Вибрация и акустические колебания

Идентификация энергетических воздействий

Действие вибрации, шума, вибрации, ультразвука, инфразвука на организм. Гигиеническое нормирование

Шум, вибрация, инфра – и ультразвук по своей физической природе являются упругими колебаниями твердых тел, газов и жидкостей.

Вибрация – механические колебания упругих тел, проявляющиеся в изменении положения центра тяжести, оси симметрии или формы которую тело имело в статическом состоянии.

Воздействие вибраций на человека классифицируются:

по способу передачи· вибраций;

по направлению действия· вибраций;

по временной· характеристике.

В зависимости от способа передачи колебаний человеку вибрацию подразделяют на:

общую вибрацию,· передающуюся через опорные поверхности на тело сидящего или стоящего человека;

локальную, передающуюся· через руки или участки тела человека, контактирующие с вибрирующими поверхностями рабочих столов.

По направлению действия вибрация подразделяется на:

вертикальную;·

горизонтальную, от спины к· груди;

горизонтальную, от правого· плеча к левому плечу.

По временной характеристике различается:

постоянная вибрация, для· которой контролируемый параметр, например, виброскорость за время наблюдения изменяется не более чем в два раза (6 дБ);

непостоянная вибрация,· изменяющаяся по контролируемым параметрам более чем в два раза.

Вибрация относится к факторам, обладающим высокой биологической активностью.

Действие вибрации зависит от:

частоты и амплитуды· колебаний;

продолжительности· воздействия, места приложения и направления оси вибрационного воздействия;

демпфирующих свойств· тканей организма человека;

явлений резонанса и других· условий.

Резонанс человеческого тела, отдельных его органов наступает под действием внешних сил при совпадении собственных частот колебаний внутренних органов с частотами внешних сил.

При повышении частот колебаний выше 0,7 Гц возможны резонансные колебания в органах.

Область резонанса для головы в положении сидя при вертикальных вибрациях располагается в зоне между 20...30 Гц, при горизонтальных − 1,5...2 Гц.

Особое значение резонанс приобретает по отношению к органу зрения. Частотный диапазон расстройств зрительных восприятий лежит между 60 и 90 Гц, что соответствует резонансу глазных яблок.

Для органов, расположенных в грудной клетке и брюшной полости (грудь, диафрагма, живот), резонансными являются частоты З...3,5 Гц.

Для всего тела в положении сидя резонанс наступает на частотах 4...6 Гц.

При действии на организм общей вибрации в первую очередь страдает опорно − двигательный аппарат, нервная система и такие анализаторы, как вестибулярный, зрительный, тактильный.

У рабочих вибрационных профессий отмечены головокружения, расстройство координации движений, симптомы укачивания.

Под влиянием общих вибраций отмечается снижение болевой, тактильной и вибрационной чувствительности. Особенно опасна толчкообразная вибрация, вызывающая микротравматизацию различных тканей с последующими их изменениями.

Общая низкочастотная вибрация оказывает влияние на обменные процессы, проявляющиеся изменением углеводного, белкового, ферментного, витаминного и холестеринового обменов, биохимических показателей крови.

Вибрационная болезнь (ВБ) от воздействия общей вибрации и толчков регистрируется у водителей транспорта и операторов транспортно-технологических машин и агрегатов, часто − на заводах железобетонных изделий.

Рабочие жалуются на боли в пояснице, конечностях, в области желудка, отсутствие аппетита, бессонницу, раздражительность, быструю утомляемость.

В целом, картина воздействия общей низко− и среднечастотной вибрации выражается общими вегетативными расстройствами с нарушениями опорно− двигательного аппарата (мышц, связок, костей и суставов), а также сосудистого тонуса и болевой, температурной и вибрационной чувствительности.

Бич современного производства, особенно машиностроения, − локальная вибрация.

Локальной вибрации подвергаются главным образом лица, работающие с ручным механизированным инструментом.

