«Акустические загрязнения»

 

1. Шум и его основные характеристики

 

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

Акустические колебания в 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 периодические звуки различной интенсивности и частоты. С физиологической точки зрения шум – это всякий неблагоприятно воспринимаемый человеком звук.

По физической сущности шум – это механические колебания частиц упругой среды. Физическое понятие о звуке охватывает как слышимые, так и неслышимые колебания упругих сред. Акустические колебания, лежащие в зоне от 16 Гц до 20 кГц, воспринимаемые человеком с нормальным слухом, называются звуковыми, т.е. шумом, с частотой ниже 16 Гц – инфразвуком, а выше 20 кГц – ультразвуком.

Звуковым волнам присущи определенные закономерности распространения во времени и пространстве. При распространении звуков любых частот имеют место обычные для всех типов волн явления отражения, преломления, дифракции и интерференции. В помещении фронт волны накапливается на его границах. При этом часть энергии передается через преграду (преломление), часть отражается обратно в помещение. Передаваемая энергия вызывает образование звукового поля с другой стороны преграды.

Источник звука внутри помещения образует звуковое поле, обусловленное его непосредственным звучанием и звуками, многократно отраженными от поверхностей ограждений. Звук в помещении не исчезает мгновенно с отключением источника, а продолжает отражаться от поверхностей, постепенно поглощаясь. Время, затраченное на угасание звука, называется временем реверберации. Оно определяется как время, необходимое для снижения уровня шума в помещении на 60 дБ, что в миллион раз выше первоначальной интенсивности звука. В производственных помещениях время реверберации должно быть предельно маленьким.

Если на пути распространения звуковая волна встречает препятствие, она может огибать его. Это явление называется дифракцией. В случае низкочастотного источника звука большая часть энергии звука вследствие дифракции распространяется за пределы преграды. Высокочастотное излучение дает за преградой четкую акустическую тень.

При проходе в данную точку среды двух волн их амплитуды складываются. В точках, куда обе волны приходят в фазе, они усиливают друг друга; в точках, куда они попадают в противофазе, – ослабляют. Это явление называется интерференцией. Законы распространения звуковых волн в помещении должны учитываться акустиками и строителями при расчете технических средств защиты от шума.

Воздействие шума на человека определяется уровнем (интенсивностью) и высотой звуков, составляющих шум, а также продолжительностью его воздействия.

Интенсивность акустических колебаний звука измеряется по логарифмической шкале в децибелах (дБА) и отражает величину давления, которое оказывают звуковые волны на барабанную перепонку человеческого уха. Шум в 0 дБА создает зимний лес в безветренную погоду. Шум в 1 дБА еле уловим человеком с исключительно острым слухом. Шум от нормального дыхания человека оценивается в 10 дБА, и такой уровень шума принимают за порог слышимости для большинства людей с нормальным слухом. Шепот создает шум в 20 дБА. Отдых и сон считаются полноценными, когда шум не превышает 25–30 дБА. В учреждениях и на предприятиях шум достигает 40–60 дБА. На шумных предприятиях некоторые категории людей работают при шуме до 70 дБА. Кратковременно допустим шум в 80 дБА. Более сильный шум вреден. Болевой порог лежит обычно в пределах 120–130 дБА, за которым возможно непосредственное повреждение слухового аппарата.

В соответствии с санитарными нормами уровень шума около зданий в дневное время не должен превышать 55 дБА, а ночью (с 23 до 7 ч утра) – 45, в квартирах – соответственно 40 и 30 дБА.

Таблица  1

Реакция организма на акустические воздействия разной интенсивности

 

Источник акустического воздействия	Уровень звука, дБА	Реакция организма на длительное акустическое воздействие
Шум листвы, прибоя	20	Успокаивает
Средней силы звуки в квартире, классе	40	Гигиеническая норма
Шум внутри здания, расположенного на магистрали	60	Появляются чувство раздражения, утомляемость, головная боль
Телевизор	70
Поезд (в метро и на железной дороге)	80
Кричащий человек	80
Мотоцикл	90
Дизельный грузовик	90
Летящий реактивный самолет на высоте 300 м	95	Постепенное ослабление слуха, болезнь нервно-психического стресса (угнетенность, возбужденность, агрессивность), язвенная болезнь, гипертония
Шум на текстильной фабрике	110
Звук плейера	114	Вызывает звуковое опьянение наподобие алкогольного, нарушает сон и психическое здоровье, ведет к глухоте
Ткацкий станок	120
Отбойный молоток	120
Реактивный двигатель (при взлете на расстояние 25 м)	140-150
Шум на дискотеке	175

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Высота звука определяется частотой звуковых колебаний и измеряется в герцах (Гц), т.е. числом периодов (колебаний) в секунду. В диапазоне слышимых человеком звуков (от 16 до 20 тыс. Гц) самое неблагоприятное воздействие на человека оказывает шум, в спектре которого преобладают высокие частоты (выше 800 Гц); ультразвук (колебания с частотами выше 20 кГц) и инфразвук (колебания с частотами от 1 до 16 Гц) не воспринимаются человеческим ухом, но они также могут оказывать неблагоприятное воздействие. По данным австрийских исследователей, «шумовое загрязнение», характерное сейчас для больших городов, сокращает продолжительность жизни их жителей на 10–12 лет. Поставлены опыты, которые доказывают, что повышенный шум неблагоприятно влияет на развитие растений. Уровни шумов от различных источников и реакция организма на акустические воздействия приведены в табл. 1.

Установлено, что интенсивность шума (в дБА) транспортных средств составляет:

легкового автомобиля – 65–80;

автобуса – 80–85;

грузового автомобиля – 80–90;

мотоцикла – 90–95;

моторной лодки – 90–95;

поезда метро – 90–95;

обычного поезда – 95–100;

самолета на взлете – 110–130;

крупного реактивного самолета – 155–160.

Суммарный шум от больших транспортных потоков достигает высокого уровня (90–95 дБА) и стоит на магистралях почти круглосуточно. От транспортного шума страдают прежде всего жители городов, а также поселков, находящихся вблизи крупных автомагистралей, железнодорожных путей и станций, морских и речных портов, аэродромов, автопредприятий. За последние 100 лет уровень повседневного шума, например в Германии, вырос в 7 раз.

Уровень шума в домах вдоль главных магистралей Москвы достигает 60 дБА. Самые шумные места в Москве на Садовом кольце. В часы пик шум от трамваев превышает 77 дБА.

 

 

В настоящее время в ряде стран законами установлены предельно допустимые уровни шума для предприятий, отдельных машин, транспортных средств. Например, приняты международные нормы, согласно которым к эксплуатации на международных линиях допускаются самолеты, генерирующие шум не выше 112 дБА днем и 102 дБА ночью. Европейской экономической комиссией ООН вырабатываются соответствующие международные нормы, определяющие уровни шума, производимые автомобильными транспортными средствами. Начиная с моделей 1985 г. максимально допустимые уровни шума составляют: для легковых автомобилей 80 дБА, автобусов и грузовых автомобилей в зависимости от массы и вместимости соответственно от 81 до 85 и от 81 до 88 дБА.

Особую опасность представляют плейеры и дискотеки для подростков. Скандинавские ученые пришли к выводу, что каждый пятый подросток плохо слышит, хотя и не всегда об этом догадывается. Причиной этого является злоупотребление переносными плейерами и шумы на дискотеках. Обычный уровень шума на дискотеке составляет от 80 до 100 дБА, что сравнимо с уровнем интенсивного уличного движения или стартующего в 100 м от вас турбореактивного самолета. Сила звука плейера достигает 100–114 дБА. Почти столь же оглушительно работает отбойный молоток. Правда, для рабочих в таких ситуациях предусмотрена шумовая зашита. В Германии, например, она начинается с уровня шума 85 дБА. Если шумовой защитой пренебречь, то уже при 4 ч непрерывного грохота в неделю возможны кратковременные нарушения слуха в области высоких частот, а позднее и звон в ушах.

 

2. Воздействие шума на организм человека

 

Здоровые барабанные перепонки без ущерба могут переносить шум плейера в 110 дБ максимум 1,5 мин. Французские специалисты отмечают, что нарушения слуха в век плейера активно распространяются на молодых людей, и после плейера эти люди вынуждены будут перейти к слуховым аппаратам. Даже низкий уровень громкости мешает концентрации внимания при умственной работе. Музыка, пусть совсем тихая, снижает внимание ученика при выполнении домашнего задания. Когда звук нарастает, организм в большом количестве производит гормоны стресса, например, адреналин. При этом сужаются кровеносные сосуды, замедляется работа кишечника. В дальнейшем все это может привести к нарушениям работы сердца и кровообращения. Эти перегрузки – причина каждого 5–10-го инфаркта.

Первый симптом ухудшения слуха называется «эффектом званного ужина». На многолюдном вечере человек перестает различать отдельные голоса, не может понять, почему все смеются. Человек начинает избегать многолюдных встреч, что ведет к его социальной изоляции. Многие люди с нарушенным слухом впадают в депрессию и даже страдают иногда манией преследования.

Действие шума приводит к развитию преждевременного утомления, снижению работоспособности, повышению заболеваемости и инвалидности. С физиологических позиций звук – это ощущение, возникающее в ухе человека в результате давления частиц упругой среды (воздуха). Ухо человека может воспринимать и анализировать звуки в широком диапазоне частот и интенсивностей. Область слышимых звуков ограничена так называемыми порогами: нижний – это порог слышимости, т.е. едва слышимые звуки различной частоты, верхний – порог болевого ощущения, при котором нормальное слуховое ощущение перерастает в болевое. Болевым порогом или порогом переносимости принято считать звук интенсивностью 140 дБ. Звуковые ощущения оценивают и по порогу дискомфорта (появлению ощущения щекотания, касания, слабой боли в ухе), наблюдаемого при уровне звукового давления более 120 дБ. Верхний болевой порог неодинаков у различных людей. Уровни порогов могут изменяться под воздействием тренировки.

Субъективно воспринимаемую величину звука называют его громкостью. Громкость является функцией интенсивности звука, частоты, времени действия физиологических особенностей слухового анализатора. Интенсивность звука субъективно ощущается как громкость, а частота определяет высоту тона. Шкала субъективной громкости является линейной, это позволяет сравнивать громкости различных источников, а также количественно оценивать эффективность шумоглушения. Наиболее неблагоприятным шумом следует считать прерывистый шум с преобладанием высокочастотного спектра.

Воздействие шума на организм нередко сопровождается одновременным влиянием других вредных факторов, которые усиливают воздействие основного фактора. Крайне неблагоприятно для человека сочетание влияния шума и нервно-психических нагрузок. Превышение ПДУ вибрации на 1 дБ увеличивает потерю слуха на 1%. Одновременное влияние шума и нагревающего микроклимата (как минимум, температуры воздуха) приводит к более частому возникновению гипертонической болезни и в целом к увеличению показателей общей заболеваемости с временной утратой трудоспособности, включая заболевания язвенной болезнью ЖКТ, язвенным колитом, ишемической болезнью сердца. Если работник находится в условиях одновременного воздействия шума и некоторых химических растворителей, эффект неблагоприятных последствий от них может быть взаимно усилен.

Главным заболеванием, которое развивается улиц, подвергающихся неблагоприятному влиянию шума, следует считать сенсоневральную (нейросенсорную) тугоухость. Распространенность сенсоневральной тугоухости достаточно высока. По данным ВОЗ это заболевание профессионального характера по частоте стоит на первом месте и встречается у 10–20 % работников. В нашей стране ее удельный вес среди всех профессиональных заболеваний по официальным данным составляет 12–15% и постепенно увеличивается. Фактически численность работников с профессиональной сенсоневральной тугоухостью много больше. По некоторым данным, если параметры шума на рабочих местах равны 85 дБА, то количество трудящихся, имеющих данное заболевание, составляет 2,7% всех работников, а при шуме в 120 дБА – уже 40,1%. Воздействие звука высокой интенсивности вызывает притупление слуха. Порог слышимости – минимальный уровень звука, который еще различим. Обычно различают три вида притупления слуха в результате воздействия сильного шума:

–         временное повышение порога слышимости (ВПП) – это кратковременное повышение порога, начиная с которого ухо слышит звуки, снижающееся затем до первоначального значения;

–         устойчивое повышение порога слышимости (УПП) – долговременное следствие воздействия шума, когда потеря слуха не восстанавливается;

–         акустическая травма, возникающая в результате одноразового, как правило, кратковременного воздействия чрезвычайно интенсивного шума, как, например, звука выстрела или взрыва.

Кроме патологических изменений можно выделить следующие проявления неблагоприятного воздействия шума на организм – снижение разборчивости речи, неприятные ощущения, развитие утомления. Снижение разборчивости (внятности) речи, профессионально значимое при многих видах деятельности, обусловлено эффектами звуковой маскировки голоса производственным шумом и тесно связано со спектральными характеристиками шума. Приобретает особую значимость то, что шум, являясь информационной помехой для высшей нервной деятельности в целом, оказывает неблагоприятное влияние на протекание нервных процессов и способствует развитию утомления, так как шум увеличивает напряжение физиологических функций в процессе труда и тем самым снижает работоспособность организма.

В развитии профессиональной сенсоневральной тугоухости выделяют три стадии: а) слуховую адаптацию – к концу рабочей смены слуховой порог возрастает на 10–15 дБ, но через 3–5 минут приходит к норме; б) слуховое утомление – к концу рабочей смены слуховой порог возрастает на 15 дБ, а время восстановления функции анализатора затягивается до 1 ч; в) прогрессирующе тугоухость – шум с уровнем более 80 дБА довольно быстро вызывает снижение слуха и развитие тугоухости, начальные проявления которых встречаются у работников иногда при стаже работ до 5 лет.

Сроки возникновения сенсоневральной тугоухости следующие минимальный 5–7 лет, средний – 10–12 лет и максимальный от 15 лет и более (табл. 2).

У лиц, систематически пребывающих в условиях воздействие интенсивного шума вначале появляются жалобы на головную боль, головокружение, шум в ушах, быструю утомляемость, раздражительность, общую слабость, ослабление памяти, понижение слуха. При медицинском осмотре наблюдаются дрожание (тремор) пальцев, век, пошатывание, снижение коленных и локтевых рефлексов, неустойчивость пульса, повышение артериального давления. Могут быть отмечены нарушения функции желудка, обменных процессов.

Развитие тугоухости – процесс длительный и постепенный. Время протекания этого процесса различно и зависит от интенсивности, спектра, динамики изменения воздействия шума во времени, индивидуальной чувствительности к шуму. Снижение слуха на 10 дБ практически неощутимо, на 20 дБ едва заметно.

Таблица 2

Возрастание тугоухости среди лиц, подвергающихся воздействию шума на протяжении трудового стажа (5–25 лет), %

 

Эквивалентный уровень шума, дБА	Продолжительность шумового стажа, лет
	5	10	15	20	25
80	0	0	0	0	0
85	1	3	5	6	7
90	4	10	14	16	29
95	7	17	24	28	29
100	12	29	37	42	43
105	18	42	53	58	60
110	26	55	71	78	78

 

 

 

Только потеря слуха более чем на 20 дБ начинает серьезно мешать человеку, особенно когда к этому добавляются возрастные изменения слуха.

Критерием установления профессиональной потери слуха является его потеря на оба уха: потеря слуха на 11–20 дБ в речевых частотах 50–2000 Гц и восприятие шепотной речи на расстоянии 4–5 м.

Описанная картина иногда называется «шумовой болезнью». В нее входят, как минимум, функциональные нарушения сердечно-сосудистой, центральной нервной и эндокринной систем организма и обязательно сенсоневральная тугоухость.

Существуют методы борьбы с шумом: зеленые насаждения и шумозащитные экраны хороши для защиты малоэтажной застройки; для защиты индивидуальных квартир применяют стеклопакеты (окна с улучшенной звукоизоляцией) либо заменяют стекла на более толстые: при двойном остеклении первые толщиной 4 мм, вторые – 6 мм.