3.2. Негативные факторы техносферы

Промышленные предприятия, объекты энергетики, связи и транспорт являются основными источниками энергетического загрязнения промышленных регионов, городской среды, жилищ и природных зон. К энергетическим загрязнениям относят вибрационное и акустическое воздействия, электромагнитные поля и излучения, воздействия радионуклидов и ионизирующих излучений.

3.2.1. Акустические колебания

Шум в городской среде и жилых зданиях создаётся транспортными средствами, промышленным оборудованием, санитарно-техническими установками и устройствами и др. На городских магистралях и в прилегающих к ним зонах уровни звука могут достигать 70-80 дБА, а в отдельных случаях 90 дБА и более. В районе аэропортов уровни звука ещё выше.

Шум - это беспорядочное сочетание звуков различной частоты и интенсивности (силы), возникающих при механических колебаниях в твёрдых, жидких и газообразных средах. Шум отрицательно влияет на организм человека, и в первую очередь на его центральную нервную и сердечно-сосудистую системы. Длительное воздействие шума снижает остроту слуха и зрения, повышает кровяное давление, утомляет центральную нервную систему, в результате чего ослабляется внимание, увеличивается количество ошибок в действиях работающего, снижается производительность труда. Воздействие шума приводит к появлению профессиональных заболеваний и может явиться также причиной несчастного случая. Источниками производственного шума являются машины, оборудование и инструмент.

Органы слуха человека воспринимают звуковые волны с частотой 16…20000 Гц. Колебания с частотой ниже 20 Гц (инфразвук) и выше 20000 Гц (ультразвук) не вызывают слуховых ощущений, но оказывают биологическое воздействие на организм.

При звуковых колебаниях частиц среды в ней возникает переменное давление, которое называют звуковым давлением P. Распространение звуковых волн сопровождается переносом энергии, величина которой определяется интенсивностью звука I. Минимальное звуковое давление P₀ и минимальная интенсивность звука I₀, различаемые ухом человека, называются пороговыми. Интенсивности едва слышимых звуков (порог слышимости) и интенсивность звуков, вызывающие болевые ощущения (болевой порог), отличаются друг от друга более чем в миллион раз. Поэтому для оценки шума удобно измерять не абсолютные значения интенсивности и звукового давления, а относительные их уровни в логарифмических единицах, взятые по отношению к пороговым значениям P₀ и I₀.

За единицу измерения уровней звукового давления и интенсивности звука принят децибел (дБ). Диапазон звуков, воспринимаемых органом слуха человка,0…140 дБ. Уровень интенсивности звука определяется по формуле:

где I - интенсивность звука в данной точке, Вт/м³; I₀ - интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости, равному 10^-12 Вт/м³ при частоте 1000 Гц. Уровень звукового давления определяется по формуле:

где P - звуковое давление в данной точке, Па; P₀ - пороговое звуковое давление, равное 2∙10^-5 Па.

Звуковые колебания различных частот при одинаковых уровнях звукового давления по-разному воздействуют на органы слуха человека. Наиболее благоприятно воздействие звуков более высоких частот.

По частоте шумы подразделяются на низкочастотные (максимум звукового давления в диапазоне частот ниже 400 Гц), среднечастотные (400…1000 Гц) и высокочастотные (свыше 1000 Гц).

Для определения частотной характеристики шума звуковой диапазон по частоте разбивают на октавные полосы частот, где верхняя граничная частота f_в равна удвоенной нижней частоте f_н, т.е.

.

Октавная полоса характеризуется среднегеометрической частотой:

.

По характеру спектра шум подразделяется на широкополосный, с непрерывным спектром шириной более одной октавы, и тональный, в спектре которого имеются выраженные дискретные тона.

По временным характеристикам шум подразделяется на постоянный и непостоянный (колеблющийся во времени, прерывистый, импульсный).

Постоянным считается шум, уровень которого за восьмичасовой рабочий день изменяется во времени не более чем на 5 дБА, непостоянным - более чем на 5 дБА. ГОСТ 12.1.003-83 устанавливает предельно-допустимые условия постоянного шума на рабочих местах, при которых шум, действуя на работающего в течение восьмичасового рабочего дня, не приносит вреда здоровью. Нормирование ведётся в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц.

Производственный шум нарушает информационные связи, что вызывает снижение эффективности и безопасности деятельности человека, так как высокий уровень шума мешает услышать предупреждающий сигнал опасности. Кроме того, шум вызывает обычную усталость. При действии шума снижаются способность сосредоточения внимания, точность выполнения работ, связанных с приёмом и анализом информации, и производительность труда. При постоянном воздействии шума работающие жалуются на бессонницу, нарушение зрения, вкусовых ощущений, расстройство органов пищеварения и т.д. У них отмечается повышенная склонность к неврозам. Энергозатраты организма при выполнении работы в условиях шума больше, т.е. работа оказывается более тяжёлой. Шум, отрицательно воздействуя на слух человека, может вызвать три возможные исхода: временно (от минуты до нескольких месяцев) снизить чувствительность к звукам определённых частот, вызвать повреждение органов слуха или мгновенную глухоту. Уровень звука в 130 дБ вызывает болевое ощущение, а в 150 дБ приводит к поражению слуха при любой частоте.

Пределы действия (ПДУ) шума на человека гарантируют, что остаточное понижение слуха после 50 лет работы у 90 % работающих будет менее 20 дБ, т.е. ниже того предела, когда это начинает мешать человеку в повседневной жизни. Потеря слуха на 10 дБ практически не замечается. Предельные уровни шума при воздействии в течение 20 минут следующие:

Частота, Гц	1-7	8-11	12-20	20-100
Предельные уровни шума, дБ	150	145	140	135

Определение уровня звукового давления в расчетной точке помещения можно выполнить по следующим формулам:

(10)

где - фактор направленности; - постоянная помещения, м²;

(11)

- средний коэффициент звукопоглощения внутренних поверхностей помещения; - площадь поверхности помещения.

При расположении расчетной точки в открытом пространстве акустический расчет проводится по формуле

(12)

где S - площадь поверхности, принимающей излучение; - снижение уровня звуковой мощности на пути распространения (до 50 м ).

Требуемое снижение шума в производственных помещениях рассчитывается по выражению

(13)

где - допустимый уровень звукового давления, определяемый по техническим нормам; - расчетное или экспериментальное значение уровня звукового давления.

Суммарный уровень шума от n одинаковых по интенсивности источников в равноудаленной от них точке определяется по формуле

где - уровень звукового давления i-го источника шума, дБ; n - количество источников шума.

При одновременном действии двух источников с различными уровнями суммарный уровень определяется по формуле

(14)

где - наибольший из двух уровней шума, дБ; - добавка к функции разности уровней источников.

При большом числе источников шума суммирование интенсивности производится последовательно от большого к меньшему.

При разности уровней более 6  8 дБ уровнем интенсивности менее мощного источника можно пренебречь.