ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ (ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ) ШУМ, ЕГО ИСТОЧНИКИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ 


            Понятие "шум" является условным. Любой нежелательный в данный момент звук (или звуки) человек воспринимает как шум. Одни и те же звуки разными людьми могут восприниматься по-разному. Физиологи и гигиенисты определяют шум как нежелательный звук, потенциально наносящий вред здоровью. Машины и механизмы, используемые на производстве, являются источниками звуков различной частоты и интенсивности, изменяющихся во времени. Поэтому производственный шум рассматривают как совокупность звуков различной интенсивности и частоты, беспорядочно изменяющихся во времени и вызывающих у работающих неприятные субъективные ощущения.

Характеристики и виды производственных шумов

            Производственный шум характеризуется спектром, который состоит из звуковых волн разных частот. 

           При исследовании шумов обычно слышимый диапазон 16 Гц - 20 кГц  разбивают на полосы частот и определяют звуковое давление, интенсивность или звуковую мощность, приходящиеся на каждую полосу.  Как правило, спектр шума характеризуется уровнями названных величин, распределенными по октавным полосам частот. Полоса частот, верхняя граница которой превышает нижнюю в два раза, т.е.  f2 = 2 f1 , называется октавой.

     Для более детального исследования шумов иногда используются третьеоктавные полосы частот, для которых  f2 = 21/3 f1 = 1,26 f1. Октавная или третьеоктавная полоса обычно задается среднегеометрической частотой:   

Описание: http://ftemk.mpei.ac.ru/bgd/images/Shum_/Ist_sh_/Vid2.gif

Существует стандартный ряд среднегеометрических частот октавных полос, в которых рассматриваются спектры шумов (fсг мин = 31,5 Гц,  fсг макс = 8000 Гц).

 По частотной характеристике различают шумы: 

  • низкочастотные ( fсг < 250);
  • cреднечастотные (250 < fсг <= 500);
  • высокочастотные (500 < fсг <= 8000).

Производственные шумы имеют различные  спектральные и временные характеристики, которые определяют  степень их воздействия на человека. По этим признакам шумы подразделяют на несколько видов.

Классификация шумов

Способ классификации

Вид шума

Характеристика шума

По характеру спектра шума

  • широкополосные

Непрерывный спектр шириной более одной октавы

  • тональные

 

В спектре которого имеются явно выраженные дискретные тона

По временным характеристикам

  • постоянные

Уровень звука за 8 часовой рабочий день изменяется не более чем на 5 дБ(А)

  • непостоянные:

колеблющиеся во времени

прерывистые

импульсные

Уровень звука за 8 часовой рабочий день изменяется  более чем на 5 дБ(А)

 

Уровень звука непрерывно изменяется во времени

Уровень звука изменяется ступенчато не более чем на 5 дБ(А), длительность интервала 1с и более

Состоят из одного или нескольких звуковых сигналов, длительность интервала меньше 1с 

 

По природе возникновения шумы машин или агрегатов делятся на:

·   механические,

·   аэродинамические и   гидродинамические,

·   электромагнитные.

При работе различных механизмов, агрегатов, оборудования одновременно могут возникать шумы различной природы.

Любой источник шума характеризуется, прежде всего, звуковой мощностью. 

Звуковая мощность источника W, Вт – это общее количество звуковой энергии, излучаемой источником шума в окружающее пространство.

Если окружить источник шума замкнутой поверхностью площадью S, то звуковая мощность источника

Описание: http://ftemk.mpei.ac.ru/bgd/images/Shum_/Ist_sh_/har1.gif

где I(S), P(S) – законы распределения интенсивности звука и звукового давления по поверхности S.  

Для характеристики источника шума используется также уровень звуковой мощности   LW, дБ

        LW  = 10 lg (W/W0),     

где W0 =I0 * S0 =  P02 * S0/r c  = 10-12Вт – пороговая звуковая мощность на частоте 1000  Гц, I0 =10-12Вт/м2, S0 = 1 м2.

