Звук и его параметры; влияние шума на организм человека; нормирование шума; измерение шума; способы снижения шума; методы расчета шума; особенности защиты от инфра и ультразвука; влияние вибрации на организм; параметры вибрации; методы защиты от вибраций; параметры электромагнитного излучения (ЭМИ), влияние ЭМИ на организм, нормирование ЭМИ, методы защиты от вредного влияния ЭМИ; методы измерения ЭМИ.

Звук— физическое явление, представляющее собой распространение в виде упругих волн механических колебаний в твёрдой, жидкой или газообразной среде. Как и любая волна, звук характеризуется амплитудой и спектром частот. Обычный человек способен слышать звуковые колебания в диапазоне частот от 16—20 Гц до 15—20 кГц. Звук ниже диапазона слышимости человека называют инфразвуком; выше: до 1 ГГц,— ультразвуком, от 1 ГГц— гиперзвуком.

Громкость звука сложным образом зависит от эффективного звукового давления, частоты и формы колебаний, а высота звука — не только от частоты, но и от величины звукового давления.

Звуковое или акустическое давление в среде представляет собой разность между мгновенным значением давления в данной точке среды при наличии звуковых колебаний и статического давления в той же точке при их отсутствии. Для выражения звукового давления в единицах СИ используется Паскаль (Па), равный давлению в один ньютон на метр квадратный (Н/м²).

Удельное акустическое сопротивление среды (Z) находится как произведение плотности среды (ρ) на скорость (с) распространения в ней звуковых волн. Удельное акустическое сопротивление измеряется в паскаль-секунда на метр (Па·с/м) или дин•с/см³ (СГС); 1 Па·с/м = 10⁻¹ дин • с/см³. Акустическое сопротивление среды определяется поглощением, преломлением и отражением ультразвуковых волн.

Шум – это совокупность звуков разной интенсивности и частоты, которые беспорядочно изменяются во времени и вызывают у человека неприятные субъективные ощущения. Вредное воздействие шума проявляется в нарушении физиологических функций слуховых органов.

В зависимости от характера таких нарушений шум подразделяется на:

    1)Мешающий (речевой связи); 2)Раздражающий (вызывающий нервное напряжение, снижение работоспособности); 3)Вредный (вызывающий хронические заболевания сердечнососудистой и нервной систем);   4)Травмирующий (резко нарушающий физиологические функции организма человека).

Нормирование шума на рабочих местах осуществляют с учетом того, что организм человека в зависимости от частотной характеристики по-разному реагирует на шум одинаковой интенсивности. Чем выше частота звука, тем сильнее его воздействие на нервную систему человека, т. е. степень вредности шума зависит от его спектрального состава.

Спектр шума показывает, на какую область частот приходится наибольшая часть всей звуковой энергии, содержащейся в данном шуме.

Санитарное нормирование шума - это научное обоснование предельно допустимого уровня шума, который при ежедневном систематическом воздействии в течение всего рабочего времени и на протяжении многих лет не вызывает заболеваний организма человека и не мешает нормальной трудовой деятельности.

Требования к предельно допустимым уровням шума изложены в санитарных нормах СН 2.2.4/2.1.8.562—96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки». Наряду с предельным спектром нормируют общий уровень шума без учета частотной характеристики, измеряемый в дБА. Единица измерения дБА является показателем шума, близкого к восприятию органом слуха человека.

Для измерения уровня звукового давления в дБ на каждой среднегеометрической частоте октавной полосы и общего уровня звука в дБА применяют комплект приборов, составляющих шумоизмерительный тракт (рис.).

Рис. Структурная схема шумомера

Схема включает микрофон М, преобразующий звуковые колебания в электрический ток, который усиливается в усилителе У, проходит через акустический фильтр (частотный анализатор) АФ, выпрямитель В и фиксируется стрелочным индикатором И со шкалой, проградуированной в дБ. Работа анализатора шума основана на принципе интерференции колебаний или явлений резонансного усиления.

Анализатор шума представляет собой электрический контур, который усиливает колебания только заданной частоты, не пропуская и, следовательно, не усиливая звуки других частот. В результате стрелка на выходе прибора показывает величину звуковой энергии, заключенной в данной полосе частот. Изменяя настройку анализатора на различные частоты, получают показания уровня звукового давления для исследуемой полосы частот, которые оформляют в виде спектра шума.

