Джерелами шуму на виробництві є коливання, що виникають при зіткненні, терті, ковзанні твердих тіл, витіканні рідин і газів, при роботі верстатів, ручних інструментів, електричних машин і т. п.
У практиці виробничої санітарії шумом називається будь-який небажаний звук або сукупність звуків різної частоти й інтенсивності, що несприятливо впливають на організм людини.
За фізичною сутністю шум – це механічні коливання часток пружного середовища (газу, рідини, твердого тіла), що виникають під впливом будь-якої зовнішньої сили.
Пружні коливання часток середовища частотою 16 Гц…20 кГц називаються звуковими, коливання частот нижче 16 Гц – інфразвуковими, а коливання частотою вище 20 кГц – ультразвуковими.
Хоча інфразвукові й ультразвукові коливання не викликають звукового відчуття у людини, вони біологічно впливають на її організм.
2.5.1. Класифікація виробничого шуму
Гігієнічна оцінка шуму допускає його класифікацію за двома принципами – характером спектра і часовими характеристиками.
За характером спектра:
- Широкополосний шум – з безперервним спектром більше 1-ї октави*;
- Вузькополосний (тональний) шум – з безперервним спектром менше однієї октави або в спектрі якого присутні виражені дискретні тони. Тональний характер шуму встановлюється виміром у триоктавних смугах частот і визначається при перевищенні рівня в одній смузі над сусідніми не менше ніж на 10 дБ.
*Примітка: Октавною смугою називається такий діапазон частот, в якому верхня частота (f2) у два рази вище нижньої граничної частоти (f1).
За часовими характеристиками:
- Постійний – рівень звуку якого за 8-часовий робочий день змінюється в часі не більше ніж на 5 дБ А**.
** Індекс А означає виміри рівня шуму за шкалою А шумоміра, в режимі «повільно». Ця шкала відповідає частотній характеристиці звукового аналізатора людини, в якій низькочастотні складові шуму ослаблені в порівнянні з високочастотними.
- Непостійний – рівень звуку якого за 8-часовий робочий день змінюється в часі більше ніж на 5 дБ А.
Непостійний шум, у свою чергу, підрозділяється на такі категорії:
а) коливні в часі, рівень звуку яких безупинно змінюється в часі;
б) переривчасті, рівень звуку яких східчасто змінюється більше ніж на 5 дБ А при тривалості інтервалів з постійним рівнем шуму > 1 С.
- Імпульсні, що складаються з одного або декількох звукових сигналів, кожен тривалістю < 1С.
Постійний шум на робочих місцях оцінюється рівнем звукового тиску в дБ, що вимірюється на середньогеометричних частотах (Fср) октавних смуг зі значеннями 31,5; 63; 125; 250; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц. Середньогеометричну частоту () октавної полоси обчислюють за формулою:
де f1, f2 – відповідно верхня і нижня частоти октавної полоси.
Як одночислову характеристику шуму використовують параметр рівня звуку в дБ А, що являє собою середньозважену величину частотних характеристик звукового тиску з урахуванням біологічної дії на організм людини.
Характеристики шуму
Основними характеристиками шуму є спектр (сукупність частот окремих звуків, з яких складається шум), інтенсивність звуку (I), звуковий тиск (Р), швидкість звуку в середовищі (С), довжина хвилі (λ), частота (f). Як і в будь-якому іншому хвильовому процесі, довжина хвилі звуку (λ) пов’язана з частотою і швидкістю його поширення відомою залежністю
λ = C/f.
Швидкість поширення звукових хвиль залежить від пружних властивостей, температури, щільності, вологості середовища, в якому вони поширюються. Наприклад, усереднена швидкість поширення звукових хвиль у бетоні дорівнює 3000 – 4000 м/с, у сталі – 5000 м/с, а в повітрі, при tº = 20 ºС, та тиску В = 760 мм. рт. ст., дорівнює 344 м/с.
При поширенні звуку в пружному середовищі під дією звукових коливань утворюються ділянки згущення і розрідження тиску, які чергуються, що і визначає величину звукового тиску (P), як різницю тисків в збудженому (Р2) і не збудженому (Р1) середовищі (рис. 2.11). Іншими словами, стосовно повітряного середовища, звуковий тиск це перемінна складова тиску повітря, що виникає в результаті збудження звуком, який накладається на атмосферний тиск і викликає його флуктуації.
