ИЗМЕРЕНИЕ ШУМА, УЛЬТРА- И ИНФРАЗВУКА
Измерение шума, ультра- и инфразвука производят с целью определения уровней звуковых давлений на рабочих местах и соответствия их действующим нормам, а также для разработки и оценки эффективности различных мероприятий по снижению вредного воздействия этих факторов на работающих.
Для измерения и анализа применяют шумомеры, частотные анализаторы, самописцы, осциллографы и другие приборы. В большинстве случаев при измерениях можно ограничиться шумомером и частотным анализатором (полостным фильтром).
Шумомер измеряет уровень звукового давления, а в комплекте с частотным анализатором — и распределение звуковой энергии по октавным полосам.
Принцип действия шумомера основан на преобразовании звуковых колебаний, воспринимаемых микрофоном, в электрическое переменное напряжение, величина которого пропорциональна уровню звукового давления. Напряжение усиливается, выпрямляется и измеряется индикаторным прибором, шкала которого проградуирована в дБ.
Шумомеры имеют переключатель, позволяющий вести измерения по шкалам А, В, С, D и Лин или по некоторым из них.
Измерения шума на рабочих местах производятся на уровне уха работающего при включении не менее 2 /3 технологического оборудования (ГОСТ 12.1.050-86* «ССБТ. Методы измерения шума на рабочих местах» с дополнениями 2005 г.). Во время измерений должно быть включено оборудование вентиляции, кондиционирования воздуха и другие обычно используемые в помещении устройства, являющиеся источниками шума.
При проведении измерений шума микрофон необходимо располагать на высоте 1,5 м над уровнем пола или рабочей площадки (если работа выполняется стоя) или на высоте уха человека, подвергающегося воздействию шума (если работа выполняется сидя). Микрофон должен быть удален не менее чем на 0,5 м от человека, производящего измерения.
Требования к измерению ультразвука устанавливают ГОСТ 12.1.001-89 и СанПиН 2.2.4/2.1.8.582-96. Для воздушного ультразвука измеряемым параметром является уровень звукового давления в децибелах в третьоктавных полосах со среднегеометрическими частотами 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100 кГц. При проведении измерений микрофон располагается на уровне головы и на расстоянии 5 см от уха человека, подвергающегося воздействию ультразвука, и на расстоянии 0,5 м от человека, производящего измерения.
Измерение уровней контактного ультразвука (значения виброскорости) производится в зоне контакта рук или других частей тела человека с источником ультразвуковых колебаний с помощью измерительного тракта, состоящего из датчика с чувствительностью, позволяющей регистрировать ультразвуковые колебания с уровнем колебательной скорости на поверхности не менее 80 дБ; лазерного интерферометра; усилителя; схемы обработки сигналов с фильтрами высокой и низкой частоты; микровольтметра ВЗ-40; дифференцирующей цепочки и импульсного вольтметра ВЧ-12.
Требования при измерении инфразвука устанавливают СН 2.2.4/2.1.8.583-96. Измеряемыми параметрами для постоянного инфразвука являются уровни звукового давления, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 2, 4, 8, 16 Гц, а также уровень звукового давления ?лин, измеренный по шкале шумомера «Лин», для непостоянного инфразвука — эквивалентный общий уровень звука, дБ, определяемый по шкале шумомера «Лин».
При проведении замеров микрофон располагают на высоте 1,5 м от пола и на удалении не менее 0,5 м от человека, проводящего измерения. При оценке воздействия инфразвука на работающего микрофон следует располагать на расстоянии 15 см от его уха.
В настоящее время для измерений в пределах 25—130 дБ используют отечественные шумомеры Шум-1М, ВШВ-003-М2 (частотный диапазон измерений 2—20000 Гц), ВШМ-20 (частотный диапазон измерений 2—4000 Гц), ШВД-001, ИШВ-1, а также аппаратуру фирмы «Брюль и Къер» (Дания).
При измерении эквивалентного уровня звука в диапазоне 20— 170 дБ применяют ШВИЛ-001 и ШИН-01. Для измерений в условиях повышенного уровня ультразвука используют шумо-виброизмери- тельный комплекс ШВК-1 с фильтром ФЭ-3 (частотный диапазон измерений 2—40000 Гц) и измеритель 010024 (частотный диапазон измерений 2—200000 Гц).
