Шумом называется беспорядочное сочетание звуков различной высоты и громкости, вызывающее неприятное субъективное ощущение и объективные изменения органов и систем.

Шум состоит из отдельных звуков и имеет физическую характеристику. Волновое распространение звука характеризуется частотой (выражается в герцах) и силой, или интенсивностью, т. е. количеством энергии, переносимой звуковой волной в течение 1 с через 1 см² поверхности, перпендикулярной к направлению распространения звука. Сила звука измеряется в энергетических единицах, чаще всего в эргах в секунду на 1 см². Эрг равен силе в 1 дину, т. е. силе, сообщаемой массе, весом в 1 г ускорение в 1 см²/с.

Поскольку отсутствуют способы непосредственного определения энергии звуковых колебаний, измеряется давление, производимое на тела, на которые они падают. Единицей звукового давления является бар, отвечающий силе в 1 дину на 1 см² поверхности и равной 1/1 000 000 доле атмосферного давления. Речь обычной громкости создает давление в 1 бар.

Восприятие шума и звука

Человек способен воспринимать как звук колебания с частотой от 16 до 20 000 Гц. С возрастом чувствительность звукового анализатора уменьшается, и в преклонном возрасте колебания с частотой выше 13 000—15 000 Гц не вызывают слухового ощущения.

Субъективно частота, ее увеличение воспринимаются как повышение тона, высоты звука. Обычно основной тон сопровождается целым рядом дополнительных звуков (обертонов), возникающих благодаря колебанию отдельных частей звучащего тела. Количество и сила обертонов создают определенную окраску, или тембр, сложного звука, благодаря чему удается распознать звуки музыкальных инструментов или голоса людей.

Чтобы вызвать слуховое ощущение, звуки должны обладать определенной силой. Наименьшая сила звука, которая воспринимается человеком, называется порогом слышимости данного звука.

Пороги слышимости для звуков с различной частотой неодинаковы. Наименьшие пороги имеют звуки с частотой от 500 до 4000 Гц. За пределами этого диапазона пороги слышимости повышаются, что свидетельствует о снижении чувствительности.

Увеличение физической силы звука субъективно воспринимается как повышение громкости, однако это происходит до определенного предела, выше которого ощущается болезненное давление в ушах – порог болевого ощущения, или порог осязания. При постепенном усилении энергии звука от порога слышимости до болевого порога обнаруживаются особенности слухового восприятия: ощущение громкости звука увеличивается не пропорционально росту его звуковой энергии, а значительно медленнее. Так, чтобы ощутить едва заметное приращение громкости звука, необходимо увеличить его физическую силу на 26 %. По закону Вебера—Фехнера ощущение нарастает пропорционально не силе раздражения, а логарифму его силы.

Звуки разных частот при одной и той же физической их интенсивности ощущаются ухом не как одинаково громкие. Высокочастотные звуки ощущаются как более громкие, чем низкочастотные.

Для количественной оценки звуковой энергии предложена особая логарифмическая шкала уровней силы звука в белах или децибелах. В этой шкале за нуль, или исходный уровень, условно принята сила (10^-9 эрг/см² ? сек, или 2 ? 10^-5 Вт/см²/с), приблизительно равная порогу слышимости звука с частотой 1000 Гц, который в акустике принимается за стандартный звук. Каждая ступень такой шкалы, получившая название бел, соответствует изменению силы звука в 10 раз. Увеличение силы звука в 100 раз по логарифмической шкале обозначается как повышение уровня силы звука на 2 бела. Приращение уровня силы звука на 3 бела соответствует увеличению абсолютной силы его в 1000 раз и т. д.

Таким образом, чтобы определить уровень силы любого звука или шума в белах, следует разделить его абсолютную силу на силу звука, принятую за уровень сравнения, и вычислить десятичный логарифм этого соотношения.

где I₁ – абсолютная сила;

I₀ – сила звука уровня сравнения.

Если выразить в белах громадный диапазон силы звука с частотой 1000 Гц от порога слышимости и (нулевой уровень) до болевого порога, то весь диапазон по логарифмической шкале составит 14 бел.

