Источники шума и вибрации

В условиях научно-технического прогресса, в результате быстрого развития индустрии, появления современных промышленных предприятий, строек, машин, механизмов и транспортных средств, проблема борьбы с шумом стала одной из самых актуальных. Шум и вибрация оказывают вредное влияние на весь организм человека и, в первую очередь, на центральную нервную и сердечно-сосудистую системы. На производстве шум оказывает негативное действие на работающего, увеличивает расход энергии организма при одинаковой физической нагрузке, замедляет скорость психических реакций, снижает производительность и ухудшает качество работы.

В машиностроении высокие шумы и вибрации имеются при работах машин и агрегатов, транспортных средств высокой мощности; в литейном производстве при обработке литья, дробеструйной его очистке, работе галтовочных барабанов; в механических цехах станков по холодной обработке металлов, при точении, шлифовке и полировке изделий; в кузнечно-прессовом производстве при работе штампов, прессов, ножниц и другого оборудования для обработки металлов давлением. Мощным шумом сопровождаются испытания двигателей на авиа-, судостроительных заводах. Огромное акустическое загрязнение городов связано с работой городского и личного автомобильного и других видов транспорта, строительных и других машин и механизмов.

В горнорудной промышленности интенсивный шум возникает при подземных работах и в карьерах при использовании горных машин, комбайнов, транспортных средств, отбойного инструмента.

В металлургической промышленности высокие уровни шума отмечаются на участках прокатных станов, подъемно-транспортных механизмов, в технологических системах подачи топлива, кислорода. На химических заводах использование современных мощных крупногабаритных агрегатов, насосов, компрессоров, центрифуг, вентиляторов способствует значительному акустическому загрязнению среды. Источники интенсивного шума имеются на заводах легкой промышленности в ткацких, обувных, деревообрабатывающих, целлюлозно-бумажных и других цехах; на заводах железобетонных изделий. В условиях интенсивного шума работают механизаторы комбайнов и другой сельскохозяйственной техники в агропромышленности.

Снижение производительности труда, рост числа профессиональных заболеваний и производственного травматизма среди рабочих шумных цехов обусловлен негативным влиянием шума на нервную и сердечно-сосудистую системы, функциональное состояние организма. Одновременно прогрессирует процесс утомления и переутомления слуховых органов с развитием процесса профессиональной потери слуха.

Основной характеристикой любого источника шума является звуковая мощность, которая определяется как общее количество звуковой энергии, излучаемой источником шума в окружающую среду за единицу времени.

Интенсивность звука в любой точке можно измерить как поток энергии, приходящейся на единицу площади, например, Вт/м². Звуковое давление самого слабого из слышимых звуков, т.е. порогового значения, равно примерно 0,00002 Па/м².

Звуковое давление и интенсивность звука по своей величине могут изменяться в широких диапазонах, по давлению – до 10¹⁶ раз, а по интенсивности в 10⁸ раз. Органы слуха человека реагируют не на абсолютное, а на относительное изменение интенсивности звука, так как интенсивность звука пропорциональна логарифму количества энергии раздражителя. Это привело к введению логарифмической величины уровня интенсивности и звукового давления, выражаемой в децибелах (дБ) – наиболее распространенной единицы измерения, названной в честь Александра Грейама Белла.

Уровень интенсивности звука определяется по формуле

L₁=10 lg I₁/I₀,

где I₁ – интенсивность звука в данной точке, Вт/м²;

I₀ – интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости, 10^-12 Вт/м² на частоте 1000 Гц.

Уровень звукового давления рассчитывают по формуле

L_p=20 lg P/P₀,

где Р₀ – пороговое звуковое давление, 2×10-5 Па/м²;

Р – звуковое давление в данной точке, Па.

Уровни интенсивности звука и звукового давления связаны между собой выражением

L₁=L_p+10 lg r₀c₀/rc,

где r₀c₀- плотность и скорость звука при нормальных атмосферных условиях;

rc – плотность среды и скорость звука в воздухе при замере.

ПРИМЕР: определим силу звука в децибелах, если в абсолютных величинах звук составил 10^-12 Вт/см². Отношение заданной силы звука к порогу слуха, равному 10^-16Вт/см², составит 10^-12/10^-16, т.е. равно 10000. При десятичных логарифмах эту величину (10000) можно представить как 10⁴,т.е. логарифм в этом случае равен 4, а значит, сила звука равна 4Б, или 40 дБ.

Опасные уровни шума оцениваются специальным прибором шумомером в децибелах. Высокочастотные шумы вызывают у человека большее раздражение и неприятное восприятие на слух, чем низкочастотные. Воздействие высокочастотных звуков на человека оценивается по шкале децибела и в единицах дБ.

Таблица. Воздействие на человека типичных шумов

Источник шума и расстояние до него	Уровень дБ	Результат шумового воздействия
Взлет реактивной ракеты, 100 м	150	Разрыв ушных барабанных перепонок
Взлет реактивного самолета, 25 м	145	Разрыв ушных барабанных перепонок
Машинное отделение подводной лодки, реактивный двигатель, рок-музыка, цепная пила, близкое расстояние	120	Порог болевых ощущений
Сталепрокатный или другой очень шумный завод	110	Серьезная угроза для нервной системы, слуховых органов и зрения человека
Тяжелый дизельный грузовик, хлопкопрядильный станок, улица города с напряженным движением транспорта	90	Угроза для слуховых органов, и снижение безопасности из–за плохой слышимости
Стиральная машина, посудомоечная машина, миксер, звон будильника, 1м	80	Угроза для слуховых органов
В железнодорожном вагоне	75	Интенсивное раздражающее действие
Телевизор, пылесос, вечеринка, шумный офис	70	Отрицательное действие на общий энергетический тон
Машинописное бюро	45	Интенсивное воздействие на органы слуха
Обычный разговор в жилой комнате	50	Воздействие на слуховой аппарат
Библиотека, тихая музыка	40	Воздействие на слуховой аппарат
Шелест листьев, шепот	20
Дыхание	10

Воздействие шума на человека болезненно при 120 дБ и смертельно при 180 дБ. Опасные последствия шума, которые возникают при 75 дБ и выше, выражаются в резком ухудшении слуха и зрения, повышении кровяного давления, психологическом стрессе, снижении общего иммунитета, обострении язвенной болезни и других хронических заболеваний.

Теория и практика мероприятий в области борьбы с шумом, разработанная на современном научном уровне, широко представлена в существующей литературе. Роль инженера-эколога в этой области связана не столько с технологическими проблемами, сколько с приоритетом работ в области акустической защиты человека и природы. Проектировщик или конструктор должен начинать свои разработки не с вопросов, касающихся требуемой мощности, а с ограничений, налагаемых условиями окружающей среды. Эти ограничения связаны не с объектами, указанными на чертежах, а с уровнями шума. И цель разработчика новой техники заключается в том, чтобы удовлетворение всем техническим и экономическим требованиям достигалось не в ущерб окружающей среде.