Процес поширення звуку відбувається з перенесенням кінетичної енергії, який виражається у вигляді інтенсивності звуку (I).
Інтенсивність звуку – це середня кількість звукової енергії, що проходить в одиницю часу через одиницю поверхні, перпендикулярну до напрямку поширення звуку:
I = V · P ; I = P²/(ρ · С).
де V – миттєве значення швидкості коливань; Р – миттєве значення звукового тиску; ρ – щільність середовища; (ρ · С) – питомий акустичний опір середовища; С – швидкість звуку в середовищі.
Існують мінімальні значення інтенсивності звуку (Io) та звукового тиску (Рo), що розрізняються органами слуху людини. Ці величини називаються граничними. Вони встановлені для частоти 1000 Гц і складають Io = 10ˉ¹² Вт/м²; Рo = 2 · 10ˉ5 Па.
Вплив звуку на межі болючого відчуття людини перевищує граничні значення ~ у 1014 разів. Причому, значення цих порогів залежать і від частоти звукових коливань. Так, найнижчі граничні значення цих параметрів спостерігаються в діапазоні 1…5 кГц.
У зв’язку з таким значним динамічним діапазоном сприйняття інтенсивності звуку і звукового тиску людиною, для зручності графічного зображення, наприклад за частотним спектром, представляють відносні логарифмічні рівні інтенсивності й звукового тиску стосовно граничних значень I0 і Р0 у такому вигляді:
Li = 10 Lg I / I0.
Оскільки інтенсивність звуку (I) пропорційна квадрату звукового тиску (Р), то виходячи з цього, можна представити величину логарифмічного рівня інтенсивності звуку в такий спосіб:
Lр = 10 Lg Р² / Р²0 = 20Lg Р / Р0.
Цю величину прийнято називати рівнем звукового тиску. Вона використовується при акустичних вимірах і визначенні нормативних значень, що вказані у відповідних нормативних документах.
Відповідно до прийнятих одиниць виміру виходить, що коли діюча інтенсивність звуку, наприклад (I1), перевищує граничну в 10 разів, тобто I1 / I0 = 10 то результуюча величина складає 1 Б (Бел). Якщо перевищення становить 100 разів, то I2 / Iо = 2 Б. і т. д.
У такий спосіб забезпечується вимір рівня звукового тиску у відносних одиницях – Белах. Причому встановлено, що орган слуху людини здатний розрізняти приріст інтенсивності звуку на 0,1 Б, тобто на 1 dБ, який і прийнятий за основну одиницю виміру.
З фізіологічних позицій звук – це відчуття, що виникають у звуковому аналізаторі людини в результаті дії флуктуацій тиску часток пружного середовища зазначеної частоти. Для з’ясування більш повної фізичної сутності звукових хвиль необхідно зупинитися на закономірності, що спостерігаються при поширенні їх у повітрі.
Закономірності, що спостерігаються при поширенні
звукових хвиль у повітрі
Звуковим хвилям властиві визначені закономірності, що спостерігаються при поширенні їх у часі й просторі. До цих закономірностей відносяться явища відбиття, переломлення, дифракції та інтерференції хвиль.
Розглянемо ці закономірності в мінімальному приближенні до їх фізичної суті.
Явище дифракції звукових хвиль. При поширенні звуку в приміщенні, тобто в обмеженому просторі, фронт звукової хвилі наштовхується на перешкоди – границі розділу середовищ, наприклад, повітряного (робочої зони) і бетонного (матеріалу стіни) або матеріалу спеціальної шумозахисної перегородки. При цьому частина звукової енергії відбивається назад у приміщення, а деяка – передається через перешкоду (матеріал стіни чи шумозахисної перегородки), тим самим викликаючи утворення нового звукового поля. Характеристики цього поля залежать, в основному від акустичних властивостей матеріалу шумозахисної перегородки, а також від її розмірів. Причому, при деяких співвідношеннях геометричних розмірів шумозахисної перегородки (l1) та довжини звукової хвилі (l2) остання може обгинати цю перегородку. Таке явище називається дифракцією.
Слід зазначити, що коли розміри шумозахисної перегородки менше довжини хвилі, то значна частина звукової енергії внаслідок дифракції пошириться за перешкоду.
Якщо ж довжина хвилі менше розміру шумозахисної перегородки, що знаходиться на шляху поширення фронту хвилі, то в цьому разі за перешкодою утвориться так звана «акустична тінь».