Измерение шума производят в следующей последовательности: выявляют наиболее шумное оборудование и измеряют спектр шума на рабочих местах; определяют время за смену, в течение которого работающий подвергается воздействию шума; сравнивают значения измеренных уровней шума со значениями предельного спектра действующих нормативов.

Для снижения шума в производственных помещениях применяют различные методы: уменьшение уровня шума в источнике его возникновения; звукопоглощение и звукоизоляция; установка глушителей шума; рациональное размещение оборудования; применение средств индивидуальной защиты.

Наиболее эффективным является борьба с шумом в источнике его возникновения. Для уменьшения механического шума необходимо своевременно проводить ремонт оборудования, заменять ударные процессы на безударные, шире применять принудительное смазывание трущихся поверхностей, применять балансировку вращающихся частей.

Значительное снижение шума достигается при замене подшипников качения на подшипники скольжения (шум снижается на 10...15 дБ), зубчатых и цепных передач ременными передачами, металлических деталей —деталями из пластмасс.

Снижение аэродинамического шума можно добиться уменьшением скорости газового потока, улучшением аэродинамики конструкции, звукоизоляции и установкой глушителей. Электромагнитные шумы снижают конструктивными изменениями в электрических машинах.

Широкое применение получили методы снижения шума на пути его распространения посредством установки звукоизолирующих и звукопоглощающих преград в виде экранов, перегородок, кожухов, кабин и др.

Средствами индивидуальной защиты от шума являются ушные вкладыши, наушники и шлемофоны. Эффективность индивидуальных средств защиты зависит от используемых материалов, конструкции, силы прижатия, правильности ношения. Ушные вкладыши вставляют в слуховой канал уха. Их изготовляют из легкого каучука, эластичных пластмасс, резины, эбонита и ультратонкого волокна. Они позволяют снизить уровень звукового давления на 10... 15 дБ. В условиях повышенного шума рекомендуется применять наушники, которые обеспе­чивают надежную защиту органов слуха.

При наличии в помещении одиночного источника шума, уровень интенсивности L (дБ) можно рассчитать по формуле:

L = 10*Lg (J/J₀)

J₀ - пороговая интенсивность звука: J -интенсивность источника

В том случае, когда в расчетную точку попадает шум от нескольких источников, находящихся в помещении, их интенсивности складывают: J= J₁ + J₂ + ... + J_n. Разделив левую и правую части этого выражения на J₀ (пороговую интенсивность звука) и прологарифмировав, получим:

L = 10*Lg(J/J_о) = 10*Lg (J₁/J₀ +nJ₂/J₀ + ... + J_n/J₀)

Или

L = 10*Lg (10^0.1L1 + 10^0.1L2 + ... +10^0.1Ln),

где L₁, L₂,…, L_n —уровни интенсивности звука, создаваемые каждым источником в расчетной точке при одиночной работе.

Если имеется п источников шума с одинаковым уровнем интенсивности звука L, то общий уровень интенсивности звука

L= L_i+ 10*Lg(n).

Установка звукопоглощающих облицовок и объемных звукопоглотителей увеличивает эквивалентную площадь поглощения. Для облицовки помещения используются стекловата, минеральная и капроновая вата, мягкие пористые волокнистые материалы, а также жесткие плиты на минеральной основе, т.е. материалы, имеющие высокие коэффициенты звукопоглощения.

Эффективность снижения уровня шума (ΔL, дБ) в помещении

ΔL= L - L_доп,

где L —расчетный уровень интенсивности звука (или звукового давления), дБ;

L_доп — допустимый уровень интенсивности звука (звукового давления), дБ, согласно действующим нормативам.

Ультразвук - это область акустических колебаний в диапазоне от 18 кГц до 100МГц и выше. Источником ультразвука является оборудование, в котором генерируются ультразвуковые колебания для выполнения технологических процессов, технического контроля и измерений промышленного, медицинского, бытового назначения, а также оборудования, при эксплуатации которого ультразвук возникает как сопутствующий фактор.

Инфразвук - звуковые колебания и волны с частотами, лежащими ниже полосы слышимых (акустических) частот - 20 Гц. Источники инфразвука - механизмы, транспорт и медленно работающие машины. В условиях производства инфразвук, как правило, сочетается с низкокачественным шумом, в ряде случаев с низкочастотной вибрацией.

Во время ремонта, испытания, отработки режима и налаживания установки, когда возможен кратковременный контакт с жидкостью или ультразвуковым инструментом, в котором возбуждены колебания, для зашиты рук необходимо применять две пары перчаток: наружные — резиновые и внутренние—хлопчатобумажные или перчатки резино­вые технические по ГОСТ 20010—74. В качестве средств индивидуаль­ной защиты работающих от воздействия шума и воздушного ультразвука следует применять противошумы, отвечающие требовани­ем ГОСТ 12.4.051—78.

