Воздействие на человека инфра- и ультразвука

Инфразвуковая область включает в себя колебания, не превышающие по частоте 20 Гц — нижней границы слухового восприятия человека. Можно сказать, что такие звуки человек скорее чувствует, чем слышит.

Инфразвуковые колебания возникают в разнооб­разных условиях и могут быть обусловлены как при­родными явлениями, например, обдуванием ветром зданий, деревьев, металлических конструкций, так и работой различных машин и механизмов.

Исследования по инфразвуку начались еще в пери­од первой мировой войны, но все это время им зани­мались довольно мало. Было установлено, что инфра­звук способен оказать сильное воздействие на состоя­ние и поведение людей. Более того, как отмечается в, инфразвук можно рассматривать даже как новое оружие уничтожения и людей, и зданий.

Инфразвук даже небольшой мощности действует бо­лезненно на уши, заставляя колебаться внутренние ор­ганы, так что человеку кажется, что внутри у него все вибрирует. Именно инфразвуки, по всей видимости, яв­ляются причиной тяжелой и непреходящей усталости жителей городов и работников шумных предприятий.

Описан случай со знаменитым физиком Р. Вудом, отличавшимся удивительной изобретательно­стью. Находясь однажды на репетиции спектакля в од­ном из лондонских театров и видя тщетные старания режиссера придать спектаклю впечатление таинствен­ности, Вуд предложил с этой целью использовать, ин­фразвуковые колебания. Коша на следующий день он привел в действие и театре генератор инфразвука, ни­чего не подозревающих людей охватило странное чув­ство беспокойства, беспричинного страха, они стали тоскливо переглядываться, смотреть по сторонам, неко­торые встали со стульев и пошли к выходу. Никакого звука не было слышно, но хрустальные подвески светильников задрожали. Даже на улице началась паника.

Аналогичные результаты получил французский ученый Гавро при работе с мощными источниками инфразвука, представляющими собой устройство на­подобие органной трубы или полицейского свистка. Уже через пять минут после включения одного из инфразвуковых генераторов испытатели начинали испы­тывать сильные боли вследствие резонансных явлений, обусловленных инфразвуком. Работа другого ге­нератора инфразвука, даже существенно меньшей мощности, привела к появлению на стенах и потолке помещения трещин.

Воздействие инфразвука может приводить к ощущению головокружения, вялости, по­тери равновесия, тошноты. Было установлено, что лет­чики и космонавты, подвергнутые действию инфразву­ка, решали простые арифметические задачки медлен­нее, чем обычно.

Можно выделить четыре зоны воздействия инфра­звука, определяемые его уровнем и временем воздей­ствия.

Первая зона — смертельное воздействие инфразву­ка при уровнях, превышающих 185 дБ и экспозицией свыше 10 мин.

Вторая зона — действие инфразвука с уровнями от 185 до 145 дБ — вызывает эффекты, явно опасные для человека.

Третья зона — действие инфразвука с уровнями от 120 до 145 дБ. Здесь мнения исследователей противо­речивы.

Четвертая зона — действие инфразвука с уровнями ниже 120 дБ изучено довольно слабо, но, как правило, не приводит к каким-либо значительным последствиям.

Высокие уровни инфразвука возникают вблизи работающих сталеплавильных печей, внутри салонов автомобилей, движущихся со скоростями порядка 100 км/ч.

Существует множество природных источников ин­фразвука: извержения вулканов, смерчи, штормы. Из­вестно, что перед землетрясением люди, и особенно животные, испытывают чувство беспокойства. Штор­мы также оказывают на людей негативное воздейст­вие, приводя к изменениям в поведении, психике, на­чиная от ощущений легкого недомогания и ослабления памяти и кончая резким увеличением попыток к самоубийству.

Возможно, правы те ученые, которые утверждают, что многие болезни современном обществе частично порождены инфразвуком.

Ультразвук как колебания с частотами выше 20 кГц также оказывает вредное воздействие на организм че­ловека. Приводит к функциональным нарушениям в работе нервной и эндокринной систем, изменению артериального давления, состава и свойства крови. Ультразвук может действовать на человека как через воздушную среду, так и контактно на руки. Контакт­ное воздействие на руки приводит к нарушению ка­пиллярного кровообращения в кистях рук, снижению болевой чувствительности, изменению костной струк­туры — снижению плотности костной ткани.

Отметим также, ультразвук находит широкое при­менение в медицине, металлообрабатывающей про­мышленности, машиностроении и металлургии.

При нормировании шума используют два метода:

- нормирование по предельному спектру шума;

- нормиро­вание уровня звука в дБА.

Первый метод нормирования – по предельному спектру- является основным для постоянных шумов. Здесь нормируются уровни звуко­вых давлений в девяти октавных полосах частот со сред­негеометрическими частотами 31,5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц. Совокупность восьми допустимых уровней звукового давления называется предельным спектром.

Второй метод нормирования общего уровня шума, измеренного по шкале А шумомера и называемого уровнем звука в дБА, используется для ориентировочной оценки постоянного и непостоянного шума, так как в этом случае мы не знаем спектра шума (в современных шумомерах чаще всего используют две ча­стные характеристики чувствительности А и С. Ха­рактеристика А имитирует кривую чувствительности уха человека с коррекцией низкочастотных составляющих по закону чувствительности органов слуха и приближением результатов объективных измерений к субъективному восприятию. Характеристика С практически линейна в измеряемом диапазоне ча­стот).

Уровень звука (дБА) связан с предельным спектром зависимостью L_А = ПС+5.

Для тонального и импульсного шума допустимые значения должны приниматься на 5 дБ меньше значений, указанных в ГОСТ 12.1.003-83.

Таким образом, шум на рабочих местах не должен превышать допустимых уровней, значения которых приведены в ГОСТ 12.1.003—83 с дополнениями 1989 г. и СанПин 2.2.4/2.1.8.10-32-2002, а также СН 2.2.4/2.1.8.562-96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых и общественных зданий и на территории жилой застройки».

Громкость нашей обычной речи приблизительно 60-65 дБ. Санитарная норма шума для жилых помещений – 40 дБ днем и 30 дБ ночью при максимально допустимом уровне соответственно 55 и 45 дБ. Норма громкости звука для концертов и дискотек составляет 85 дБ.

Измерение шума производят с целью определения уровней звуковых давлений на рабочих местах и соответствия их санитарным норам, а также для разработки и оценки эффективности различных шумопоглащающих мероприятий.

Основным прибором для измерения шума является шумомер. В шумомере звук, воспринимаемый микрофоном, преобразуется в электрические колебания, которые усиливаются и затем, пройдя через корректирующие фильтры и выпрямитель, регистрируются стрелочным прибором.

Диапазон измеряемых суммарных уровней шума обычно составляет 30-130 дБ при частотных границах 31,5 – 8000Гц.

В настоящее время для измерения шума используют отечественные шумомеры Ш-70, прибор ИШВ в комплекте с октавными фильтрами.

Из зарубежных приборов хорошие характеристики имеют акустические комплекты фирм «RFT» и « Брюль и Къер».

Методы борьбы с шумом

Для сниже­ния шума можно применить следующие методы:

- умень­шение шума в источнике его образования;

- снижение шума на пути его распространения - акустическая обработка помещений, изоляция источников шума, применение глушителей шума;

- использование средств индивидуальной защиты от шума;

- изменение направленности из­лучения;

- рациональная планировка предприятий и це­хов, рациональные планировочные приемы градостроительства;

1. Уменьшение шума в источнике. Борьба с шумом по­средством уменьшения его в источнике является наиболее рациональной.

Шум возникает вследствие упругих колебаний как машины в целом, так и отдельных ее деталей. Причины возникновения этих колебаний — механические, аэроди­намические, гидродинамические и электрические явле­ния, определяемые конструкцией и характером работы машины, а также неточностями, допущенными при ее изготовлении, и, наконец, условиями эксплуатации. В связи с этим различают шумы механического, аэроди­намического, гидродинамического и электромагнитного происхождения.

Механические шумы. Факторы, вызывающие шумы механического происхождения, следующие: инерционные возмущающие силы, возникающие из-за движения де­талей механизма с переменными ускорениями; соударе­ние деталей в сочленениях вследствие неизбежных зазо­ров; трение в сочленениях деталей механизмов; удар­ные процессы (ковка, штамповка) и т. д.

Основными источниками шума, происхождение кото­рого не связано непосредственно с технологическими операциями, выполняемыми машиной, являются, прежде всего, подшипники качения и зубчатые передачи, а так­же неуравновешенные вращающиеся части машины.

Зубчатые передачи — источники шума в широком диапазоне частот. Основными причинами возникновения шума являются деформации сопрягаемых зубьев под действием передаваемой нагрузки и динамические про­цессы в зацеплении, обусловленные неточностями изго­товления колес. Шум имеет дискретный характер. Шум зубчатых передач возрастает с увеличением частоты вращения колес и нагрузки.

Уменьшение механического шума может быть до­стигнуто путем совершенствования технологических процессов и оборудования. Например, внедрение авто­матической сварки вместо ручной устраняет образова­ние брызг на металле, что позволяет исключить шум­ную операцию по зачистке сварного шва. Применение фрезерных тракторов для обработки кромок металла под сварку вместо пневмозубил делает этот процесс зна­чительно менее шумным.

Нередко повышенный уровень шума является след­ствием неисправности или износа механизмов, в этом случае своевременный ремонт позволяет снизить шум.

Необходимо отметить, что проведение многих меро­приятий по борьбе с вибрациями дает од­новременно и снижение шума. Для уменьшения меха­нического шума необходимо:

- заменять ударные процессы и механизмы безударны­ми, например, применять оборудование с гидроприводом вместо оборудования с кривошипными и эксцентриковы­ми приводами;

- штамповку — прессованием, клепку — сваркой, обруб­ку — резкой и т. д.;

- заменять возвратно-поступательное движение дета­лей равномерным вращательным движением;

- применять вместо прямозубых шестерен косозубые и шевронные, а также повышать класс точности обра­ботки и уменьшать шероховатость поверхности шесте­рен; так, ликвидация погрешностей в зацеплении шесте­рен дает снижение шума па 5—10 дБ; замена прямозу­бых шестерен шевронными — 5 дБ;

- по возможности заменять зубчатые и цепные пере­дачи клиноременными и зубчато-ременными, например, зубчатую передачу на клиноременную, что снижает шум на 10—14 дБ;

- заменять, когда это возможно, подшипники качения на подшипники скольжения; это снижает шум на 10— 15 дБ;

- по возможности заменять металлические детали де­талями из пластмасс и других незвучных материалов либо перемежать соударяемые и трущиеся металличе­ские детали с деталями из незвучных материалов, на­пример, применять текстолитовые или капроновые шес­терни в паре со стальными; так, замена одной из сталь­ных шестерен (в паре) на капроновую снижает шум на 10—12 дБ;

- использовать пластмассы при изготовлении деталей корпусов, что дает хорошие результаты; например, за­мена стальных крышек редуктора пластмассовыми при­водит к снижению шума на 2—6 дБ на средних часто­тах и на 7—15 дБ на высоких, особенно неприятных для слухового восприятия;

- при выборе металла для изготовления деталей не­обходимо учитывать, что внутреннее трение в различных металлах неодинаково, а следовательно, различна звуч­ность; например, обычная углеродистая сталь, легиро­ванная сталь являются более звучными, чем чугун; большим трением обладают после закалки сплавы из марганца с 15—20% меди и магниевые сплавы; детали из них при ударах звучат глухо и ослаблено; хроми­рование стальных деталей, например турбинных лопа­ток, уменьшает их звучность; при увеличении темпера­туры металлов на 100—150⁰ С они становятся менее звучными;

- более широко применять принудительное смазывание трущихся поверхностей в сочленениях;

- применять балансировку вращающихся элементов машин;

- использовать прокладочные материалы и упругие вставки в соединениях, чтобы исключить или уменьшить передачи колебаний от одной детали или части агрегата к другой; так, при правке металлических листов нако­вальню нужно устанавливать на прокладку из демпфи­рующего материала.

Установка мягких прокладок в местах падения де­талей с конвейера или сбрасывания со станков, прокатных станов может существенно ослабить шум.

У прутковых автоматов и револьверных станков источником шума являются трубы, в которых вращается прутковый материал. Для снижения этого шума приме­няют различные конструкции малошумных труб; двухстенные трубы, между которыми проложена резина, трубы с наружной поверхностью, обернутой рези­ной, и т. и.

Для уменьшения шума, возникающего при работе галтовочных барабанов, дробилок, шаровых мельниц и других устройств, наружные стенки барабана облицо­вывают листовой резиной, асбестовым картоном или дру­гими подобными демпфирующими материалами; уста­навливают резиновые прокладки между корпусом и бронефутеровкой барабана и звукоизолирующие оболочки на расстоянии от корпуса барабана.

Аэродинамические шумы. Аэродинамические процес­сы играют большую роль в современной технике. Как правило, всякое течение газа или жидкости сопровож­дается шумом, поэтому с повышенным аэродинамиче­ским шумом приходится встречаться часто. Эти шумы являются главной составляющей шума вентиляторов, воздуходувов, компрессоров, газовых турбин, выпусков пара и воздуха в атмосферу, двигателей внутреннего сгорания и т. п.

Ко всем источникам аэродинамического шума отно­сятся: вихревые процессы в потоке рабочей среды; ко­лебания среды, вызываемые вращением лопастных ко­лес; пульсация давления рабочей среды; колебания сре­ды, вызываемые неоднородностью потока, поступающе­го на лопатки колес.

При движении тела в воздушной или газовой среде, при обдувании тела потоком среды вблизи поверхности тела периодически образуются вихри. Возникающие при срыве вихрей сжатия и разрежения сре­ды распространяются в виде звуковой волны. Такой звук называется вихревым.

Для уменьшения вихревого шума необходимо прежде всего уменьшить скорость обтекания и улучшить динамику тел.

Для машин с вращающимися рабочими колесами (вентиляторов, турбин) имеет место шум от неоднородного потока. В этом случае борьба с шумом ведется по пути улучшения аэродинамических характеристик машины.

Аэродинамический шум в источнике газотурбинной энергетической установки может быть снижен увеличением зазора между лопаточными венцами, подбором оптимального соотношения чисел направляющих и рабочих лопаток, улучшением аэродинамических характеристик проточной части компрессоров и турбин.

В большинстве случаев меры по ослаблению аэроди­намических шумов в источнике оказываются недоста­точными, поэтому дополнительное, а часто и основное снижение шума достигается путем звукоизоляции источ­ника и установки глушителей.

Гидродинамические шумы. Эти шумы возникают вследствие стационарных и нестационарных процессов в жидкостях (кавитации, турбулентности потока, гид­равлических ударов). В насосах источником шума яв­ляется кавитация жидкости, возникающая у поверхности лопастей при высоких окружных скоростях и недоста­точном давлении на всасывании.

Меры борьбы с кавитационным шумом - это улуч­шение гидродинамических характеристик насосов и вы­бор оптимальных режимов их работы. Для борьбы с шу­мом, возникающим при гидравлических ударах, необхо­димо правильно проектировать и эксплуатировать гид­росистемы, в частности, закрытие трубопроводов долж­но происходить постепенно, а не резко.

Электромагнитные шумы. Шумы электромагнитного происхождения возникают в электрических машинах и оборудовании. Причиной этих шумов является глав­ным образом взаимодействие ферромагнитных масс под влиянием переменных во времени и пространстве маг­нитных полей, а также пондеромоторные силы, вызы­ваемые взаимодействием магнитных полей, создаваемых токами. Снижение электромагнитного шума осущест­вляется путем конструктивных изменений в электриче­ских машинах, например, путем изготовления скошен­ных пазов якоря ротора. В трансформаторах необходи­мо применять более плотную прессовку пакетов, исполь­зовать демпфирующие материалы.

При работе электрических машин возникает также аэродинамический шум (в результате вращения ротора в газовой среде и движения воздушных потоков внутри машины) и механический шум, обусловленный вибраци­ей машины из-за неуравновешенности ротора, а также от подшипников и щеточного контакта. Хорошая притир­ка щеток может уменьшить шум на 8—10 дБ.