«Основы защиты от шумового загрязнения городской среды»
Цель работы: ознакомление студентов с основными сведениями о воздействии шума на организм человека, нормировании и защите от него.
1. Общие сведения
Шум – совокупность апериодических звуков различной интенсивности и частоты. С физиологической точки зрения шум – это всякий неблагоприятно воспринимаемый человеком звук.
Источниками шума являются колебания, возникающие при соударении, трении, скольжении твердых тел, истечении жидкостей и газов, поскольку по физической сущности звук – это механические колебания частиц упругой среды (газа, жидкости, твердого тела), образующиеся под воздействием какой-либо возмущающей силы.
Физическое понятие о звуке охватывает как слышимые, так и неслышимые колебания упругих сред. Акустические колебания в диапазоне 10 Гц – 20 кГц, воспринимаемые человеком с нормальным слухом, называются звуковыми. Акустические колебания с частотой менее 16 Гц называются инфразвуковыми, выше 20 кГц – ультразвуковыми.
|
|
Основными характеристиками звуковых волн являются:
- частота (количество полных колебаний за 1 сек), Гц;
- длина волны, м;
- интенсивность (количество энергии, Вт, передаваемой через площадь в 1 см2), Вт/см2.
Как и в любом другом волновом процессе, длина волны связана простой зависимостью с частотой и скоростью звука:
, (1)
где – длина волны, м; с – скорость звука в среде распространения (для воздуха составляет 334 м/с при температуре 20°С и нормальном атмосферном давлении), м/с; f – частота, Гц.
В современной акустике для целей измерения звука принято использовать относительные логарифмические единицы – децибелы (дБ), называемые уровнем интенсивности:
, (2)
где LJ – уровень интенсивности звука, дБ; J – интенсивность звука в конкретной точке, Вт/см2; J0 – интенсивность звука, едва воспринимаемая человеком на частоте 1000 Гц (порог слышимости), принятая стандартной (J0= 10-12 Вт/см2).
Ухо человека воспринимает звуки, уровень интенсивности которых расположен в пределах 0 – 140 дБ над пороговым нулевым шумом, причем верхняя граница соответствует порогу болевого ощущения.
Уровень давления звука:
, (3)
где LP – уровень давления звука, дБ; Р – давление звука в конкретной точке, Па; Р0 – давление звука на пороге слышимости, принятое стандартным (Р0 = 2 · 10-5 Па).
Шум классифицируется по нескольким признакам:
1. По спектральному составу:
- низкочастотный (частота колебаний до 400 Гц);
- среднечастотный (частота колебаний 400 – 1000 Гц);
|
|
- высокочастотный (частота колебаний более 1000 Гц).
2. По ширине спектра:
- широкополосный (с непрерывным спектром шириной более одной октавы – звуки всех частот);
- тональный (почти вся энергия сосредоточена на одной частоте и уровень шума в этой полосе превышает все остальные не менее чем на 10 дБ).
3. По временным характеристикам:
- постоянный (уровень шума в течение смены – 8-часового рабочего дня – меняется не более чем на 5 дБ);
- непостоянный (уровень шума в течение смены – 8-часового рабочего дня – меняется более чем на 5 дБ):
а) колеблющийся во времени (уровень шума непрерывно изменяется);
б) прерывистый (уровень шума резко падает до уровня фонового шума и снова поднимается до прежнего уровня, причем длина интервала, в течение которого уровень остается постоянным и превышающим фоновый шум, равна 1 с и более);
в) импульсный (состоящий из одного или нескольких сигналов с длительностью действия каждого менее 1 с).
4. По происхождению:
- механический (при ударах, трении);
- аэродинамический (при работе вентиляторов);
- гидродинамический (при работе форсунок, течении по трубам жидкостей).
Основными источниками шума в городах являются автотранспортные потоки, железнодорожные поезда, средства воздушного транспорта, трансформаторы, производственные процессы на предприятиях, источники шума внутри групп жилых домов (игровые и спортивные площадки, магазины и т.д.).
Вредное воздействие шума на организм человека прежде всего сказывается на органах слуха. Кроме того, у человека появляются головокружения, головные боли. Звуки очень большой силы, уровень которых превышает 120 – 130 дБ, вызывают болевое ощущение и повреждение в слуховом аппарате (акустическая травма). Шумы небольшой интенсивности (50 – 60 дБ) негативно воздействуют на нервную систему человека, вызывают бессонницу, неспособность сосредоточиться, что ведет к снижению производительности труда (при физическом труде она снижается на 30%, при умственном – на 60%) и повышает вероятность возникновения несчастных случаев на производстве.
