4.2.2. Акустические колебания

Акустическими колебаниями называют колебания упругой среды. Понятие акустических колебаний охватывает как слышимые, так и неслышимые колебания воздушной среды.

Акустические колебания и диапазоне частот 16...20 кГц, воспри­нимаемые ухом человека с нормальным слухом, называют звуковы­ми. Акустические колебания с частотой менее 16 Гц называют инфразвуковыми, выше 20 кГц – ультразвуковыми. Область распростра­нения акустических колебаний называют акустическим полем. Часто акустические колебания называют звуком, а область их распростра­нения – звуковым полем.

Шумом принято называть апериодические звуки различной ин­тенсивности и частоты. С физиологической точки зрения шум – это всякий неблагоприятно воспринимаемый человеком звук.

Источниками шума на производстве является транспорт, техно­логическое оборудование, системы вентиляции, пневмо- и гидроаг­регаты, а также источники, вызывающие вибрацию, так как колебания твердых тел вызывают колебания воздушной среды. Шум является одним из наиболее существенных негативных факторов производст­венной среды. Источники шума формируют звуковые волны, воз­никающие в результате нарушения стационарного состояния воз­душной среды.

Влияние шума на организм. Шум вредно отражается на здоровье и работоспособности человека. Чрезмерный шум нарушает остроту зрения, ритм дыхания и сердечную деятельность. Он способствует повышению внутричерепного и кровяного давления. В условиях шума зна­чительно замедляются реакции, ослабляется внимание, быстро наступает утомление. Все это является причиной увеличения травматизма, понижения работоспособности, падения произво­дительности труда, роста брака. По данным Международного бюро труда, в некоторых случаях производительность труда в условиях повышенного шума снижалась до 40 и даже 60 %. Большую роль в этом играет куму­ляция раздражителя, т. е. накопление его во времени, и потому влияние шума будет тем больше, чем он не только сильнее, но и продолжительнее.

Шум оказывает действие не только на слух, являясь адекват­ным раздражителем рецепторных полей слухового анализатора, но и на весь организм. Под влиянием интенсивного шума неред­ко наступает выраженный симптом укачивания в виде побледнения кожных покровов, холодного пота, тошноты и рво­ты, особенно если в этом шуме преобладают высокие частоты, к которым организм человека наиболее чувствителен. Отмечено влияние шума на сердечно-сосудистую си­стему, в частности на частоту и наполнение пульса, установлено изменение артериального кровяного давления в 80 % случаев как в сторону понижения (62 %), так и его повышения (18  %).

Критическим уровнем шума (после которого насту­пает нарушение периферического кровообращения) счи­тается 76 дб. Возникновение сосудистой реакции на звуковые раздражители настолько постоянно, что некоторыми исследователями (О.С. Виноградова и Е.Н. Соколов) метод плетизмографии был ис­пользован при объективном изучении чувствительности слухового анализатора. При этом сильные раздражители (90…110 дб) со­гласно данным этих авторов вызывают чрезвычайно интенсив­ную сосудистую реакцию с коротким латентным периодом. Реак­ция же на звуки пороговой интенсивности обладает специфиче­ским характером.

Действие шума на желудочно-кишечный тракт про­являлось в уменьшении числа и амплитуды сокращений желудка, а также нарушении его секреторной функ­ции. Установлено, что 2–3-часовое воздействие высокочастот­ного шума интенсивностью 80 дб приводит к уменьшению количе­ства желудочного сока и его кислотности. Под влиянием шума изменяется объем селезенки и по­чек, изменяются функции желез внутрен­ней секреции, в частности четырехчасовое воздействие шума ин­тенсивностью 110 дб вызывает гиперфункцию щитовидной железы. При воздействии шума было установлено изменение белкового обмена, характера сахарных кривых, содержания холестерина и хлоридов крови. В условиях шума повышается газооб­мен, изменяются частота и глубина дыхания, увеличивается вентиляция легких, повышается расход энергии на 20–25 %.

Установлено также влияние шума на условно-рефлекторную деятельность организма и произвольно-двигательные функции. Основная фаза нарушения двига­тельных реакций при одночасовом действии шума интенсив­ностью 90 дб развивается одновременно с явлениями стойкого возбуждения вегетативных реакций (дыхательной, сердечно-со­судистой).

