Лабораторна робота № 13

Тема: Вивчення впливу шуму на організм людини

Мета роботи: вивчити зовнішню будову і принцип роботи приладу для вимірювання шуму, засвоїти методику вимірювання, виміряти рівні звукового тиску в приміщенні від джерел шуму і оцінити їх відповідно санітарним нормам.

План самостійної підготовки до вивчення і виконання роботи

1. Вивчити теоретичний матеріал теми.

2. Вивчити зовнішню будову і принцип роботи приладу ВШВ-1.

3. Засвоїти методику вимірювання шуму.

4. Дати відповіді на питання для контролю та самоконтролю.

Теоретичні відомості

Для забезпечення безпеки життєдіяльності людини слуховий аналізатор є другим за значенням після зорового аналізатора. Людське вухо реагує на механічні впливи, пов’язані з періодичними змінами атмосферного тиску в діапазоні частот від 16 Гц до 20000 Гц. Коливання повітря, що діють із певною частотою і характеризуються періодичною появою областей високого і низького тиску, сприймаються нами як звуки. Завдяки слуховому аналізатору людина сприймає коливання повітря.

Сприймальною частиною слухового аналізатора є вухо. Воно поділяється на три відділи: зовнішнє, середнє і внутрішнє. Зовнішнє вухо – це зовнішній слуховий прохід і барабанна перетинка; середнє вухо – це молоточок, наковальня і стременко; у внутрішньому вусі розташовані рецептори, що сприймають звукові коливання.

Перетворення енергії механічних коливань у процес нервового збудження досить складний. Коротко його можна описати наступним чином.

Звукові хвилі з навколишнього середовища надходять до зовнішнього слухового проходу і надають коливного руху барабанній перетинці, далі через ланку слухових кісточок середнього вуха передаються у внутрішнє вухо. При цьому виникає нервовий імпульс, який передається до відповідного відділу кори великих півкуль головного мозку, де виникає відповідна слухова уява.

Поняття шуму та його фізичних характеристик

Шум – це сукупність звуків різноманітної частоти та інтенсивності, що виникають у результаті коливального руху частинок у пружному середовищі (твердому, рідкому, газоподібному). Джерелами шуму являються промислові об’єкти, усі види транспорту, будівельні машини, музичні інструменти, групи людей, окремі особи, тощо.

Шум – один із видів звуку, який називають “небажаним” звуком. З курсу фізики відомо, що процес поширення коливального руху в середовищі називається звуковою хвилею, а частина простору, в якому поширюються звукові хвилі, називається звуковим полем.

Основними фізичними характеристиками шуму є: частота ƒ (Гц) – число коливань звукової хвилі за 1 с.; звуковий тиск Р (Па) – різниця між миттєвим значенням певного тиску та тиском в незбуреному середовищі; інтенсивність (або сила) звуку J (Вт/м²) – потік енергії в будь-якій точці середовища за одиницю часу, що переноситься звуковою хвилею через одиницю площі поверхні (1 м²), яка перпендикулярна до напрямку поширення хвилі; звукова потужність W(Вт) – загальна кількість звукової енергії, що випромінює джерело шуму в оточуюче середовище за одиницю часу. Швидкість поширення звукових хвиль в атмосферному повітрі при нормальних атмосферних умовах (t = 20⁰ С, Р = 1013 гПа), становить 344 м/с. Органи слуху людини з нормальним слухом сприймають звукові коливання в інтервалі частот від 16 до 20000 Гц. Коливання з частотою нижче 16 Гц називаються інфразвуковими, а вище 20000 Гц – ультразвуковими. В свою чергу звуковий діапазон прийнято підрозділяти на низькочастотний – до 400 Гц, середньочастотний − 400-1000 Гц, високочастотний – більше 1000 Гц.

Найменша інтенсивність звуку J₀ і найменше значення звукового тиску Р₀, які сприймає вухо людини, називається порогом чутності. Порогові значення J₀ і Р₀ залежать від частоти звуку. У різних людей поріг чутності різний. В зв’язку з тим, що людина найкраще чує звуки в інтервалі частот від 1000 до 3000 Гц, за стандартну частоту прийнято 1000 Гц. При частоті 1000 Гц звуковий тиск Р₀ = 2 · 10^-5 Па, інтенсивність = 10^-12 Вт/м² – це поріг чутності. При звуковому тиску Р_б =2 · 10² Па, інтенсивності J_б = 10² Вт/м² виникають болісні відчуття в органах слуху людини. Це больовий поріг.

Між порогом чутності і больовим порогом знаходиться ділянка чутності. В ній зміни звукового тиску і інтенсивності звуку, які чує людина, надзвичайно великі і становлять відповідно 10⁷ і 10¹⁴ разів, тому оперувати числами, що мають такий великий розбіг, неможливо. А.Г.Бел (винахідник телефону) запропонував використати логарифмічну шкалу, яка дає змогу визначати рівень шуму у відносних одиницях. Тобто вимірювати звуковий тиск і інтенсивність шуму не абсолютними значеннями фізичних величин, а логарифмами відношень цих величин до значень, що відповідає порогові чутності при частоті 1000 Гц. Ці логарифми відношень називають рівнями звукового тиску (L_p), інтенсивності (L_J) і виражають в белах (Б).

