Лекция 17. Защита окружающей среды от шума и вибраций

План лекции

1. Шум и его характеристики.

2. Нормирование шума.

3. Меры борьбы с шумовым загрязнением.

К основным физическим факторам окружающей среды, негативно воздействующим на здоровье человека, относятся шум и вибрации. Источники шума чрезвычайно разнообразны, так же как и их уровни. Ориентировочные уровни шума приведены на рис. .

Рис. . Ориентировочные уровни шума

Шумом, по Н.Реймерсу, принято называть звуковые колебания, выходящие за рамки звукового комфорта. Чаще всего это неупорядоченные звуковые колебания, но бывают и упорядоченные, мешающие восприятию нужных звуков либо вызывающие неприятное ощущение и повреждающие органы слуха. Как и все акустические колебания, шум может восприниматься ухом человека в пределах частот от 16 до 20000 Гц (ниже – инфразвук, выше – ультразвук). Шумы принято делить на низкочастотные (до 350 Гц), среднечастоные (350-800 Гц), высокочастотные (выше 800 Гц). Высокочастотный шум оказывает наиболее неблагоприятное воздействие на организм и субъективно более неприятен. Но человек реагирует не на абсолютный прирост частоты и громкости, а на относительный. Так, физиологически прирост частоты вдвое на низких или высоких частотах воспринимается одинаково.В этом суть биофизического законаВебера-Фихтнера. Именно поэтому все звуковое частотное поле делят на 9 октав. Причем конечная частота f_к данной октавы в 2 раза больше начальной f_н, а основная октавная частота – их средняя геометрическая:

F_окт = Ö f_к . f_н

Ряд среднегеометрических частот октавных полос частот выглядит так: 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц.

Кроме частоты, к основным характеристикам шума относят акустическое (звуковое) давление Р, интенсивность I и уровень L шума (звука), а также мощность источника.

Звуковое давление Рявляетсяизбыточным над давлением воздушной среды. Минимальное звуковое давление, воспринимаемое ухом человека, называется пороговым и оно равняется Р_о = 2.10^-5 Па.

Интенсивность звука I характеризует удельную энергию звуковых волн на единицу площади:

I = P² /r . a, Вт/м²,

где r - плотность среды, кг/м³, a - скорость звука , м/с.

Пороговая интенсивность звука I_о, соответствующая Р_о для распространения звука в воздухе, равна 10^-12 Вт/м². Следует иметь в виду, что давление и интенсивность характеризуют звуковое поле в данном месте, т.е. на расстоянии r от источника.

Мощность источника по измерениям в любой точке сферы радиусом r определяется выражением:

W = I . 2p . r², Вт.

Все эти величины имеют абсолютный характер и не вполне удобны для оценки шума. Поэтому введена величина называемая уровнем шума, которая характеризуется отношением интенсивности в данном месте к пороговой:

L = lg I/Iо, Б

L = 10. lg I/Iо, дБ

L = 120 + 10. lg I, дБ.

Единица измерения – белл (Б). Характеризует рост интенсивности в 10 раз. Это очень большая величина, поэтому применяют десятую долю белла, т.е. децибелл (дБ). Через давление уровень звука выражается с зависимостью:

L = 20 lg Р/Ро, дБА.

Обычно суммарный уровень шума определяется с помощью шумометра по шкале А, поэтому величина обозначается дБА.

Различают тональный шум, в котором выражены дискретные тона, и широкополосный. Кроме того, если уровень шума изменяется по времени не более, чем на 5 дБ, он считается постоянным, а в противном случае – непостоянным.

По физической природе шумы могут иметь следующее происхождение:

- механическое, связанное с работой машин и оборудования, вследствие ударов в сочленениях, выбрации роторов и т.п.;

- аэродинамическое, вызванное колебаниями в газах;

- гидравлическое, связанное с колебаниями давления и гидроударами в жидкостях;

- электромагнитное, вызванное колебаниями электромеханических устройств под действием переменного электромагнитного поля или электрических разрядов.

Основными источниками шума являются все виды транспорта (прежде всего авто- и железнодорожный), промышленные предприятия и бытовое оборудование (включая звуковую аппаратуру).

В древнем Китае существовала смертная казнь шумом. Шум порядка 90-100 дБ вызывает постепенное ослабление слуха, нервно-психический стресс, язвенную болезнь, сердечно-сосудистые заболевания (в крови существенно повышается уровень холестерина), заболевания щитовидной железы. Длительное воздействие очень сильного шума (более 110 дБ) приводит к агрессивному состоянию (так называемому «шумовому опьянению»), разрушению тканей тела, обострению хронических заболеваний и снижению продолжительности жизни. Жители г.Осака (Япония), проживающие вблизи аэропорта, с помощью медиков доказали, что рост нервно-психических расстройств у них – следствие шума от ночных полетов самолетов, и через суд добились компенсации и снижения интенсивности полетов. В России доказано снижение работоспособности человека при занятии умственным трудом от одного источника широкополосного шума – в 3-4 раза, а для двух – 10-12 раз.

Нижний порог слышимости для человека 1 дБ, при 115-129 дБ появляется боль в ушах, а при 150 дБ возможна потеря слуха. Причем с возрастом порог болевого восприятия снижается. Обычно не рекомендуется достаточно длительное воздействие шума с уровнем выше 80 дБ. Для справки. Уровень шума электропилы до 120 дБ, рок-группы – 80-120, электробритвы – 75-80, дыхания – 25-30, шепота – 8-10 дБ.

Нормирование шума

Санитарные нормы устанавливают, как говорилось ранее, предельно допустимые уровни воздействия (ПДУ) звука для различных зон и в разное время суток. При этом для тонального постоянного шума используются допустимые уровни в конкретной октаве. Для непостоянного шума введены эквивалентный и максимальный уровни. Эквивалентный уровеньопределяется из условия равенства энергии условного постоянного широкополосного шума, имеющего то же среднеквадратичное звуковое давление, что и реальный непостоянный шум:

_n

L_экв = 10lg(S t_i .10 ^0,1Li /100), дБА,

ⁱ⁼¹

где t_i – относительное время действия шума, %; L_i – уровень интенсивности звука, дБА; i – номер поддиапазона октавной полосы; n – число поддиапазонов.

Максимальный уровень определяется по показателям шумомера за время, не менее 1% от общей продолжительности измерения. Общее измерение во всем диапазоне октав должно быть не менее 30 мин. Результаты измерений сравниваются с допустимыми. Допустимые уровни воздействия сведены в санитарные нормы СанПиН 2.2.4/2.1.8.562-96 и другие нормативы. Нормирование уровня шумов, создаваемых городским транспортом, устанавливает значения уровней звука в соответствии с ГОСТ 27436-87. Некоторые данные по ПДУ приведены в таблице .

Таблица - Предельно допустимые уровни воздействия

Эти уровни вблизи магистральных улиц (на расстоянии 2 км от них) допускается принимать на 10 дБА выше, приведенных в табл. 6. Шум от конкретных единиц, согласно стандарту, измеряется на расстоянии 7,5 м от осевой линии движения. На этом расстоянии уровни шума от легковых автомобилей должны быть не более 77 дБА, автобусов - 83, грузовых – 84, самых тяжелых мотоциклов – 85 дБА.

Сравнение действительных эквивалентных уровней звука заканчивается определением уровня шумового дискомфорта как разности эквивалентного и допустимого уровней воздействия. Некоторые данные по этим величинам приведены в таблице Следует учесть, что при закрытой форточке шум уменьшается примерно на 5дБА.

Таблица - Сравнительные данные уровней воздействия