Действие шума, ультра- и инфразвука, а также вибрации на организм человека

Эксплуатация современного промышленного оборудования и средств транспорта сопровождается значительным уровнем шума и вибрации, негативно влияющих на состояние здоровья рабо­тающих. С точки зрения безопасности труда шум и вибрация — одни из наиболее распространенных вредных производственных факторов на производстве, которые при определенных условиях могут выступать как опасные производственные факторы. Кроме шумового и вибрационного воздействия, вредное влияние на че­ловека в процессе труда могут оказывать инфразвуковые и ульт­развуковые колебания.

Рассмотрим основные физические характеристики шума, вибрации, ультра- и инфразвука.

Шум — это сочетание звуков различной частоты и интенсив­ности. С физиологической точки зрения шумом называют лю­бой нежелательный звук, оказывающий вредное воздействие на организм человека.

Звуковые колебания, воспринимаемые органами слуха чело­века, являются механическими колебаниями, распространяю­щимися в упругой череде (твердой, жидкой или газообразной).

Основным признаком механических колебаний является повторность процесса движения через определенный промежуток времени. Минимальный интервал времени, через который про­исходит повторение движения тела, называют периодом колебаний (Т), а обратную ему величину - частотой колебаний (f).

Сферическая волна создается маленьким по сравнению с дли­ной волны возбудителем колебаний — точечным источником звуковых колебаний. При очень большом (бесконечном) удале­нии источника звуковых колебаний сферические волны могут частично становиться плоскими.

Сила воздействия звуковой волны на барабанную перепонку человеческого уха и вызываемое ею ощущение громкости зави­сят от звукового давления. Звуковое давление — это дополни­тельное давление, возникающее в газе или жидкости при нахож­дении там звуковой волны.

В природе величины звукового давления и интенсивности звука, генерируемые различными источниками шума, меняются в широких пределах: по давлению — до 10⁸ раз, а по интенсив­ности — до 10¹⁶ раз. В соответствии с законом Вебера — Фехнера прирост силы ощущения анализатора человека, в том числе и слухового, пропорционален логарифму отношения энергий двух сравниваемых раздражений. Поэтому для характеристики уровня шума используют не непосредственно значения интенсивности звука и звукового давления, которыми неудобно оперировать, а их логарифмические значения, называемые уровнем интенсив­ности звука или уровнем звукового давления.

При распространении звука в нормальных атмосферных ус­ловиях lj = Lp. При расчетах уровня шума используют величину интенсивности звука, а для оценки воздействия шума на челове­ка — уровень звукового давления.

Человеческое ухо воспринимает как слышимые колебания, лежащие в пределах от 20 до 20 000 гц. Звуковой диапазон при­нято подразделять на низкочастотный (20—400 гц), среднечастотный (400—1000 гц) и высокочастотный (свыше 1000 гц). Зву­ковые волны с частотой менее 20 гц называются инфразвуковыми, а с частотами более 20 000 гц — ультразвуковыми. Инфразвуковые и ультразвуковые колебания органами слуха человека не воспринимаются.

Ультразвуковой диапазон частот делится на два поддиапазона — низкочастотный (20—100 кГц) и высокочастотный (100 кГц— 1000 МГц). Ультразвуки весьма сильно поглощаются газами и во много раз слабее — жидкостями. Так, например, коэффициент поглощения ультразвука в воздухе приблизительно в 1000 раз больше, чем в воде. Ультразвуки применяются в промышленно­сти для контрольно-измерительных целей (дефектоскопия, из­мерение толщины стенок трубопроводов и др.), а также для осуществления и интенсификации различных технологических процессов (очистка деталей, сварка, пайка, дробление и т.д.). Ультразвуки ускоряют протекание процессов диффузии, раство­рения и химических реакций.

Инфразвук — это область акустических колебаний в диапа­зоне ниже 20 Гц. В производственных условиях инфразвук, как правило, сочетается с низкочастотным шумом, а в ряде случаев и с низкочастотной вибрацией. Источниками инфразвука в промышленности являются компрессоры, дизельные двигате­ли, вентиляторы, реактивные двигатели, транспортные средст­ва и др.

Характеристиками ультразвуковых и инфразвуковых колеба­ний, как и в случае звуковых волн, являются уровень интенсив­ности (Вт/м²), уровень звукового давления (Па) и частота (Гц).

Разрыв барабанных перепонок в органах слуха человека про­исходит под воздействием шума, уровень звукового давления ко­торого составляет» 186 дБ. Воздействие на организм человека шума, уровень которого около 196 дБ, приведет к повреждению легочной ткани (порог легочного повреждения).

Однако не только сильные шумы, приводящие к мгновенной глухоте или повреждению органов слуха человека, вредно отра­жаются на здоровье и работоспособности людей. Шумы неболь­шой интенсивности, порядка 50—60дБА, негативно воздействуют на нервную систему человека, вызывают бессонницу, неспособ­ность сосредоточиться, что ведет к снижению производительно­сти труда и повышает вероятность возникновения несчастных случаев на производстве. Если шум постоянно действует на че­ловека в процессе труда, то могут возникнуть различные психи­ческие нарушения, сердечно-сосудистые, желудочно-кишечные и кожные заболевания, тугоухость.