L_J = lg J_б / J₀ = lg10² / 10^-12 = lg 10¹⁴ = 14· lg 10 = 14 Б (13.1)

Оскільки орган слуху людини здатний розрізняти зміни інтенсивності звуку на 0, 1 Б, то для практичного використання зручнішою є одиниця, яка в 10 разів менша і називається децибел (дБ), тобто 14Б = 140 дБ. Поріг дискомфорту (біль у вусі) відповідає звуковому тиску 140 дБ. Шум з рівнем звукового тиску до 30-35 дБ не турбує людину. При дії шуму з рівнем звукового тиску понад 140 дБ може привести до розриву барабанних перетинок, контузії, а при рівні понад 160 дБ – до смерті.

Наприклад, шум лісу взимку в тиху погоду оцінюється в 10 дБ, а розмова середньої чутності на відстані 1 м – в 60 дБ. Це не означає, що розмова перевищує за чутністю шум лісу у 6 разів. Відповідно до Бела одержуємо 10⁶ / 10¹ = 10⁵ = 100000. Ця цифра означає, що розмова середньої чутності “голосніша” за чутність лісу в 100000 разів, що в свою чергу ілюструє основний психофізіологічний закон Вебера-Вехнера: інтенсивність відчуття пропорційна логарифму інтенсивності подразника.

В математичній формі цей закон виражається так:

S = C· lg J, (13.2)

де S - інтенсивність (або сила) відчуття; J - величина чинного подразника; C - коефіцієнт пропорційності.

Отже використання логарифмічної шкали для вимірювання шуму дозволяє вкладати великий діапазон значень звукового тиску і інтенсивності в порівняно невеликий інтервал від 0 до 140дБ

Вплив шуму на організм людини. Шум являється однією із форм фізичного (хвильового) забруднення навколишнього середовища. Негативна дія шуму на організм людини відома давно. Шум, який є загальним біологічним подразником, за певних умов може впливати на всі органи та системи організму і викликати фізіологічні зміни. Впливаючи на організм як стрес-фактор, шум викликає зміни реактивності центральної нервової системи, наслідком чого стають розлади функцій органів та систем. Дослідженнями вчених встановлено, що гучний шум (навіть музика на рок-концертах) сприймаються не тільки органами слуху, а й шкірою, серцем, органами дихання. Такий шум є причиною виділення в кров людини великої кількості гормонів (наприклад, адреналіну), що сприяє виникненню почуття страху і небезпеки. Звичайно, молоді люди витримують шум більш інтенсивний, ніж люди середнього, а тим більше похилого віку. Проте згодом дія надмірного шуму приводить до розвитку шумової патології. Основне значення в розвитку шумової патології має інтенсивність шуму, його частотний склад, тривалість щоденного впливу, індивідуальна чутливість. В більшості людей ушкоджуються органи слуху, знижується гострота зору, знижується чутливість розрізнення кольорів. Страждає від шуму також вестибулярний апарат; люди скаржаться на головний біль, запаморочення, погіршення пам’яті, підвищену втомлюваність, порушення сну, серцебиття та біль в ділянці серця. Спостерігається дисфункція шлунка, зміна кислотності шлункового соку, підвищення внутрічерепного тиску, порушення процесів обміну речовин в організмі.

Медики відзначають особливо несприятливу дію навіть незначних за рівнем шумів у години відпочинку і передовсім сну, коли найбільш повно повинні відновлюватись сили людини.

Не зайве нагадати, що у зв’язку з вищезазначеним у нашій країні, як і в багатьох інших, діє заборона щодо порушення тиші у житлових масивах з 23.00 до 7.00.

Але шум може впливати на організм людини і позитивно. Здавна відомо, що тихий шелест листя дерев, спів птахів, рокіт морського прибою поліпшує самопочуття людини, діє заспокійливо на неї. З надмірним шумом необхідно боротися. Тиша і спокій людині потрібні так само, як повітря, вода, сонце.

Гігієнічне нормування шуму

Нормування шуму для робочих місць регламентується державним стандартом та санітарними нормами ГОСТ 12.1.003-83. Шум. Общие требования безопасности; ДСН 3.3.6-037-99 Державні санітарні норми виробничого шуму, ультразвуку та інфразвуку.

Основою нормування є обмеження звукової енергії, яка діє на людину протягом робочої зміни, значеннями, безпечними для її здоров’я і працездатності.

Нормування шуму здійснюється двома методами – за граничним спектром (ГС) шуму і за рівнем звукового тиску (Lр) в дБА.

Перший метод нормування є основним для постійних шумів. Рівні звукового тиску нормуються в активних смугах частот (октавах).

