Шумовое загрязнение

Шум— это беспорядочные колебания различной физической природы, отличающиеся сложностью временной и спектральной структуры. В данном случае понятие шум относится к звуковым колебаниям. В свою очередь, под звуком понимается колебательное движение частиц упругой среды, распространяющееся в виде волн в газообразной, жидкой и твердой средах. Звук – явление, субъективно воспринимаемое органами слуха человека и животных.

Шумовое загрязнение относится к категории основных видов вредных воздействий на окружающую человека среду и, в первую очередь, на человека – комфортность его жизненных условий и здоровье. При нормировании шумового воздействия используются следующие характеристики. Звуковое давление – переменная составляющая давления воздуха или газа, возникающая в результате звуковых колебаний. Оно определяется в паскалях (Па). Уровень звукового давления, измеряемый в децибелах (дБ), служит характеристикой постоянного шума. Один дБ – это уровень звукового давления р, для которого выполняется соотношение 20lg × (р/р₀) = 1 (где р₀ – исходное значение звукового давления в воздухе равное 2×10^-5Па).

Территория, на которой уровень звукового давления составляет менее 55 дБ, считается по данному показателю вполне комфортной, при звуковом давлении более 55 дБ территорию относят к дискомфортной. Безвредный порог шумового воздействия для человека составляет 70 дБ. Шум интенсивностью более 130 дБ может вызвать акустические травмы и негативно сказаться на здоровье; 180 дБ вызывает усталость металлов, а при 190 дБ вылетают заклепки из металлических конструкций. Неожиданный звук или даже небольшой шум способны привести к эмоциональному или поведенческому стрессу.

Шум может усиливать токсический эффект воздействия вредных веществ на человека и ускорять развитие отравлений, что особенно актуально для производственной деятельности. В результате исследований на одном из нефтеперерабатывающих заводов установлено, что у рабочих при шуме 90–115 дБ частотой 2,5–6,4 кГц и при одновременном воздействии нефтяных газов чаще развивается коронарная недостаточность. Кроме того, сильное шумовое воздействие приводит к неточностям при выполнении технологических операций, что может иметь чрезвычайно тяжелые последствия, вплоть до материальных и людских потерь. Значителен финансовый ущерб от шумового загрязнения. В Великобритании, например, убытки от шума превышают ущерб от пожаров. В США вред от шумового воздействия только в учреждениях оценивается в 4 млн долларов ежегодно. Производительность труда при работе в тишине на 9% выше, а количество ошибок на 29% меньше, чем при шуме. Есть данные, что шум обладает аккумулирующим эффектом, накапливаясь в организме.

Шумовое антропогенное воздействие небезразлично и для животных. В литературе имеются сведения о том, что интенсивное звуковое воздействие ведет к снижению удоев, яйценоскости кур, потере ориентирования у пчел и к гибели их личинок, к более ранней линьке у птиц, преждевременным родам у зверей и т. д. Установлено, что беспорядочный шум мощностью 100 дБ приводит к запаздыванию прорастания семян.

Актуальность этой проблемы для России подтверждается тем, что около 35 млн населения страны подвержено постоянному шумовому воздействию высокой интенсивностью. По данным Госсанэпиднадзора России в 1996 г. на производстве воздействию шума сверх допустимого уровня подвергались 37,4% работающих на 58% всех предприятий, на транспорте 50,8% и 61,6% соответственно.

На улицах городов основным источником шума выступает автотранспорт, доля которого в шумовом загрязнении составляет 60–80% (рис. 5). Уровень шума от транспорта достигает 80–82 дБ. Неблагоприятную акустическую обстановку создают объекты промышленности и железнодорожного транспорта. Так, превышение санитарно-гигиенических нормативов отмечено почти на 50% территорий, прилегающих к железнодорожным путям.

Рис. 5. Основные источники шумового воздействия в Москве

Особенно опасен для человека шум авиационного транспорта. Уровень шума от взлетающего реактивного самолета составляет 130–140 дБ. Население 35% территорий вблизи аэропортов подвержено шумовому воздействию выше нормативного. Влияние авиационного шума вблизи аэропортов затрагивает примерно 3% городского населения России. При этом численность населения на территории с превышением установленных стандартами уровней вблизи крупных аэропортов федерального значения достигает 1,5 млн. человек, а площадь территорий, охваченных этим воздействием, оценивается в 5,8 тыс. км².

В квартирах источники шума — холодильное оборудование, а также машины и механизмы магазинов, столовых, мастерских, расположенных в жилых домах. В этих случаях уровень шума в квартирах может повышаться на 20–25 дБ. По прогнозу в крупных городах шум будет расти на 1 дБ в год. Однако уже сейчас в Москве средние шумовые нагрузки превышают санитарные нормы в 2,0–2,5 раза. На территории со сверхнормативным уровнем шума, составляющей 30% общей площади столицы, проживает 3 млн человек. Характеристики основных источников шумового загрязнения по уровню шума приведены ниже:

При этом санитарная норма для жилой зоны составляет 45–60 дБ.