Локальная вибрация вызывает спазмы сосудов кисти, предплечий, нарушая снабжение конечностей кровью.

Одновременно колебания действуют на нервные окончания, мышечные и костные ткани, вызывают снижение кожной чувствительности, отложение солей в суставах пальцев, деформируя и уменьшая подвижность суставов.

В этих случаях рабочие жалуются на ноющие, ломящие, тянущие боли в руках, часто по ночам. Колебания низких частот вызывают резкое снижение тонуса капилляров, а колебания высоких частот − спазм сосудов.

У формовщиков, бурильщиков, заточников, рихтовщиков при среднечастотном спектре вибраций заболевание развивается через 8...10 лет работы. При работе с инструментом ударного действия (клепка, обрубка) виброболезнь проявляется через 12...15 лет.

К факторам производственной среды, усугубляющим вредное воздействие вибраций на организм, относятся чрезмерные мышечные нагрузки, неблагоприятные микроклиматические условия, особенно пониженная температура, повышенная влажность, шум высокой интенсивности, психоэмоциональный стресс. Охлаждение и смачивание рук значительно повышает риск развития вибрационной болезни за счет усиления сосудистых реакций.

Вибрационная болезнь (ВБ) включена в список профессиональных заболеваний. Она диагностируется, как правило, у работающих на производстве; в условиях населенных мест ВБ не регистрируется, несмотря на наличие многих источников вибрации (наземный и подземный транспорт, промышленные источники и др.).

Лица, подвергающиеся воздействию вибрации окружающей среды, чаще болеют сердечно − сосудистыми и нервными заболеваниями и обычно жалуются на неважное самочувствие.

Гигиеническое нормирование вибраций осуществляется по ГОСТ 12.1.012−90 и СН 2.2.4/2.1.8.566−96.

Документы устанавливают нормируемые параметры и их допустимые значения, режимы труда лиц виброопасных профессий.

При гигиенической оценке вибраций нормируемыми параметрами являются средние квадратичные значения виброскорости v или виброускорения а и их логарифмические уровни Lv, La для локальных вибраций в октавных полосах частот, а для общей вибрации − в октавных или 1/3 октавных полосах.

Допускается интегральная оценка вибрации во всем частотном диапазоне нормируемого параметра, а также по дозе вибрации с учетом времени воздействия.

Акустические колебания. Физическое понятие об акустических колебаниях охватывает как слышимые, так и неслышимые колебания упругих сред.

Звук − акустические колебания в диапазоне 16 Гц...20 кГц, воспринимаемые человеком с нормальным слухом.

Инфразвук − акустические колебания с частотой менее 16 Гц.

Ультразвук − акустические колебания с частотой выше 20000 Гц.

Распространяясь в пространстве, звуковые колебания создают акустическое поле.

Ухо человека может воспринимать и анализировать звуки в широком диапазоне частот и интенсивностей. Самые низкие значения порогов лежат в диапазоне частот 1...5 кГц. Порог слуха молодого человека составляет 0 дБ на частоте 1000 Гц, на частоте 100 Гц порог слухового восприятия значительно выше, так как ухо менее чувствительно к звукам низких частот. К концу жизни из − за интенсивного акустического загрязнения окружающей среды у человека снижается верхнее значение восприятия по частоте до 10000 – 15000 Гц.

Болевым порогом принято считать звук с уровнем 140 дБ, что соответствует звуковому давлению 200 Па и интенсивности 100 Вт/м2, звуковые ощущения оцениваются по порогу дискомфорта (слабая боль в ухе, ощущение касания, щекотания).

Шум − это совокупность апериодических звуков различной интенсивности и частоты.

С физиологической точки зрения шум − это всякий неблагоприятно воспринимаемый звук. Окружающие нас шумы имеют разный уровень звука:

разговорная речь − 50...60· дБА;

шелест листвы – 30· дБА;

автосирена − 100· дБА;

шум двигателя легкового· автомобиля − 80 дБА;

громкая музыка − 70· дБА;

шум в обычной квартире −· 30...40 дБА;

взрыв атомной бомбы – 200· дБА.

