Борьба с шумом в настоящее время имеет большое значение во всех сферах деятельности человека. Чаще всего мы сталкиваемся с воздействием шума на производстве, где он наносит большой ущерб, так как негативно воздействует на организм человека, снижает производительность труда, является причиной профессиональных заболеваний, в ряде случаев инициирует «шумовые травмы» (разрыв барабанной перепонки слухового анализатора). Действие индустриального шума на объекты окружающей природной среды нарушает установившийся ход развития биоценозов и организмов их составляющих, вызывая так называемые «шумовые стресс-реакции», что в целом ведёт к деградации отдельных популяций живых организмов биосферы Земли.
Основными источниками шума являются: производственные процессы, в которых происходит любое движение тел и сред; двигательные механизмы; транспортные средства и системы; трансформаторы переменного тока. Шум возникает при механических колебаниях твёрдых, жидких и газообразных сред.
Как физическое явление шум представляет собой беспорядочное сочетание звуков разных частот и интенсивностей. Звуки, составляющие шум, являются механическими колебаниями среды (воздуха) в диапазоне частот от 20 до 20000 Гц и характеризуются следующими основными параметрами: частота (f, Гц); звуковое давление (р, Па); действующее звуковое давление ( 2, Па2); уровень звукового давления (L, дБ); интенсивность (I, Вт/м2) (см. п. 1.7.3.).
В практике разработки инженерных способов борьбы с шумом используются следующие основные параметры: частотный состав шума; уровень звукового давления; интенсивность звука.
Воздействие на человека звуков разных частот с одинаковыми уровнями звукового давления приводит к различным результатам, а именно – с возрастанием частоты увеличиваются громкость и негативное действие. Это обстоятельство учитывается при гигиеническом нормировании шума и разработке способов и средств защиты от него.
Одной из основных организационных мер борьбы с шумом является гигиеническое нормирование его параметров. Гигиеническое нормирование параметров шума в России осуществляется в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.003-83 ССБТ, санитарных норм СН 2.2.4/2.1.8.562-96 (основополагающие документы) и других специальных нормативных документов. Поскольку в указанном ГОСТе нормируется только производственный шум, а в санитарных нормах – и производственный и бытовой, далее будут рассматриваться только СН 2.2.4/2.1.8.562-96.
– для постоянного шума на рабочих местах – уровни звукового давления (L, дБ) в стандартных октавных полосах со среднегеометрическими частотами (fсг, Гц): 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000. Для ориентировочной оценки широкополосного шума допускается принимать уровень звука (LА, дБА), измеренный на частотной характеристике А и временнóй характеристике «медленно» шумоизмерительной аппаратуры;
– для непостоянного шума на рабочих местах – эквивалентный (по энергии) уровень звука (LАэкв., дБА).
Нормируемыми параметрами шума в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки (селитебной территории) являются:
– для постоянного шума – уровни звукового давления (L, дБ) в стандартных октавных полосах частот (см. выше). Для ориентировочной оценки допускается использовать уровень звука (LА, дБА), также как и на рабочих местах;
– для непостоянного шума – эквивалентный (по энергии) уровень звука (LАэкв., дБА) и максимальный уровень звука (LАмакс., дБА).
Гигиеническими критериями производственного шума на рабочих местах являются предельно допустимые уровни (ПДУ) нормируемых параметров.
Гигиеническими критериями шума в помещениях жилых, общественных зданий и на селитебной территории являются допустимые уровни (ДУ) нормируемых параметров.
Предельно допустимые и допустимые уровни нормируемых параметров шума приведены в санитарных нормах СН 2.2.4/2.1.8.562-96.
Защита от шума строительно-акустическими методами с целью обеспечения нормативных параметров акустической среды в производственных, жилых, общественных зданиях и на селитебной территории при проектировании, строительстве и эксплуатации зданий различного назначения, планировке и застройке населённых мест регламентируется строительными нормами и правилами СНиП 23-03-2003 «Защита от шума».
Снизить уровень параметров производственного шума до предельно допустимых и допустимых величин можно инженерными способами.
Основными инженерными способами защиты от шума являются следующие: ослабление шума в источнике его возникновения; звукоизоляция источника шума; звукопоглощение; строительно-акустические решения.
Эффективное решение практической задачи по ослаблению шума в источнике его образования не всегда возможно из-за конструктивных особенностей машин и механизмов, специфики технологических процессов и т. п. факторов. Чаще всего снижение шума может быть достигнуто применением методов звукоизоляции и звукопоглощения.
Сущность явления звукоизоляции ограждением состоит в том, что падающая на него звуковая энергия отражается в бóльшей мере, нежели проникает за ограждение. При этом прямые и отражённые звуковые волны взаимодействуют преимущественно противофазно, что приводит к уменьшению звукового давления. Энергия звуковых волн преобразуется при этом во внутреннюю энергию воздуха, который незначительно нагревается.
Для однородного (однослойного) ограждения звукоизоляция (R, дБ) рассчитывается по формуле
(2.1)
где m0 – масса 1 м2 ограждения, кг ;
f – частота звука, Гц.
Из формулы (2.1) следует, что звукоизоляция ограждением растёт по закону удельной массы – увеличение массы, например, в 2 раза, приводит к повышению звукоизоляции на 6 дБ. Кроме того, звукоизоляция одним и тем же ограждением возрастает с увеличением частоты звука.
Звукоизолирующие ограждения, таким образом, должны быть плотными, твёрдыми и массивными (металлопрокат, бетон и т. п. материалы).
Другим распространённым способом защиты от шума является звукопоглощение, достигаемое за счёт облицовки внутренних поверхностей помещений (стены, потолки и др.) звукопоглощающими материалами.
Принцип звукопоглощения заключается в том, что воздух, содержащийся в порах (микропустотах) облучаемого звуком материала, и разнородные по массе структурные частицы, из которых этот материал состоит, под воздействием звуковой волны начинают колебаться с присущей им собственной частотой, что приводит к их взаимному трению частиц. В результате описанного процесса часть энергии звуковой волны переходит во внутреннюю энергию звукопоглощающего материала, что сопровождается незначительным повышением его температуры. В качестве звукопоглощающих материалов применяют такие, у которых коэффициент звукопоглощения (α) на средних частотах больше 0,2 (ультратонкое стекловолокно, минеральная вата, вспененный полиуретан и др.).
На практике звукопоглощение реализуется путём облицовки стен и потолка помещения пористыми материалами. Величина снижения шума в помещении путём применения звукопоглощающей облицовки (ΔLобл, дБ) определяется по формуле
, (2.2)
где α – коэффициент звукопоглощения облицовочного материала.
Применение акустической облицовки помещения позволяет снизить уровень звукового давления в нём на 6 – 8 дБ.
Распространённым способом защиты персонала, непосредственно обслуживающего источники шума (машины, аппараты и т. п. устройства и системы), являются звукоизолирующие кожухи, полностью или частично закрывающие акустически активное оборудование. Этот способ защиты является предпочтительнее многих строительно-акустических решений (применение звукоизолирующих облицовок, акустических экранов, выгородок и т. п.), т. к. снижение шума можно достичь на требуемую величину, даже в непосредственной близости от источника.
Для повышения эффективности звукоизолирующих кожухов, изготовленных, например, из стального проката, их внутренние поверхности облицовываются звукопоглощающим материалом. При этом общее снижение уровня звукового давления (эффективность кожуха) (ΔLк, дБ) определяется по формуле
, (2.3)
где – звукоизоляция кожуха, дБ;
Если эти меры не дают результата, то применяются средства индивидуальной защиты органов слуха:
– антифоны (вкладыш в ушную раковину из пористого каучука, повторяющий её форму) с эффективностью до 5 – 7 дБ;
– противошумные наушники с эффективностью до 10 – 15 дБ;
– противошумные шлемы с эффективностью до 25 дБ.
Указанные средства индивидуальной защиты от шума используются при кратковременных неотложных работах (не более 2-х часов в смену) иначе возможны заболевания органов слуха и ЦНС.
2, Па2); уровень звукового давления (L, дБ); интенсивность (I, Вт/м2) (см. п. 1.7.3.).
(2.1)
, (2.2)
, (2.3)
– звукоизоляция кожуха, дБ;