Последствия воздействия шума небольшой интенсивности на организм человека зависят от ряда факторов, в том числе воз­раста и состояния здоровья работающего, вида трудовой дея­тельности, психологического и физического состояния человека в момент действия шума и ряда других факторов. Шум, произ­водимый самим человеком, обычно не беспокоит его. В отличие от этого посторонние шумы часто вызывают сильный раздражающий эффект. Если сравнивать шумы с одинаковым уровнем звукового давления, то высокочастотные шумы (f > 1000 Гц) бо­лее неприятны для человека, чем низкочастотные (/X 400 Гц). В ночное время шум с уровнем 30—40 дБА является серьезным беспокоящим фактором.

При постоянном воздействии шума на организм человека мо­гут возникнуть патологические изменения, называемые шумовой болезнью, которая является профессиональным заболеванием.

Инфразвук также оказывает негативное влияние на органы слуха, вызывая утомление, чувство страха, головные боли и го­ловокружения, а также снижает остроту зрения. Особенно не­благоприятно воздействие на организм человека инфразвуковых колебаний с частотой 4—12 Гц.

Вредное воздействие ультразвука на организм человека вы­ражается в нарушении деятельности нервной системы, сниже­нии болевой чувствительности, изменении сосудистого давле­ния, а также состава и свойств крови. Ультразвук передается ли­бо через воздушную среду, либо контактным путем через жидкую и твердую среду (действие на руки работающих). Кон­тактный путь передачи ультразвука наиболее опасен для орга­низма человека.

Рассмотрим воздействие вибрации на организм человека.

Вибрация — это совокупность механических колебаний, про­стейшим видом которых являются гармонические. В ГОСТе 24346-80 «Вибрация. Термины и определения» вибрация определяется как движение точки или механической системы, при котором про­исходит поочередное возрастание и убывание во времени значе­ний по крайней мере одной координаты. Вибрацию вызывают неуравновешенные силовые воздействия, возникающие при ра­боте различных машин и механизмов. Примером таких уст­ройств могут служить ручные перфораторы, кривошипно-шатунные механизмы и другие, детали которых совершают воз­вратно-поступательные движения. Вибрацию также создают не­уравновешенные вращающиеся механизмы (электродрели, руч­ные шлифовальные машины, металлообрабатывающие станки, вентиляторы и т.д.), а также устройства, в которых движущиеся детали совершают ударные воздействия (зубчатые передачи, подшипники и т.д.). В промышленности также используются специальные вибрационные установки, в частности, при уплот­нении бетонных смесей, при дроблении, измельчении и сортировке сыпучих материалов, при разгрузке транспортных средств и в ряде других случаев.

Если вибрирующая система совершает гармонические коле­бания (17.2), то для ее описания используют следующие харак­теристики:

• амплитуду виброперемещения, т. е. наибольшее отклоне­ние колеблющейся точки от положения равновесия, Х_т, м;

• колебательную скорость, или виброскорость, V_т, м/с;

• ускорение колебаний, или виброускорение, а_т, м/с²;

• период колебаний, Т, с;

• частоту колебаний, t, гц.

Если вибрации имеют несинусоидальный характер, то их можно представить в виде суммы синусоидальных (гармониче­ских) составляющих с помощью разложения в ряд Фурье.

Значения виброскорости и виброускорения для различных источников изменяются в очень широких пределах, поэтому, как и для шума, удобнее пользоваться их логарифмическими ха­рактеристиками. Так, логарифмический уровень виброскорости (или просто уровень виброскорости) определяется по формуле:

Необходимо различать общую и местную вибрации. Общая вибрация действует на весь организм в целом, а местная — только на отдельные части его (верхние конечности, плечевой пояс, сосуды сердца).

При воздействии общей вибрации наблюдаются нарушение сердечной деятельности, расстройство нервной системы, спазмы

сосудов, изменения в суставах, приводящие к ограничению под­вижности. Если частоты колебания рабочих мест совпадают с собственными частотами колебаний внутренних органов челове­ка (явление резонанса), то возможно механическое поврежде­ние данных органов вплоть до разрыва.

При действии на руки работающих местной вибрации (вибри­рующий инструмент) происходит нарушение чувствительности кожи, окостенение сухожилий, потеря упругости кровеносных со­судов и чувствительности нервных волокон, отложение солей в суставах кистей рук и пальцев и другие негативные явления. Дли­тельное воздействие вибрации приводит к профессиональному за­болеванию — вибрационной болезни, эффективное лечение кото­рой возможно лишь на начальной стадии ее развития.

Рассмотрим теперь вопросы, связанные с нормированием шума, инфра- и ультразвука, вибрации.

Шум нормируется на рабочих местах согласно ГОСТу 12.1.003-83 и СН № 3223-85 «Санитарные нормы допустимых уровней шума на рабочих местах». В указанных нормативных документах предусмотрены два метода нормирования шума: по предельному спектру шума и по интегральному показателю — эквивалентному уровню шума в дБА. Выбор метода нормирования в первую оче­редь зависит от временных характеристик шума. По этим характе­ристикам все шумы подразделяются на постоянные, уровень звука которых за 8-часовой рабочий день изменяется не более чем на 5 дБА, и непостоянные, аналогичная характеристика которых из­меняется за рабочий день более чем на 5 дБА.

Нормирование по предельному спектру шума является ос­новным для постоянных шумов. Предельный спектр шума — это совокупность нормативных значений звукового давления на сле­дующих стандартных среднегеометрических частотах: 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц. В табл. 17.3 представлены допустимые уровни шума на различных рабочих местах.

Сокращенно предельные спектры шума обозначаются ПС (предельный спектр) с указанием допустимого уровня звукового давления на частоте 1000 Гц, например: ПС-45, ПС-55, ПС-75 и др. Постоянный шум на рабочих местах не должен превышать нормированных уровней, представленных в ГОСТе 12.003-83.