Шумы принято классифицировать по частотным, спектральным и временным характеристикам.

По частоте в зависимости от преобладания звуковой энергии в соответствующем диапазоне частот различают низко−, средне− и высокочастотные шумы.

По временным характеристикам шумы делят на постоянные и непостоянные (колеблющиеся, прерывистые и импульсные).

По спектру − широкополосные и тональные.

Основные энергетические характеристики шума.

Звуковая волна характеризуется следующими параметрами: звуковым давлением, длиной волны, частотой, амплитудой колебания и скоростью звука.

Звуковое давление Р в некоторой точке пространства – это разность между мгновенным значением полного давления в этой точке и средним давлением, которое наблюдается в невозмущенной среде. Единица измерения давления – паскаль (Па). Динамический диапазон восприятия по звуковому давлению 2*10-5 − 2*102 Па.

Длина волны λ – это расстояние, измеренное вдоль направления распространения, между ближайшими точками звукового поля, в которых фазы колебаний одинаковые.

Частота f – число колебаний в единицу времени, Гц; а время, в течение которого совершается полное колебание, – период Т, с.

Скорость звука с связана с длиной волны и частотой следующей зависимостью

Под интенсивностью звука (шума) понимают количество звуковой энергии, проходящей через площадь 1 м2, расположенную перпендикулярно направлению распространения звуковой волны, Вт/м2. Динамический диапазон восприятия составляет 10-12 – 102 Вт/м2.

Характерной особенностью абсолютных значений звукового давления (4), интенсивности звука является большой диапазон, в пределах которого они могут изменяться. Поэтому для удобства вычислений принято оценивать звуковое давление или интенсивность звука не в абсолютных, а в относительных единицах (белах, децибелах) по отношению к пороговым значениям. Измеренные таким образом величины называются уровнями.

Бел Б – это десятичный логарифм отношения интенсивности звука в данной точке к пороговому значению.

Ухо человека способно фиксировать изменение силы звука на 0,1 Б, и эта величина получила название децибел, дБ.

Тогда уровни интенсивности или звукового давления L, дБ, определятся по формуле:

Уровни шума на рабочих местах и на территории промышленных предприятий и селитебной территории городов и других населенных пунктов регламентируются нормативными документами: ГОСТ 12.1.003−83 (89) «ССБТ. Шум. Общие требования безопасности» и СНиП II−12−77 «Защита от шума», СН 2.2.4/2.1.8.562−96 и СНиП 23−03−2003.

Существует два подхода к нормированию шума.

Первый подход.

Основной нормируемой характеристикой постоянного шума в соответствии с ГОСТ 12.1.003−83 (89) являются уровни звукового давления в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц. При этом шум не должен превышать допустимых уровней Lн, дБ.

Cреднегеометрическая частота определяется по формуле

При анализе шума весь диапазон частот разбивают на отдельные полосы.

Октавная полоса – это полоса частот, в которой верхняя граничная частота fв в 2 раза больше нижней fн. В зависимости от частоты характер шума может быть низко–, средним и высокочастотным.

Второй подход

Использование эквивалентного уровня звука LA, дБА. Согласно СНиП 23 – 03 – 2003 характеристикой непостоянного шума является эквивалентный уровень звука, измеряемый по характеристике «А» шумомера (Lэкв, дБА).

Уровень звука связан с соответствующим предельным спектром зависимостью

Так, например, в жилых комнатах в дневное время шум должен соответствовать ПС-35 и LA = 40 дБА, а в ночное время − ПС-25 и LA = 30 дБА.

СНиП II−12−77 устанавливает предельно допустимые уровни звукового давления для территорий, непосредственно прилегающих к жилым домам (в 2−х м от ограждающих конструкций).

Для территории жилой застройки принято нормативное значение Lэкв = 55 дБА. Согласно этому документу также установлены максимальные значения (Lmax) уровней звука, равные 70 дБА.

