Действие шума на организм человека.

Федеральное государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Московская государственная академия ветеринарной медицины и
биотехнологии имени К.И.Скрябина»
А.Ф. Князев, З.В. Иванова
ДЕЙСТВИЕ ШУМА НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА
И МЕТОДЫ ЕГО ИЗМЕРЕНИЯ
Методические
указания
к лабораторной
работе
Москва 2010
УДК 619:614:94.(075)
Князев А.Ф., Иванова З.В. Влияние шума на организм человека и
методы его измерения: Метод. указ. – М.:ФГОУ ВПО МГАВМиБ, 2010, с.
Раскрыта природа шума, даны его физические характеристики и его
физиологическое действие на организм человека. Приведена методика
измерения шума.
Предназначены для студентов очного, заочного и вечернего отделений
факультета ветеринарной медицины, зоотехнологий и агробизнеса,
товароведения и экспертизы сырья животного
происхождения и
ветеринарно-биологического.
Рецензент – Долгов В.С., кандидат биологических наук.
Утверждены учебно-методической комиссией факультета зоотехнологий
и агробизнеса в животноводстве (протокол №
от
2010 г.)
2
ПРИРОДА ШУМА
Шум - это звуки, неблагоприятно действующие на организм человека
и мешающие его работе и отдыху. Звук как физическое явление представляет
собой волнообразное движение в упругой среде, вызываемое
колебательными движениями звучащего тела и воспринимаемое органами
слуха человека. В твёрдых телах колебательный процесс проявляется в
форме вибрации.
Процесс
возникновения
воздушного
звука
механического
происхождения упрощённо можно представить с помощью колебания
механического стержня (Рис.1). Если незажатый конец стержня отклонить
от положения равновесия и отпустить, он начнёт совершать колебательные
движения, эти колебания вызовут смещение прилегающих к стержню частиц
воздуха. Воздух является упругой средой, поэтому смещённые частицы под
влиянием упругости будут снова возвращаться в своё исходное состояние,
образуя при этом зоны уплотнения и разряжения с различной величиной
давления. Такие уплотнения и разряжения последовательно, от частицы к
частице, распространяются в воздушной среде с определённой скоростью от
источника возбуждения в виде звуковых волн. Скорость распространения
звука в воздухе при температуре 20 градусов С и нормальном атмосферном
давлении равна 344 м\с.
Звуковые волны характеризуются следующими показателями:
Частота звука - число колебаний в 1 с, измеряется в герцах (Гц).
Считается, что область слышимости для человека соответствует диапазону
частот от 16 до 20000 Гц. Инфразвука (от 16 Гц) и ультразвука (свыше 20000
Гц) органами слуха человека не воспринимаются.
Звуковое давление - переменное избыточное давление, возникающее в
среде при прохождении звуковой волны. За единицу звукового давления
принят Па (паскаль). Максимальный порог звукового давления соответствует
порогу болевого ощущения и при частоте 1000 Гц равен 200 Па.
Интенсивностью (силой) звука называется количество звуковой
энергии проходящей через единицу площади, перпендикулярной к
направлению звука, в единицу времени. Эта величина измеряется в Вт\м2.
Интенсивность звуковой волны убывает обратно пропорционально
квадрату расстояния от источника. За нулевой уровень сравнения условно
принят стандартный тон в 1000 Гц, равный в единицах звуковой энергии.
Верхний предел интенсивности звука, воспринимаемый слухом, составляет
10. Звук такой силы может привести к повреждению барабанной перепонки и
потере слуха. Таким образом, сила звука болевого ощущения превышает
силу звука порога слышимости в 10 раз.
Поэтому для измерения уровня интенсивности звука применяется
логарифмическая шкала, в которой каждая ступень отличается от
предыдущей и последующей в 10 раз. Каждая ступень такой шкалы носит
название Бела. Бел указывает, во сколько раз данная сила звука превышает
исходную величину. В практике для измерения силы звука принята более
3
мелкая единица – децибел, равная 0,1 Бела. Применение шкалы децибел
позволяет весь огромный диапазон интенсивности звука измерять в пределах
от 0 до 140 дБ (таблица 1).Однако уровень силы звука, выраженный в
децибелах, ещё не позволяет судить о физиологическом ощущении
громкости. Чувствительность слуха неодинакова к звукам различных частот,
и поэтому звуки, одинаковые по своей силе, но разные по частоте, могут
оказаться на слух неодинаково громкими.
