Шумовое загрязнение окружающей среды

Шум — одна из форм физического (волнового) загрязнения окружающей среды, адаптация организмов к которому практически невозможна. В связи с этим обстоятельством шумы в настоящее время рассматриваются как реальный и серьезный загрязнитель биосферы. Поэтому измерение, регуляция и ограничение (в законодательном порядке) шумового загрязнения следует поставить в один ряд с мероприятиями, направленными на борьбу с другими видами загрязнений. Шум — сочетание акустических волн различной частоты и интенсивности. Акустические волны — это механические колебания, распространяющиеся в упругой среде (твердой, жидкой, газообразной). Основными параметрами акустических волн являются интенсивность и спектральный состав. Последний определяется простыми гармоническими колебаниями, которые характеризуются фазой, частотой и амплитудой.

Звуковые волны представляют собой колебательные изменения давления воздуха — сгущения и разрежения. Интенсивность звука - это количество энергии, переносимое звуковой волной за единицу времени через единицу площади поверхности, нормальной к направлению распространения волны. Интенсивность звука определяется изменением уровня давления в окружающей среде и выражается следующим образом:

I = Р²/(рC),

где I— интенсивность звука, Вт/м;

Р— звуковое давление (разность между полным давлением и средним значением давления в среде при отсутствии акустического поля), Па;

р — плотность среды, кг/м;

С—скорость звука в среде, м/с.

Минимальное значение звукового давления P₀ воспринимаемое ухом человека, называется пороговым. На частоте 1000 Гц Р₀ = = 2 • 10^-5 Па. Соответствующая ему пороговая интенсивность звука I₀=10^-12 Вт/м².

Для характеристики уровня шума используют не непосредственные значения интенсивности звука и звукового давления, а логарифмы их относительных значений, называемые уровнем интенсивности звука LI или уровнем звукового давления LР, дБ:

LI = 101g(I/I₀) = 120+10lgI,

LP=10lg(P²/P₀²) = 20lg(P/P₀).

Субъективной характеристикой звука, связанной с его интенсивностью, является громкость, зависящая от частоты. В соответствии с биофизическим законом Вебера—Фехнера человек реагирует не на абсолютный прирост частоты и интенсивности звука, а на относительный. Поэтому весь звуковой частотный диапазон разбивают на девять октавных полос, при этом конечная частота f_k каждой октавы в 2 раза больше начальной частоты f_н, а основная октавная частота равна их среднему геометрическому:

f_окт=Ö f_кf_н

Ряд октавных частот выглядит следующим образом: 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц.

Акустические колебания, воспринимаемые человеческим ухом, лежат в диапазоне частот от 16 до 20 000 Гц. Этот диапазон называется звуковым диапазоном частот. В этой связи шумы, воспринимаемые ухом человека, принято делить на низкочастотные (до 350 Гц), среднечастотные (350—800 Гц) и высокочастотные (выше 800 Гц). Считается, что высокочастотный шум оказывает более неблагоприятное воздействие на организм. Акустические волны с частотой ниже 20 Гц называются инфразвуком, а выше 20 000 Гц (20 кГц) — ультразвуком.

Основные реакции организмов на шумы хорошо изучены. С гигиенических позиций относительно комфортным считается акустический режим при уровне звука 10—60 дБ. Выраженные психические реакции проявляются уже с уровня 30 дБ, а максимально дискомфортным считается режим при уровне шума выше 80 дБ. Для нервной системы вреден шум выше 50—60 дБ. При звуке с уровнем 80-90 дБ возможны необратимые изменения в органах слуха, а при уровне 120—140 дБ — повреждение этих органов.

Существенный вклад в шумовое загрязнение среды вносят строительные, энергетические и промышленные предприятия. Самым распространенным и мощным источником городского шума является транспорт, который создает 60—80% шума, воздействующего на человека в местах его пребывания. Примерный уровень интенсивности различных звуков и шумов приведен в табл. 5.5.

Экологической значимостью обладает частотная характеристика звука. Например, при частоте инфразвуковых шумов ниже 20 Гц возникают заметные нарушения жизнедеятельности организмов.

Вибрационное загрязнение — это совокупность механических колебаний. Звуковая вибрация представляет самостоятельный интерес лишь при очень высоких ее уровнях в связи с вибрационной усталостью материалов и инструкций. Вибрации могут, во-первых, способствовать звуко - излучению в окружающую среду и являться источником вредных, прежде всего инфразвуковых, волн; во-вторых, воздействуя непосредственно на скелет человека, передаваться с малым затуханием в любую точку организма и приводить даже при относительно малых уровнях вибраций к значительным последствиям, связанным с ре­зонансными явлениями в организме человека. В связи с этим уровни вибраций также подлежат регламентированию.

Источниками вибраций являются транспортные средства, про­мышленные агрегаты, строительные машины и механизмы. Основ­ная часть колебательной энергии переносится поверхностными вол­нами, распространяющимися в пределах самой верхней части грун­товой толщи (до 10—15 м).

Воздействие вибраций на грунтовые массивы может приводить к изменению рельефа поверхности, ухудшению механической устойчивости пород, служащих основанием фундаментов зданий и инженерных сооружений. При длительном воздействии вибраций возникает явление «усталости» грунтов, материалов и строительных конструкций.

В большинстве случаев причиной происходящих в грунтовой толще деформаций является изменение напряженного состояния грунтов. Между скоростью перемещения частиц грунта и напряжением существует прямая зависимость. Так, при увеличении скорости с 2,0 до 10 мм/с (что соответствует сильному землетрясению) напряжение в грунтах возрастает примерно в 5 раз. При вибрации со скоростью перемещения частиц грунта 0,4—1,2 мм/с происходит осадка фундаментов зданий, а при скоростях 5—8 мм/с возможны повреждения зданий (как с деревянными, так и с бетонными перекрытиями).