4.7.4. Шум, ультразвук та інфразвук

Параметри звукового поля: звуковий тиск, інтенсивність, частота, коливальна швидкість [6].

У зв’язку з технічним прогресом відбувається різке посилення акустичного фону в будь-якій сфері перебування людини, тому боротьба з шумом має нині соціальне значення.

Звук або шум виникає при механічних коливаннях у твердому, газоподібному й рідкому середовищах.

За фізичною сутністю звук - це хвилеподібне розповсюдження механічних коливальних рухів часток пружного середовища.

За гігієнічною сутністю шум – це сукупність звуків, що негативно впливають на організм людини, заважуючи їй у роботі та відпочинку.

Основними параметрами, що характеризують звук є амплітуда коливання, швидкість розповсюдження та довжини хвилі.

Звукові коливання в будь-якому середовищі виникають тоді, коли під дією збуджуючих сил порушується його стаціонарний стан. Частки середовища починають коливатися відносно положення рівноваги, створюючи хвилі звукових пружних деформацій унаслідок ритмічного стиснення й розрідження часток звукового поля. Кожна точка звукового поля характеризується звуковим тиском(Р, Па). У фазі стиснення звуковий тиск позитивний, у фазі розрідження – від’ємний.

Звуковий тиск – це різниця між миттєвим значенням повного тиску й середнім значенням тиску, що спостерігається при відсутності звукового поля.

При розповсюдженні звукових хвиль відбувається перенесення енергії, яка називається інтенсивністю звуку.

Інтенсивність звуку – це енергія, яка переноситься в просторі звуковою хвилею через поверхню 1м перпендикулярно напрямку поширення звукової хвилі за 1 секунду (Вт/м).

Швидкість поширення звукових хвиль залежить від пружних властивостей середовища (у повітрі 334 м/с).

Частотний склад шуму характеризує його спектр. Характер спектру може бути низькочастотним (до 400 Гц), середньочастотним (400-1000 Гц), високочастотним (понад 1000 Гц).

За величиною інтервалів між звуками, з яких складається шум, розрізняють дискретний і суцільний шуми.

За характером змін, що відбуваються в часі, шуми бувають стабільними й перервними. Стабільний шум у часі змінюється несуттєво, а перервний має періодично швидке зростання енергії і її спад через певні паузи.

Звук за своєю сутністю є коливальним рухом. Однак, не кожен звук людина сприймає як звуковий подразник. Слуховий апарат людини реагує тільки на ті коливальні рухи, які відбуваються з певною частотою. Людина найкраще чує звуки в діапазоні від 800 до 4000 Гц.

Мінімальна величина звукової енергії, що сприймається як звук називається слуховим порогом (порогом чутливості) і становить 10 Вт/м (). Мінімальний тиск, який людина сприймає як звук, на частоті 1000 Гц становить Па (). Верхньою межею, за якою звук викликає вже больові відчуття відповідає силі звуку 10Вт/м, а за звуковим тиском - Па.

Отже, інтенсивність звуку на порозі больового відчуття в 10разів перевищує силу звуку на порозі чутливості, а за звуковим тиском – до 10 разів. Різниця між больовим порогом і порогом чутливості дуже велика, тому незручно в акустичних розрахунках використовувати абсолютні величини.

Для характеристики акустичного феномену англійський вчений О.Г. Белл (1847-1922р) ввів спеціальну шкалу акустичних одиниць як найбільш об’єктивну і таку, що відповідає фізіологічній сутності сприйняття. За цією шкалою кожний наступний рівень звукової енергії перевищує попередній у 10 разів. Наприклад, якщо сила одного звука більша від іншого у 10, 100, у 1000 разів, то за логарифмічною шкалою вона відповідає збільшенню на 1,2,3 одиниці (lg10=1 і т. ін). Логарифмічна одиниця, що відображає десятикратне збільшення інтенсивності звука порівняно з іншим в акустиці називається белом.

Вухо людини здатне сприймати зміну сили звуку в 10 разів меншу за бел, тому в практиці застосовують одиницю в 10 разів меншу, яка дістала назву децибел (дБ).

Отже, бел і децибел – це умовні одиниці, які показують наскільки даний звук у логарифмічному масштабі перевищує умовний поріг чутливості. Величини, що вимірюються таким чином, називаються рівнями інтенсивності шуму або рівнями звукового тиску.

Рівень інтенсивності звуку використовують для акустичних розрахунків, а рівень звукового тиску – при оцінці його дії на організм людини, оскільки орган слуху чутливий не до інтенсивності звуку, а до середньоквадратичного звукового тиску.