Громкость звука - величина слухового ощущения, зависящая от
интенсивности звука и его частоты. При неизменной частоте громкость звука
растёт с увеличением интенсивности. Громкость звука измеряется в фонах.
Один фон - громкость при частоте 1000 Гц и уровне интенсивности 1 дБ.
СТРОЕНИЕ ОРГАНА СЛУХА ЧЕЛОВЕКА
Для восприятия звуковых колебаний у человека имеется специальный
орган – ухо.
Наружное ухо состоит из ушной раковины и наружного слухового
прохода.
Ушная
раковина
играет
роль
звукоулавливателя,
концентрирующего звуковые волны на слуховом проходе, в результате чего
звуковое давление на барабанную перепонку увеличивается. Наружный
слуховой проход вместе с ушной раковиной можно сравнить с резонатором
типа трубы. При совпадении частоты звука с собственной частотой
колебаний наружного уха чувствительность максимальна.
Среднее ухо представляет собой своеобразный барабан и отделяется от
наружного уха барабанной перепонкой толщиной 0,1 мм. Барабанная
перепонка представляет собой мембрану, вдавленную внутрь среднего уха.
Такое её строение обеспечивает отсутствие собственных колебаний, т.к. эти
колебания создавали бы шумовой фон и мешали бы слышать. В среднем ухе
находятся три сочленённые между собой слуховые косточки. При их помощи
колебания передаются во внутреннее ухо, представляющее замкнутую
полость в височной части черепа. Во внутреннем ухе расположен орган слуха
– улитка. Энергия слуховых колебаний преобразуется по слуховому нерву в
кору головного мозга и
воспринимается как слуховое ощущение.
Физиологическим раздражителем органа слуха является звук.
Чувствительность уха к звуковым раздражителям называется
остротой слуха. Остроту слуха исследуют с помощью шепотной речи, а
также с помощью камертона – прибора, издающего чистый тон с
определённым числом колебаний в секунду. Более точным является
определение слуха при помощи аудиометра. Метод основан на регистрации
биотоков слухового нерва, возникающих в ухе в ответ на звук.
4
ВЛИЯНИЕ ШУМА НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА
Физиологическое воздействие шума. Физиологическое воздействие
шума касается сна и стрессовой реакции. Исследования, проведённые путём
мониторинга энцефалографических реакций и нейровегетативных изменений
во время сна говорят о том, что шум является причиной трудного засыпания
и пробуждения спящих людей, начиная с уровня звука в 35 дБ, причём
различия в чувствительности к шуму зависят от возраста и пола.
Около 30% людей просыпаются при звуковом импульсе в 70 дБ, а 50%
страдают нарушением сна при импульсах с уровнем 50 дБ. ВОЗ
рекомендует, чтобы для сохранения восстановительного процесса сна
уровень звука был меньше 35 дБ.
Нейровегетативные
реакции на шум относятся к стрессовому
состоянию. Как показал ряд экспериментов, шум, превышающий
определённый уровень,
способствует увеличению выделения
адренокортикотропных гормонов и кортикостероидов, в результате чего
изменяются частота ударов сердца в минуту, кровяное давление, частота
дыхания. Адренокортикотропные гормоны влияют и на расширение зрачков.
Значительное увеличение кровяного давления зарегистрировано у
рабочих, длительное время подвергавшихся воздействию высоких уровней
шума в сочетании с вибрацией или шума и токсических веществ, таких как
СО.
Высокие уровни шума могут стимулировать вестибулярные рецепторы,
расположенные во внутреннем ухе, в результате чего возникает
головокружение и вестибулярный нистагм, как это отмечено у лиц,
обслуживающих реактивные самолёты и подвергающихся действию шума
выше 120 дБ.
Доказано, что для нормального отдыха и работы шум не должен
превышать определённых значений, именно они положены в основу
гигиенических норм. Вредное действие производят лишь шумы, уровень
которых превосходит определённые значения. Слабые шумы природного
происхождения благотворно влияют на человека. Полное отсутствие шума,
абсолютная тишина отрицательно влияют на психику человека. Он начинает
слышать удары своего сердца, шорох ресниц и т.д., что может привести к
нервному расстройству.