Влияние шума на умственную работоспособность изучалось многими авторами, установившими, что он не только снижает производительность умственного труда, но также точ­ность, ритм работы и ее качество. Заглушение шума в маши­нописном бюро ускоряет работу на 4–7,5 % и уменьшает энерготраты на 19 %. Действие шума интенсивностью 70 дб вызывает у подростков (до 19 лет) повышенную реактивность и утомляемость, которые прояв­лялись в затруднении мышления, понижении скорости и точ­ности работы. Слуховая чувствительность при этом понижалась хотя и мало, но восстановление ее было замедленное.

Действие шума снижает умственную работоспо­собность операторов в условиях автоматизированного производ­ства на 20 %. Ока­залось, что при действии высокочастотного шума интенсивностью 100 дб скорость переработки информации уменьшалась на 0,1…0,15 бит/с по сравнению с рабочими центрального пульта, где шум не превышал 90 дб. Для обработки теста в шумной обстановке затрачивалось времени на 125 с больше, чем на пульте управления; кроме того, возра­стали потери информации при ошибках.

С. В. Алексеев, пользуясь методом тональной и рече­вой аудиометрии, установил зависимость слуховой чувствительности от интенсивности и частотных полос стабильного шума. Аналогичные исследования, проведенные Г. А. Суворовым, с теми же частотными полосами и интенсивностями, но только с шумом, носившим преимущественно импульсный характер, позволили выявить более выраженное биологическое действие импульсного шума по сравнению со стабильным.

Изучая действие шума различной интенсив­ности (60, 70, 80, 90 и 100 дб) в динамике, З.Ф. Панаиотти установила наибольшее понижение слуха как при костной, так и особенно при воздушной проводимости в тех случаях, ко­гда интенсивность шума достигала 90 и 100 дб, при этом наи­большее понижение слуховой чувствительности отмечалось на частоте 4 кгц. Изменения в слуховом анализаторе, наступавшие вследствие двухчасового воздействия шума указанной интенсив­ности, носили стойкий характер, так как еще через час после шумовой нагрузки пороги слышимости при определении воздуш­ной проводимости оставались повышенными на частотах от 2 до 8 кгц. Не восстанавливалась полностью и подвижность основных нервных процессов в слуховом анализаторе этих испытуемых (студентов), судя по критической частоте звуковых «мельканий», определяемой автором при всех сериях исследований. Наиболь­шее снижение критической частоты (в среднем со 138 до 86,4 мельк./с) было при интенсивности шума 100 дб. Через 30 мин после двухчасового действия шума вместо повышения на­блюдалось еще большее снижение критической частоты (до 81,6 мельк./с). Увеличение критической частоты началось через 60 мин, но даже через 2 ч полного восстановления данной функ­ции слухового анализатора не происходило (108 мельк./с). При более слабом шуме (90, 80, 70 дб) снижение критической частоты было соответствено меньшим, но и при этих интенсивностях шума через 2 ч она все еще не приходила к исходному уровню, что указывало на замедленное восстановление подвижности основных нервных процессов. Влияние шума на функциональное состояние слухового ана­лизатора изучала также Л.Н. Сигалова, обследуя 11 ра­бочих, обслуживающих компрессорные станции с газотурбинными приводами. Было установлено, что при действии высокочастотного шума интенсивностью 110…115 дб наступало снижение критической частоты звуковых мельканий с 85 до 50…60, а в ряде случаев до 35…40 мельк./с.

Таким образом, установлено, что под влиянием шума указанной интенсивности страдает не только возбудительный нервный процесс, как об этом можно су­дить по повышению порогов слышимости, которое наблюдалось преимущественно на частотах 4…6 кгц, и только у отдельных лиц превышало исходные величины на 20 дб. Еще в большей мере страдала подвижность нервных процессов, как об этом говорит резкое снижение критической частоты звуковых мельканий. Сле­довательно, подвижность основных нервных процессов как более тонкая корковая функция страдает в первую очередь и в боль­шей мере, чем слуховая чувствительность.