Шумовое загрязнение типично для всех развитых стран. Так, по нормам ЕС уровень шума не должен превышать 84–85 дБ, однако во многих городах мира он достигает 85–105 дБ. Для сравнения – уровень шума при обычном разговоре составляет 30–60 дБ.

Таким образом, основные источники шумового загрязнения — разнообразные виды хозяйственной деятельности человека. Шумовое воздействие, в отличие от других вредных воздействий, в достаточной степени локализовано и распространяется, как правило, на производственные и селитебные территории. В связи с этим основное внимание в вопросе нормирования шумового воздействия отводится санитарно-гигиеническому направлению.Предельно допустимый уровень (ПДУ) шума — это уровень фактора, который при ежедневной (кроме выходных дней) работе, но не более 40 часов в неделю в течение всего рабочего стажа, не должен вызывать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений. Соблюдение ПДУ шума не исключает нарушения здоровья у сверхчувствительных лиц.

В соответствии с СН 2.2.4/2.1.8.562-96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки» шум подразделяется на:

1) постоянный – когда уровень шума в течение 8 ч изменяется не более чем на 5 дБ (двигатели, насосы, трансформаторные подстанции и т. д.);

2) непостоянный — когда уровень шума изменяется в течение 8 ч более чем на 5 дБ.

Непостоянный шум подразделяется на:

а) колеблющийся — уровень шума непрерывно изменяется во времени (шум прогреваемых авиадвигателей, автотранспортные потоки и пр.);

б) прерывистый — это шум, при котором наблюдается ступенчатое изменение звука на 5 дБ и более за интервал более 1 с (железнодорожные поезда, взлетающие самолеты и т. д.);

в) импульсный — один или несколько сигналов длительностью менее 1 с, изменяющих уровень шума более чем на 7 дБ.

Характеристикой непостоянного шума на рабочих местах явля­ется эквивалентный уровень звука, измеряемый в дБА. Эквивалентный (по энергии) уровень звуканепостоянного шума – это уровень звука постоянного широкополосного шума, который имеет такое же среднеквадратичное звуковое давление, что и данный непостоянный шум в течение определенного интервала времени. Кроме того, допускается в качестве характеристики постоянного широкополосного шума на рабочих местах принимать уровень звука в дБА, корректированный по частотной характеристике А шумомера по ГОСТ 17187 в дБА.

ПДУ шумового воздействия на рабочих местах для трудовой деятельности разных категорий тяжести и напряженности нормируется через эквивалентный уровень звука и через уровень звука (табл. 8).

Таблица 8. Предельно допустимые уровни звука и эквивалентные уровни звука (дБА) на рабочих местах для трудовой деятельности разных категорий тяжести и напряженности

Для тонального и импульсного шума в качестве нормы принимается значение на 5 дБ ниже ПДУ. Дополнительно для колеблющегося во времени и прерывистого шума максимальный уровень звука не должен превышать 110 дБА, а для импульсного шума — 125 дБА.

Человек воспринимает звук в широком интервале частот — от 16 Гц до 20 кГц. За пределами нижней границы частот лежит инфразвук, выше 20 кГц – ультразвук. Шум одного уровня, но с различными частотами человек воспринимает по-разному. Например, при 40 дБ звук частотой 5 кГц воспринимается в два раза громче, чем частотой 1 кГц. При одном уровне звукового давления более высокие звуки кажутся громче, чем низкие. Поэтому предельно допустимые уровни постоянного шума устанавливаются в зависимости от частоты по девяти градациям — от 31,5 Гц до 8 кГц.

Предельно допустимые уровни для постоянного и непостоянного шума назначаются по видам деятельности в зависимости, как уже указывалось, от частоты. Выделено пять видов деятельности:

1) для творческой деятельности и руководства производственными коллективами уровень шумового давления не должен превышать при 31,5 Гц (минимальное значение частоты в рамках используемых градаций) 86 дБ и при 8 кГц (максимальное значение частоты) – 38 дБ, величины уровня звука и эквивалентного уровня звука – 50 дБА;

2) для высококвалифицированных работ, требующих сосредоточенности, величина ПДУ находится в интервале от 49 до 93 дБ, величины уровня звука и эквивалентного уровня звука – 60 дБА;

3) для работ, выполняемых с часто по­лу­чаемыми указаниями и акусти­чес­ки­ми сигналами; требующих постоянного слухового контроля, составляет 54–96 дБ, величины уровня звука и эквивалентного уровня звука – 65 дБА;

4) для работ, требующих сосредоточения, находится в диапазоне 64–103 дБ, величины уровня звука и эквивалентного уровня звука – 75 дБА;

5) для остальных видов работ уровень звукового давления в октавных полосах будет 69–107 дБ, величины уровня звука и эквивалентного уровня звука – 80 дБА.