Сильное действие на организм человека оказывает рок-музыка,
создающая шум в диапазонах до 80 кГц. Эти частоты попадают в область
ультразвука. Установлено, что если основной ритм ударных инструментов
имеет частоту 1,5 Гц, а музыкальное сопровождение идёт на частотах 15-30
Гц, то у человека наступает сильное возбуждение, При основном ритме в 2
Гц человек впадает в состояние, близкое к наркотическому.
5
Таблица 1. Примерная интенсивность некоторых звуков.
Характер звука
Сила звука, дБ
Нижний порог слышимости
0
Нормальное дыхание,
сердечные тоны, слышимые в
фонендоскопе
10-15
Разговор шёпотом. Тиканье
наручных часов
20-25
Перелистывание страниц
газеты
35-40
Разговор нормальным голосом
50-60
Шум в салоне легкового
автомобиля
50-65
Громкий разговор
65-70
Шум в аудитории во время
перерыва
70-75
Звонок телефона на
расстоянии 1 м
80-85
Шум внутри вагона метро, от
тяжёлого грузовика на расстоянии
7м
Мопед на расстоянии 5 м от
него
85-90
95-100
Шум от авиамотора на
расстоянии 10 м от него
105-110
Сильные раскаты грома
115-120
Болевой порог
130
Реактивный самолёт при
взлёте, на расстоянии 25 м от него
140
6
Влияние шума на производительность труда. Ярко выраженный
шум, особенно если он нецеленаправлен, производит большее отвлекающее
действие, чем преднамеренный. Изменение уровней шума в сторону
понижения или увеличения по сравнению с привычным для человеческого
уха оказывает неблагоприятное воздействие.
Даже небольшой шум (50-60 дБ) создаёт значительную нагрузку на
нервную систему человека. Известно, что ряд таких серьёзных заболеваний,
как гипертония, неврозы, кожные заболевания связаны с перенапряжением
нервной системы. Под влиянием шума уменьшается скорость решения
умственных задач и увеличивается число ошибок, снижается
работоспособность. Так, после шумового воздействия звуком силой в 120 дБ
требуется около 5 часов для восстановления внимания до исходного уровня
(Рис.1).
Рис. 1. График зависимости концентрации внимания от шума:
1 — до воздействия шума; 2 — сразу после воздействия; 3—5 — соответственно
через 30, 60 и 120 мин после воздействия; интенсивность шума, дБ: а — 60 б — 70; в —
80, г — 90; — 100.
Зарубежные авторы отмечают, что 70% рабочих, работающих в
шумных цехах, имели нервные заболевания, 24-33% - заболевания желудка,
10% страдали гипертонией и т.д. Была также установлена зависимость
производительности труда от уровня интенсивности шума (таб. 2).
7
Таблица 2. Зависимость
интенсивности шума.
Интенсивность шума,
дБА
производительности труда от уровня
Производительность труда,
%
75
80
80
96
85
90
90
80
95
70
Под влиянием сильного шума (90-100 дБ) притупляется острота
зрения, появляются головные боли и головокружение. Сильный шум в
условиях
производства способствует возникновению травматизма и
действует как отвлекающий внимание раздражитель.
Потеря слуха, вызванная шумом (тугоухость) – необратимое и
неизлечимое заболевание. Поскольку заболевание развивается медленно в
течение ряда лет, необходимо отметить, что основной профилактикой
должно быть периодическое проведение аудиометрических обследований.
Они необходимы для того, чтобы перевести заболевшего работника с
опасного для его здоровья участка.
ИЗМЕРЕНИЕ ШУМА
Определение опасных зон. Шум следует измерять во всех
производственных помещениях, где:
- выполнение производственных заданий или производственная среда
создают опасный уровень шума;
- наблюдение за производственными помещениями, медицинский
контроль за здоровьем рабочих показывают, что такая опасность может
возникнуть;
- рабочие считают, что они подвергаются воздействию такого уровня
шума, который вызывает у них неприятные ощущения или мешает их работе.