Для определения уровня звуковой мощности источника на некотором одинаковом от него расстоянии  r  в n точках измеряют уровень звукового давления PI   и вычисляют

Описание: http://ftemk.mpei.ac.ru/bgd/images/Shum_/Ist_sh_/har4.gif                                             

где   S  - площадь сферы радиусом r (если источник расположен на полу помещения, то площадь полусферы), 

Описание: http://ftemk.mpei.ac.ru/bgd/images/Shum_/Ist_sh_/har5.gif

Поскольку источники производственного шума, как правило, излучают звуки различной частоты и интенсивности, то полную шумовую характеристику  источника дает шумовой спектр - распределение звуковой мощности (или уровня звуковой мощности) по октавным полосам частот.

Источники шума часто излучают звуковую энергию неравномерно по направлениям. Эта неравномерность излучения характеризуется коэффициентом Ф(j) -фактором направленности.

Фактор направленности  Ф(j) показывает отношение интенсивности звука I(j), создаваемого источником в направлении с угловой координатой j  к интенсивности Iср, которую развил бы в этой же точке ненаправленный источник, имеющий ту же звуковую мощность и излучающий звук во все стороны равномерно        

                                               Ф(j) = I(j) /Iср = p2(j)/p2ср,                         

где  рср - звуковое давление (усредненное по всем направлениям на постоянном расстоянии от источника); p (j ) - звуковое давление в угловом направлении j, измеренное на том же расстоянии от источника.  

Характеристику направленности излучения можно описать через соответствующие уровни в дБ:

                           G(j) = 10 lg Ф(j) = 10 lg (I(j) /Iср) = 20 lg (p(j)/pср) = L - Lср.          

Стандартными шумовыми характеристиками, которые указываются в прилагаемой к машине технической документации, являются: 

  • уровни звуковой мощности , дБ в октавных полосах частот; 
  • корректированный по шкале A уровень звуковой мощности  L , дБА:

Описание: http://ftemk.mpei.ac.ru/bgd/images/Shum_/Ist_sh_/har6.gif                         

                                                             

Описание: http://ftemk.mpei.ac.ru/bgd/images/Shum_/Ist_sh_/har7.gif                                                                                                   

         где   LW i  - уровень звуковой мощности i - ой октавы, дБ;  DLАi - поправка по шкале А;

  • максимальный показатель направленности излучения шума Gmax(j)  в октавных полосах частот в дБ;
  •  максимальный показатель направленности излучения шума Gmax(j), дБА.   

НЕГАТИВНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ШУМА НА ЧЕЛОВЕКА И ЗАЩИТА ОТ НЕГО


Слух позволяет человеку воспринимать звуковую информацию. Вместе с тем, насыщение окружающего пространства шумами повышенной интенсивности может привести к искажению звуковой информации и  нарушению слуховой активности человека.  

Проявление вредного воздействия шума на организм человека весьма разнообразно.

Наиболее опасно длительное воздействие интенсивного шума на слух человека, которое может привести  к частичной или полной потере слуха. Медицинская статистика показывает, что тугоухость в последние годы выходит на ведущее место в структуре профессиональных заболеваний и не имеет тенденции к снижению.

Поэтому важно знать особенности восприятия звука человеком, допустимые с точки зрения обеспечения здоровья, высокой производительности и комфортности уровни шума, а также средства и способы борьбы с шумом.

Восприятие звука человеческим ухом представляет собой сложный процесс. Человеческое ухо неодинаково реагирует на звуки с разными частотами.Чувствительность уха заметно увеличивается при частотах от 20 до 1000 Гц. Наибольшей чувствительностью человеческое ухо обладает в диапазоне частот от 1000 Гц до 4000 Гц, где она практически постоянна. После частоты 4000 Гц чувствительность уха снова уменьшается. Чтобы услышать низкий тон с частотой 50 Гц, требуется звуковое давление, в 100 раз превышающее звуковое давление, соответствующее тону с частотой 1000 Гц.