Изучая качественную сторону слухового восприятия, Weinberg и Allen установили, что во время действия звука и после него в слуховом анализаторе имеют место функциональные изме­нения, которые заключаются в уменьшении интенсивности ощущения, обусловленном падением чувствительности, появлении последовательных образов, постепенном изменении качества слухового ощущения и изменении частоты слияния отдельных пульсаций. При этом степень падения чувствительности и ин­тенсивности ощущения, как пишут авторы, была относительно невелика (на 10…15 дб), несмотря на интенсивность звуков порядка 90 дб. Однако они не приводят частотную характери­стику звука, имеющую важное значение в динамике пороговых величин, а потому не представляется возможным оценить сте­пень наступивших изменений слуховой чувствительности. В пользу этого говорят аудиограммы, снятые А.И. Качевской у испытуемых в лабораторных условиях, показавшие, что высокочастотный шум вызывает примерно такое же понижение слуха, как и низкочастотный с более высоким (на 20 дб и выше) уровнем. Так, понижение слуха на 20...30 дб наступает при воздействии высокочастотного шума с максимумом звуковой энергии на частотах 1…3 кгц и общим уровнем 995 дб либо низкочастотного на частотах 300 гц и уровнем 115 дб. Низ­кочастотный шум интенсивностью 100 дб и высокочастотный (порядка 80 дб) при кратковременном (до 30 мин) действии не вызы­вает заметных изменений слуховой чувствительности.

Инфразвук с уровнем от 110 до 150 дБ вызывает неприятные субъективные ощущения и различные функциональные изменения в организме человека: нарушения в центральной нервной системе, сердечно-сосудистой и дыхательной системах, вестибулярном аппа­рате. Возникают головные боли, осязаемое движение барабанных перепонок, звон в ушах и голове, снижаются внимание и работоспо­собность, появляются чувство страха, угнетенное состояние, нару­шается равновесие, появляются сонливость, затруднение речи. Инф­развук вызывает в организме человека психофизиологические реак­ции – тревожное состояние, эмоциональную неустойчивость, неуверенность в себе.

Ультразвук может действовать на человека как через воздушную среду, так и контактно на руки – через жидкую и твердую среды. Воздействие через воздушную среду вызывает функциональные на­рушения нервной, сердечно-сосудистой и эндокринной систем, а также изменения свойств и состава крови, артериального давления. Контактное воздействие на руки приводит к нарушению капилляр­ного кровообращения в кистях рук, снижению болевой чувствитель­ности, изменению костной структуры – снижению плотности кост­ной ткани.

Гигиеническое нормирование акустических колебаний. Нормирова­ние шума звукового диапазона осуществляется двумя методами: по предельному спектру уровня звука и по дБА.

Первый метод является основным для постоянных шумов. По этому методу устанавливаются ПДУ звукового давления в девяти октавных полосах со среднегеометрическими значениями частот 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц. В соответствии с ГОСТ 12.1.003–83 шум на рабочих местах не должен превышать установ­ленных значений (табл. 3).

На рис. 6 показаны некото­рые предельные спектры уровня звукового давления. Каждый спектр имеет свой индекс ПС. Например ПС-80 означает, что допустимый уровень звукового давления в октавной полосе со среднегеометрическим значением частоты 1000 Гц равен 80 дБ.

Второй метод применяется для нормирования непостоянных шу­мов и в тех случаях, когда неизве­стен спектр реального шума на ра­бочем месте. Нормируемым пара­метром в этом случае является эквивалентный (по энергии) уровень звука широкополосного постоянного шума, оказывающий на человека такое же воздействие, как и реальный непостоянный шум, измеряемый по шкале А шумомера. Измерители шума (шумомеры) имеют специальную шкалу А. При измерении по этой шкале А характери­стика чувствительности шумомера имитирует кривую чувствитель­ности уха человека. Уровень звука, определенный по шкале А, имеет специальное обозначение 1L_A и единицу измерения – дБА и приме­няется для ориентировочной оценки уровня шума. Уровень звука связан с предельным спектром следующей зависимостью:

.

Допустимые уровни звукового давления зависят от частоты звука от вида работы, выполняемой на рабочем месте. Более высокие час­тоты неприятнее для человека, поэтому чем выше частота, тем мень­ше допустимый уровень звукового давления. Чем более высокие тре­бования к вниманию и умственному напряжению при выполнении работы, тем меньше допустимые уровни звукового давления.

Для тонального и импульсного шума допустимые уровни дол­жны приниматься на 5 дБ меньше значений, указанных в ГОСТ 12.1.003-83 (табл. 4).

Т а б л и ц а 3