ШУМ — беспорядочные колебания различной физической природы, отличающиеся сложностью временных и спектральных характеристик. Ш. — один из факторов физического загрязнения окружающей среды.
В зависимости от источника Ш. подразделяют на механический, аэродинамический, гидромеханический, электромагнитный, по частоте излучени — на низкочастотный (диапазон частот ниже 400 Гц), среднечастотный (диапазон частот от 400 до 1000 Гц), высокочастотный (диапазон частот свыше 1000 Гц).
При акустических измерениях определяют уровни звукового давления в пределах частотных полос, равных октаве, полуоктаве или 1/3 октавы.
Для характеристики интенсивности звуков (или Ш.) принята измерительная система, учитывающая приближенную логарифмическую зависимость между раздражением и слуховым восприятием — шкала бел (или децибел). По этой шкале каждая последующая ступень интенсивности звука больше предыдущей в 10 раз. Напр., если интенсивность одного звука выше уровня др. звука в 10; 100; 1000 раз, то по логарифмической шкале она соответствует увеличению на 1; 2; 3 единицы. На этой шкале за исходную цифру ноль (нулевой уровень громкости) принята пороговая для слуха величина интенсивности звука — 10−12 Вт/м2. При возрастании ее в 10 раз (т. е. до 10−11 Вт/м2) звук воспринимается как вдвое более громкий, и интенсивность его составляет 1 Б. Если интенсивность увеличена в 100 раз в сравнении с пороговой (до 10−12 Вт/м2), то звук оказывается вдвое громче предыдущего и интенсивность его будет равна 2 Б. При измерении интенсивности звуков пользуются не абсолютными величинами энергии или давления, а относительными, выражающими отношение величины или давления данного звука к величинам давления, являющимся пороговыми для слуха. Пользование этой логарифмической шкалой очень удобно. Весь диапазон человеческого слуха укладывается в 13—14 Б.
Обычно используют децибел (дБ) — единицу, в 10 раз меньшую бела, которая примерно соответствует минимальному приросту силы звука, различаемому ухом. Характеристика Ш. в децибелах не дает полного представления о его громкости, т. к. звуки, имеющие одну и ту же интенсивность, но разную частоту, на слух воспринимаются как неодинаково громкие: имеющие низкую или очень большую частоту (вблизи верхней границы воспринимаемых частот) ощущаются как более тихие в сравнении со звуками, находящимися в средней зоне.
В зависимости от характера спектра выделяют следующие Шумы:
широкополосные, с непрерывным спектром шириной более 1 октавы;
тональные, в спектре которых имеются выраженные тоны; тональный характер Ш. устанавливают путем измерения в третьеоктавных полосах частот по превышению уровня в одной полосе по сравнению с соседними не менее чем на 10 дБ.
По временным характеристикам различают Шумы:
постоянные — уровень звука за 8-часовой рабочий день изменяется во времени не более чем на 5 дБА;
непостоянные — уровень звука за 8-часовой рабочий день изменяется во времени не менее чем на 5 дБА.
Непостоянные Ш. можно подразделить на следующие виды:
колеблющиеся во времени — уровень звука непрерывно изменяется во времени;
прерывистые — уровень звука ступенчато изменяется (на 5 дБА и более), причем длительность интервалов, в течение которых уровень остается постоянным, составляет 1 с и более;
импульсные, состоящие из одного или нескольких звуковых сигналов, каждый из которых имеет длительность менее 1 с; при этом уровни звука, измеренные соответственно на временных характеристиках "импульс" и "медленно" шумомера, различаются не менее чем на 7 дБ.
Действие Шума на организм. Интенсивное шумовое воздействие вызывает в слуховом анализаторе изменения, составляющие специфическую реакцию организма. Процесс адаптации слуховой системы выражается во временном смещении (повышение порогов слуховой чувствительности). При долговременном акустическом воздействии формируется повышение слуховых порогов, сначала медленно возвращающееся и исходному уровню (слуховое утомление), а затем сохраняющееся к началу очередного шумового воздействия (постоянное смещение порога слуха).
Ш., являясь общебиологическим раздражителем, не только оказывает влияние на слуховой анализатор, но в первую очередь действует на структуры головного мозга, вызывая сдвиги в различных функциональных системах организма. Под влиянием Ш. возникают вегетативные реакции, нарушение периферического кровообращения за счет сужения капилляров, а также изменение артериального давления (преимущественно повышение).
Среди многочисленных проявлений неблагоприятного воздействия Ш. на организм можно выделить:
снижение разборчивости речи;
неприятные ощущения;
развитие утомления и снижение производительности труда;
появление шумовой патологии.
Снижение разборчивости (внятности) речи, профессионально значимое при многих видах деятельности, обусловлено эффектами звуковой маскировки голоса производственным Ш. и тесно связано со спектральными характеристиками Ш. Особо значимо то, что Ш., являясь информационной помехой для высшей нервной деятельности в целом, оказывает неблагоприятное влияние на протекание нервных процессов и способствует развитию утомления. Ш. увеличивает напряжение физиологических функций в процессе труда и снижает работоспособность.