Ультразвуковые указатели и датчики, удерживаемые руками оператора, должны иметь форму, обеспечивающую минимальное напряжение мышц, удобное для работы расположение и соответствовать требованиям технической эстетики. Следует исключить возможность контактной передачи ультразвука другим частям тела, кроме ног. Конструкция оборудования должна исключать возможность охлаждения рук работающего. Поверхность оборудования и приборов в местах контакта с руками должна иметь коэффициент теплопроводности не более 0,5 Вт/м град.

Защита от вибраций

Негативное воздействие вибрации, проявляющееся в виде развития различных патологий, стоит на втором месте (после пылевых) среди профессиональных заболеваний. При воздействии вибрации тело человека рассматривается как сочетание масс с упругими элементами, имеющими собственные частоты, которые для плечевого пояса, бедер и головы относительно опорной поверхности (положение "стоя") составляют 4 ~ 6Гц, головы относительно плеч (положение "сидя") − 25 − 30Гц. Для большинства внутренних органов собственные частоты лежат в диапазоне 6 − 9Гц. Однако, развитие вибрационных патологий зависит не только от частоты, но и амплитуды колебаний, продолжительности воздействия, места приложения и направления оси вибрационного воздействия, демпфирующих свойств тканей, явлений резонанса и других условий. При этом существенное значение имеет индивидуальная чувствительность. Вредное действие вибрации усиливают шум, охлаждение, переутомление, значительное мышечное напряжение, алкогольное опьянение и др.

Допустимые параметры вибрации (частота, виброскорость, виброускорение) приведены в таблицах ниже

Влияние вибрации на организм человека

Допустимые величины вибрации

Для борьбы с вибрацией машин и оборудования и защиты работающих от вибрации используют различные методы.

Борьба с вибрацией в источнике возникновения связана с установлением причин появле­ния механических колебаний и их устранением, например замена кривошипных механизмов равномерно вращающимися, тщательный подбор зубчатых передач, балансировка вращающихся масс и т.п.

Для снижения вибрации широко используют эффект вибродемпфирования — превращение энергии механических колебаний в другие виды энер­гии, чаще всего в тепловую. С этой целью в конструкции деталей, через которые передается вибрация, применяют материалы с большим внут­ренним трением: специальные сплавы, пластмассы, резины, вибродемпфирующие покрытия.

Для предотвращения общей вибрации используют установку вибрирующих машин и оборудования на самостоятельные виброгасящие фундаменты. Для ослабления передачи вибрации от источников ее возникновения полу, рабочему месту, сиденью, рукоятке и т.п. широко применяют методы виброизоляции. для этого на пути распространения вибрации вводят дополнительную упругую связь в виде виброизоляторов из резины, пробки, войлока, асбеста, стальных пружин. В качестве средств индивидуальной защиты работающих используют специальную обувь на массивной резиновой подошве. Для защиты рук служат рукавицы, перчатки, вкладыши и прокладки, которые изготовляют из упругодемпфирующих материалов.

Важным для снижения опасного воздействия вибрации на организм человека является правильная организация режима труда и отдыха, постоянное медицинское наблюдение за состоянием здоровья, лечеб­но-профилактические мероприятия, такие как гидропроцедуры (теп­лые ванночки для рук и ног), массаж рук и ног, витаминизация и др. для защиты рук от воздействия ультразвука при контактной передаче, а также при контактных смазках и т.д. операторы должны работать в рукавицах или перчатках, нарукавниках, не пропускающих влагу или контактную смазку.

Виброизоляцию можно оценивать через коэффициент передачи

K_п = 1/f/ f ₀ -1

где f и f ₀ —частота возмущающей силы и собственная частота системы при наличии виброизолирующего слоя (Гц).

Эффективность виброизоляции определяется по формуле:

B_L = 201g1/K_n.

Чем выше частота возмущающей силы по сравнению с собственной, тем больше виброизоляция. При f < f ₀ возмущающая сила целиком передается основанию. При f=f₀ происходит резонанс и резкое усиление вибрации, а при f > 2 f ₀ обеспечивается виброизоляция, пропорциональная коэффициенту передачи.

