зависимости от величины звукового давления находится между порогом слышимости и порогом болевого ощущения. Порог слышимости - минимальное звуковое давление, которое вызывает едва заметное ощущение звука, Р₀=2·10^-5 Па на частоте 1000 Гц. Максимальное звуковое давление, выше которого ухо не воспринимает звук, а ощущает только боль (Р=2·10² Па), называется порогом болевого ощущения. Порогу слышимости при частоте 1000 Гц соответствует интенсивность I₀=10^-12 Вт/м², а порогу болевого ощущения I=10² Вт/м².

Характерной особенностью абсолютных значений звукового давления, звуковой интенсивности, звуковой мощности является большой динамический диапазон, в пределах которого они могут изменяться. Так звуковое давление может изменяться в 10⁷ раз, а интенсивность звука - в 10¹⁴. В этих условиях очень удобным оказалось использование логарифмической шкалы, т.к. это позволяет существенно уменьшить диапазон численных значений измеряемых величин и упростить математический аппарат, описывающий звуковое поле. Величины измеряются в децибелах (дБ) – относительных логарифмических единицах. С учетом этих обстоятельств основными характеристиками шума являются уровень звукового давления и уровень интенсивности звука, определяемые по формулам:

, дБ (1)

,дБ (2)

Диапазон уровней звукового давления находится в пределах от 0 до 140 дБ.

Шум, как сложный звук, может быть разделен на составляющие его простые тоны с указанием интенсивности и частоты. Графическое изображение состава шума называется спектром. По характеру спектра шум может быть широкополосным (с непрерывным спектром шириной больше октавы) или тональным (в спектре имеются выраженные дискретные тона).

При исследовании шумов весь слышимый диапазон звуковых колебаний по частоте можно разбить на отдельные полосы, каждая и которых характеризуется граничными частотами – нижней f_н, средней f_ср и верхней f_в. За среднюю частоту полосы принято принимать среднегеометрическую частоту:

(3)

Чаще всего применяются октавные и третьоктавные полосы. Октавой называется полоса частот, в которой верхняя частота в 2 раза больше нижней частоты. При гигиенической оценке шума и его нормировании акустический диапазон частот разделяют на восемь октавных полос со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц. Граничные частоты для этих октавных полос соответственно равны: 45…90, 90…180, 180…355, 355…710, 710…1400, 1400…2800, 2800…5600, 5600…11200 Гц.

В качестве одночисловой характеристики шума применяется оценка уровня звука в дБА, получаемая посредством измерения шума на характеристике «А» чувствительности шумомера. С помощью специальных фильтров характеристика «А» чувствительности шумомеров подобрана таким образом, что между субъективной реакцией человека и уровнем звукового давления по этой характеристике существует хорошее совпадение, т.е. характеристика «А» шумомеров хорошо имитирует чувствительность человеческого уха во всем акустическом диапазоне частоты.

По временной характеристике шум подразделяется на постоянный, уровень которого за восьмичасовой рабочий день изменяется во времени не более чем на 5дБ, и непостоянный – более чем на 5 дБ. Характеристикой постоянного шума на рабочих местах является средний уровень звука L_ср, дБА, непостоянного – эквивалентный уровень звука L_экв, дБА.

Воздействие шума на организм человека. Шум отрицательно влияет на организм человека и в первую очередь на его центральную нервную и сердечно-сосудистую системы. Длительное воздействие шума снижает остроту слуха и зрения, повышает кровяное давление. Производственный шум нарушает информационные связи, что вызывает снижение эффективности и безопасности деятельности человека, т.к. высокий уровень шума мешает услышать предупреждающий сигнал опасности. Кроме того, шум вызывает обычную усталость. При действии шума снижаются способность сосредоточения внимания, точность выполнения работ, связанных с приемом и анализом информации, и производительность труда. При постоянном воздействии шума работающие жалуются на бессонницу, снижение зрения, вкусовых ощущений, расстройство органов пищеварения и т.д. энергозатраты организма при выполнении работы в условиях шума больше, т.е. работа оказывается более тяжелой. Шум отрицательно воздействуя на слух человека, может вызывать 3 возможных исхода: временно (от минуты до нескольких месяцев) снизить чувствительность к звукам определенных частот, вызвать повреждение органов слуха или мгновенную глухоту. Практика показывает, что безопасным является уровень шума 80 дБ. Опасность потери слуха при десятилетней продолжительности воздействия шума у работающих составляет 10% при уровне 90 дБ, 29% - при 100 дБ и 55% - при 110 дБ. Уровень звука в 130 дБ вызывает болевое ощущение, в 150 дБ – приводит к поражению слуха при любой частоте.

Для предупреждения воздействия шума на человека существует санитарное и техническое нормирование. Санитарное нормирование предполагает установление предельно допустимых уровней шума, которые при ежедневном воздействии в течение многих лет не вызывают заболеваний организма человека. Целью технического нормирования является установление предельных акустических характеристик для каждого конкретного типа оборудования на основе известных и технически осуществимых методов шумоизоляции и шумопоглощения.

Методы и средства защиты от шума. Для снижения шума в производственных помещениях применяют различные методы:

v уменьшение шума в источнике его возникновения – наиболее эффективный метод. Для уменьшения механического шума необходимо своевременно проводить ремонт оборудования, заменять ударные процессы на безударные и т.п. Снижения аэродинамического шума можно добиться уменьшением скорости газового потока, улучшением аэродинамики конструкции. Электромагнитные шумы снижают конструктивными изменениями в электрических машинах;

v уменьшение шума на пути его распространения – достигается посредством установки звукоизолирующих и звукопоглощающих преград виде экранов, перегородок, кожухов, облицовки стен, потолков, использование глушителей и др. Экраны устанавливают между источником шума и рабочим местом; его акустический эффект основан на образовании за ним области тени, куда звуковые волны проникают лишь частично. Глушители шума применяются в основном для уменьшения шума различных аэродинамических установок и устройств. Физическая сущность звукоизолирующих преград состоит в том, что наибольшая часть звуковой энергии отражается от специально выполненных массивных ограждений из плотных твердых материалов. Уменьшение шума в звукопоглощающих преградах обусловлено переходом колебательной энергии в тепловую благодаря внутреннему трению в звукопоглощающих материалах;

v применение средств индивидуальной защиты. Эффективность средств индивидуальной защиты зависит от используемых материалов, конструкции, силы прижатия, правильности ношения. Ушные вкладыши (беруши) вставляют в слуховой канал уха. Их изготавливают из легкого каучука, эластичных пластмасс, резины и т.п. Они позволяют снизить уровень звукового давления на 10…15 дБ. В условиях повышенного шума рекомендуется применять наушники, которые обеспечивают надежную защиту органов слуха (снижение уровня звукового давления на 7-38 дБ). Для предохранения от воздействия шума с уровнем более 120 дБ рекомендуется применять противошумные шлемы, которые герметично закрывают всю околоушную область и снижают уровень звукового давления на 30…40 дБ;

v лечебно-профилактические мероприятия – применение функциональной музыки, санитарное просвещение, медицинские осмотры, организация комнат акустической разгрузки.