ШУМ, ІНФРАЗВУК І УЛЬТРАЗВУК

Шум є безладним поєднанням звуків, які відрізняються інтенсивністю та частотою в частотному діапазоні 20-20000 Гц (діапазон звукового сприймання). Органи слуху людини найчутливіші до звукових коливань частотою 800-5000 Гц. З погляду фізіології шум характеризується як звуковий процес, більшою або меншою мірою неприємний для сприймання, що заважає роботі й відпочинку.

Звуки бувають повітряні й структурні: перші — поширюються в повітряному середовищі, другі - спричиняються коливаннями, які поширюються в твердих тілах.

Звукові хвилі виникають при порушенні стаціонарного стану середовища в результаті дії на нього будь-якої збурювальної сили.

Частинки середовища при цьому починають коливатися відносно положення рівноваги, причому швидкість таких коливань (коливальна швидкість) значно менша від швидкості поширення хвилі (швидкості звуку).

Швидкість звуку в газі в метрах за секунду (м/с) залежить від температури. Для повітря

Де t-температура, °С.

Проте цією залежністю можна скористатися тільки у випадку відносно чистого повітря. Наприклад, для газів, які витікають із сопла реактивного двигуна і містять значну кількість вуглекислого газу, залежність швидкості звуку від температури виражена слабше, ніж для повітря.

Відоме також співвідношення між швидкістю звуку с, частотою/і довжиною хвилі X коливань:

Добуток густини середовища р на швидкість звуку в ньому називається питомим акустичним опором середовища або хвильовим опором і виражається в паскалях за секунду на метр (Пас /м). Для повітря питомий акустичний опір дорівнює 410 Па-с /м, для води - 1,5-10* Па-с/м, для сталі - 4,8107 Па-с/м.

Питомий акустичний опір визначає ступінь відбиття звукових хвиль при переході від одного середовища до іншого, а також звукоізолювальні властивості матеріалів.

Звукове поле — це область простору, в якій поширюються звукові хвилі. У кожній точці звукового поля тиск і швидкість руху частинок повітря змінюються з часом. Різниця між миттєвим значенням повного тиску звуку і середнім, яке спостерігається у незбуреному середовищі, називається звуковим тиском Р.

Одиниця вимірювання звукового тиску — паскаль. Звуковий тиск - величина скалярна. Для того, щоб уявити собі звуковий тиск в 1 Па, можна навести такий приклад. Нормальний атмосферний тиск на рівні моря на широті 45° і при температурі 0°С дорівнює 101325 Па, звідки виходить, що 1 Па приблизно відповідає одній стотисячній атмосферного тиску.

Шепіт створює в повітрі на відстані 1 м звуковий тиск, який дорівнює приблизно 0,001 Па, звичайна розмова - біля 0,1 Па, голосний крик - 0,5—1,0 Па. Шум поблизу працюючого поршневого авіадвигуна відповідає приблизно тиску 20 Па.

Інтенсивністю звуку і називається кількість звукової енергії, яка проходить за одиницю часу крізь одиницю поверхні, перпендикулярної до напрямку поширення звукової хвилі. Інтенсивність звуку — величина векторна, оскільки вона визначається залежно від напрямку руху звукового потоку. Одиницею вимірювання інтенсивності звуку є ват на квадратний метр (Вт/м2). Інтенсивність звуку безпосередньо визначити важко, значно легше виміряти звуковий тиск. Якщо середньоквадратичне значення звукового тиску визначити як Р і швидкість звуку с, інтенсивність звуку для плоскої хвилі можна визначити за формулою:

Під інтенсивністю звуку, як правило, розуміється і його гучність, хоч гучність та інтенсивність звуку не одне й те ж. Інтенсивність звуку — певна фізична величина, гучність же зумовлюється відчуттям цієї інтенсивності звуку нашою свідомістю. З медичних досліджень відомо, що усяке відчуття, в тому числі й відчуття інтенсивності звуку, збільшується значно повільніше, ніж подразнення, яке його викликає. Ступінь відчуття зростає в арифметичній прогресії, а сила подразнення, що його викликає, — в геометричній. Але перед тим, як охарактеризувати поняття "гучність звуку", розглянемо так звану шкалу децибелів, яка частково враховує описану вище особливість органів слуху людини.

За основу побудови шкали децибелів взято закон Вебера-Фехнера, згідно з яким чутливість слухового апарата пропорційна логарифму відношення інтенсивності звуків І і Іо.

плив на організм людини шумів, які виникають у процесі функціонування ПС, залежить значною мірою від їхньої інтенсивності й характеру. Під дією шуму зниження продуктивності праці може досягати 20 % залежно від інтенсивності шуму, його характеру і виду виконуваної роботи. Стійкий постійний шум менше впливає на організм людини, ніж шум, який виникає нерегулярно, а шум меншої частоти — менше, ніж високочастотний. Останній сприяє також швидкому настанню у людини почуття втоми, оскільки низькочастотні інтенсивні шуми мають менше виражений неприємний вплив, ніж високочастотні меншої інтенсивності. Нерівномірні шуми, наприклад, під час несинхронної роботи повітряних гвинтів на літаках з декількома двигунами ще більше підсилюють у людини почуття роздратування і втоми. У зв'язку з цим до ПС пред'являють жорсткі вимоги відносно синхронізації роботи їхніх двигунів.

Спостереження показали, що шум, рівень інтенсивності якого перевищує 60 дБ, може гальмувати нормальне травлення шлунку, причому при шумі 80-90 дБ число скорочень шлунку за хвилину зменшується на 37%. Установлено також, що при інтенсивності шуму більше 60 дБ виділення слини і шлункового соку знижується на 44 %. Тимчасове, а іноді й постійне підвищення кров'яного тиску, підвищена роздратованість, зниження працездатності, .душевна депресія є наслідками шуму. Невизначені шуми, які не доходять до свідомості, також викликають виснаження центральної нервової системи, в результаті чого вони можуть стати причиною непомітних до певного часу порушень в організмі.