ВИБРАЦИЯ — упругие механические колебания высокой частоты и малой амплитуды в технике (машинах, механизмах, конструкциях и др.). Полезная В. специально создается вибраторами и используется в строительной и транспортной технике, в машиностроении, медицине и др. Вредная В. возникает при работе или движении технических устройств (транспортных средств, двигателей, компрессоров, турбин и т. д.) и может приводить к нарушению режимов работы и к аварияммашин. Для защиты машин от В. используют специальные методы, в т. ч. и виброизоляцию. Действие В. на организм может быть как благотворным, так и вредным, вызывая профессиональные заболевания. В. возникает на скреперах, бульдозерах, автогрейдерах, автомобилях, тракторах и др. самоходных машинах; через сиденье кабины управления, подвешенной к башне, вследствие колебаний крана при подъеме и опускании груза (к таким кранам относят башенные и стреловые самоходные); через пол рабочего места от вибрации стенда, на котором испытывается генерирующий вибрации механизм; через пол рабочего места, расположенного на формующем агрегате бетоноукладчика; от пневматической или электрической ручной машины от органов управления самоходной машины. По воздействию на организм человека различают общую и локальную В. Общей В. организм подвергается под воздействием колебаний рабочего места (рабочей площадки, пола, сиденья). Общую В. подразделяют на три категории: транспортная В. (общая В. 1-й категории) воздействует на человека на рабочих местах самоходных и прицепных машин, транспортных средств при движении по местности и дорогам. К источникам транспортной В. относят тракторы, грузовые автомобили, снегоочистители и др.; транспортно-технологическая В. (общая В. 2-й категории) воздействует на человека на рабочих местах машин, передвигающихся по специально подготовленной поверхности производственных помещений. К источникам транспортно-технологической В. относят экскаваторы, грузоподъемные краны, машины для загрузки мартеновских печей в металлургическом производстве и др.; технологическая В. (общая В. 3-й категории) воздействует на человека на рабочих местах стационарных машин или передается на рабочие места, не имеющие источников В. К источникам технологической В. относят станки, кузнечно-прессовое оборудование, литейные машины, вентиляторы и др. Общую В. 3-й категории подразделяют на следующие типы: на постоянных рабочих местах производственных помещений; рабочих местах на складах, в столовых, бытовых и др. производственных помещениях, где нет машин — источников В.; рабочих местах в помещениях конструкторских бюро, лабораторий, учебных пунктов, вычислительных центров, здравпунктов, рабочих комнатах и др. помещениях для работников умственного труда. Источники возникновения локальных В.: ручные машины, органы ручного управления машинами и оборудованием, обрабатываемые детали. Влияние В. зависит от ее вида, продолжительности и направления действия, частоты и амплитуды колебаний, уровня шума, микроклимата на рабочем месте и др. факторов.
В. характеризуется спектром частот и такими кинематическими параметрами, как виброскорость и виброускорение или их логарифмическими уровнями в децибелах.
В. классифицируют:
по способу передачи человеку — локальная, передающаяся на руки работающего;
общая (В. рабочих мест), передающаяся через опорные поверхности тела в положении сидя (ягодицы) или стоя (подошвы ног);
по характеру спектра — низкочастотная (с преобладанием максимальных уровней в октавных полосах 1—4 Гц и 8—16 Гц соответственно для общей и локальной В.); среднечастотная (8—16 Гц для общей В., 31,5 и 63 Гц для локальной В.); высокочастотная (31,5 и 63 Гц для общей В., 125—1000 Гц для локальной В.);
Для стоящего на вибрирующей поверхности человека имеются 2 резонансных пика на частотах 5—12 Гц и 17—25 Гц, для сидящего — на частотах 4—6 Гц. Для головы резонансные частоты лежат в области 20—30 Гц. В этом диапазоне частот амплитуда колебаний головы может превышать амплитуду колебаний плеч в 3 раза. Для лежащего человека область резонансных частот находится в интервале 3—3,5 Гц. Одной из наиболее важных колебательных систем является совокупность грудной клетки и брюшной полости. В положении стоя колебания внутренних органов этих полостей обнаруживают резонанс на частотах 3—3,5 Гц. Максимальная амплитуда колебаний брюшной стенки наблюдается на частотах 7—8 Гц, а передней стенки грудной клетки — 7—11 Гц.
При увеличении частоты колебаний происходит ослабление ее передачи по телу человека. Механическая система прямой руки человека имеет резонанс в области частот 30—60 Гц. При передаче колебаний от ладони к тыльной стороне кисти амплитуда колебаний при неизменной частоте 40—50 Гц уменьшается на 35—65%. На участках между кистью и локтем, локтем и плечом происходит дальнейшее ослабление колебаний. Наибольшее затухание наблюдается в плечевом суставе и на голове.
С увеличением силы нажима на рукоятку наблюдается пропорциональное возрастание проводимости В. на плече, составляющее 1,2 дБ на удвоение силы нажима для частоты 8 Гц, около 3 дБ — для частоты 16 Гц и 4—5 дБ — для частот 32—125 Гц. При увеличении силы нажима на инструмент человеком не только будет получено большое количество колебательной энергии в связи с увеличением входного механического импеданса, но воздействие В. распространится на большую рецептивную зону.
