Шумовое загрязнение

Слышимые звуковые непериодические колебания с непрерывным спектром воспринимаются как шумы. Энергия этих звуковых колебаний распределена в более или менее широкой области частот. Иногда на этот непрерывный спектр накладываются тональные звуки. Интенсивность шумов может быть самой различной, от шелеста листьев до шума грозового разряда. Источники шумов обладают практически неисчерпаемым разнообразием. Различают источники шума естественного и техногенного происхождения.

Источники шума естественного происхождения. В реальной атмосфере вне зависимости от человека всегда присутствуют шумы естественного происхождения с весьма широким спектральным диапазоном от инфразвука с частотами 3 • 10'³ Гц до ультразвука и гиперзвука. Примерами шумов естественного происхождения являются шумы морского прибоя, горного обвала, грозового разряда, извержения вулкана, ветра в лесу, пения птиц, голоса животных, шум низвергающегося водопада.

Источниками инфразвуковых шумов могут быть различные метеорологические и географические явления, такие, как магнитные бури, полярные сияния, движения воздуха в кучевых и грузовых облаках, ураганы, землетрясения. В слышимой области частот под действием ветра всегда создается звуковой фон. В природе при обтекании потоком воздуха различных тел (углов зданий, гребней морских волн и т.д.) за счет отрыва вихрей образуются инфразвуковые колебания и слышимые низкие частоты. Шумы естественного происхождения настолько разнообразны, что в полной мере не поддаются подробному описанию.

Источники шума техногенного происхождения. К источникам шума техногенного происхождения относятся все применяемые в современной технике механизмы, оборудование и транспорт, которые создают значительное шумовое загрязнение окружающей среды.

Техногенный шумовой фон создается источниками, находящимися в постройках, сооружениях, зданиях и на территории между ними.

Примерами источников шумов техногенного происхождения являются: рельсовый, водный, авиационный и колесный транспорт, техническое оборудование промышленных и бытовых объектов, вентиляционные установки, санитарно-техническое оборудование, теплоэнергетические системы, электромеханические устройства, газотурбокомпрес- соры, электротехнические приборы и оборудование, аэрогазодинамиче- ские установки и т.п.

Классификация шумов по физической природе. Техногенные шумы по физической природе происхождения могут быть классифицированы на следующие группы:

• - механические шумы, возникающие при взаимодействии различных деталей и механизмов, (одиночные или периодические удары), а также при вибрациях поверхностей устройств, машин, оборудования и
• - электромагнитные шумы, возникающие вследствие колебаний деталей и элементов электромеханических устройств под действием электромагнитных полей (дроссели, трансформаторы, статоры, роторы

и т.п.);

• - аэродинамические шумы, возникающие в результате вихревых процессов в газах (адиабатическое расширение сжатого газа или пара из замкнутого объема в атмосферу; возмущения, возникающие при движении тел с большими скоростями в газовой среде, при вращении лопаток турбин и т.п.);
• - гидродинамические шумы, вызываемые различными процессами в жидкостях (например, возникновение гидравлического удара при быстром сокращении кавитационных пузырей, кавитация в ультразвуковом технологическом оборудовании, в жидкостных системах самолетов и т.п.).

Классификация шумов по спектрально-временным характеристикам.

Спектрально-временные характеристики шумов обладают большим многообразием. Для технической оценки шумов введена их классификация по спектральным и временным характеристикам.

По характеру спектра шумы делятся на широкополосные и тональные. Под широкополосными шумами понимаются шумы, имеющие непрерывный спектр шириной более октавы (рис. 2, а). В технике приняты октавные полосы со среднегеометрическими частотами, например, 63,125,250, 500, 1000,2000,4000, 8000 Гц.

Рисунок 2 - Разновидности спектров реальных источников шумов:

a-непрерывный спеетр (турбореактивный двигатель); б-тональный (осевой вентилятор); в- колеблюшийся во времени (транспорт); г-импульсивный спектр (удар молота); д-прерывистый (сбрасывание воздуха).