В связи с тем, что орган слуха способен различать прирост звука в 0,1 бел, то на практике при измерении звуков применяется децибел (дБ), т. е. единица в 10 раз меньшая, чем бел.

В связи с особенностью восприятия слухового анализатора звук одинаковой громкости будет восприниматься человеком от источников шума с различными физическими параметрами. Так, звук силой в 50 дБ и частотой 100 Гц будет восприниматься как одинаково громкий со звуком с силой 20 дБ и частотой 1000 Гц.

Чтобы иметь возможность сравнивать между собой различные по частотному составу звуки различной силы в отношении их громкости, введена специальная единица громкости, называемая «фон». При этом за единицу сравнения принят звук в 1000 Гц, который считается стандартным. В нашем примере звук в 50 дБ и частотой 100 Гц будет равен 20 фонам, поскольку соответствует звуку с силой 20 дБ и частотой 1000 Гц.

Уровень шума, не вызывающий вредных последствий для уха работающих, или так называемый нормальный предел громкости при частоте 1000 Гц, соответствует 75—80 фонам. При повышении частоты колебаний звука по сравнению со стандартным предел громкости должен быть снижен, так как вредное воздействие на орган слуха увеличивается с повышением частоты колебаний.

Если тоны, составляющие шум, располагаются непрерывно в широком диапазоне частот, то такие шумы называют непрерывными, или сплошными. Если при этом сила звуков, составляющих шум, примерно одинакова, такой шум называют белым по аналогии с «белым светом», характеризующимся сплошным спектром.

Определение и нормирование шумов проводятся обычно в частотной полосе, равной октаве, полуоктаве или трети октавы. За октаву принимают диапазон частот, в которой верхняя граница частоты вдвое больше нижней (например, 40—80, 80—160 и т. д.). Для обозначения октавы обычно указывают не диапазон частот, а так называемые среднегеометрические частоты. Так, для октавы 40—80 Гц среднегеометрическая частота – 62 Гц, для октавы 80—160 Гц – 125 Гц и т. д.

По спектральному составу все шумы делят на 3 класса.

Класс 1. Низкочастотные (шумы тихоходных агрегатов неударного действия, шумы, проникающие сквозь звукоизолирующие преграды). Наибольшие уровни в спектре расположены ниже частоты 300 Гц, за ним следует понижение (не менее чем на 5 дБ на октаву).

Класс 2. Среднечастотные шумы (шумы большинства машин, станков и агрегатов неударного действия). Наибольшие уровни в спектре расположены ниже частоты 800 Гц, и далее опять понижение не менее чем на 5 дБ на октаву.

Класс 3. Высокочастотные шумы (звенящие, шипящие, свистящие шумы, характерные для агрегатов ударного действия, потоков воздуха и газа, агрегатов, действующих с большими скоростями). Наименьший уровень шума в спектре расположен выше 800 Гц.

Различают шумы:

1) широкополосные с непрерывным спектром более 1 октавы;

2) тональные, когда интенсивность шума в узком диапазоне частот резко преобладает над остальными частотами.

По распределению звуковой энергии во времени шумы подразделяются:

1) постоянные, уровень звука которых за 8-часовой рабочий день изменяются во времени не более чем на 5 дБ;

2) непостоянные, уровень звука которых за 8-часовой рабочий день изменяются более чем на 5 дБ.

Непостоянные шумы подразделяются на:

1) колеблющиеся во времени, уровень звука которых непрерывно изменяется во времени;

2) прерывистые, уровень звука которых ступенчато изменяются (на 5 дБ и более), причем длительность интервалов с постоянным уровнем составляет 1 с и более;

3) импульсные, состоящие из одного или нескольких сигналов длительностью менее 1 с каждый, при этом уровень звука изменяется не менее чем на 7 дБ.

Если после воздействия шума того или иного тона чувствительность к нему понижается (порог восприятия повышается) не более чем на 10—15 дБ, и восстановление ее происходит не более чем за 2—3 мин, следует думать об адаптации. Если изменение порогов значительно, и длительность восстановления затягивается, это свидетельствует о наступлении утомления. Основной формой профессиональной патологии, вызываемой интенсивным шумом, является стойкое понижение чувствительности к различным тонам и шепотной речи (профессиональная тугоухость и глухота).