 Человек воспринимает звуковое давление и оценивает громкость звука. Единица измерения уровня громкости звука - фон - это уровень громкости звука, для которого уровень звукового давления равногромкого с ним звука частотой 1000 Гц равен 1 дБ , т.е.

Описание: http://ftemk.mpei.ac.ru/bgd/images/Shum_/Svuk_/Lfona.gif

Уровень одинаковой громкости звуковых сигналов в фонах на разных частотах не соответствует уровню звукового давления в децибелах и совпадают они лишь на частоте 1000 Гц .

Чтобы оценить уровень громкости шума со сложным  спектром одним числом, используется  стандартная  частотная характеристика А, приближающаяся к частотной характеристике чувствительности человеческого уха. При этом для коррекции уровней звукового давления (приведения в соответствие  с уровнями громкости)  в каждой октавной полосе частот используются поправки по шкале А.

Корректированный по шкале А уровень шума  L = Lф называется   акустическим уровнем шума с единицей измерения дБ(А) (или дБА). 

Коррекция по шкале А  используется для оценки шума на рабочих местах  и шумовых характеристик источников шума. 

Шум производственного происхождения меняется по интенсивности, частоте и времени в зависимости от типа и количества машин и механизмов, задействованных в технологическом процессе. Поэтому оценку шумового загрязнения среды и его действия на человека целесообразно проводить, используя понятие эквивалентного уровня энергии шума Еэкв, который определяется математическим методом и соответствует по энергии  уровню соответствующего постоянного шума,

Описание: Еэкв.gif (722 bytes)

где tш - время действия шума; Еш(t) - изменение энергии шума во времени.

 Эквивалентная энергия должна быть меньше максимально допустимой энергии, при которой появляются отрицательные последствия. Предполагается, что повреждение, вызванное воздействием переменного шума Еш(t), равно повреждению, вызванному постоянным шумом такой же энергии Еэкв. Таким образом, если время воздействия снижается в 2-3 раза, то максимально допустимый уровень звуковой энергии можно увеличить во столько же раз соответственно. Такой подход используется при измерении и нормировании непостоянных шумов.

ВРЕДНЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ШУМА НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА

Проявление вредного воздействия шума на организм человека весьма разнообразно.

 Длительное воздействие интенсивного шума (выше 80 дБА) на слух человека приводит к его частичной или полной потере. В зависимости от длительности и интенсивности воздействия шума происходит большее или меньшее снижение чувствительности органов слуха, выражающееся  временным смещением порога слышимости , которое исчезает после окончания воздействия шума, а при большой длительности и (или) интенсивности шума происходят необратимые потери слуха (тугоухость), характеризуемые постоянным изменением порога слышимости.

Различают следующие степени потери слуха:

  • I степень (легкое снижение слуха) – потеря слуха в области речевых частот составляет 10 - 20 дБ, на частоте 4000 Гц  –  20 - 60 дБ;
  • II степень (умеренное снижение слуха) – потеря слуха в области речевых частот составляет 21 - 30 дБ, на частоте 4000 Гц  –  20 - 65 дБ;
  • III степень (значительное снижение слуха) – потеря слуха в области речевых частот составляет 31 дБ и более, на частоте 4000 Гц  –  20 - 78 дБ.