Тональный шум характеризуется тем, что в спектре присутствуют отдельные слышимые дискретные тона (рис. 2, б). Тональность шума определят в процессе измерений уровня звукового давления Lp в треть- октавных полосах частот при превышении уровня в одной полосе над соседними более, чем в 10 дБ. По временным характеристикам шумы делятся на постоянные и непостоянные. Постоянные шумы в процессе измерений на временной характеристике шумомера «медленно» не изменят уровень сигнала более 5 дБА (дБА-величина по шкале А, принятая в технике измерения шума). В случае не постоянных шумов это изменение может быть более 5 дБА.

В свою очередь, непостоянные шумы делятся на импульсные, прерывистые и колеблющиеся во времени.

Импульсные, состоящие из одного или нескольких звуковых сигналов, длительностью 1 с. и уровнями звука (Lp или Lj), отличающимися более, чем на 7 дБА при измерениях на временной характеристике шумомера «импульс» и «медленно» (рис. 2, г).

Прерывистые шумы отличаются тем, что уровень звука изменяется на 5 дБА и более несколько раз за время измерения, причем длительность импульса больше, чем при импульсных шумах и в момент действия импульса его амплитуда остается постоянной, превышающей фон (рис. 2, д).

Колеблющиеся во времени, отличающиеся тем, что уровень шума меняется со временем (рис. 2, в).

Рассмотрим некоторые примеры реальных источников техногенных шумов, отличающихся спектрально временными характеристиками.

При работе турбореактивного двигателя (рис. 2, а) возникает шум с непрерывным спектром в широком диапазоне частот. При длительном испытании двигателя этот шум может быть постоянным во времени. На рис. 2, б представлен пример тонального спектра в третьоктавной полосе на среднегеометрической частоте, равной 125 Гц, возникающего при работе осевого вентилятора. Уровень шума в третьоктавной полосе превышает соответствующий уровень на соседних частотах более, чем на 10 дБ. Шум транспорта может быть примером непостоянного шума, колеблющимся во времени (рис. 2, в). На рис. 2, г представлен спектр импульсного шума, возникающего при ударе молота. Разность уровня звука ДЬ, измеренного на характеристиках «импульс» и «медленно» отличается более, чем на 7 дБА. На рис. 2, д представлен спектр прерывистого шума, возникающего при периодическом сбросе сжатого воздуха газодинамической установки.

При одновременном воздействии нескольких источников может возникнуть шумовое поле со сложным спектрально-временным распределением. Методом последовательного выключения источников шума, если это возможно в процессе эксплуатации различных установок, можно определить вклад каждого из них.

В технике измерений шумов в зависимости от среды распространения различают воздушный и структурный шумы. Воздушный шум распространяется по воздуху от источника до точки измерения (регистрации, восприятия). Структурный шум возникает из-за колебаний упругой среды (стены зданий, перекрытия, перегородки, трубопроводы и т.д.) с последующим излучением колеблющихся поверхностей.

Техногенные шумы часто представляют собой смесь случайных и периодических колебаний. Для определения и количественной оценки шумов и описания их источников применяют различные математические модели в соответствии с их временной, спектральной и пространственной структурой. При этом учитывается структура шумов в источнике и свойства среды, в которой они распространяются.

Постоянные (стационарные) шумы характеризуются постоянством средних параметров: интенсивности или мощности, распределения интенсивности по спектру и т.п. Практически слышимый шум, возникающий в результате действия нескольких независимых источников

(например, производственных установок, шума толпы или моря и т.д.) является квазипостоянным (квазистационарным).

Непостоянные (нестационарные) шумы характеризуются медленно меняющимися параметрами или длящимися короткие промежутки времени, меньшие, чем время усреднения в измерительном приборе. Временные характеристики таких шумов представлены на рис. 2, в, г, д (например, шум проходящего транспорта, удар молота или отдельные стуки в производственных условиях и т.п.).

Целью исследований акустических шумов является разработка методов снижения их вредного воздействия на человека и на различные системы.

В ряде случаев шумы используются как источники информации, например, в гидролокации по шумам, возникающим от гребных винтов надводных кораблей и подводных лодок, их обнаруживают и пеленгуют.

Биологическое действие шумов

Шумы, в особенности техногенного происхождения вредно воздействуют на организм человека. Это вредное воздействие проявляется в специфическом поражении слухового аппарата и неспецифических изменениях других органов и систем человека. В медицине существует термин «шумовая болезнь», сопровождаемая гипертонией, гипотонией и другими расстройствами.