В качестве примера на рис. 7.16 представлен прибор ИШВ-1 (измеритель шума и вибрации), используемый для измерения уровня шума, вибрации и анализа их спектра.
Средства измерения инфразвука
Человеческое ухо не воспринимает инфразвук, однако это не делает его менее опасным. Гигиенические нормативы инфразвука установлены как для рабочих мест, так и для населения.
Специфика и сложность измерения инфразвука:
— «неслышимость«: до проведения измерений мы можем лишь предполагать присутствие инфразвука по наличию источника. Например, если мы находимся в движущемся с высокой скоростью автомобиле или поезде, то почти наверняка подвергаемся воздействию инфразвука. Однако если источник или характер его функционирования неизвестны (типичная ситуация для коммунальной гигиены), определение периодов воздействия инфразвука становится сложной задачей.
— «помехонеустойчивость«: даже небольшие движения воздуха вокруг микрофона могут приводить к значительным искажениям измерения звукового давления на низких частот, и обычные ветрозащитные экраны от этого не способны уберечь. Эта проблема особенно остро стоит для измерений на территории.
Метрологическая специфика
Нормируемыми параметрами инфразвука являются средние по времени (эквивалентные) уровни звукового давления в октавных полосах частот 2 Гц, 4 Гц, 8 Гц и 16 Гц, а также общий уровень инфразвука, равный уровню звукового давления в полосе частот, образованной всеми перечисленными выше октавами.
Теоретически эти величины можно измерить с помощью микрофона, способного «воспринимать» звуковое давление на низких частотах и подключенного через блок полосовых фильтров к какому-то измерителю. Однако такое измерение считается косвенным и может выполняться только по аттестованной методике.
Более удобно измерять инфразвук с помощью стандартного шумомера, оснащенного подходящим встроенным набором фильтров и подходящим микрофоном. Тем самым будет обеспечена метрологическая прослеживаемость к государственным эталонам звукового давления, то есть прямое измерение уровней звукового давления.
Примечание: метрологическая прослеживаемость будет обеспечена при условии применения средства измерения утвержденного типа, прошедшего поверку.
Таким образом, современное средство измерения инфразвука в целях гигиенической оценки — это комбинированный прибор, способный измерять различные виброакустические факторы. Например, шумомеры-виброметры и анализаторы спектра Экофизика-110А в максимальной комплектации способны измерять не только инфразвук, но и шум, и вибрацию, и воздушный ультразвук.
Несколько слов о приборах зарубежных производителей
По международным стандартам принято оценивать инфразвук только по степени воздействия на органы слуха. Например, частотная коррекция G (ISO 7196) обеспечивает максимум пропускания для частоты 20 Гц, то есть в непосредственной близи к нижней октаве слышимого диапазона частот. Поэтому при выборе зарубежных приборов необходимо убедиться, что онпи не просто измеряют инфразвук, но измеряют именно те параметры, которые предусмотрены российскими гигиеническими нормативами.
Измерение инфразвука
Человеческое ухо устроено таким образом, что способно воспринимать звуки с частотой от 20 до 18 — 20 тысяч колебаний в секунду. Писк комара близок к верхней границе восприятия, а рокот морских волн — к нижней. За пределами восприятия находятся неслышимые звуки. Ультразвук — частота колебаний превышает 20 тысяч в секунду и инфразвук — менее 20 колебаний в секунду.
Инфразвук – это упругие волны, аналогичные звуковым, но с частотами ниже области слышимых человеком. Обычно за верхнюю границу инфразвуковой области принимают частоты 16—25 Гц. Нижняя граница инфразвукового диапазона условно определена как 0.001 Гц.
Для инфразвука характерно малое поглощение в различных средах вследствие чего инфразвуковые волны в воздухе, воде и в земной коре могут распространяться на очень далёкие расстояния.