Влияние шума на организм

Весь комплекс нарушений, развивающийся в организме при действии шума, можно объединить в так называемую шумовую болезнь (проф. Е. Ц. Андреева-Галанина). Шумовая болезнь – это общее заболевание всего организма, развивающееся в результате воздействия шума, с преимущественным поражением центральной нервной системы и слухового анализатора. Характерной особенностью шумовой болезни является то, что изменения в организме протекают по типу астеновегетативного и астеноневротического синдромов, развитие которых значительно опережает нарушения, возникающие со стороны слуховой функции. Клинические проявления в организме под влиянием шума подразделяются на специфические изменения в органе слуха и неспецифические – в других органах и системах.

Регламентация шума

Регламентация шума проводится с учетом его характера и условий труда, цели и назначения помещений, сопутствующих вредных производственных факторов. Для гигиенической оценки шума пользуются материалами: СН 2.2.4/2.1.8.5622-96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки».

Для постоянного шума нормирование производится в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц. Для ориентировочной оценки допускается измерять в дБА Преимущество измерения шума в дБА заключается в том, что позволяет определять превышение допустимых уровней шума без спектрального анализа его в октавных полосах.

При частотах 31,5 и 8000 Гц шум нормируется на уровне соответственно 86 и 38 дБ. Эквивалентный уровень звука в дБ(А) составляет 50 дБ. Для тонального и импульсного шума он на 5 дБ меньше.

Для колеблющегося во времени и прерывистого шума максимальный уровень звука не должен превышать 110 дБ, а для импульсного шума максимальный уровень звука более 125 дБ.

В отдельных отраслях производства применительно к профессиям нормирование ведется с учетом категории тяжести и напряженности. При этом выделяют 4 степени тяжести и напряженности, учитывая эргономические критерии:

1) динамическую и статическую мышечную нагрузку;

2) нервную нагрузку – напряжение внимания, плотность сигналов или сообщений в течение 1 ч, эмоциональное напряжение, сменность;

3) напряжение анализаторной функции – зрение, объем оперативной памяти, т. е. число элементов, подлежащих запоминанию в течение 2 ч и более, интеллектуальное напряжение, монотонность работы.

При малой напряженности, а также легкой и средней тяжести труда шум регламентируется на уровне 80 дБ. При той же напряженности (малой), но при тяжелой и очень тяжелой форме труда он на 5 дБ меньше. При умеренно напряженном труде, напряженном и очень напряженном шум нормируется соответственно на 10 дБ меньше, т. е. 70, 60 и 50 дБ.

Степень потери слуха устанавливается по величине потери слуха на речевых частотах, т. е. по частоте 500, 1000 и 2000 Гц и на профессиональной частоте 4000 Гц. При этом выделяют 3 степени снижения слуха:

1) легкое снижение – на речевых частотах снижение слуха происходит на 10—20 дБ, а на профессиональных – на 60 ± 20 дБ;

2) умеренное снижение – на речевых частотах снижение слуха на 21—30 дБ, а на профессиональных – на 65 ± 20 дБ;

3) значительное снижение – соответственно на 31 дБ и более, а на профессиональных частотах на 70 ± 20 дБ.

Технические меры борьбы с шумом многообразны:

1) изменение технологии процессов и конструкции машин, являющихся источником шумов (замена шумных процессов бесшумными: клепки – сваркой, ковки и штамповки – обработкой давлением);

2) тщательная пригонка деталей, смазка, замена металлических деталей незвучными материалами;

3) поглощение вибрации деталей, применение звукопоглощающих прокладок, хорошая изоляция при установке машин на фундаменты;

4) установка глушителей для поглощения шума выхлопа воздуха, газа или пара;

5) звукоизоляция (шумоизолирование кабин, использование кожухов, дистанционного управления).

Меры планировочного характера.

1. Целесообразна планировка размещения шумящих производств на определенном расстоянии от объектов, которые должны быть защищены от шума. Например, авиационные мотороиспытательные станции с уровнем шума 130 дБ должны быть размещены вне городской черты с соблюдением соответствующей санитарно-защитной зоны. Шумные цеха должны быть окружены древесными насаждениями, поглощающими шум.

