Защита от ультразвука и инфразвука

В процессе эволюции жизни на Земле человек и большинство животных приспособились слышать звуки, которые чаще всего сигнализировали об опасности. Эти звуки оказались в диапазоне частот 16 Гц…20 кГц. Однако спектр звуковых колебаний в природе значительно шире – от тысячных долей Гц до десятков кГц. Как уже отмечалось, звуковые колебания с частотой менее 16 Гц называют инфразвуками, а более 20 кГц – ультразвуками.

В последние годы, кроме природных естественных ультразвуков, появились такие же звуки, генерируемые искусственными установками. Часто они являются сопутствующими в работе установок, а иногда и генерируются для технологических целей.

Ультразвук, например, используется в медицине для лечения различных заболеваний, в промышленности – для очистки деталей, ускорения химических реакций и электролитических процессов, в сельском хозяйстве – для обработки семян перед посевом, в ремонтном деле и т.д.

Систематическое воздействие на человека ультразвука большой мощности может вызывать быструю утомляемость, боль в ушах, головную боль, нарушение нервной и сердечно-сосудистой систем. Поэтому запрещается непосредственный контакт с ультразвуковыми установками. Они должны быть звукоизолированы от помещений, где находятся люди.

ГОСТ 12.1.001-75 «Ультразвук. Общие требования безопасности» устанавливает следующие допустимые на рабочих местах уровни звукового давления в среднегеометрических частотах третьеоктавных полос:

12500 Гц 75 дБ

16000 Гц 85 дБ

20000 Гц и выше 110 дБ

Контроль уровня звукового давления следует проводить ежегодно, а также после ремонта оборудования. Измерение проводят шумомером, работающим на временной характеристике «быстро», на расстоянии 5 см от уха работающего.

Вредное воздействие ультразвука на организм человека устраняют или снижают путем исключения паразитного излучения звуковой энергии, применением звукоизолирующих кожухов и экранов, а также дистанционного управления ультразвуковыми установками. Важное значение имеют инструктаж работающих о характере действия ультразвука и мерах защиты, а также рациональный режим труда и отдыха.

Инфразвуковые колебания в природе генерируются землетрясением, извержением вулканов, морскими штормами и бурями. В современном производстве такие звуки образуются при работе компрессоров, дизельных двигателей, турбин, электровозов, тепловозов, промышленных вентиляторов и других крупногабаритных машин и механизмов. Причиной возникновения таких звуков являются возмущающие силы механизмов. Обычно они генерируют шум широкополосного спектра с наибольшей звуковой энергией в области низких частот.

Инфразвуковые колебания снижают работоспособность и оказывают вредное влияние на организм человека. Длительное воздействие низкочастотных колебаний приводит к утомляемости, головокружению, раздражительности, нарушению сна, психическим расстройствам, нарушению периферического кровообращения, центральной нервной системы и пищеварения. Человек способен кратковременно переносить инфразвуковые колебания с уровнем звукового давления лишь до 150 дБ. Инфразвуковые колебания с уровнем звукового давления более 150 дБ могут представлять смертельную опасность, особенно в диапазоне частот (2…10 Гц) колебаний внутренних органов человека, так как приводят к резонансным явлениям в организме. Для органов дыхания опасны инфразвуковые колебания с частотой 1…3 Гц, для сердца – 3…5 Гц, для биотоков мозга – 8 Гц, для желудка – 5…9 Гц.

Опасность инфразвука усугубляется тем, что его колебания, имея большую длину волны, распространяются на большие расстояния без заметного ослабления.

Для измерения инфразвука используются специальные инфразвуковые микрофоны и приборы.

Снижение неблагоприятного воздействия инфразвука – одна из главных задач гигиены труда. Решается она комплексом технических и медицинских мероприятий, устранением причин возникновения и ослаблением инфразвука в источнике возникновения, изоляцией и поглощением инфразвука, применением индивидуальных средств защиты и проведением медицинской профилактики.

Важное значение при этом имеют средства строительной акустики, архитектурно-планировочные решения, планировка помещений, рациональное размещение инфразвукового оборудования. Динамический глушитель шума всасывания компрессора снижает инфразвук более чем на 20 дБ. Эффективны также акустические резонаторы.

Поскольку инфразвук воздействует не только через ухо, но и через весь организм в целом, то для защиты от него применяют специальные противошумы (ГОСТ 17562-70).

Важнейшей мерой медицинской профилактики вредного влияния инфразвука является проведение предварительных и периодических медицинских осмотров.

Нормирование шума

Повышенный уровень шума, действуя на органы слуха, прежде всего приводит к снижению, а при длительном воздействии – к потере слуховой чувствительности. По данным ВНИИОТСХ, риск повреждения органа слуха оператора, постоянно работающего на протяжении 10 лет при уровне звука 85 дБ, составляет 3 %, а при 100 дБ – достигает 30 %. Для сравнения приведем значения уровня шума различных источников:

- шорох листвы – 20 дБ;

- разговор вполголоса на расстоянии 1 м – 50 дБ;

- разговор средней громкости – 65 дБ;

- грузовик на расстоянии 1 м – 85 дБ;

- трактор на расстоянии 1 м – 85…100 дБ.

Нормирование шума – главное мероприятие в борьбе с его вредным влиянием на организм человека. Основой для нормирования служат объективные реакции человека на воздействие шума. На основе многолетних медицинских наблюдений установлен предельный уровень шума, длительное воздействие которого не приводит к опасным отклонениям в состоянии работающего.