Шум следует измерять в тех случаях, когда он создаёт помехи
речевому общению нормальным голосом на расстоянии 50 см. измерения
следует проводить на высоте примерно 1.5 м над полом или рабочей зоной и
8
на расстоянии как минимум 1 м от стен; рекомендуется выводить среднее
значение уровней звука.
Шумомеры. Первые попытки оценки уровней звука представляли
собой выслушивание звуков данной частоты с дальнейшим субъективным
сравнением. К сожалению, измерения такого рода занимают много времени,
результаты бывают неодинаковыми у разных Лий, и даже один человек
может давать различные оценки. Это породило мысль о создании особых
приборов, называемых шумомерами, и которые должны были, в частности,
обладать определёнными характеристиками органа слуха человека.
Шумомеры – это электронные приборы, состоящие из микрофона,
высококачественного усилителя, детектора и индикатора со шкалой, на
которой указывается уровень звука в дБ.
Действие прибора основано на преобразовании звуковых давлений,
воспринимаемых микрофоном при измерении уровней шума. В
пропорциональные по величине электрические сигналы, которые после
усиления подаются на измерительный прибор и оцениваются по шкале в дБ.
Питается прибор от батарейного блока.
ЗАЩИТА ОТ ШУМА
Для защиты от шума используют следующие методы:
Уменьшение шума источнике его образования. Этот метод является
наиболее рациональным. Он достигается применением технологических
процессов и оборудования, не создающих чрезмерного шума. Например,
ударные процессы заменяются безударными, штамповка – прессованием,
клёпка – сваркой. Можно применять принудительную смазку, балансировку
вращающихся элементов, использовать амортизаторы и мягкие прокладки.
Изменение направленности излучения (выхлопа сжатого воздуха).
Например, отверстие воздухозаборной шахты вентиляционной установки
должно устанавливаться так, чтобы максимум шума был направлен в
противоположную от рабочего места сторону.
Удаление рабочих мест от источника звука. Увеличение в 2 раза
расстояния от источника звука приводит к уменьшению уровня звука на 6 дБ.
Акустическая обработка помещения – это мероприятие, снижающее
интенсивность отражённого от поверхностей помещения (стен, потолка,
пола) звука. Для этого применяют звукопоглощающие облицовки
поверхностей помещения (рис. 2а) и штучные (объёмные) поглотители
различных конструкций (рис. 2б), подвешиваемые к потолку помещения.
Поглощение звука происходит путём перехода энергии колеблющихся
частиц воздуха в теплоту за счёт потерь на трение в пористом материале
облицовки или поглотителя. Для большей эффективности звукопоглощения
пористый материал должен иметь открытые со стороны падения звука
незамкнутые поры. Звукопоглощающие материалы характеризуются
коэффициентом звукопоглощения, равным отношению звуковой энергии,
9
поглощённым
материалом,
и
энергии,
падающей
на
него.
Звукопоглощающие
материалы
должны
иметь
коэффициент
звукопоглощения не менее 0,3. Чем это значение выше, тем лучше
звукопоглощающий материал. Звукопоглощающие свойства пористых
материалов определяются толщиной слоя, частотой звука,
наличием
воздушной прослойки между материалом и поверхностью помещения.
Установка звукопоглощающих облицовок снижает уровень шума на 68 дБ в зоне отражённого звука (вдали от его источника) и на 2-3 дБ в зоне
превалирования прямого шума (вблизи от источника). Несмотря на такое
относительно небольшое снижения уровня шума, применение облицовок
целесообразно по следующим причинам: во-первых, спектр шума в
помещении меняется за счёт большей эффективности (8-10 дБ) облицовок на
высоких частотах: он делается более глухим и менее раздражающим; вовторых, становится более заметным шум оборудования, следовательно,
появляется возможность слухового контроля его работы, становится легче
разговаривать, улучшается разборчивость речи. По этим причинам
помещения концертных залов подвергаются акустической обработке.
Штучные звукопоглотители применяют при недостаточности свободных
поверхностей помещения для закрепления звукопоглощающих облицовок.