Кроме ПДУ шумового воздействия на предприятиях, в учреждениях и организациях нормируются предельно допустимые уровни шума от подвижного железнодорожного транспорта, морских и речных судов, сельскохозяйственной и дорожно-строительной техники, что в целом направлено на снижение шумового воздействия на окружающую среду — селитебные территории и природные ландшафты.

Нормирование шумового загрязнения в помещениях жилых и общественных зданий и шума на территории жилой застройки (всего 12 позиций) осуществляется с применением тех же принципов, но с учетом времени суток (день, ночь). Так, в жилых квартирах ПДУ звукового давления в октавных полосах днем будет составлять 28–79 дБ, эквивалентный уровень звука – 40 дБА; ночью (с 23 до 7 часов утра) требования ужесточаются: 18-72 дБ и 30 дБА соответственно.

При проектировании новой техники предъявляются соответствующие требования к их шумовым характеристикам. Технически достижимые уровни шума должны быть обоснованы данными по шумовым показателям лучших мировых аналогов, результатами измерения шумовых параметров представительного числа машин данного класса, анализом методов и средств снижения шума, планом мероприятий по снижению шума и т. д. Шумовому воздействию уделяется большое внимание в экологическом проектировании, т. к. нередко этот вид загрязнения становится лимитирующим при обосновании ширины санитарно-защитной зоны.

Расчет шумового воздействия от разных источников проводится по алгоритмам, представленным в СНиП 23-03-2003 «Защита от шума». Акустический расчет должен производиться в следующей последовательности:

- выявление источников шума и определение их шумовых характеристик;

- выбор точек в помещениях и на территориях, для которых необходимо провести расчет (расчетных точек);

- определение путей распространения шума от источника (источников) до расчетных точек и потерь звуковой энергии по каждому из путей (снижение за счет расстояния, экранирования, звукоизоляции ограждающих конструкций, звукопоглощения и др.);

- выявление ожидаемых уровней шума в расчетных точках;

- определение требуемого снижения уровней шума на основе сопоставления ожидаемых уровней шума с допустимыми значениями.

Расчет шумового воздействия следует проводить по уровням звукового давления L, дБ, в восьми октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц. При отсутствии данных по октавным уровням звукового давления на рассматриваемое оборудование в расчетах допускается использовать эквивалентные уровни звука L_Аэкв, дБА и максимальные уровни звука L_Aмакс, дБА. Шум считается в пределах нормы, когда он как по эквивалентному, так и по максимальному уровню не превышает установленные нормативные значения. Шумовые характеристики источников воздействия должны указываться заводом-изготовителем в технической документации (технологическое и инженерное оборудование), либо определяться прямыми замерами шумомером.

По представленным в СНиПе алгоритмам возможно определение уровней звукового давления (эквивалентного уровня звука) в расчетных точках. Например, источник шума и расчетная точка расположены на территории, расстояние между ними больше удвоенного максимального размера источника шума и между ними нет препятствий, экранирующих шум или отражающих его в направлении расчетной точки. Это условие в максимальной степени соответствует расчету в границах санитарно-защитной зоны и за ее пределами. В этом случае октавные уровни звукового давления (L, дБ) в расчетных точках при точечном источнике шума определяются по формуле:

L = L_w – 20 lg r + lg Ф - - 10 lg W

где L_w – октавный уровень звуковой мощности, дБ;

Ф - фактор направленности источника шума (для источников с равномерным излучением Ф = 1);

Ω - пространственный угол излучения источника, рад. (2 p);

r - расстояние от акустического центра источника шума до расчетной точки, м (если точное положение акустического центра неизвестно, он принимается совпадающим с геометрическим центром);

β_а - затухание звука в атмосфере, дБ/км, принимаемое по таблице 5 СНиП.

Как отмечалось выше, при отсутствии данных по октавным уровням допускается использование в формуле эквивалентного уровня звука (дБА). При определенном допущении можно решить обратную задачу, т. е. определить расстояние (r), на котором уровень звукового давления (уровень звука) будут соответствовать нормативному. Это допустимо при сравнительно невысоких значениях L_w (L_Аэквw) (до 100 дБ). Тогда, величина слагаемого будет незначима, и ей можно пренебречь. Кроме того слагаемое lg Ф = 0, т.к. Ф = 1. В этом случае расстояние, на котором будет соблюдаться нормативное значение уровня звукового давления (уровня звука), находится по формуле

lg r = (L_w – L_n - 10 lg W) / 20,

где L_n – нормативное значениеуровня звукового давления (уровня звука).