В.Ф. Панин
Защита биосферы от энергетических воздействий
Конспект лекций. – Томск: ТПУ, 2009. – 62 с.

Глава 4. Защита окружающей среды от виброакустических загрязнений

4.2. Характеристики и биологическое действие виброакустических колебаний. Нормирование

4.2.1. Акустические колебания

Акустические колебания в диапазоне 16Гц…20к Гц, восприни-маемые человеком, называются звуковыми,  с  частотой  менее   16 Гц – инфразвуковыми, выше 20 кГц – ультразвуковыми.

Энергетическая характеристика звуковых волн – интенсивность, или  – что то` же – плотность потока энергии в акустике обычно обозначается как J, Вт/м².

В каждой точке пространства, в котором распространяются звуковые волны, давление среды изменяется во времени. Разность между его мгновенным значением и средним значением, наблюдаемым в невоз-мущенной среде, то есть переменная составляющая, называется звуковым давлением Р, Па. На слух действует средний квадрат звукового давления

 ,

где T_o – время осреднения (черта над Р и означает осреднение) звукового давления в слуховом аппарате человека, T_o = 30…100 мс.

Интенсивность звуковой волны (волн) связана с :

 ,

где r, c – плотность среды, в которой распространяются звуковые волны, и скорость распространения звуковых волн в данной среде соответственно.

          Величины интенсивностей звуковых волн, которые наблюдаются в практической деятельности, могут изменяться в очень широких пределах, до 10¹⁶ раз. Измерять интенсивность в таких пределах сложно, а главное – ощущения человека, возникающие при воздействии звуковых волн, пропорциональны логарифму количества энергии раздражителя. Поэтому пользуются логарифмическими величинами – уровнем интенсивности звука L_J и уровнем звукового давления L, измеряемыми в децибелах:

,

,

где J_o, P_o – пороги слышимости по интенсивности и давлению,
(J_o=10^-12 Вт/м², P_o=2×10^-5 Па);   J, P – интенсивность и среднеквадратичное давление данной звуковой волны (волн).

          Область слышимых звуков ограничена двумя порогами: порогом слышимости   (L = 10 lg J_o/ J_o = 0) и порогом болевого ощущения,
J = 100 мВт/м² (L = 10 lg 100 Вт/м² / 10^-12 Вт/м = 140 дБ).

          Шум – совокупность периодических и апериодических звуков различной интенсивности и частоты. Если апериодические волны в шуме отсутствуют или их доля мала, шум называется постоянным. Уровень постоянного шума изменяется во времени не более чем на 5 дБА при измерении на временной характеристике шумомера “медленно”. При непостоянном шуме это изменение превышает 5 дБА. Индекс “А”, появившийся в обозначении единицы измерения величин L_J и L, отражает то обстоятельство, что при интегральной инструментальной (с помощью шумомера) оценке общего уровня непостоянных и постоянных шумов используется частотная характеристика А чувствительности шумомера. Она имитирует характеристику чувствительности уха человека, “зарезающую” объективное энергосодержание звуковых волн на высоких и особенно низких частотах. Шкала шумомера, соответствующая этой характеристике, называется шкалой А. Она используется для ориен-тировочной оценки постоянного и непостоянного шума (уровень звука). Другая шкала шумомера – шкала С – соответствует практически линейной частотной характеристике С (чувствительности шумомера, позволяющей измерять объективные энергосодержания звуковых волн на девяти участках (в девяти октавах) измеряемого диапазона частот).

          Непостоянные шумы особенно негативно воздействуют на организм человека, они делятся на импульсные, прерывистые, колеблющиеся, продолжительные и кратковременные.

          В биологическом отношении шум – заметный стрессовый фактор, вызывающий срыв приспособительных реакций [11]. Биологические последствия его действия: от функциональных нарушений регуляции центральной нервной системы (ЦНС) до морфологически выраженных разрушительных процессов в разных органах. Степень шумовой патологии зависит от интенсивности, нестационарности и продолжительности действия, состояния ЦНС, от индивидуальной чувствительности организма к шуму. Особенно чувствительны к шуму женский и детский организмы.