Поглотители различных конструкций, представляющие собой объёмные тела,
заполненные звукопоглощающим материалом (тонкими волокнами),
подвешивают к потолку равномерно по площади. (Рис. 2)
Рис. 2. Акустическая обработка помещений: а — звукопоглощающая облицовка
помещений: 1 — защитный перфорированный слой; 2 — звукопоглощающий материал; 3
— защитная стеклоткань; 4 — стена или потолок; 5 — воздушный промежуток; 6 — плита
из звукопоглощающего материала; б — звукопоглотители различных конструкций
10
Звукоизоляция. При недостаточности указанных выше мероприятий
для снижения уровня шума до допустимых значений или невозможности их
осуществления применяют звукоизоляцию. Снижение шума достигается за
счёт уменьшения интенсивности прямого звука путём установки
ограждений, кабин, кожухов, экранов. (Рис. 3)
Рис. 3. Средства звукоизоляции. 1 – звукоизолирующее ограждение; 2 –
звукоизолирующие кабины и пульты управления; 3 – звукоизолирующие кожухи; 4 –
акустические экраны4 ИШ – источник шума.
Сущность звукоизоляции состоит в том, что падающая на ограждение
энергия звуковой волны отражается в значительно большей степени, чем
проходит через него. Звукоизоляция перегородки тем больше, чем она
тяжелее (изготовлена из бетона, кирпича, дерева и т.д.). Наиболее шумные
механизмы и машины закрывают кожухами, изготовленными из
конструкционных материалов – стали, сплавов алюминия, пластмасс и др. и
облицовывают звукопоглощающими материалами.
Экранирование источников шума или рабочих мест осуществляют по
схемам, приведённым на рис. 4.
11
Рис. 4. Экранирование источников шума: а — схема экрана; 6— расположение
экранов в вычислительных центрах; в — экранирование источников механического шума;
1 — шумное оборудование; 2 — экран со звукопоглощающей облицовкой; 3 — рабочее
место; 4 — дисковая пила.
Защитные свойства экрана возникают из-за того, что при огибании
прямой звуковой волной кромок экрана за ним образуется зона звуковой тени
тем большей протяжённости, чем меньше длина волны (выше частота звука),
т.к. экран защищает только от прямой звуковой волны, его применение
эффективно. Экраны надо устанавливать между источником шума и рабочим
местом, если они расположены недалеко от друг от друга.
Звуковые экраны широко применяют не только на производстве, но и в
окружающей среде, например, для защиты от шума транспортных потоков
зоны пешеходных дорожек, проходящих вдоль магистрали. В качестве
экранов, снижающих уровень шума, используются лесозащитные полосы,
поглощающие звук. Лесозащитные полосы должны быть сплошными, без
промежутков, через которые может проникать шум. Для этого деревья
высаживают в несколько рядов (чем шире полоса лесных насаждений, тем
лучше) в шахматном порядке. Снизу, в зоне оголённой части ствола, дерева
высаживают кустарник, Эффективность снижения шума лесными
насаждениями уменьшается зимой, когда деревья сбрасывают листву.
Средства индивидуальной защиты. К СИЗ от шума относят ушные
вкладыши, наушники и шлемы.
12
Вкладыши – мягкие тампоны из ультратонкого материала, вставляемые
в слуховой канал. Их эффективность не очень высока и в зависимости от
частоты шума может составлять 5-15 дБ.
Наушники плотно облегают ушную раковину и удерживаются на
голове дугообразной пружиной. Их эффективность изменяется от 7 дБ до 38
дБ.
Шлемы применяют при воздействии шумов очень высоких уровней
(более 120 дБ). Они закрывают всю голову человека, т.к. при таких уровнях
шума он проникает в мозг не только через ухо, но и непосредственно через
черепную коробку.
Контрольные вопросы.
1. Что такое шум?
2. Каково физиологическое воздействие шума на организм человека?
3. Какое влияние оказывает шум на производительность труда?
4. Приведите график зависимости концентрации внимания от уровня
шума.
5. Каким прибором производится измерение шума? На чём основано
действие этого прибора?
6. Перечислите методы защиты от шума.
7. В чём заключается акустическая обработка помещений?
Библиография
13
1. Белановский А.С. Основы биофизики в ветеринарии. – М.: 2004,
290 с.