Интенсивный шум на производстве способствует снижению внимания и увеличению ошибок при выполнении работы.

Из−за шума снижается производительность труда и ухудшается качество работы.

Шум затрудняет своевременную реакцию работающих на предупредительные сигналы внутрицехового транспорта (автопогрузчики, мостовые краны и т. п.), что способствует возникновению несчастных случаев на производстве.

Степень влияния шума зависит от его интенсивности и продолжительности воздействия, состояния ЦНС и, что очень важно, от индивидуальной чувствительности организма к акустическому раздражителю.

Особенно чувствительны к шуму детский и женский организм.

Высокая индивидуальная чувствительность может быть одной из причин повышенной утомляемости и развития неврозов.

Шум (23) влияет на весь организм человека:

угнетает ЦНС;·

вызывает изменение· скорости дыхания и пульса;

способствует нарушению· обмена веществ;

возникновению сердечно −· сосудистых заболеваний, язвы желудка, гипертонической болезни,

может приводить к· профессиональным заболеваниям.

Шум с уровнем звукового давления до 30…35 дБ является привычным дня человека и не беспокоит его.

Повышение уровня звукового давления до 40...70 дБ в условиях бытовой или природной среды создает значительную нагрузку на нервную систему, вызывает ухудшение самочувствия и при длительном действии может стать причиной неврозов.

Воздействие шума уровнем свыше 85 дБ может привести к потере слуха − профессиональной тугоухости.

При действии шума высоких уровней (140 дБ) возможен разрыв барабанных перепонок, контузия, а при еще более высоких (более 160 дБ) и смерть.

Снижение слуха на 10 дБ практически неощутимо, на 20 дБ − начинает серьезно мешать человеку, так как нарушается способность слышать важные звуковые сигналы, наступает ослабление разборчивости речи.

Помимо снижения слуха при воздействии шума наблюдаются общие изменения в организме. Рабочие жалуются на головные боли, головокружение, боли в области сердца, повышение артериального давления, боли в области желудка и желчного пузыря, изменение кислотности желудочного сока.

Шум вызывает снижение функций защитных систем и общей устойчивости организма к внешним воздействиям.

Гигиенические нормативы шума определены ГОСТ 12.1.003 − 83* и СН 2.2.4/2.1.8.562 − 96.

Для нормирования постоянных шумов применяют допустимые уровни звукового давления (УЗД) в девяти октавных полосах частот в зависимости от вида производственной деятельности.

Для ориентировочной оценки в качестве характеристики постоянного шума на рабочих местах допускается принимать эквивалентный уровень звука (дБА), определяемый по шкале А шумомера с коррекцией низкочастотной составляющей по закону чувствительности органов слуха и приближением результатов объективных измерений к субъективному восприятию.

Нормируемой характеристикой непостоянного шума является эквивалентный по энергии уровень звука в дБА.

Для тонального или импульсного шума допустимый уровень звука должен быть на 5 дБ меньше нормативных значений.

В производственных условиях нередко возникает опасность комбинированного влияния высокочастотного шума и низкочастотного ультразвука, например, при работе реактивной техники, при плазменных технологиях

По физической сущности ультразвук (УЗ) (22) не отличается от слышимого звука. Однако в отличие от шума УЗ характеризуется большими знамениями интенсивности (до сотен ватт на квадратный метр).

Он обладает значительно более короткими длинами волн, которые легче фокусировать и соответственно получать более узкое и направленное излучение, т. е. сосредоточивать всю энергию УЗ в нужном направлении и концентрировать в небольшом объеме. Частотный диапазон УЗ способствует большему затуханию колебаний из-за перехода энергии УЗ в теплоту.

По частотному спектру ультразвук делится на:

низкочастотный· УЗ, колебания от 11,2 до 100 кГц;

высокочастотный· УЗ, колебания от 100 кГц до 1000 МГц.