У випадку, коли спостерігається огинання перешкоди (шумозахисної перегородки) або відбиття хвилі, то відбувається арифметичне підсумовування амплітуд хвилі у кожній точці простору. В тих точках простору, до яких обидві хвилі (падаюча та відбита) приходять у фазі, спостерігається їх підсилення. Якщо ж хвилі приходять у протифазі, то відбувається ослаблення їх результуючої амплітуди. Таке явище називається інтерференцією.
Розглянуті закони поширення звукових хвиль мають цілком визначені математичні закономірності й повинні враховуватися при проектуванні будинків, споруд, розробці технічних засобів захисту від шуму.
2.5.2. Вплив шуму на організм людини
Інтенсивний шумовий вплив викликає в звуковому аналізаторі людини зміни, які спричиняють відповідну реакцію всього організму. В цьому плані характерною рисою звукового аналізатора людини є ефект адаптації, який виражається в часовому зсуві (підвищенні) порогів слухової чутливості (Iо). Цей ефект викликається тривалим впливом акустичних коливань (шуму) підвищеного рівня. Підвищення слухових порогів, тобто постійне зміщення порогу слуху, виражається в розвитку професійного захворювання, яке називається глухуватістю (погіршенням слуху).
Серед численних проявів несприятливого впливу шуму на організм людини виділяють: погіршення слуху, зниження розбірливості мови, розвиток втомлення, порушення сну, серцебиття.
Літературні дані показують, що збільшення виробничого шуму на 10 дБ виражається в підвищенні рівня захворюваності працюючих в 1,2…1,3 рази.
З цього виходить, що несприятливий вплив шуму на організм людини має істотні як фізіологічні, так і економічні наслідки.
2.5.3. Гігієнічне нормування виробничого шуму. Оцінка рівня
виробничого шуму
У нашій країні правилам гігієнічного нормування шуму приділяють увагу з 1956 р. Відповідно до медичних показань ці норми переглядаються у бік зниження ГДР. На даний час діють «Державні санітарні норми виробничого шуму, ультразвуку та інфразвуку. ДСН 3.3.6.037-99.
Непостійний шум на робочих місцях оцінюється інтегральним параметром – еквівалентним рівнем звуку в дБА. Допускається також характеризувати непостійний шум величинами доза шуму або відносна доза шуму. При цьому поняття «еквівалентний рівень шуму» виражає величину рівня шуму за певний час (у країнах СНД – за 8 годин), усереднене за правилом рівної енергії, а «доза шуму» – кількісну характеристику шуму за час його дії.
Для дослідження шуму використовують диференційний та інтегральний методи.
Диференційний метод полягає у вимірюванні рівня звукового тиску на середньогеометричних частотах кожної октавної полоси. Цей метод, в основному використовують для дослідження нового обладнання, технологічних процесів.
Інтегральний метод полягає у вимірі одночислової характеристики – рівня звуку відносно всього спектра звукових коливань. Використовують цей метод для перевірки відповідності шумової обстановки у виробничих приміщеннях, які попередньо пройшли дослідження диференційним методом.
При оцінці шуму вимірювані величини порівнюють з гранично допустимими величинами (ГДР) рівня звукового тиску чи рівня звуку (еквівалентних рівнів звуку). Причому, для тонального й імпульсного шумів граничні значення зменшуються на 5 дБ. Для коливному в часі й переривчастому шумі максимальний рівень звуку складає Lmax < 110 дБ А, для імпульсного Lmax < 125 дБ.
Вимірювання виконують спеціальними приладами – шумомірами. Зовнішній вигляд приладу для вимірювання шуму і вібрації типу ВШВ-003 наведений на рис. 2.12.
Вимірювання шуму виконують в такий спосіб:
- на постійних робочих місцях – в зонах розташування органів керування технологічним устаткуванням;
- у робочих зонах обслуговування машин – не менше, ніж у трьох точках робочої зони.
Мікрофон шумоміра розташовують на висоті 1,5 м, на відстані 0,5 – 1м від обладнання (при дослідженні рівня шуму в кабінах мікрофон встановлюють у її центрі). Виміри виконують за шкалою А шумоміра, у режимі «повільно». При дослідженні постійного шуму фіксують рівні звукового тиску в октавних смугах на середньо геометричних частотах, а при непостійному – еквівалентні рівні звуку.