Шум обладает ещё одной неприятной особенностью. Последствия от его воздействия могут постепенно накапливаться в организме и сказаться лишь по прошествии некоторого времени. Постоянное действие шума на человека в процессе труда может вызвать различные психические нарушения, сердечно-сосудистые, желудочно-кишечные и кожные заболевания, тугоухость, могут возникнуть патологические изменения, называемые шумовой болезнью, которая является профессиональным заболеванием.
Высокие уровни шума в городской среде, являющиеся одним из агрессивных раздражителей центральной нервной системы, способны вызвать её перенапряжение. В результате нарушается дифференциация различных форм деятельности головного мозга. Городской шум оказывает неблагоприятное влияние и на сердечно-сосудистую систему. Ишемическая болезнь сердца, гипертоническая болезнь, повышение содержания холестерина в крови встречается у людей, проживающих в шумных районах.
Воздействие шума сказывается и на вегетативную нервную систему, функции которой не подчиняются воле человека. Между тем вегетативная нервная система определённым образом регулирует деятельность внутренних органов. Сдвиги вегетативной нервной системы со временем могу перейти в хроническое состояние и затем привести к патологии органа или ткани, т.е. к определённому заболеванию.
Шум оказывает вредное влияние на зрительный и вестибулярные анализаторы – чем больше его интенсивность, тем хуже видим и реагируем на происходящее. Шум вызывает возбуждение вестибулярного аппарата, в результате чего появляется головокружение, нарушается координация движения, а при нарастании интенсивности шума до 130 дБА наблюдается иллюзорное перемещение предметов в пространстве. Шум вызывает изменения в работе сердечно-сосудистой системы, сопровождаемые нарушением нормального тонуса сосудов и ритма сердечных сокращений. Шум приводит к нарушению секреторной и моторной (двигательной) функции желудка (секреция желудочного сока уменьшается, кислотность понижается). Это подтверждается большим количеством случаев заболевания гастритом среди рабочих шумных производств.
|
|
Специалисты считают, что в 30% случаев преждевременного старения горожан виновен шум, отнимающий у человека как минимум 5-10 лет жизни.
В условиях сильного городского шума происходит постоянное напряжение слухового анализатора. Это вызывает увеличение порога слышимости (10 дБ для большинства людей с нормальным слухом) на 10 – 25 дБ. Шум затрудняет разборчивость речи, особенно при его уровне более 70 дБ.
Гигиенические нормативы шума определены ГОСТ 12.1.003 – 83* и СН 2.2.4/2.1.8.562 – 96. Для нормирования постоянных шумов применяют допустимые уровни звукового давления в девяти октавных полосах частот в зависимости от вида производственной деятельности. Для ориентировочной оценки в качестве характеристики постоянного шума на рабочих местах допускается принимать уровень звука (дБА), определяемый по шкале А шумомера с коррекцией низкочастотной оставляющей по закону чувствительности органов слуха и приближением результатов объективных измерений с субъективному восприятию (табл. 1).
Нормируемой характеристикой непостоянного шума является эквивалентный по энергии уровень звука в дБА.
Для тонального или импульсного шума допустимый уровень звука должен быть на 5 дБ меньше нормативных значений.