При аналізі шуму діапазон звукових частот розбитий на октавні смуги певної ширини. Смуга частот, у якої відношення верхньої граничної частоти до нижньої дорівнює двом, називається октавою Характеристикою кожної смуги частот являється середньо геометрична частота_., яка для октави визначається за формулою

(13.3)

де , - гранична верхня і нижня частоти смуг, Гц.

Середньогеометричний ряд частот () – 31, 5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц. Сукупність гранично допустимих рівнів звукового тиску в дев’яти октавних смугах частот і є граничним спектром (ГС) шуму. Кожний із граничних спектрів має свій індекс, наприклад ГС-75, де 75 – допустимий рівень звукового тиску в октавній смузі з середньо геометричним значенням частоти 1000 Гц.

За еталонну (стандартну) частоту при нормуванні рівня звуку прийнята частота 1000 Гц.

В другому методі для орієнтованої (неточної) оцінки рівня постійного і непостійного шуму використовується шкала А шумоміра, наприклад, прилад ВШВ-1. Ця шкала імітує загальну чутливість вуха людини у всьому інтервалі частот. Величина рівня звуку, виміряного за цією шкалою, позначається в дБА.

L_p- рівень звукового тиску – точна характеристика шуму на октавних смугах частот.

L_p = 20 lg (P/P₀), дБА (13.4.)

де Р – звуковий тиск в даній точці, Па (Н/м²); Р₀ – звуковий тиск на порозі чутності (Р₀ = 2· 10^-5 Па при частоті 1000 Гц).

Всі розрахунки по захисту від шуму виконуються по рівню звукового тиску L_p.

Параметрами непостійного шуму, які нормуються, є еквівалентний рівень шуму (рівень постійного шуму, дія якого відповідає дії фактичного шуму із змінними рівнями за той же час) у дБА_екв та максимальний рівень шуму – у дБА.

Допустимі рівні звукового тиску в октавних смугах частот, рівні шуму та еквівалентні рівні шуму на робочих місцях, у виробничих приміщеннях і територіях регламентуються Державними санітарними нормами. ДСН 3.3.6.037-99, витяг з яких наведено в табл.1, додаток.

Із таблиці видно, що рівні звукового тиску за низьких частот мають більш високі значення і знижуються із підвищенням частоти. Це пояснюється тим, що людський організм легше переносить низькі частоти і значно гірше – високі.

Необхідно пам’ятати, що шум в аудиторіях не повинен перевищувати 55 дБА, у квартирах вдень – не більше 40 дБА, вночі – не більше 30 дБА. На вулиці допустимий рівень шуму вдень − до 50 дБА, вночі − до 40 дБА.

Для визначення відповідності рівнів шуму та рівнів звукового тиску нормованим значенням використовують вимірювачі шуму та вібрації ВШВ-1, ВШВ-003, шумомір типу Ш-1, акустичну вимірювальну апаратуру фірм RET (Німеччина) та " Брюль і К’єр" (Данія).

Звук, який сприймається мікрофоном шумоміра, перетворює механічні коливання в електричні, які підсилюються, проходячи через коректуючі фільтри і випрямляч, а далі реєструються стрілковим або самописним приладом.

Захист від шуму

Існують такі способи захисту від шуму:

− зменшення шуму безпосередньо в джерелі його виникнення (наприклад, виготовлення деталей, які співударяються, з неметалевих матеріалів – пластмас, гуми, деревини, текстоліту); зменшення зазорів у з’єднаннях; застосування мащення деталей, що труться і т.д.;

− зменшення шуму на шляху його поширення заходами звукоізоляції та звукопоглинання. Використовують звукоізолюючі кожухи, екрани, стіни, перетинки із щільних твердих матеріалів, які добре відбивають звукові хвилі (метал, цегла, скло, бетон, пластмаса);

До звукопоглинаючих матеріалів відносять ті, які здатні поглинати, падаючу на них енергію звукових хвиль, яка витрачається в даному випадку на приведення в рух повітря в масі конструкції (пористий бетон, перфоровані гіпсові плити, скловолокно, мінеральна вата, поліуретан та ін.).

Для поглинання аеродинамічного та гідродинамічного шумів, які виникають при роботі вентиляційних систем, пневмоінструменту, газотурбінних, дизельних, компресорних та інших установок, використовують глушники шуму. Наприклад, повітропроводи, рідинопроводи облицьовують зсередини матеріалами, які поглинають імпульсні коливання повітря та рідин, що виникають при їх турбулентному русі.

Коли рівень шуму на робочому місці перевищує допустимі значення, використовують засоби індивідуального захисту органів слуху, До них належать протишумові вкладки (наприклад, " Беруші" із тонковолокнистого матеріалу одноразового використання або еластичного матеріалу типу гуми багаторазового використання), протишумові навушники і шумозаглушувальні шоломи.

Ці засоби дозволяють суттєво зменшити шумове навантаження і запобігти появі захворювань.