Гигиеническое нормирование шума на рабочих местах осуществляется при помощи предельных спектров и по общему уровню шума. Предельный спектр (ПС) определяется значениями предельно допустимых уровней в 8-октавных полосах со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц. Каждому ПС присвоен номер, соответствующий предельно допустимому уровню на частоте 1000 Гц.

Нормируемый общий уровень звука связан с предельным спектром зависимостью:

(4.35)

В таблице 4.4 приведены допустимые уровни для некоторых рабочих мест по ГОСТ 12.1.003-83 и СН 22.4/2.18.562-96.

Таблица 4.4 – Допустимые уровни звукового давления в октавных полосах для различных рабочих мест

Рабочие места	Уровень звукового давления (дБ) в октавных полосах, Гц	Общий уровень звука, дБА
31,5
Высококвалифицированная работа, требующая сосредоточенности, административно-управленческая деятельность, измерительные и аналитические работы в лаборатории; рабочие места в помещениях цехового управленческого аппарата, в рабочих комнатах конторских помещений, в лабораториях
Рабочие места водителей и обслуживающего персонала тракторов, самоходных шасси, прицепных и навесных сельскохозяйственных машин, строительно-дорожных и др. аналогичных машин

Указанные в таблице нормы установлены для широкополосного шума, который имеет непрерывный спектр шириной более одной октавы. Для тонального и импульсного шумов они должны уменьшаться на 5 дБ. Такая же поправка вводится для шума, создаваемого в помещениях вентиляторами, кондиционерами.

Измеряется шум с помощью специальных приборов – шумомеров. Наиболее распространены шумомеры марок ИШВ-1, ВШВ-003, «Шум-1м».

Методы защиты от шума

Метод защиты от шума в каждом конкретном случае выбирается отдельно. Однако в практике борьбы с шумом можно выделить три направления:

- уменьшение шума в источнике возникновения;

- уменьшение шума на пути его распространения;

- организационно-технические мероприятия.

Рассмотрим подробнее каждое из этих направлений.

а) Уменьшение шума в источнике возникновения наиболее рационально, т.к. начинается на стадии проектирования механизма. Наиболее распространенными способами снижения шума в источнике считаются:

- замена ударных взаимодействий безударными (например, замена ковки прессованием);

- замена возвратно-поступательных движений деталей вращательными;

- совершенствование кинематических схем.

Так, замена цепного привода клиноременным снижает шум на 10…15 дБ; замена подшипников качения подшипниками скольжения – на 10…15 дБ; изготовление деталей из беззвучных материалов, например, применение капроновых шестерен, снижает шум на 10…12 дБ; снижают шум устранение неуравновешенности вращающихся масс (статическая и динамическая балансировка) и своевременный уход и ремонт (смазка, устранение зазоров и т.д.).

б) Уменьшение шума на пути его распространения достигается звукоизоляцией и звукопоглощением.

Под звукоизоляцией понимается заключение всей шумной машины либо ее части в кожух (капот) или установка машины в изолированном помещении – боксе. Сущность звукоизоляции состоит в том, что звуковая энергия, падающая на ограждение, отражается в гораздо большей степени, чем проникает за ограждение.

Звукопоглощение обусловлено переходом колебательной энергии в тепло вследствие потерь в порах материала. Способность материалов поглощать звуки оценивается коэффициентом звукопоглощения a:

(4.36)

где E_погл – звуковая энергия, поглощаемая материалом; E_пад – падающая звуковая энергия.

В качестве звукопоглощающих материалов применяются войлок, вата, фетр, пенопласт, поролон и др. Коэффициенты звукопоглощения (a): для бетона – 0,04, для кирпичной стены – 0,07, для слоя ваты толщиной 100 мм – 0,7, для слоя войлока толщиной 12,5 мм – 0,5.

Одним из методов глушения шума на пути его распространения является устройство глушителей.

По принципу работы глушители подразделяются на активные, экранные и реактивные.

Активные глушители эффективны для глушения высокочастотных шумов. Снижение шума достигается за счет облицовки шумопоглощающим материалом.

Экранные глушители устанавливаются у выхода из трубопроводов газов или жидкостей.

Глушители реактивного типа работают по принципу поглощения звуковой энергии за счет образования «волновой пробки», затрудняющей прохождение звука на некоторых частотах из-за инертности массы воздуха в трубках и отверстиях. Они способны пропускать без заметного ослабления одни частоты и подавлять другие.

Реактивные глушители могут быть однокамерные и многокамерные. Чем больше число камер, тем эффективнее глушитель. Для автотракторных двигателей емкость глушителя составляет 1,5…3,7 см³ на 1 см³ литража двигателя.

в) Снижение производственного шума возможно за счет организационно-технических мероприятий. Наиболее важными из них являются:

- правильная планировка цехов и зданий с учетом господствующих ветров; (ослабление шума L_r на расстоянии r определяется по формуле , где L₁ – уровень шума на расстоянии 1 м);

- озеленение территории (листва является хорошим поглотителем шума);

- планирование времени работы шумного оборудования таким образом, чтобы в это время работало меньше людей;

- для защиты органов слуха от высокочастотного шума применяют противошумные наушники, вкладыши, тампоны «беруши».

В наушниках типа ВЦНИИОТ звукопоглотилем являются поролон, пенопласт или стекловолокно.