2. Буракова С.А. Охрана труда в сельском хозяйстве. Учебное
пособие.К.: 2004. 255 с.
3. Девисилов В.А. Москва, ФОРУМ-ИНФРА-М, 2004, 400 с.
4. Энциклопедия по безопасности и гигиене труда. М.: Профиздат,
1990, т.4 (П) .
5. Малая медицинская энциклопедия М.: 1991, 560 с.
РЕЦЕНЗИЯ
14
на методические указания к лабораторной работе «Действие шума на
организм человека и методы его измерения»
Авторы А.Ф.Князев, З.В.Иванова.
Представленные
методические указания к лабораторной работе
составлены на основании Программы по курсу дисциплины «Безопасность
жизнедеятельности в животноводстве» (охрана труда). В них отражен
теоретический
материал,
который
надо
усвоить
студентам
перед
выполнением лабораторной работы.
В
разделе
характеризуют
«Природа
звуковые
шума»
волны:
приведены
частота
звука,
показатели,
которые
звуковое
давление,
раскрыто
интенсивность звука и т.д.
В
разделе
физиологическое
влияние
шума
воздействие
на
организм
человека»
шума,
приведён
график
зависимости
производительности труда от уровня интенсивности шума.
В методических указаниях дана таблица примерной интенсивности
некоторых звуков и методы защиты от звука.
В конце методических указаний приведены контрольные вопросы,
необходимые при проверке пройденного материала.
Методические указания составлены для студентов всех факультетов.
Считаю, что методические указания к лабораторной работе «Действие
шума
на организм человека и методы его измерения могут служить
прекрасным пособием при написании контрольных работ и при подготовке к
экзаменам и зачётам.
Доцент,
кандидат биологических наук
В.С. Долгов
Выписка
15
из протокола №
от ______
2010 года
заседания учебно – методической комиссии факультета зоотехнологии и
агробизнеса
Федерального
учреждения
высшего
государственного
профессионального
общеобразовательного
образования
Московской
государственной академии ветеринарной медицины и биотехнологии имени
К.И.Скрябина
Слушали:
проф. А.Ф. Князева. о предоставленных методических
указаниях к лабораторной работе «Действие шума на
организм
человека
и
методы
его
измерения»,
предназначенных для самостоятельной работы студентов
очного, заочного и вечернего отделений факультетов
ветеринарной медицины, зоотехнологий и агробизнеса,
товароведения
и
экспертизы
сырья
животного
происхождения и ветеринарно- биологического.
Авторы А.Ф. Князев, З.В. Иванова.
Рецензенты: доц.Долгов В.С. (ФГОУ ВПО МГАВМиБ им
К.И.Скрябина).
Постановили:
одобрить
вышеуказанные
методические
указания
и
предоставить к изданию.
Председатель
учебно-методической комиссии,
профессор
Л.В.Топорова
Секретарь,
доцент
Л.П.Гонцова
Выписка из протокола №
16
заседания кафедры механизации и электрификации
сельскохозяйственного производства от «__» ___________ 2010 года.
Присутствовали:
зав.кафедрой профессор А.Ф.Князев, доценты
З.В. Иванова, О.А. Мелоян, Ю.Н. Добровольский, ст.преп.
Т.П. Букина, Л.А. Никитина,
асс. М.А.Лебедева
Слушали:
доц.Иванову
З.В.
о
предоставленных
методических
указаниях к лабораторной работе «Действие шума на
организм
человека
и
методы
его
измерения»,
предназначенных для самостоятельной работы студентов
очного, заочного и вечернего отделений факультетов
ветеринарной медицины, зоотехнологий и агробизнеса,
товароведения
и
экспертизы
сырья
животного
происхождения и ветеринарно- биологического.
Авторы
А.Ф. Князев, З.В.Иванова.
Рецензенты: доц.Долгов В.С.(ФГОУ ВПО МГАВМиБ им
К.И.Скрябина).
Постановили:
одобрить вышеуказанные методические указания к
лабораторной работе и предоставить на рассмотрение УМК
ФЗТА МГАВМиБ им.К.И.Скрябина.
Председатель,
зав. кафедрой,
профессор
А.Ф.Князев
Секретарь,
ст.преподаватель
Т.П.Букина
17