Таблица 1
Допустимые уровни звукового давления, уровни звука и эквивалентные уровни звука на рабочих местах в производственных помещениях и на территории предприятий по ГОСТ 12.1.003 – 83 (извлечение)
Рабочие места | Уровни звукового давления, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц
| Уровни звука и эквива-лентные уровни звука, дБА | ||||||||||
31,5 | 63 | 125 | 250 | 500 | 1000 | 2000 | 4000 | 8000 | ||||
Помещения конструкторских бюро, расчетчиков, програм-мистов вычислительных машин, лабораторий для теоретических работ | 86 | 71 | 61 | 54 | 49 | 45 | 42 | 40 | 38 | 50 | ||
Помещения управления, рабочие комнаты | 93 | 79 | 70 | 68 | 58 | 55 | 52 | 50 | 49 | 60 | ||
Кабины наблюдений и дистанционного управления: - без речевой связи по телефону - с речевой связью по телефону | 103 96 | 94 83 | 87 74 | 82 68 | 78 63 | 75 60 | 73 57 | 71 55 | 70 54 | 80 65 | ||
Помещения и участки точной сборки | 96 | 83 | 74 | 68 | 63 | 60 | 57 | 55 | 54 | 65 | ||
Помещения лабораторий для проведения эксперименталь-ных работ, для размещения шумных агрегатов, вычислительных машин | 107 | 94 | 87 | 82 | 78 | 75 | 73 | 71 | 70 | 80 | ||
Постоянные рабочие места и рабочие зоны в производственных помещениях и на территории предприятий | 110 | 99 | 92 | 86 | 83 | 80 | 78 | 76 | 74 | 85 |
2. Выполнение работы
Фактический уровень звукового давления, создаваемого источником шума на территории жилой застройки Lфакт, дБ (дБА) определяется по следующей формуле:
, (4)
где LP – уровень звукового давления, создаваемый источником шума (определяется с помощью шумомера), дБ (дБА); R – расстояние от источника шума до территории жилой застройки, м; βа – параметр, отражающий затухание шума в атмосфере, дБ/км (дБА/км).
Параметр βа может быть определен по табл. 2.
Таблица 2
Значение параметра βа
Среднегеометрическая частота октавных полос, Гц | Значение параметра βа |
63 | 0 |
125 | 0,7 |
250 | 1,5 |
500 | 3 |
1000 | 6 |
2000 | 12 |
4000 | 24 |
8000 | 48 |
Фактический уровень звукового давления не должен превышать допустимый уровень звукового давления Lдоп, дБ (дБА). На территории жилой застройки Lдоп = 45 дБА или определяется по табл. 3.
Таблица 3
Допустимые уровни звукового давления
Среднегеометрическая частота октавных полос, Гц | Lдоп, дБ (дБА) |
63 | 67 |
125 | 57 |
250 | 49 |
500 | 44 |
1000 | 40 |
2000 | 37 |
4000 | 35 |
8000 | 33 |
В каждом конкретном случае допустимый уровень звукового давления Lдоп, дБ (дБА) должен рассматриваться с учетом поправок (табл. 4).
Таблица 4
Поправки на допустимые уровни звукового давления
Влияющий фактор | Поправка, дБ (дБА) |
Характер шума: - широкополосный - тональный | 0 -5 |
Место расположения объекта: - курортный район - новый жилой район - жилая застройка в существующем населенном пункте | -5 0 +5 |
Время суток: - дневное (с 7 до 23 часов) - ночное (с 23 до 7 часов) | +10 0 |
Суммарная длительность воздействия шума, % за наиболее шумные 30 мин: - 56 – 100 - 18 – 56 - 6 – 18 - менее 6 | 0 +5 +10 +15 |
2.1. Исходные данные для расчета (табл. 5)
Таблица 5
Параметр | Вариант | |||
1 | 2 | 3 | 4 | |
Допустимый уровень звукового давления Lдоп, дБА | 45 | 45 | 45 | 45 |
Источник шума на территории жилой застройки | Легковой автомо-биль | Мотоцикл | Самолет | Автобус |
Уровень звукового давления, создаваемый источником шума LP, дБА | 60 | 90 | 120 | 80 |
Расстояние от источника шума до территории жилой застройки R, м | 50 | 100 | 800 | 100 |
Характер шума | Широко-полосный | Широко-полосный | Широко-полосный | Широко-полосный |
Окончание табл. 5
Место расположения объекта | Курортный район | Жилая застройка в сущест-вующем населен-ном пункте | Курортный район | Новый жилой район |
Время суток | Дневное | Ночное | Ночное | Дневное |
Суммарная длитель-ность воздействия шума, %, за наиболее шумные 30 минут | 83 | 7 | 45 | 58 |
Параметр, отражаю-щий затухание шума в атмосфере, βа, дБА/км | 30 | 30 | 30 | 30 |
2.2. Порядок выполнения работы
В соответствии с данными варианта задания рассчитать следующие величины:
- Допустимый уровень звукового давления Lдоп, дБА с учетом поправок (таблица 4).
- Фактический уровень звукового давления, создаваемого источником шума на территории жилой застройки Lфакт, дБА (формула 4).
- Сравнить фактический и допустимый уровни звукового давления.