По способу распространения на:

воздушный УЗ;·

контактный.·

Биологический эффект воздействия УЗ на организм зависит от интенсивности, длительности воздействия и размеров поверхности тела, на которую действует УЗ.

Длительное систематическое действие УЗ, распространяющегося в воздухе, вызывает функциональные нарушения нервной, сердечно-сосудистой и эндокринной систем, снижение слуха, а также изменения свойств и состава крови, артериального давления. Появляются жалобы на утомление, головные боли.

Контактное воздействие высокочастотного УЗ на руки приводит к нарушению капиллярного кровообращения в кистях рук, снижению болевой чувствительности, изменениям костной структуры с разрежением плотности костной ткани.

Профессиональные заболевания зарегистрированы лишь при контактной передаче ультразвука на руки.

Гигиенические нормативы ультразвука определены ГОСТ 12.1.001−89 и ГН 2.2.4.582−96.

Гигиенической характеристикой воздушного УЗ на рабочих местах являются уровни звукового давления (УЗД), дБ, в 1/3 октавных полосах со среднегеометрическими частотами от 12,5 до 100 кГц.

На частоте 12,5 кГц УЗД не должны превышать 80 дБ, на частоте 16 кГц − 80 дБ (допустимо по согласованию 90), 20 кГц − 100 дБ, 25 кГц− 105 дБ, а в диапазоне частот 31,5...100 кГц − 110 дБ.

Характеристикой контактного УЗ является пиковое значение виброскорости или логарифмический уровень виброскорости.

Допустимые уровни ультразвука в зонах контакта рук и других частей тела оператора с рабочими органами приборов и установок не должны превышать 110 дБ.

Когда рабочие подвергаются совместному воздействию воздушного и контактного ультразвука, допустимые уровни контактного УЗ следует принимать на 5 дБ меньше.

Инфразвук − область акустических колебаний с частотой низкие 20 Гц. В условиях производства инфразвук (ИЗ), как правило, сочетается с низкочастотным шумом, в ряде случаев − с низкочастотной вибрацией.

При воздействии ИЗ на организм с уровнем от 110 до 150 дБ могут возникать неприятные субъективные ощущения и функциональные изменения: нарушения в ЦНС, сердечно-сосудистой и дыхательной системах, вестибулярном анализаторе.

Отмечены жалобы на головные боли, головокружение, осязаемые движения барабанных перепонок звон в ушах и голове, снижение внимания и работоспособности; может появиться чувство страха, нарушение равновесия, сонливость, затруднение речи.

При воздействии ИЗ могут проявиться психофизиологические реакции в форме повышения тревожности, эмоциональной неустойчивости и неуверенности в себе.

Установлен аддитивный эффект действия инфразвука и низкочастотиого шума. Надо отметить, что производственный шум и вибрация оказывают более агрессивное действие, чем инфразвук сопоставимых параметров.

Гигиеническая регламентация инфразвука производится по СН 2.2.4/2.1.8.583−96, которые задают предельно допустимые уровни звукового давления (УЗД) на рабочих местах, дифференцированные для различных видов работ, а также допустимые уровни инфразвука в жилых и общественных помещениях и на территории жилой застройки.

Общий уровень звукового давления для работ различной степени тяжести не должен превышать 100 дБ, для работ различной степени интеллектуально – эмоциональной напряженности не более 95 дБ, на территории жилой застройки − 90 дБ, в помещениях и общественных зданиях − 75 дБ.

На людей и животных может воздействовать ударная волна. Прямое её действие возникает в результате воздействия избыточного давления и скоростного напора воздуха.

Ввиду небольших размеров тела человека ударная волна мгновенно охватывает человека и подвергает его сильному сжатию в течение нескольких секунд и воспринимается как резкий удар. Это может привести к перемещению тела в пространстве.

Косвенные поражения людей и животных могут произойти в результате ударов осколков стекла, шлака, камней, дерева и других предметов, летящих с большой скоростью.

Дата добавления: 2014-01-06