2. Небольшие помещения объемом до 40 м³, в которых расположено шумящее оборудование, рекомендуется облицовывать звукопоглощающими материалами (акустической штукатуркой, плиткой и т. д.).

Индивидуальные меры защиты: антифоны или противошумы:

1) внутренние – заглушки и вкладыши;

2) наружные – наушники и шлемы.

Наиболее простая конструкция – заглушка из стерильной ваты. Более эффективна заглушка из специальной ультратонкой стекловаты УТВ. Заглушки могут быть из мягкого кожуха, резины и пластмассы. Заглушающая способность их не превышает 7—12 дБ. Заглушающая способность противошумных наушников ВЦНИЧОТ-2 составляет в зависимости от частоты шумов: до 500 Гц – 14 дБ, до 1000 Гц – 22 дБ, в области от 2000 до 4000 Гц – 47 дБ.

В производствах, где наблюдается интенсивный шум, должны проводиться предварительные и периодические медицинские осмотры рабочих с обязательной проверкой слуха аудиометрами или камертонами.

Периодические медицинские осмотры с целью выявления повышенной чувствительности уха к шуму должны проводиться через 3, 6, 12 месяцев в течение первых трех лет, а затем каждые 3 года с целью выявления тугоухости. Лица, у которых между двумя периодическими осмотрами обнаружено существенное ухудшение слуха, а именно повышение порогов более чем на 20 дБ, или резкое ухудшение общего состояния, должны быть переведены на нешумную работу.

Широко используется в различных технологических процессах – виброуплотнении, прессовании, формовке, бурении, обработке металлов, при работе многих машин и механизмов. Вибрация представляет собой механическое колебательное движение, при котором материальное тело периодически через определенный промежуток времени проходит одно и то же устойчивое положение. Каким бы сложным ни было колебательное движение, его простой составляющей является гармоническое или периодическое колебание, которое представляет собой правильную синусоиду. Такие колебания характерны для машин и инструментов вращательного действия.

Такое колебание характеризуется:

1) амплитудой – это максимальное перемещение колеблющейся точки от ее стабильного положения;

2) частотой – это количество полных циклов колебаний в единицу времени (Гц).

Время, за которое совершается один полный цикл колебания, называется периодом. Амплитуда выражается в сантиметрах или в его долях (миллиметрах или микронах).

Человек в состоянии ощущать вибрацию в диапазоне от долей герца до 8000 Гц. Вибрация более высокой частоты воспринимается как тепловое ощущение. Вибрация с частотой колебания более 16 Гц воспринимается и как низкочастотный шум.

Колебания могут быть затухающими. При этом амплитуда колебания постоянно уменьшается в связи с наличием сопротивления. Амплитудно-переменная вибрация характерна для плохо отрегулированных моторов, хаотическая вибрация (хаотическая амплитуда) – для плохо закрепленных деталей. Вибрация с амплитудой менее 0,5 мм гасится тканями, более 33 мм – действует на системы и органы.

Действие вибрации зависит от силы, с которой рабочий удерживает инструмент (статическое напряжение усиливает действие вибрации). Низкая температура также усиливает действие вибрации, вызывая дополнительный спазм сосудов.

По способу передачи на человека вибрация подразделяется на:

1) общую (вибрация рабочих мест) – передается через опорные поверхности на тело человека;

2) локальную – через руки при работе с разными инструментами (машинами).

Общая вибрация по источнику возникновения подразделяется на:

1) транспортную (категория 1), возникающую при движении машин по местности;

2) транспортно-технологическую (категория 2), воздействующую на человека на рабочих местах машин с ограниченной подвижностью и перемещающихся только по специально подготовленным поверхностям производственных помещений, промышленных площадок и горных выработок (экскаваторы, краны промышленные и строительные, завалочные машины для загрузки мартеновских печей, горные комбайны, путевые машины, бетоноукладчики и т. д.);

3) технологическую (категория 3), воздействующую на человека на рабочих местах стационарных машин или передающуюся на рабочие места, не имеющие источников вибрации (станки металло– и деревообрабатывающие, кузнечно-прессовое оборудование; литейные и электрические машины, стационарные электрические установки; насосные агрегаты и вентиляторы; оборудование промышленности стройматериалов, установки химической и нефтехимической промышленности и др.).