          Шум угнетает ЦНС, вызывает изменение скорости дыхания и пульса, может способствовать нарушению обмена веществ, возникновению сердечно-сосудистых заболеваний, гипертонической болезни, может приводить к профессиональным заболеваниям. Шум с уровнем звукового давления 40 ... 70 дБ в условиях среды обитания создаёт значительную нагрузку на нервную систему и может стать причиной неврозов. Шум выше 75 дБ может привести к потере слуха - профессиональной глухоте. При воздействии шума более 140 дБ возможно разрушение барабанных перепонок, контузия, а при шумах более 160 дБ и смерть [11].

          Критерий профессионального снижения слуха – показатель средней арифметической величины снижения слуха, равный или больший, чем 11 дБ. Помимо патологии органа слуха при воздействии шума возникают нарушения вестибулярной функции, а также общие изменения в организме: головные боли и головокружение, боли в области желудка и желчного пузыря и т.д. В целом, шум вызывает снижение функции защитных систем и общей устойчивости организма к внешним воздействиям.

          Нормируемые параметры шума определены Санитарными нормами СН 2.2.4/2.1.8.562-96 “Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки", а также ГОСТ 12.1.003-83*. Для нормирования постоянных шумов определены допустимые уровни звукового давления в девяти октавных полосах в зависимости от вида производственной деятельности (семнадцать видов) и назначения помещений или территорий (12 видов). Для ориентировочной оценки в качестве характеристики постоянного широкополосного шума на рабочих местах допустимо принимать уровень звука (дБА), определяемый, как отмечалось, по шкале А шумомера с коррекцией низкочастотной составляющей по закону чувствительности органов слуха [11]. Нормируемая характеристика непостоянного шума – эквивалентный по энергии уровень звука, дБА,

 ,

где   t_i – относительное, в процентах от всего времени измерения, время воздействия шума класса  L_i; L_i – уровень класса i, дБА.

Таблица 15 - Допустимые уровни звукового давления, уровни звука и эквивалентные уровни звука для одного из видов (классов) рабочих мест по ГОСТ 12.1.003-83* с дополнениями 1989 г. (извлечение), а также для жилых комнат квартир и т.п. помещений; для территорий, непосредственно прилегающим к жилым домам, учреждениям медицины и образования; для площадок отдыха – по Санитарным нормам СН 2.2.4/2.1.8.562-96 (извлечение)

Продолжение таблицы 15.

Примечания. 1 Эквивалентные и максимальные уровни звука для шума, создаваемого автомобильным, железнодорожным, авиационным транспортом, в 2м от ограждающих конструкций первого ряда жилых и общественных зданий, обращённых в сторону магистральных улиц, принимается на 10 дБА выше приводимых в таблице 15.

2 УЗД в октавных полосах, уровни звука и эквивалентные уровни звука шума, создаваемого в помещениях системами кондиционирования воздуха, воздушного отопления и вентиляции, следует принимать на 5 дБ ниже указанных в таблице 15 или фактических уровней шума, если последние не превышают значения, приведенные в таблице 15 (в этом случае не учитывают поправки для тонального и импульсного шума,  приведенные в таблице 16)

          В таблице 15 приведены уровни звукового давления (объективные энергетические характеристики шумов,  дБ, в девяти октавах их реального спектра измеряются по шкале С шумомера), уровни звука (для постоянных шумов) и эквивалентные уровни звука, дБА (для непостоянных шумов) для одного из видов (классов) рабочих мест, требующих возможно меньшего уровня шума. Здесь же приведены аналогичные параметры шумов для жилых комнат квартир и т.п. помещений; для территорий, непосредственно прилегающих к жилым домам, учреждениям медицины и образования; для площадок отдыха микрорайонов, учебных заведений, домов отдыха, домов-интернатов для престарелых и инвалидов.

Таблица 16 – Значения поправок для определения допустимых уровней звукового давления

Примечания. 1 Поправки на место расположения объекта следует учитывать только для внешних источников шума.

2 Поправку +5 дБ не следует применять для вновь строящихся зданий в сложившейся застройке.

С другой стороны, обеспечение допустимых уровней шума зависит от выполнения нормативов для различных источников шума. Так, шум транспорта, измеренный на расстоянии 7,5 м от осевой линии движения, должен соответствовать ГОСТ 27436-87 и ОСТ 27.004.022-86.

Обращает на себя внимание то обстоятельство, что уровень шумов для жилых помещений примерно на 10 дБ меньше, чем для самых “привилегированных” (в части шума) рабочих мест. Достаточно низкий уровень шума определён для жилой зоны и площадок отдыха.