Инфразвуковые колебания в воздухе порождают грозы, сильные ветры, солнечные вспышки. В земной коре наблюдаются сотрясения и вибрации инфразвуковых частот от самых разнообразных источников. Инфразвук может возникать при эксплуатации транспорта, мощного оборудования, станков, дизелей, воздушных компрессоров, вентиляторов, котельных, всех медленно работающих машин, при выстрелах, землетрясениях, обвалах, подземных или подводных взрывах. Также инфразвук постоянно возникает при работе ветряных электростанций. Зафиксированы случаи возникновения его и в вентиляционных шахтах.
Если человек сталкивается с инфразвуком в диапазоне от 110 до 150 децибел, то возникают различные ощущения дискомфорта и функциональные изменения в организме.
Это нарушения работы центральной нервной системы, дыхательной и сердечно-сосудистой систем, вестибулярного аппарата. Возникновение мигрени, звона в ушах и голове, осязаемое движение барабанных перепонок, резкое снижение работоспособности и внимания, нарушение равновесия, обмороки, появление сонливости, затрудненности речи, возникновение неконтролируемого чувства страха, приступов эпилепсии, угнетённого состояния, временной слепоты. Может возникнуть морская болезнь с головокружением, тошнотой и рвотой. Инфразвук от 5 до 8 Гц может вызвать остановку сердца и летальный исход.
Органы человека, как и любое физическое тело, имеют собственную резонансную частоту. Под воздействием звука с данной частотой они могут испытывать внутреннее изменение структуры, вплоть до потери собственной работоспособности. На этом принципе основано инфразвуковое оружие. Также при совпадении воздействующего звука с ритмами мозга, такими как альфа — ритм, бета — ритм, гамма — ритм, дельта — ритм, тета — ритм, каппа — ритм, мю — ритм, сигма — ритм и др., может возникнуть нарушение активности церебральных механизмов мозга.
Случаи контакта человека с инфразвуком можно поделить на две большие группы. Контакты в пространстве, и контакты в помещениях, то есть в пространстве, ограниченном жесткими стенками.
Рассмотрим вариант контакта человека с инфразвуком в помещении, то есть, с точки зрения акустики, контакты в полости резонатора.
Большинство контактов человека и инфразвука происходит именно в ограниченном пространстве.
С физической точки зрения все многообразие помещений может быть сведено к резонаторам двух типов: — резонатору типа Гельмгольца и резонатору типа труба. Экспериментально доказано, что даже небольшая, по сравнению с длинной инфразвуковой волны, комната, может служить четверть волновым резонатором частотой 5,5 Гц.
Человек, находящийся в той или иной части помещения, контактирует с различными физическими компонентами распределенной в пространстве помещения акустической волны. С точки зрения биологии, контакт с разными раздражителями должен вызывать различную ответную реакцию органов и систем.
Выделена зона градиента инфразвуковой волны, в которой падает работоспособность, уменьшается частота различия звуковых импульсов и световых мельканий, резко усиливается активность симпатического звена регуляции сосудистой системы и развивается реакция гиперкоагуляции крови. Это связано с прямым действием инфразвука на стенки кровеносных сосудов.
Предельно-допустимые уровни звукового давления устанавливается СН 2.2.4/1.8.583-96. Общий уровень звукового давления, обеспечивающий психический и эмоциональный комфорт человека не должен превышать 95 дБ.
Для обеспечения собственного спокойствия относительно наличия или отсутствия нарушения инфразвуковых норм в квартире необходимо провести профессиональное измерение инфразвука. По результатам измерений оформляется протокол с экспертным заключением (экопаспорт). К тому же, вместе с экологическим паспортом можно получить рекомендации по устранению выявленных проблем.
Зональная биологическая активность инфразвука может послужить основой сравнительно простого способа защиты от инфразвука путем перенесения рабочего места или места длительного отдыха человека из биологически вредной зоны. Также возможно установить излучатель, чтобы создать генерацию инфразвуковых колебаний в противофазе к тем колебаниям, от которых требуется защититься.
Инфразвук и его источники
Инфразвук – звуковые волны, имеющие частоту ниже воспринимаемой человеческим ухом, в диапазоне частот от 16 до 0,001 Гц.
Инфразвук:
Инфразвук (от лат. infra – «ниже, под») – это звук, частота которого ниже диапазона слышимости человека, то есть ниже 16 Гц.