Технологическая вибрация подразделяется на:

1) тип А – на постоянных рабочих местах производственных помещений;

2) тип Б – на рабочих местах складов, столовых и других помещений, где нет машин, генерирующих вибрацию;

3) тип В – на рабочих местах в помещениях заводоуправлений, конструкторских бюро, лабораториях, учебных классов, в помещениях для работников умственного труда.

Регламентация вибрации осуществляется на основании СН 2.2.4/2.1/8.566-96, «Производственная вибрация, вибрация в помещения жилых и общественных зданий».

Локальная вибрация классифицируется по такому же принципу, что и общая, но источники ее другие:

1) ручные машины с двигателями (или ручной механизированный инструмент), органы ручного управления машинами и оборудованием;

2) ручные инструменты без двигателей и обрабатываемые детали.

По направлению действия вдоль осей

Локальная:

z – ось, близкая к направлению приложения силы или ось предплечья;

x – ось, параллельная оси охватываемых рукояток;

y – перпендикулярно осям z и x.

Общая:

z – вертикальная ось;

x – горизонтальная ось (спина и грудь);

y – горизонтальная ось (плечо и плечо).

По частотному составу.

Таблица 2. Частотный состав вибрации.

По временным характеристикам

1. Постоянные (величина виброскорости изменяется до 6 дБ за время более 1 мин).

2. Непостоянные (величина виброскорости изменяется более 6 дБ за время больше или равное 1 мин):

1) колеблющаяся вибрация – уровень виброскорости непрерывно изменяется во времени;

2) прерывистая – контакт оператора с вибрацией прерывается во время работы (длительность интервалов, когда имеет место контакт с вибрацией более 1 с);

3) импульсная – состоит из одного или нескольких воздействий, каждое длительностью менее 1 с.

Вибрация, передающаяся на организм человека, вне зависимости от места контакта распространяется по всему телу.

Наиболее высокой вибрационной чувствительностью обладает кожа ладонной поверхности концевых фаланг пальцев рук. Наибольшая чувствительность наблюдается к вибрации с частотами 100—250 Гц, причем в дневное время чувствительность выражена в большей степени, чем утром и вечером.

Вибрационный фактор служит источником многих заболеваний, объединенных в отечественной литературе под общим названием «вибрационная болезнь». Разные формы этого заболевания существенно отличаются между собой как по клинической картине, развитию и течению, так и по механизму своего возникновения и патогенезу.

Различают 3 основные формы вибрационной болезни:

1) периферическая, или местная, вибрация, обусловленная преимущественным воздействием локальной вибрации на руки рабочих;

2) церебральная форма, или общая вибрация, вызванная преимущественным воздействием общей вибрации;

3) церебрально-периферическая, или промежуточная, форма, которая порождается комбинированным действием общей и локальной вибрации.

Церебральная форма возникает у рабочих при виброуплотнении бетона, водителей машин, железнодорожников. Вибрационная болезнь рабочих-бетонщиков отличается тяжестью и напряженностью. При ней на первый план выступают изменения со стороны нервной системы, протекающие по типу тяжелого вазоневроза. Ее принимают за церебральную форму с одновременным наличием и местных поражений, с аналогичными симптомами и синдромами, которые наблюдаются и при вибрационной болезни, вызванной действием локальной вибрации. Могут отмечаться «вегетативные кризы» – дурнотное состояние, чувство онемения, боли в животе, сердце, конечностях. Больные страдают бессонницей, субфибрилитетом, импотенцией, потерей аппетита, резким похуданием, чрезмерной раздражительностью. Вибрация, передающаяся от средств передвижения, может приводить к заболеваниям внутренних органов, опорно-двигательного аппарата, к функциональным сдвигам в вестибулярном аппарате, развитию соляралгий, нарушению секреторной и моторной функции желудка, обострению воспалительных процессов органов малого таза, импотенции. Могут иметь место значительные изменения поясничной части позвоночника, радикулиты.