Дія шуму на слуховий апарат - предмет численних досліджень. Якщо слуховий апарат людини піддати тривалим або повторним діям досить гучного шуму, то настає тимчасова або постійна втрата слуху. У людини, яка знаходиться протягом 6-8 год під дією шуму інтенсивністю 90 дБ, настає помітне зниження слуху, що зникає приблизно через 1 год після його припинення. Після декількох годин перебування під дією шуму інтенсивністю 115 дБ в осіб льотного і наземного обслуговуючого персоналу настає тимчасова втрата слуху в діапазоні середніх і високих частот, яка продовжується від декількох хвилин до декількох годин. Шум, який перевищує 120 дБ, дуже швидко викликає у людини втому, що настає вже через декілька хвилин і супроводжується помітним зниженням слуху. У кожному окремому випадку ступінь втрати слуху і тривалість періоду відновлення пропорційні рівню інтенсивності й тривалості дії.

Ультразвук - це коливання пружного середовища з частотою понад 20 000 Гц. Ультразвуковий діапазон частот поділяється на низькочастотні коливання (від 1,12-Ю4 до 105 Гц), що розповсюджуються повітряним і контактним шляхом, та високочастотні коливання (від 105 до (Г Гц), що розповсюджуються тільки контактним шляхом. Ультразвук, як і звук, характеризується ультразвуковим тиском (Па), рівнем звукового тиску (дБ), інтенсивністю (Вт/м2) та частотою коливань (Гц). При розповсюдженні в різних середовищах ультразвукові хвилі поглинаються тим швидше, чим вища їх частота. Поглинання ультразвуку супроводжується нагріванням середовища. Ступінь його біологічного впливу (в основному контактного) при контакті з рідким середовищем, в якому поширюються ультразвукові коливання, залежить від часу контакту, інтенсивності, частоти і характеру ультразвукових коливань. У людей, що працюють з ультразвуковими установками нерідко спостерігаються функціональні порушення нервової, серцево-судинної систем, зміна кров'яного тиску, складу і властивостей крові, головний біль, швидка втомлюваність.

Джерелами ультразвуку можуть бути різні акустичні перетворювачі, найпоширеніший з них - магнітострикційний перетворювач, що працює від змінного струму і генерує механічні коливання з частотою понад 20 кГц.

Допустимі рівні звукового тиску на робочих місцях звукових та ультразвукових коливань, що поширюються повітряним шляхом, не повинні перевищувати таких значень:

З метою підвищення безпеки людини слід застосовувати ультразвук більш високих частот, які більш безпечні, передбачати дистанційне управління і системи блокування. Ультразвукові установки повинні мати кожухи або екрани із органічного скла або сталевих листів, що оброблені протишумною мастикою, гумовим покриттям.

При обслуговуванні установок, що випромінюють ультразвук, слід застосовувати спеціальні рукавички з багатошарового матеріалу (гума, тканина) та захоплювачі-маніпулятори, що виключають безпосередній контакт людини з вібруючим обладнанням.

13.6. Інфразвук

Інфразвук - це механічні коливання пружного середовища, що мають однакову із шумом фізичну природу, але різняться частотою коливань, яка не перевищує 20 Гц. У повітрі інфразвук поглинається незначно. У зв'язку з цим він здатний поширюватися на великі відстані.

Інфразвук характеризується інфразвуковим тиском (Па), інтенсивністю (Вт/м2), частотою коливань (Гц). Рівні інтенсивності інфразвуку та інфразвукового тиску визначаються в дБ.

У виробничих умовах інфразвук утворюється при роботі тихохідних великогабаритних машин та механізмів (компресорів, металообробного обладнання, електричних та механічних приводів машин та ін.), що здійснюють обертальні або зворотно-поступальні рухи з повторним циклом до 20 разів за секунду. Інфразвук аеродинамічного походження виникає при турбулентних процесах, в потоках газів та рідин.

Багато природних явищ - землетруси, виверження вулканів, морські бурі і т. п. - супроводжуються випромінюванням інфразвукових коливань.

Інфразвук несприятливо впливає на весь організм людини, в т. ч. і на органи слуху, знижуючи слухову чутність на всіх частотах. Інфразвукові коливання сприймаються як фізичне навантаження, в результаті якого виникає втома, головний біль, запаморочення, порушується діяльність вестибулярного апарату, знижується гострота зору та слуху, порушується периферійний кровообіг, виникає відчуття страху і т. ін. Важкість впливу залежить від діапазону частот, рівня звукового тиску та тривалості.

Низькочастотні коливання з рівнем інфразвукового тиску, що перевищує 150 дБ, людина не в змозі перенести. Особливо несприятливі наслідки викликають інфразвукові коливання з частотою 2... 15 Гц у зв'язку з виникненням резонансних явищ в організмі людини. Особливо небезпечною є частота 7 Гц, тому що вона може збігатися з ритмом біотоків мозку.

У відповідності до санітарних норм рівні звукового тиску інфразвуку в октавних смугах із середньогеометричними частотами 2; 4; 8 та 1 б Гц не повинні перевищувати 105 дБ, а в діапазоні частот 32 Гц -102 дБ. Боротьба з несприятливим впливом інфразвуку ведеться в тих самих напрямках, що і боротьба з шумом. Найдоцільніше зменшувати інтенсивність інфразвукових коливань на стадії проектування машин та агрегатів.