Инфразвук – звуковые волны, имеющие частоту ниже воспринимаемой человеческим ухом. Поскольку обычно человеческое ухо способно слышать звуки в диапазоне частот 16-20 000 Гц, за верхнюю границу частотного диапазона инфразвука обычно принимают 16 Гц. Нижняя же граница инфразвукового диапазона условно определена как 0,001 Гц.
В США к инфразвуку относится звук на частотах менее 20 Гц.
Звуковые волны, имеющие частоту выше воспринимаемых человеческим ухом, называются ультразвуком .
Несмотря на то, что люди с трудом слышат инфразвук без вспомогательных устройств, он заметен при высоком звуковом давлении. Порог восприятия увеличивается с увеличением давления – примерно с 90 дБ при 10 Гц до более 120 дБ при 1 Гц. Из-за разного порога слышимости у разных людей низкий звук (в т.ч. инфразвук), который некоторые не слышат, может восприниматься другими и показаться им раздражающим. Кроме того, при высоком звуковом давлении могут ощущаться, в частности, низкочастотные вибрации.
Инфразвук присутствует повсюду в естественной среде, но он также создается искусственно.
Инфразвук обладает целым рядом особенностей, связанных с низкой частотой колебаний упругой среды:
– имеет гораздо большие амплитуды колебаний в сравнении с равномощным слышимым человеком звуком,
– малое поглощение в различных средах, вследствие чего инфразвуковые волны в воздухе , воде и в земной коре могут распространяются на очень большие расстояния,
– благодаря большой длине волны для инфразвука характерно явление дифракции, вследствие чего он легко проникает в помещения и огибает преграды, задерживающие слышимые звуки,
– вызывает вибрацию крупных объектов, так как входит с ними в резонанс,
Перечисленные особенности инфразвука затрудняют борьбу с ним, поскольку обычные способы противошумовой борьбы (звукопоглощение, звукоизоляция, удаление от источника звука и пр.) против инфразвука малоэффективны.
Инфразвук используется в различных областях: для мониторинга землетрясений и вулканов, составления карт горных пород и нефтяных пластов под землей, определения места сильных взрывов или положения стреляющего орудия, а также в баллистокардиографии и сейсмокардиографии для изучения механики сердца.
Физиологическое действие инфразвука на живые существа (в том числе человека) зависит только от его спектральных, временных и мощностных характеристик и не зависит от того, на открытом пространстве или в помещении находится живой объект воздействия. Инфразвук оказывает патогенное действие на человека и живые существа.
Следует иметь в виду, что ритмы, характерные для большинства систем организма человека, лежат в инфразвуковом диапазоне:
– сокращения сердца 1-2 Гц,
– дельта-ритм мозга (состояние сна) 0,5-3,5 Гц,
– альфа-ритм мозга (состояние покоя) 8-13 Гц,
– бета-ритм мозга (умственная работа) 14-35 Гц.
Источники инфразвука:
Инфразвук может быть результатом как природных, так и искусственных источников.
Природные источники инфразвука. Инфразвук иногда возникает естественным образом в результате суровой погоды, прибоя, землетрясений, извержений вулканов, отела айсбергов, полярных сияний, молний, в т.ч. в верхних слоях атмосферы , при сильном ветре во время бурь и ураганов, а также от подветренных волн в горах, ветровых волн в океанских штормах, лавин, метеоров, болидов и водопадов. Известно, что киты, слоны, гиппопотамы, носороги, жирафы, окапи, используют инфразвук для общения на расстояниях: от нескольких километров для слонов до сотен километров в случае китов. Некоторые певцы могут воспроизводить ноты в инфразвуковом диапазоне.
Искусственные источники инфразвука. Инфразвук может генерироваться разнообразным оборудованием при колебаниях поверхностей больших размеров, мощными турбулентными потоками жидкостей и газов, при ударном возбуждении конструкций, вращательном и возвратно-поступательном движении больших масс. Основными техногенными источниками инфразвука являются тяжёлые станки, ветрогенераторы, вентиляторы, электродуговые печи, поршневые компрессоры, турбины, виброплощадки, сабвуферы, водосливные плотины, реактивные двигатели, судовые двигатели, стиральные машины, холодильники и пр. оборудование. Кроме того, инфразвук возникает при наземных, подводных и подземных взрывах (как химических, так и ядерных).