ПЫЛЬ и АЭРОЗОЛИ — аэродисперсная система, в которой дисперсионной средой является воздух, а дисперсной фазой — пылевые частицы. Пылевые частицы находятся в твердом состоянии и имеют размеры от десятых долей миллиметра до долей микрометра.
Производственная пыль классифицируется:
по происхождению — органическая, неорганическая, смешанная;
способу образования — аэрозоли дезинтеграции, конденсации;
размеру частиц — видимая (более 10 мкм), микроскопическая (0,25—10 мкм) и ультрамикроскопическая (менее 0,25 мкм).
П. может оказывать на организм различное действие: фиброгенное, токсическое, раздражающее и т. д. По конечному повреждающему действию производственные аэрозоли можно разделить на аэрозоли преимущественно фиброгенного действия (АПФД) и аэрозоли, оказывающие преимущественно общетоксическое, раздражающее, канцерогенное, мутагенное действие, а также влияющие на репродуктивную функцию (производственные яды). Особое место занимают аэрозоли биологически высокоактивных веществ: витаминов, гормонов, антибиотиков, веществ белковой природы.
Методы гигиенического исследования (отбор проб, их количественная и качественная оценка, применяемая аппаратура) указанных видов аэрозолей имеют определенные различия. Аэрозоли преимущественно фиброгенного действия (пыли-АПФД) могут вызывать профессиональные заболевания легких — пневмокониозы, пылевые бронхиты, а также др. хронические заболевания органов дыхания. Механизм первичной задержки частиц в органах дыхания определяется инерционным и гравитационным осаждением, а также диффузией.
Следствием накопления П. в легких является развитие пневмокониозов. В 1996 г. принята классификация, в которой выделены 3 группы пневмокониозов в зависимости от пневмофиброгенной активности П.:
пневмокониозы от воздействия высокофиброгенной и умеренно фиброгенной П.;
пневмокониозы от слабофиброгенной П.;
пневмокониозы от аэрозолей токсико-аллергенного действия.
В нашей стране гигиенические регламенты содержания П. установлены по гравиметрическим (весовым) показателям, выраженным в миллиграммах на кубический метр (мг/м3), характеризующим всю массу присутствующей в зоне дыхания П. Большинство стран перешло на регламентацию содержания П. в воздухе рабочей зоны по массе, однако с учетом только ее т. н. респирабельной фракции (получаемой в результате предварительного отделения "грубой" фракции от "тонкой" — респирабельной — в циклонах двухступенчатых гравиметров). Это связано с тем, что пылевые частицы аэрозолей дезинтеграции размером от 1—2 до 5—8 мкм и частицы аэрозолей конденсации размером менее 0,3—0,4 мкм отличаются наибольшей способностью к задержке в легких.
Приборы для пылевого контроля условно можно разделить на пылеотборники (устройства для отбора проб витающей П.) ипылемеры (приборы для измерения концентрации П. в воздухе). Разнообразные методы и средства контроля запыленностивоздуха рабочей зоны могут быть разделены на 2 группы: прямые методы с выделением дисперсной фазы (фильтрация, электро- или термопреципитация, инерционное осаждение) в пылеотборниках с последующим взвешиванием массы П.; косвенные методы (без выделения дисперсной фазы или с выделением ее на подложку), обеспечивающие определение массовой концентрации П. в пылемерах.
При косвенном контроле используют следующие методы:
радиационно-оптический (поглощение или рассеивание света взвешенными частицами без выделения фазы из среды);
радиоизотопный (измерение запыленности воздуха гл. обр. по степени поглощения Д-частиц от изотопа 14С осажденной на фильтр или др. подложку П.);
электрический или электронный (принцип измерения зарядов частиц П. при расчете электрических импульсов от заряженных частиц, поступающих в датчик);
депремометрический (определение сопротивления фильтра в зависимости от количества отфильтрованной П.);
пьезометрический (измерение частоты колебаний пьезоэлектрической пластины в зависимости от количества осажденной на нее П.) и др.
В приборах, используемых для косвенного измерения, величина ошибки зависит как от измеряемой массы пылевых частиц, так и от ее дисперсного и химического состава (оптические, электрометрические методы). Наибольшей точностью обладают радиоизотопные приборы, в которых поглощение частиц пропорционально массе П., поэтому их показания мало зависят от характеристик аэрозолей. Появились пьезометрические приборы, основанные на применении методов и законов нелинейной оптики, обладающие высокой чувствительностью, необходимой для измерения небольших концентраций П. в воздухе.
Гигиенический пылевой контроль может быть периодическим (кратковременное разовое измерение концентрации П.) или постоянным, осуществляемым с помощью автоматических приборов и систем или индивидуальных пылеотборников. Для технического контроля применяют, кроме того, экспресс-пылемеры — портативные приборы, измеряющие концентрацию П. за период, не превышающий 5 мин.
Приборы для периодического контроля (разовых измерений) должны отвечать следующим требованиям:
повышенная точность измерений;
продолжительный пробоотбор и большая представительность пробы;
масса не более 6 кг.