При вибрационной болезни могут быть нарушены обменные процессы, страдают углеводный, белковый, фосфорный обмены, изменяется функциональное состояние щитовидной железы.

При местном воздействии вибрации появляются мраморность кожных покровов, боли в конечностях сначала в ночное время, затем постоянная потеря всех видов чувствительности.

У проходчиков и бурильщиков со стороны мышечной системы часто наблюдаются спастическое состояние некоторых групп мышц, судороги, перерождение мышечной ткани, гиперкальцинация мышечной ткани, и в результате происходит ее склерозирование.

В некоторых случаях вследствие поражения периферических двигательных волокон развивается атрофия мелких мышц кистей и плечевого пояса, уменьшается мышечная сила.

При работе с виброинструментами часто возникают изменения костно-суставного аппарата, уменьшается эластичность суставных хрящей. Часто развиваются асептические хондроостеонекрозы, которые поражают мелкие кости запястья и эпифизы длинных трубчатых костей.

Различают 4 стадии вибрационной болезни.

1-я стадия характеризуется субъективными явлениями (ночными непродолжительными болями в конечностях, парестезией, гипотермией, умеренным акроцианозом).

2-я стадия: усиление болей, стойкие нарушения кожной чувствительности на всех пальцах и предплечье, резкий спазм сосудов, гипергидроз.

3-я стадия: потеря всех видов чувствительности, симптом «мертвого пальца», снижение мышечной силы, развитие костно-суставных поражений, функциональные расстройства ЦНС астенического и астеноневротического характера.

4-я стадия: изменения в крупных коронарных и мозговых сосудах, прогрессирующая мышечная атрофия рук и ног.

1-я и 2-я стадия полностью излечимы. При 3-й стадии после лечения необходимо отстранение от работы, связанной с вибрацией и охлаждением.

Тяжелые формы болезни резко ограничивают трудоспособность, всегда являются показанием к переводу работающих на инвалидность III, а иногда и II группы.

Профилактика неблагоприятного воздействия вибрации

Среди мер, направленных на устранение неблагоприятного воздействия вибрации, различают:

1) меры гигиенического характера;

2) меры технического характера.

При помощи технических мер можно устранить или значительно уменьшить возникновения вибрации. Это рациональное конструирование ручных инструментов. Примером могут служить вибробезопасные пневматические инструменты ударного действия, различные средства амортизации и виброизоляции, применение для защиты рук при клепальных работах виброгасящих поддержек.

Если нет возможности полностью устранить вибрацию, необходимо ограничить ее распространение. Это достигается путем установки машин и станков на фундаменты из войлока или пробки. Воздушная прослойка вокруг фундамента также предотвращает передачу вибрации.

Гигиенические профилактические мероприятия

1. Нормирование вибрации

Таблица 3.

Таблица 4. Профилактика вибрационной болезни.

2. Ограничение длительности воздействия вибрации.

Работа с виброинструментом не более 2/3 длительности рабочего дня, 10—15 мин, перерыв через каждый час работы.

3. Устранение условий, способствующих возникновению вибрационной болезни: температура воздуха в помещении не менее 16 °С при влажности 40—60 % и скорости движения воздуха 0,3 м/с. Необходимо на рабочих местах предусматривать местный обогрев рабочих. Рекомендуется использовать перчатки с виброгасящей прокладкой.

4. Повышение сопротивляемости организма: применение водных процедур (теплые ванны конечностей при температуре 35—36 °С, ежедневная производственная гимнастика, самомассаж). Вследствие усиленного разрушения в организме при воздействии шума и вибрации водорастворимых витаминов в питание следует включать продукты, являющиеся источником нутриентов. При выборе методов технологической обработки пищевых продуктов следует предпочесть те из них, которые не вызывают появления веществ, раздражающих центральную нервную систему. Так, желательно применять тушение вместо поджаривания, исключить копчености и т. д.

Все рабочие, подвергающиеся воздействию вибрации, подлежат периодическому медицинскому осмотру 1 раз в год.