 Действие шума на организм человека не ограничивается воздействием на орган слуха. Через волокна слуховых нервов раздражение шумом передается в центральную и вегетативную нервные системы, а через них воздействует на внутренние органы, приводя к значительным изменениям в функциональном состоянии организма, влияет на психическое состояние человека, вызывая чувство беспокойства и раздражения. Человек, подвергающийся воздействию интенсивного (более 80 дБ) шума, затрачивает в среднем на 10 – 20% больше физических и нервно-психических усилий, чтобы сохранить выработку, достигнутую им при уровне звука ниже 70 дБ(А). Установлено повышение на 10 – 15% общей заболеваемости рабочих шумных производств. Воздействие на вегетативную нервную систему проявляется даже при небольших уровнях звука (40 – 70 дБ(А). Из вегетативных реакций наиболее выраженным является нарушение периферического кровообращения за счет сужения капилляров кожного покрова и слизистых оболочек, а также повышения артериального давления (при уровнях звука выше 85 дБА).

Воздействие шума на центральную нервную систему вызывает увеличение латентного (скрытого) периода зрительной моторной реакции, приводит к нарушению подвижности нервных процессов, изменению электроэнцефалографических показателей, нарушает биоэлектрическую активность головного мозга с проявлением общих функциональных изменений в организме (уже при шуме 50 – 60 дБА), существенно изменяет биопотенциалы мозга, их динамику, вызывает биохимические изменения в структурах головного мозга.

При импульсных и нерегулярных шумах степень воздействия шума повышается

Изменения в функциональном состоянии центральной и вегетативной нервных систем наступают гораздо раньше и при меньших уровнях шума, чем снижение слуховой чувствительности. 

В настоящее время "шумовая болезнь" характеризуется комплексом симптомов:

  • снижение слуховой чувствительности;
  • изменение функции пищеварения, выражающейся в понижении кислотности;
  • сердечно-сосудистая недостаточность;
  • нейроэндокринные расстройства.

Работающие в условиях длительного шумового воздействия испытывают раздражительность, головные боли, головокружение, снижение памяти, повышенную утомляемость, понижение аппетита, боли в ушах и т.д. Воздействие шума может вызывать негативные изменения эмоционального состояния человека, вплоть до стрессовых. Все это  снижает работоспособность человека и его производительность, качество и безопасность труда. Установлено, что при работах, требующих повышенного внимания, при увеличении уровня звука от 70 до 90 дБА производительность труда снижается на 20%.

Ультразвуки (свыше 20000 Гц)  также являются причиной повреждения слуха, хотя человеческое ухо на них не реагирует. Мощный ультразвук воздействует на нервные клетки головного мозга и спинной мозг, вызывает жжение в наружном слуховом проходе и ощущение тошноты.

Не менее опасными являются инфразвуковые воздействия акустических колебаний (менее 20 Гц). При достаточной интенсивности инфразвуки могут воздействовать на вестибулярный аппарат, снижая слуховую восприимчивость и повышая усталость и раздражительность, и приводят к нарушению координации. Особую роль играют инфрачастотные колебания с частотой 7 Гц. В результате их совпадения с собственной частотой альфа - ритма головного мозга наблюдаются не только нарушения слуха, но и могут возникать внутренние кровотечения. Инфразвуки (6 - 8 Гц) могут привести к нарушению сердечной деятельности и кровообращения.

Шум оказывает негативное влияние на весь организм человека. Шумы средних уровней (менее 80 дБА) не вызывают потери слуха, но тем не менее оказывают утомляющее неблагоприятное влияние, которое складывается с аналогичными влияниями других вредных факторов и зависит от вида и характера трудовой нагрузки на организм. 

Нормирование шума призвано предотвратить нарушение слуха и снижение работоспособности и производительности труда работающих.

Для разных видов шумов применяются различные способы нормирования.

  Для постоянных шумов нормируются уровни звукового давления LPi (дБ) в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц. Для ориентировочной оценки шумовой характеристики рабочих мест допускается за шумовую характеристику принимать уровень  звука L в дБ(А), измеряемый по временной характеристике шумомера «S - медленно».

Нормируемыми параметрами прерывистого и импульсного шума в расчетных точках следует считать эквивалентные (но энергии) уровни звукового давления Lэкв в дБ в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 63, 125, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц.