Акустические шумы, источники их возникновения

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Мир, окружающий нас, можно назвать миром звуков. Звучат вокруг нас голоса людей и музыка, шум ветра и щебет птиц, рокот моторов и шелест листвы. С помощью речи люди общаются, с помощью слуха получают информацию об окружающем мире. Не меньшее значение звук имеет для животных. С точки зрения физики, звук - это механические колебания, которые распространяются в упругой среде: воздухе, воде, твёрдом теле и т.п.
Шум – звук, в котором изменение акустического давления, воспринимаемое ухом, беспорядочно и повторяется через разные промежутки времени. Как и все физические явления, шум имеет и положительные качества и отрицательные. Человек слушает приятную музыку, чтобы расслабиться, снять усталость, поднять себе настроение. Отсюда можно сказать, что шум оказывает благотворное влияние на нас. Но шум имеет много вредных и опасных для человека свойств. Наиболее распространённые симптомы шумового влияния - раздражительность, рассеянность. Шумовое загрязнение ограничивает продолжительность труда, приводит к преждевременному расстройству и разрушению слухового аппарата, вызывает у человека различные болезни: тугоухость, глухота, неврозы, психические расстройства, сердечно-сосудистые заболевания (гипертония, аритмия), нарушения нервной системы и др.
Цель работы – теоретически рассмотреть влияние шума на человека и методы борьбы с ним.
Задачи:
1. Рассмотреть источники возникновения шума.
2. Изучить воздействие шума на организм человека.
3. Рассмотреть принципы, методы и средства защиты от шума.
1. ШУМ И ИСТОЧНИКИ ЕГО ВОЗНИКНОВЕНИЯ
С физической точки зрения звук - это механические колебания, распространяющиеся в виде волн в газообразной, жидкой или твердой среде. Звуковые волны возникают при нарушении стационарного состояния среды под воздействием на нее какой-либо возмущающей силы.
В то же время шумом принято считать всякий нежелательный для человека звук. Таким образом, звуковые волны могут нести как полезную для оператора информацию, например, о ходе технологического процесса, так и оказывать отрицательное (а иногда и вредное) воздействие.
Источником звуковых колебаний обычно является колеблющееся тело, которое преобразует какую-либо форму энергии в колебания. Этот процесс может представлять собой механическое воздействие на твердое тело, сообщение колебаний воздушному столбу под действием струи сжатого воздуха (свисток или труба) или электромагнитное воздействие на стальную мембрану (электромеханический источник, например, телефон) или на кристалл (пьезоэлектрический источник) [4].
Шум - такой же медленный убийца, как и химическое отравление, это одна из форм физического (волнового) загрязнения, к которому человек не может адаптироваться. Шум стал побочным явлением научно-технического прогресса. Он мешает людям работать и отдыхать, снижает производительность труда и отрицательно влияет на центральную систему. Люди по-разному реагируют на шум. Часто это зависит от возраста, темперамента, здоровья, условий жизни и других причин. Наиболее чувствительны к действию шума люди старших возрастов.
Источником звука всегда служит какое-либо колеблющееся тело. Это тело приводит в движение окружающий воздух, в котором начинают распространяться упругие продольные волны. Когда эти волны достигают уха, они заставляют колебаться барабанную перепонку, и мы ощущаем звук. Механические волны, действие которых на ухо вызывает ощущение звука, называются звуковыми.
Долгое время влияние шума на организм человека специально не изучалось, хотя уже в древности знали о его вреде и, например, в античных городах вводились правила ограничения шума. Документы донесли до нас свидетельства борьбы людей с шумом за много веков до того, как были открыты прародители современных промышленных и бытовых шумов – энергия пара и электричества, до того, как были изобретены моторы внутреннего сгорания. В настоящее время ученые во многих странах мира ведут различные исследования с целью выяснения влияния шума на здоровье человека. Их исследования показали, что шум наносит ощутимый вред здоровью человека, но и абсолютная тишина пугает и угнетает его.
Источниками возникновения шума могут быть следующие явления: ударное взаимодействие двух и более тел, трение взаимодействующих поверхностей, вынужденные колебания твердых тел, возникновение газовых вихрей у твердых границ потока, перемешивание газовых потоков при их движении с разными скоростями, пульсации давления в гидравлических системах, действие переменных магнитных сил и т.д.
В зависимости от причин и характера возникающего шума все источники подразделяются на четыре основных типа:
1) механический;
2) аэродинамический;
3) гидродинамический;
4) электромагнитный [1].
Механический шум обусловлен колебаниями деталей и их взаимным перемещением. Он возникает, например, в зубчатых и цепных передачах, подшипниках, кулачковых механизмах, редукторах, роторах и вызывается ударами в сочленениях, силовыми взаимодействиями вращающихся масс, трением в соприкасающихся элементах и т. п. Возбуждение механического шума носит ударный характер, при этом в излучающих системах возникает весь спектр их собственных частот.
Интенсивность излучаемого шума и характер его спектра зависят от массы соударяющихся деталей, скорости соударения (или вращения, качения и пр.), модуля упругости этих деталей, площади излучения. При значительных скоростях движения (соударения) спектр механического шума высокочастотный.
Причинами аэродинамического шума являются:
- периодический выпуск газа в атмосферу; этот шум называется сиренным (объемным), так как типичным примером его является звук сирены; механизм подобного шума также характерен для воздуходувок, пневматических двигателей, компрессоров, выпуска и впуска двигателя внутреннего сгорания (ДВС);
- возникновение вихрей и неоднородностей потока у его твердых границ; этот шум называется вихревым, он характерен для вентиляторов, турбовоздуходувок, турбокомпрессоров, воздуховодов;
- возникновение отрывных течений, которые приводят к пульсации давления (силовой шум); это происходит в деталях воздуховодов (в тройниках, в местах изменения сечения, дроссель-клапанах и т.п.);
- перемешивание потоков, движущихся с разными скоростями (шум свободной струи) вдали от твердых границ, которое вызывает турбулентный шум, преобладающий в шуме выброса сжатого воздуха в реактивных струях.
Гидродинамический шум может быть обусловлен следующими явлениями:
- образованием вихрей или неоднородностей потока жидкости вблизи твердых границ (вихревой шум);
- образованием пульсаций давления при изменении сечения потока движущейся жидкости;
- автоколебаниями упругих конструкций в жидкости (автоколебания в арматуре и кранах, «пение» гребных винтов и др.);
- кавитацией в жидкости из-за потери ею прочности при уменьшении давления: образуются полости и пузырьки, заполненные газами, при захлопывании которых возникает звуковой импульс [3].
Источником электромагнитного шума являются электромагнитные вибрации, которые вызываются вращающимися магнитными силами и моментами, действующими в воздушном зазоре электрической машины. Электромагнитный шум зависит от частоты колебаний статора, виброскорости, площади и свойств излучающей поверхности. Характер спектра в основном низко- и среднечастотный.
Электромагнитный шум, например, трансформатора создает его сердечник, на который действует периодически меняющаяся индукция, с частотой в основном 100 Гц. Из-за магнитострикционного эффекта периодически изменяется длина сердечника, в результате возникают его изгибные колебания, возбуждающие низкочастотный шум.
Некоторые сведения о шуме:
1. Шум становится причиной преждевременного старения. В тридцати случаях из ста шум сокращает продолжительность жизни людей в крупных городах на 8—12 лет.
2. Каждая третья женщина и каждый четвертый мужчина страдают неврозами, вызванными повышенным уровнем шума.
3. Достаточно сильный шум уже через 1 мин может вызывать изменения в электрической активности мозга, которая становится схожей с электрической активностью мозга у больных эпилепсией.
4. Такие болезни, как гастрит, язвы желудка и кишечника, чаще всего встречаются у людей, живущих и работающих в шумной обстановке. У эстрадных музыкантов язва желудка — профессиональное заболевание.
5. Шум угнетает нервную систему, особенно при повторяющемся действии.
6. Под влиянием шума происходит стойкое уменьшение частоты и глубины дыхания. Иногда появляется аритмия сердца, гипертония.
Громкость - уровень энергии в звуке - измеряется в децибелах. Шепот приравнивается приблизительно к 15 дБ, шелест голосов в студенческой аудитории достигает примерно 50 дБ, а уличный шум при интенсивном дорожном движении - около 90 дБ. Шумы выше 100 дБ могут быть невыносимы для уха человека. Шумы порядка 140 дБ (например, звук взлетающего реактивного самолета) могут оказаться болезненными для уха и повредить барабанную перепонку.
7. Под влиянием шума изменяются углеводный, жировой, белковый, солевой обмены веществ, что проявляется в изменении биохимического состава крови (снижается уровень сахара в крови).
Таким образом, от чрезмерного шума (выше 80 дБ) страдают не только органы слуха, но и другие органы и системы (кровеносная, пищеварительная, нервная и т.д.), нарушаются процессы жизнедеятельности, энергетический обмен начинает преобладать над пластическим, что приводит к преждевременному старению организма.
2. ВОЗДЕЙСТВИЕ ШУМА НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА
На шум разного уровня человеческий организм реагирует по-разному. Чем длительнее воздействие шума на человека, тем негативнее он влияет на физическое и психическое здоровье. Длительное воздействие шума, уровень которого равен 68 – 92 дБ, становится причиной возникновения определенных заболеваний нервной системы. Дело в том, что нежелательные и неприятные для человеческого уха звуки негативно влияют на вегетативную и центральную нервные системы. Попадая через волокна слуховых нервов, шумовое раздражение передается в эти нервные системы. Затем начинает активно воздействовать на внутренние органы, что негативно сказывается на функциональном состоянии человеческого организма и приводит к значительным неблагоприятным изменениям [2]. Психическое состояние человека ухудшается, он становится беспокойным и потерянным.
Рисунок 1 – Влияние шума на человека
Ухо человека может воспринимать и анализировать звуки в широком диапазоне частот и интенсивностей. Границы частотного восприятия существенно зависят от возраста человека и состояния органа слуха. У лиц среднего и пожилого возраста верхняя граница слышимой области понижается до 12 - 10 кГц.
Область слышимых звуков ограничена двумя кривыми: нижняя кривая определяет порог слышимости, т.е. силу едва слышимых звуков различной частоты, верхняя - порог болевых ощущений, т.е. такую силу звука, при которой нормальное слуховое ощущение переходит в болезненное раздражение органа слуха.
Болевым порогом принято считать звук интенсивностью 140 дБ.
Среди многочисленных проявлений неблагоприятного воздействия шума на организм можно выделить снижение разборчивости речи, неприятные ощущения, развитие утомления, снижение производительности труда и, наконец, появление шумовой патологии.
Шум активизирует выработку адреналина, кортизона, норадреналина, которые являются гормонами стресса. Этот процесс не прекращается и во время ночного отдыха. Чем выше уровень этих гормонов в организме и чем дольше они циркулируют по кровеносной системе, тем больше серьезных проблем физиологического характера могут возникнуть у человека в ближайшем будущем [4].
Шум, уровень которого равен 110 дБ и больше, становится причиной снижения слуха и может вызвать полную глухоту. Шум от 85 дБ и выше негативно воздействует на слуховую чувствительность, что приводит к её снижению на высоких частотах. В ухе происходят изменения, которые имеют необратимый характер. Чем дольше человек подвергается воздействию такого уровня шума, тем больше он начинает жаловаться на недомогание. У человека наблюдаются сильные головные боли, чрезмерная раздражительность, головокружение, тошнота. Если уровень шума высокий и очень высокий, то слуховая чувствительность у человека заметно снижается уже через один-два года. Если же на человека влияют шумы среднего уровня, то потеря слуха происходит практически незаметно. О том, что слуховая чувствительность снизилась, человек узнает только через 7 – 12 лет.
Ночной шум, громкость которого равна 50 дБ и выше, становится причиной возникновения многих сердечно-сосудистых заболеваний. Улица, на которой в ночной период времени движение не слишком интенсивное, продуцирует именно такой уровень шума. Шум в 40 – 44 дБ может стать причиной хронического недосыпания и бессонницы. 34 – 38 дБ (звук шепота) – именно такой уровень шума может стать причиной того, что человек будет чувствовать себя раздражительным и агрессивным [4].
Если высокий уровень шума долгое время воздействует на человека, то у него может возникнуть шумовая болезнь. Данное заболевание является комплексом специфических и неспецифических симптомов, которые можно поделить на субъективные и объективные. Объективные симптомы шумовой болезни – это: снижение уровня кислотности и негативные изменения функций пищеварительной системы; снижение уровня чувствительности слуха; сердечно-сосудистая недостаточность; различные расстройства эндокринной системы. Субъективные симптомы шумовой болезни – это: боль в ушах; звон, писк, шум в ушах; повышенная раздражительность; желудочные боли; снижение и частичная потеря памяти; частые головокружения; сильные головные боли; повышенная утомляемость; отсутствие аппетита.
Шумовая болезнь далеко не всегда поддается лечению. Полностью восстановить слух нельзя, можно лишь частично его улучшить. Для этого нужно систематически лечиться и прекратить пребывание в слишком агрессивных условиях шума.
3. ПРИНЦИПЫ, МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ОТ ШУМА
Причины возникновения шума - механические, аэродинамические и электрические явления, определяемые конструктивными и технологическими особенностями оборудования, а также условиями эксплуатации.
Для уменьшения механического шума необходимо своевременно проводить ремонт оборудования, заменять ударные процессы на безударные, шире использовать принудительное смазывание трущихся поверхностей, применять балансировку вращающихся частей.
Значительное снижение шума достигается при замене подшипников качения на подшипники скольжения, зубчатых и цепных передач клиноременными и зубчатоременными передачами, металлических деталей деталями из пластмасс [6].
Снижения аэродинамического шума можно добиться уменьшением скорости газового потока, улучшением аэродинамики конструкции, звукоизоляции и установки глушителей. Электромагнитные шумы снижают конструктивными изменениями в электрических машинах.
Способы снижения шума с помощью некоторых конструктивных, эксплуатационных и наладочных мероприятий представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Мероприятия по снижению шума
Наименование мероприятий Снижение уровня шума, дБ
Ликвидация погрешностей в зацеплении шестерен 10
Замена прямозубых зубчатых колес на косозубые (угол наклона зубьев 20...45 °) 5
Совершенствование геометрии зуба 3 ... 5
Применение свободной посадки вместо плотной 12
Замена зубчатой передачи на клиноременную 15
Применение шумозаглушающего кожуха 9 ... 15
Применение вязкой смазки 5 ... 10
Замена подшипников качения на подшипники скольжения 15
Звукоизоляция - это комплекс мероприятий по снижению уровня шума, проникающего в помещение извне.
Ослабление шума с помощью звукоизоляции осуществляют средствами, в основе которых лежит применение акустических материалов. Эффективность звукоизоляции характеризуют коэффициентом отражения, который численно равен доле энергии звуковой волны, отраженной от поверхности ограждения, изолирующего источник шума.
На рабочих местах промышленных предприятий защита от шума должна обеспечиваться строительно-акустическими методами:
рациональным, с акустической точки зрения, решением генерального плана объекта, рациональным архитектурно-планировочным решением зданий;
применением ограждающих конструкций зданий с требуемой звукоизоляцией;
применением звукопоглощающих конструкций (звукопоглощающих облицовок, кулис, штучных поглотителей);
применением звукоизолирующих кабин наблюдения и дистанционного управления;
применением звукоизолирующих кожухов на шумных агрегатах;
применением акустических экранов и др.
Одним из направлений борьбы с шумом является разработка государственных стандартов на средства передвижения, инженерное оборудование, бытовые приборы, в основу которых положены гигиенические требования по обеспечению акустического комфорта.
Санитарные нормы допустимого шума обуславливают необходимость разработки технических, архитектурно-планировочных и административных мероприятий, направленных на создание отвечающего гигиеническим требованиям шумового режима, как в городской застройке, так и в зданиях различного назначения, позволяют сохранить здоровье и работоспособность населения. Одним из эффективных средств борьбы с производственным шумом является использование демпфирующих металлических и неметаллических материалов. Однако неметаллы не используются для снижения шума соударений из-за их невысоких прочностных характеристик, а металлические материалы, характеризующиеся высокими прочностными свойствами, обеспечивают снижение шума весьма незначительно, поэтому встал вопрос о создании принципиально новых материалов, которые могли бы иметь высокие прочностные характеристики и достаточные демпфирующие свойства. Такими материалами являются биметаллы, которые позволяют получать такое сочетание служебных свойств, которое нельзя получить в одном отдельно взятом металле или сплаве, например, высокую прочность с коррозионной стойкостью, ударную вязкость с износостойкостью, прочность с высокой электро- и теплопроводностью, высокую прочность и достаточные демпфирующие свойства и т.д. До сих пор робкие попытки использовать биметаллы для снижения шума и вибрации не обеспечили решение проблемы, поэтому весьма актуальным является научное исследование, посвященное разработке биметаллов с повышенными демпфирующими свойствами. Технические средства защиты от шума: звукопоглощение, звукоизоляция, экранирование, средства демпфирования и глушители шума. Средства индивидуальной защиты.
Меры борьбы с шумом:
замена шумных процессов бесшумными или менее шумными;
улучшение качества изготовления и монтажа оборудования;
укрытие источников шума;
вывод работающих людей из сферы шума;
применение индивидуальных защитных средств;
блокировка путей распространения звуковых волн;
прекращение эксплуатации шумного оборудования.
Мероприятия по борьбе с шумом
I группа. Строительно-планировочная
Использование определенных строительных материалов связано с этом проектирования. В ИВЦ — акустическая обработка помещения (облицовка пористыми акустическими панелями). Для защиты окружающей среды от шума используются лесные насаждения. Снижается уровень звука от 5-40 дБА.
II группа. Конструктивная
1. Установка звукоизолирующих преград (экранов). Реализация метода звукоизоляции (отражение энергии звуковой волны). Используются материалы с гладкой поверхностью (стекло, пластик, металл).
Акустическая обработка помещения (звукопоглощение).
Можно снизить уровень звука до 45 дБА.
2. Использование объемных звукопоглотителей (звукоизолятор + звукопоглотитель). Устанавливается над значительными источниками звука.
Можно снизить уровень звука до 30-50 дБА.
III группа. Снижение шума в источнике его возникновения
Самый эффективный метод, возможен на этапе проектирования. Используются композитные материалы 2-х слойные. Снижение: 20-60 дБА.
IV группа. Организационные мероприятия
1. Определение режима труда и отдыха персонала.
2. Планирование раб. времени.
3. Планирование работы значительных источников шума в разных источниках.
Снижение: 5-10 дБА.
Если уровень шума не снижается в пределах нормы, используются индивидуальные средства защиты (наушники, шлемофоны).
Приборы контроля: - шумомеры; - виброаккустический комплекс — RFT, ВШВ
Методы защиты от шума:
- снижение (ослабление) шума в самих его источниках;
- точно выполнять все требования правил технической эксплуатации;
- звукоизоляция ограждающих конструкций;
- установка в помещениях звукопоглощающих конструкций и экранов;
- применение глушителей аэродинамического шума;
Индивидуальные средства защиты от шума:
- специальные наушники;
- вкладыши в ушную раковину;
- противошумные каски.
Нормирование шума. Учитывая большие технические трудности снижения уровня шума при выполнении производственных процессов, приходится ориентироваться не на уровни шума, вызывающие раздражение и утомление, а на такие допустимые уровни, при которых исключается возможность заболеваний работающих.
Нормируемые параметры шума на рабочих местах определены СН 2.2.442.1.8.562-96СН 2.2.4\2.1.8.562-96. «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки». Они являются обязательными для всех министерств, ведомств, проектных организаций и предприятий. Эти нормы устанавливают предельно допустимые уровни звука и эквивалентные уровни звука на рабочих местах с учетом напряженности и тяжести трудовой деятельности.
Количественную оценку тяжести и напряженности трудового процесса следует проводить в соответствии с Руководством Р 2.2.2006-05 Руководство по гигиенической оценке факторов рабочей среды и трудового процесса, критерии и классификация условий труда (утв. главным государственным санитарным врачом РФ 29.07.2005).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, мы выяснили, что шум негативно влияет на нашу нервную систему, сокращает среднюю продолжительность жизни, становится причиной возникновения многих опасных болезней. Люди, живущие в мегаполисах и больших городах, страдают от шума на 36% больше, чем люди, которые живут в небольших населенных пунктах.
Шум с физиологической точки зрения – это любой нежелательный для человеческого слуха звук, который негативно действует на наше здоровье. Если рассматривать шум с физической точки зрения, то он представляет собой беспорядочное сочетание звуков различной силы (интенсивности) и частоты. Эти звуки возникают при определенных колебаниях в газообразных, жидких, твердых сферах. Если классифицировать шум по природе возникновения, то можно выделить следующие его виды: гидравлический; механический; электромагнитный; аэродинамический.
Предупреждение образования значительного уровня звукового давления в условиях производства должно осуществляться на стадиях конструирования технологического оборудования, проектирования, строительства и эксплуатации предприятий, а также разработки технологических процессов.
В ходе написания работы нами были решены поставленные задачи, соответственно, цель работы достигнута.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Арустамов, Э.А. Безопасность жизнедеятельности: Учебник / Э.А. Арустамов, Н.В. Косолапова, Н.А. Прокопенко, Г.В. Гуськов. - М.: Academia, 2015. - 382 c.
Захаров Н. Если будешь слушать плейер…то получишь по ушам // Основы Безопасности Жизнедеятельности. – 2006. - N 4. - С. 26-29.
Илькаева Е. Н. Медико-социальная значимость шума в условиях современного города // Медицина труда и промышленная экология. - 2008. - N 8. - С. 37-41.
Коростелева Н. В. Оценка влияния шума на человека // БСТ: бюллетень строительной техники. - 2010. - N 7 .- С. 62.
Косолапова, Н.В. Безопасность жизнедеятельности. Практикум: Учебное пособие / Н.В. Косолапова, Н.А. Прокопенко, Е.Л Побежимова. - М.: Academia, 2017. - 350 c.
Холостова, Е.И. Безопасность жизнедеятельности: Учебник для бакалавров / Е.И. Холостова, О.Г. Прохорова. - М.: Дашков и К, 2016. - 456 c.