2.5.4. Заходи і засоби захисту працюючих від шкідливої дії
виробничого шуму
Заходи з боротьби із шумом підрозділяються на організаційні, медико-профілактичні, архітектурно-планувальні, технічні.
Організаційні й архітектурно – планувальні заходи:
- угруповання приміщень з підвищеним рівнем шуму в одній зоні будинку, відділення їх коридорами, підсобними, допоміжними, складськими приміщеннями;
- застосування результатів математичного прогнозування рівня шуму на етапі проектування будівництва або реконструкції;
- проектування по можливості більшої кількості виробничих приміщень витягнутої форми, висотою 6…7 м. При цьому забезпечується зменшення числа відбиття звукових хвиль;
- заборонено діючим стандартом перебування працюючих у зонах з рівнями звукового тиску L > 135 дБ у будь-якій октавній смузі.
Медико-профілактичні:
- проведення попередніх та періодичних медичних оглядів, диспансерне спостереження за здоров’ям працюючих в умовах підвищеного рівня шуму протягом першого року роботи (через індивідуальну чутливість людини відносно дії шуму);
- підвищення опірності організму працюючих до впливу шуму (щоденний прийом вітамінів В1, С протягом 2-х тижнів);
- використання кімнат психологічного розвантаження, санітарно-курортного лікування.
Технічні засоби захисту від шкідливої дії шуму передбачають використання трьох головних напрямків:
а) усунення причин виникнення шуму або зниження його рівня в джерелі;
б) ослаблення шуму на шляху його поширення;
в) індивідуальний захист працюючих.
Найбільш ефективним шляхом зниження шуму є заміна гучних технологічних операцій на малошумні, наприклад, штампування – пресуванням, заміна клепки – зварюванням і т. п.
Так як реалізація таких методів захисту не завжди реальна та доцільна з економічної точки зору, то застосовують зниження шуму в джерелі: застосування в механізмах матеріалів із звуковбирними властивостями, своєчасне проведення профілактики й планово-попереджувальних ремонтів.
Одним з найбільш простих рішень щодо зниження шуму на шляху його поширення є застосування звукоізолюючих кожухів – звуковідбиваючих або звукопоглинаючих.
Звуковідбиваючі кожухи забезпечують зниження рівня звуку за рахунок високого коефіцієнта відбиття. Такі кожухи можуть знизити рівень звукового тиску на 20…25 дБ.
Звукопоглинаючі кожухи забезпечують зменшення звуку за рахунок перетворення кінетичної енергії звукових хвиль у теплову при коливанні малих об’ємів повітря в порах звукопоглинаючого матеріалу. Такі кожухи можуть знизити рівень звукового тиску на 20…30 дб.
Ослаблення аеродинамічного шуму, створюваного компресорами, системами пневмотранспорту і т. п. здійснюють глушителями різних типів.
При великих габаритах машин, устаткування передбачають спеціальні кабіни для операторів.
Значний ефект зниження шуму від устаткування дає застосування акустичних екранів, які обгороджують джерело шуму від робочого місця або зони обслуговування. Дія такого екрана може бути заснована на ефекті створення акустичної тіні, за рахунок поглинання або відбиття звукової енергії. При цьому слід пам’ятати, що ефект екранного захисту виявляється найбільш помітно лише в області високих та середніх частот і менш ефективний в області низьких частот через дифракцію хвиль, яка може призводити до огинання захисного екрана звуковим полем через невідповідність довжини хвилі і розміру екрана.
Одним з розповсюджених заходів зниження шуму є акустична обробка приміщень. Застосування такого технічного рішення дозволяє знизити шум у результаті дії механізму поглинання. Ефективність захисту в цьому разі також залежить від співвідношення розміру пор в облицювальному матеріалі й довжини звукової хвилі і, природно, характеризується найбільшим коефіцієнтом на високих і середніх частотах.
У багатоповерхових промислових будинках важливий захист приміщень і від структурного шуму, який виникає при закріпленні устаткування, що характеризується підвищеним шумом, на елементах конструкції будинку. Ослаблення передачі такого шуму по будинку здійснюється шумоізоляцією і шумопоглинанням, а також влаштуванням так званих «плаваючих підлог» – підлог виробничих приміщень, які не зв’язані жорстко з конструктивними елементами будинку.
Як індивідуальні засоби захисту від шуму застосовують спеціальні вкладиші у вушну раковину – беруші, а також шумозахисні навушники.