Визначення рівня інтенсивності звуку для кожної частоти вимагало б великої кількості вимірювань, тому весь слуховий діапазон частот поділяють на 8 звукових октав. Для кожної октави обчислюється середньо геометричне значення частоти, Гц.

Їх значення для кожної октави дорівнюють 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц.

Класифікація шумів за походженням, за характером, спектром та часовими характеристиками.

Шум може бути поданий у виді гармонійних коливань. Розкладання шуму на гармонійні складові (на окремі тони) називається спектральним аналізом.

Спектр шуму – це графічна залежність рівня звукового тиску (L, дБ) від частоти (f,Гц).

За характером спектру шум поділяють:

• на широкосмуговий з безупинним спектром шириною більше однієї октави (октава – смуга частот, у якої верхня гранична частота в два рази перевищує нижню);

• тональний, у спектрі якого є виражені дискретні тони.

За тимчасовими характеристиками шум поділяють:

• на постійний, рівень звуку якого за 8-годинний робочий день змінюється в часу не більше ніж на 5 дБА;

• непостійний, рівень звуку якого за 8-годинний робочий день змінюється в часу більш ніж на 5 дБА;

Непостійний шум поділяють:

• на коливний у часі, рівень звуку якого безупинно змінюється в часі;

• переривчастий, рівень звуку якого східчасто змінюється (на 5 дБ і більше), причому тривалість інтервалів, протягом яких рівень залишається постійним, складає 1с і більше;

• імпульсний, що складається з одного або декількох звукових сигналів, кожний тривалістю менше 1с, при цьому рівні звука, вимірюванні в децибелах А відповідно на тимчасових характеристиках "Імпульс" і "Повільно" шумоміра, відрізняються не менше ніж на 7 дБ.

Нормування шуму

Характеристикою постійного шуму на робочих місцях є рівні звукового тиску, дБ, в октавних смугах частот із середньо геометричними частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц. Для орієнтовної оцінки (наприклад, при перевірці органами нагляду, виявленні необхідності здійснення заходів з шумоглушення та ін.) припускається як характеристику постійного широкосмугового шуму на робочих місцях застосувати рівень звуку в децибелах А, що вимірюється на тимчасовій характеристиці "Повільно" і з урахуванням корекції А шумоміра.

Характеристикою непостійного шуму на робочих місцях є інтегральний критерій – еквівалентний (за енергією) рівень звуку L_{а екв.}, дБА.

Припустимі рівні звукового тиску в октавних смугах частот, рівні звуку й еквівалентні рівні звуку на робочих місцях приведені в ДСН 3.3.6.037-99 [2] (див. додаток 1).

Методи захисту від впливу шуму.

Захист від шуму відповідно до ДСН 3.3.6.037-99 повинен здійснюватися розробкою шумобезпечної техніки, застосуванням засобів і методів колективного захисту [4], засобів індивідуального захисту [6], а також будівельно-акустичними методами.

Основні методи зниження виробничого шуму: усунення причин або ослаблення шуму в джерелі його виникнення; зниження шуму на шляхах його поширення; використання індивідуальних засобів захисту.

Ослаблення шуму в джерелі його виникнення – найбільш раціональний засіб боротьби з шумом.

Зниження шуму на шляху його поширення досягається комплексом будівельно-акустичних заходів. До них відносяться раціональні планувальні рішення (насамперед видалення джерел шуму на відповідну відстань від об'єктів, що захищаються, звукоізоляцію, звукопоглинання і звуковідбиття шуму).

Шум, що поширюється в повітрі (повітряний звук), найбільш радикально може бути знижений влаштуванням на шляху його поширення звукоізолюючих перешкод у вигляді стін, перегородок, перекриттів, спеціальних звукоізолюючих кожухів, кабін і т.п.

Інфразвук та ультразвук.

Ультразвук - це мехашчні коливання пружнього середовища з частотою більше 20 кГц. Ультразвук створює шкідливу дію на організм людини, приводячи до функціональних розладів нервової системи, зміни тиску, складу та властивостей крові, головної болі, швидкої втомлюваності, втрати слухової чутливості. Ультразвук може діяти на людину як через повітряне середовище, так i через рідку та тверду фазу (контактна дія на руки). Згідно з нормами рівень звукового тиску в діапазоні частот 20-100 кГц не повинен перевищувати 110 дб.

Ультразвук використовують для дефектоскопії обладнання, зварних швів, фізико – хімічних досліджень при визначенні густини, пружності структури матеріалу та іншого; очищення поверхонь i т. д.

Захист від дії ультразвуку забезпечується:

- використанням в обладнанні більш високих робочих частот, що мають допустимі piвнi звукового тиску;

- використання звукоізолюючих кожухів та екранів та розміщення звукоізолюючих установок в окремих приміщеннях;

- запобігання безпосереднього контакту з інструментом, рідинами або виробами;

- використання спеціальних приспосіблень: сітки, ручки з віброізолюючим покриттям, гумові рукавищ.

Інфразвук - це коливання пружнього середовища з частотою менше 16 Гц. Дія інфразвуку з рівнем звукового тиску 100 - 120 Дб викликає головний біль, а підвищення рівня звукового тиску - відчуття вібрації внутрішніх органів (на частотах 5-10 Гц), зниження уваги, працездатності, появу відчуття страху, порушення функцій вестибулярного апарату. Відповідно з санітарними нормами рівні звукового тиску в октавних полосах з середньогеометричними частотами 2, 4, 8 та 102 Гц.

Основні джерела інфразвуку: ДВС, реактивні двигуни, вентилятори, поршневі компресори, машини та механізми, що працюють з числом робочих цикшв менше 20 за секунду, кондиціонери, самохідні машини та інше.

Основні заходи боротьби з інфразвуком:

- підвищення швидкохідності машин, що забезпечує перевід максимуму випромінювань в область слухових частот;

- підвищення жорсткості конструкцій великих розмірів;

- установка глушників реактивного типу, в основному резонансних та камерних;

- усунення низкочастотних вібрації;

На відміну від методів боротьби з шумом та вібрацією основним є запобігання виникнення інфразвуку, тобто усунення джерела його виникнення.

Джерела та параметри інфразвукових та ультразвукових коливань.

Ультразвук широко використовуються в багатьох галузях промисловості Джерелами таких коливань є генератори, які працюють в діапазоні частот від 12 до 22 кГц для обробки рідких розплавів, очищення відливок, в апаратах для очищення газів В гальванічних цехах ультразвук виникає під час роботи очищувальних та знежирювальних ванн . Його вплив спостерігається на віддалі 25-50 м від обладнання

Механізми дії ультразвуку на живі організми вкрай різноманітний Він викликає функціональні порушення нервової системи, головний біль, зміни кров'яного тиску та складу і властивостей крові, зумовлює втрату слухової чутливості, підвищену втомлюваність Ультразвук впливає на людину через повітря а також через рідке і тверде середовище Ультразвукові коливання поширюються у всіх згаданих вище середовищах з частотою понад 16000 Гц .

Допустимі рівні ультразвуку в місцях контакту частин тіла оператора з робочими органами машин не повинні перевищувати 110 дБ . За умови сумарної дії ультразвуку від 1 до 4 год . за зміну нормативне значення допускається збільшити на 6 дБ, при впливі від 1/4 до 1 год . - на 12 дБ, від 5 до 15 хв . - на 18 дБ, від 1 до 5 хв . - на 24 дБ . При вимірюванні ультразвуку вимірювальну точку беруть на рівні голови людини на відстані 5 см від вуха Мікрофон повинен бути спрямований в сторону джерела ультразвуку і віддалений не менше, ніж на 0,5 м від людини, яка здійснює вимірювання

Інфразвук - це коливання в повітрі, в рідкому або твердому середовищах з частотою менше 16 Гц Всі механізми, котрі працюють при частотах обертання менше 20 об/с, випромінюють інфразвук При русі автомобіля з швидкістю понад 100 км/год він є джерелом інфразвуку, який утворюється за рахунок зриву повітряного потоку з його поверхні В машинобудівній галузі інфразвук виникає при роботі вентиляторів, компресорів, двигунів внутрішнього згорання, дизельних двигунів Завдяки великій довжині інфразвук поширюється в атмосфері на великі відстані

Дослідження довели, що звук, якого не чути, також шкідливо впливає на здоров'я людини . Так, інфразвуки особливий вплив роблять на психічну сферу людини: уражають 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 робити на людину істотний вплив, особливо якщо вони носять тривалий характер . На думку вчених, саме інфразвуками, що нечутно проникають крізь самі товсті стіни, викликається багато нервових захворювань жителів великих міст Високий рівень інфразвуку викликає порушення функції вестибулярного апарату, зумовлюючи запаморочення, біль голови Знижується увага, працездатність

Практично неможливо зупинити інфразвук за допомогою будівельних конструкцій на шляху його поширення . Неефективні також засоби індивідуального захисту Дієвим засобом захисту є зниження рівня інфразвуку в джерелі його випромінювання Серед таких заходів можна виділити наступні: збільшення частот обертання валів до 20 і більше обертів на секунду; підвищення жорсткості коливних конструкцій великих розмірів; усунення низькочастотних вібрацій; внесення конструктивних змін в будову джерел, що дозволяє перейти з області інфразвукових коливань в область звукових; в цьому випадку їх зниження може бути досягнуте застосуванням звукоізоляції та звукопоглинання