Электромагнитное излучение

Электромагнитное излучение принято делить по частотным диапазонам. Между диапазонами нет резких переходов, они иногда перекрываются, а границы между ними условны. Поскольку скорость распространения излучения (в вакууме) постоянна, то частота его колебаний жёстко связана с длиной волны в вакууме.

Микроволновое излучение, сверхвысокочастотное излучение (СВЧ-излучение) — электромагнитное излучение, включающее в себя дециметровый, сантиметровый и миллиметровый диапазон радиоволн (длина волны от 1 м — частота 300 МГц до 1 мм — 300 ГГц). Микроволновое излучение большой интенсивности используется для бесконтактного нагрева тел (как в бытовых, так и в промышленных микроволновых печах для термообработки металлов), основным элементом в которых служит магнетрон, а также для радиолокации.

Микроволновое излучение малой интенсивности используется в средствах связи, преимущественно портативных — рациях, сотовых телефонах (кроме первых поколений), устройствах Bluetooth, WiFi и WiMAX.

Излучения электромагнитного диапазона при определённых уровнях могут оказывать отрицательное воздействие на организм человека, животных и других живых существ, а также неблагоприятно влиять на работу электрических приборов. Различные виды неионизирующих излучений (электромагнитных полей, ЭМП) оказывают разное физиологическое воздействие.

Воздействие электромагнитного поля на человека зависит от напряженности электрического и магнитного полей, потока энергии, частоты колебаний, размера облучаемой поверхности тела и индивидуальных особенностей организма.

В электрическом поле атомы и молекулы, из которых состоит тело человека, поляризуются, полярные молекулы (например, воды) ориентируются по направлению распространения электромагнитного поля; в электролитах, которыми являются жидкие составляющие тканей, крови и т. п., после воздействия внешнего поля появляются ионные токи. Основное воздействие, которое оказывает переменное электрическое поле — вызывает нагрев тканей человека. Тепловой эффект является следствием поглощения энергии электромагнитного поля, и зависит от напряженности поля и времени воздействия. Избыточная теплота отводится до известного предела увеличением нагрузки на механизм терморегуляции. Однако, начиная с величины 7= 10 мВт/см², называемой тепловым порогом, организм не справляется с отводом образующейся теплоты и температура тела повышается, что вредит здоровью.     Наиболее интенсивно электромагнитные поля воздействуют на мозг, центральную нервную и сердечно-сосудистую системы, органы дыхания и пищеварения. Облучение глаз вызывает помутнение хрусталика (катаракту).

Естественными источниками электромагнитных полей (ЭМП) являются: атмосферное электричество, радиоизлучение солнца и галактик, квазистатические, электрические и магнитные поля земли.

ЭМИ в промышленности

Электромагнитная энергия высоких частот (ВЧ) и ультравысо­ких частот (УВЧ) широко применяется в радиосвязи, радиовеща­нии, телевидении, медицине, для нагревания металлов и диэлектриков. Источниками ВЧ и УВЧ являются генераторы, трансформато­ры, индукторы, конденсаторы, кабельные линии, соединяющие отдельные части генераторов, антенны, фланцевые соединения волноводных трактов, открытые концы волноводов.

Рабочим элементом при индукционном нагреве является плавильный или закалочный контур (индуктор), а при диэлектрическом нагреве пластины (конденсаторы). Энергия ЭМП индуктора применяется для получения плазменного состояния вещества. Мощности установок различны, диапазон частот от 60 кГц до 20 МГц.

Электромагнитная энергия низкой частоты (НЧ) 1—12 кГц ши­роко используется для индукционного нагрева в целях закалки, плав­ления, нагревания металла. Энергия импульсного ЭМП низких частот применяется для штамповки, прессовки, соединения различных материалов, литья и др.

При диэлектрическом нагреве (сушка влажных материалов, склейка древесины, сварка термоактивных материалов, в том чис­ле пластмасс) используются установки в диапазоне частот от 3 до 150 МГц, мощностью от 1 до 30 кВт.

Большим значением напряженности электрической составляю­щей ЭМП (до 150 В/м) характеризуются рабочие места операто­ров при точечной сварке.

Энергия сверхвысоких частот (СВЧ) широко применяется в радиолокации, радионавигации, радиоастрономии, радиоспектроскопии, ядерной физике, для радиорелейной связи и др. Источником СВЧ является генератор, излучающие системы — антенна, откры­тый конец волновода, эквивалент антенны, неплотности фланцевых соединений СВЧ тракта, волноводно-коаксиальные переходы, мес­та катодных выводов генерируемых приборов и др.