При воздействии на человека шумов имеют значение их уровень, характер, спектральный состав, продолжительность действия и индивидуальность чувствительности. При продолжительном воздействии интенсивных шумов могут быть вызваны значительные расстройства деятельности нервной и эндокринной систем, сосудистого тонуса, желудочно-кишечного тракта, прогрессирующая тугоухость, обусловленная невритом преддверноулиткового нерва. При профессиональной тугоухости, как правило, происходит нарушение восприятия частот в диапазоне от 4000 до 8000 Гц. Неспецифическое действие шума иногда проявляется раньше, чем поражение слуха, и характеризуется в форме астении, невротических реакций, нарушения функций вегетативной нервной системы.

Вредное действие шумов проявляется также в нарушении вестибулярного аппарата, резком снижении производительности труда.

Установлена прямая зависимость между числом нервных заболеваний и возрастающим уровнем городского шума. Вредное действие на человека оказывает инфразвук, который воспринимается слуховой и тактильной чувствительностью. При уровне звукового давления более

100 дБ на частотах 2-5 Гц происходит осязаемое движение барабанных перепонок, головная боль, затрудненное глотание. При повышении уровня до 125-137 дБ на указанных частотах могут возникать вибрация грудной клетки, летаргия, чувство «падения».

Установлено, что инфразвук с частотами 15-20 Гц вызывает чувство страха. Инфразвук неблагоприятно действует на вестибулярный аппарат и приводит к уменьшению слуховой чувствительности.

Учитывая большую длину волны инфразвуковых колебаний, отрицательное воздействие их на организм человека проявляется на значительных расстояниях от источника.

Производственный и бытовой шум вызывает усталость, раздражение, снижает трудоспособность, сосредоточенность, внимание и т.п. С другой стороны, шум набегающей морской волны, шелест листьев, пение птиц и т.п. успокаивающе действуют на человека.

При длительном воздействии техногенных шумов возникает бессонница, расстройство органов пищеварения, нарушение вкусовых ощущений и зрения, появление повышенной нервозности, раздражительности и т.п. При воздействии интенсивных шумов (взрыв, ударная волна и т.д.) с уровнем звука до 130 дБ возникает болевое ощущение, а при уровнях звука более 140 дБ происходит поражение слухового аппарата. Предел переносимости интенсивного шума определяется величиной 154 дБ. При этом появляется удушье, сильная головная боль, нарушение зрительных восприятий, тошнота и т.д.

В связи с тем, что шум является вредным производственным фактором, а в ряде случаев и опасным, предельно допустимые уровни для шумов разных видов сравнивают с эквивалентными уровнями непрерывных шумов.

Нормирование шумов

Для оценки степени шумового загрязнения окружающей природной среды необходимо знать, как реальный шумовой фон, так и допустимый уровень шумов, установленных санитарными нормами № 3077-84. В соответствии с этими нормами суммарный, фактический шум, создаваемый различными техногенными источниками, не должен превышать допустимых уровней шума.

Для нормирования постоянного шума выбраны следующие параметры:

• - уровень звукового давления Lp, дБ, в октановых полосах со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц;
• - уровень интенсивности звука Lj (шкала А, дБ).

В случае непостоянного шума нормируемыми параметрами выбраны:

• - эквивалентный уровень звука Ьысв (шкала А, дБ);
• - максимальный уровень звука Ljmax, дБА.

Под эквивалентным (по звуковой энергии) уровнем звука Ьькв непостоянного шума понимается уровень звука непостоянного широкополосного шума, у которого среднеквадратичные звуковые давления равны за определенный временной интервал.

За максимальный уровень интенсивности звука Lima* принят уровень интенсивности звука, соответствующий максимальному показанию шумомера, в течение 1% времени измерения.

При измерениях уровни звука разбивают на поддиапазоны до 5 дБА. Каждый поддиапазон характеризуется средним значением L'j.

Нормирование шумов, создаваемых городским транспортом, устанавливает значения уровней звука в соответствии с ГОСТ 27436 - 87 и ОСТ 27.004.022-86.

Нормирование шумовых загрязнений является одним из исходных данных при разработке методов защиты окружающей среды.