Воздействие акустических колебаний (слышимого шума, инфразвука, ультрозвука) на окружающую природную среду

УДК 66

В. В. Кирсанов, И. Г. Григорьева

ВОЗДЕЙСТВИЕ АКУСТИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ (СЛЫШИМОГО ШУМА, ИНФРАЗВУКА, УЛЬТРОЗВУКА) НА ОКРУЖАЮЩУЮ ПРИРОДНУЮ СРЕДУ

Ключевые слова: шум, инфразвук, ультразвук, опасные и вредные факторы, окружающая природная среда, звуковое

давление, органы слуха, физиологическое воздействие шума.

Дана характеристика слышимого шума, инфразвука, ультразвука и его воздействие на человека и окружающую природную среду. Определены степени потери слуха и возникающие физиологические процессы в организме при превышении уровней акустических колебаний.

Key words: noise, infrasound, ultrasound, dangerous and harm ful factors, environment, sound pressure, hearing, physiological

effects of noise.

The characteristic of the audible noise, infrasound, ultrasound and its effect on humans and the environment. Defined degree of hearing loss and the resulting physiological processes in the body when excess levels of acoustic oscillations.

К вредным и опасным факторам контакта с окружающей природной средой и человеком, практически постоянно и (или) систематически воздействующими на них, относятся виброакустические, включающие: слышимый шум, ультразвук, инфразвук и вибрацию.

Изготовление, эксплуатация и все виды ремонтов современных технических устройств, промышленного оборудования и средств транспорта сопровождается значительным уровнем указанных виброакустических факторов. С точки зрения безопасности труда виброакустические факторы, в частности, вибрация и шум являются одними из наиболее распространенных вредных производственных факторов. Они занимают 2-е и 3-е место среди всех профзаболеваний. И в быту более 35% населения больших городов живут в условиях виброакустического дискомфорта. Шум называли (называют и в настоящее время) «серой чумой» 19-го, 20-го и 21-го веков.

Известно, что акустические колебания как на уровне частот слышимого звука, так и инфразвука и, особенно, ультразвука, негативно воздействуют на ОПС, - угнетают рост, развитие и в целом -жизнедеятельность растений, животных. Например, свойство изменения физиологического состояния и функционирования отдельных систем и органов используется для лечения ультразвуком.

В некоторых странах Западной Европы подъезды автотранспорта и, тем более - въезды, в лесные массивы на законодательном уровне категорически запрещены, так как считается, что любой шум антропогенного происхождения (работа двигателя, музыка, человеческие голоса и пр.) создают дискомфортные условия для окружающей природной среды.

Воздействие слышимого шума

Шумом называют совокупность звуков, неблагоприятно действующих на человека и окружающую природную среду. С физиологической точки зрения шумом называют всякие неприятные, нежелательные звуки, оказывающие вредное, раздражающее воздействие на организм человека, ме-

шающие восприятию полезных сигналов, снижающие его работоспособность и вызывающие хронические и острые (травмы) заболевания.

Продолжительное воздействие шума может привести к развитию в организме постоянных функциональных изменений, получивших название «шумовой болезни», характерным проявлением которой является потеря слуха. Степени потери слуха представлены в табл. 1.

Таблица 1 - Степени потери слуха

Степень Потеря слуха, дБ

На речевых частотах (срнеднеарифметиче-ское значение порогов слуха на частотах 500, 1000 и 2000 Гц) На частоте 4 кГц

0 (признаки воздействия) Менее 10 Менее 40

I(легкая) 10-20 60+20

II (умеренная) 21-30 65+20

III (значительная) 31 и более 70 +20

В Международном стандарте ИСО 389 шумовую болезнь определяют как общее заболевание организма с преимущественным поражением органа слуха, центральной нервной и сердечно-сосудистой систем, развивающееся в результате длительного воздействия интенсивного шума.

Необходимо отметить различную чувствительность органов слуха к шуму одинаковой силы на разных частотах. Звуки одинаковой силы, но разной частоты воспринимаются как звуки различной громкости. Изменяющаяся шумовая обстановка обусловливает адаптацию органа чувств. Результатом адаптации является акустический рефлекс и временное смещение порогов слуховой чувствительности (ВСП) и акустический рефлекс.

Акустический рефлекс - защитный рефлекс мышц среднего уха, сокращение которых под воздействием сильных акустических колебаний приводит к уменьшению амплитуды колебаний барабанной перепонки и слуховых косточек. Исследования-

ми специалистов установлено, что импульсный шум вызывает более глубокие потери слуха вследствие того, что длительность акустического рефлекса (100-300 мс) слишком велика для импульсного шума и не обеспечивает эффективной физиологической защиты от кратковременных импульсных шумов. При воздействии менее интенсивных акустических импульсов возникают потери слуха различной степени (табл.1).

Физиологическое действие шума и развитие патологии зависит от трех основных параметров:

1. Длительности воздействия шума.

2. Интенсивности шума.

3.Частотных характеристик - чем больше в шуме преобладает высоких частот, тем больше он опасен.

При этом если при больших значениях параметров превалируют потери слуха определенной степени, то при малых - возникают различные нервно-сосудистые заболевания.

Шум с уровнем звукового давления 100 - 120 дБ на низких частотах и 80 - 90 дБ в среднем и высокочастотном диапазонах приводит к временному повышению порога слышимости, который при постоянном воздействии в течение 10 лет переходит в необратимое снижение слуха. При этих уровнях шума требуется больше физических и нервно-психических усилий, чем при уровне звукового давления ниже 70 дБ. Это приводит к быстрой утомляемости, снижению концентрации внимания, и, как следствие, производительности труда, служит причиной увеличения брака и числа случаев производственного травматизма. Перенапряжение центральной нервной системы в процессе труда и отдыха вызывает такие серьезные болезни, как гипертоническая и язвенная, желудочно-кишечные и кожные, неврозы.

Воздействие шума в зависимости от его уровня можно ориентировочно идентифицировать следующим образом.

Шум уровня 50-65 дБ может вызывать раздражение, однако его последствия носят лишь психологический характер. Особенно отрицательно сказывается воздействие шума малой интенсивности при умственной работе. Кроме того, психологическое воздействие шума зависит и от индивидуального отношения к нему. Так, шум, производимый самим человеком, не беспокоит его, в то время как небольшой посторонний шум может вызывать сильное раздражение.

При уровне шума 65-90 дБ возможно его физиологическое воздействие. Пульс и давление крови повышаются, сосуды сужаются, что снижает снабжение организма кровью, и человек быстрее устает.

Воздействие шума с уровнем 90 дБ и выше приводит к нарушениям работы органов слуха, усиливается его влияние на систему кровообращения. При такой интенсивности ухудшается деятельность желудка и кишечника, появляются ощущения тошноты, головная боль и шум в ушах

Психические расстройства, сердечнососудистые заболевания, раздражение, утомление,

повышенная агрессивность, ухудшение слуха, шумовая болезнь (неврит слухового нерва занимает 3-е место среди профзаболеваний) сопровождают воздействие шума при превышении допустимых уровней.

Акустическое воздействие ощущает каждый второй человек на планете, поэтому эта одна из глобальных проблем экологии. Технический прогресс обусловливает тенденцию создания новых машин и механизмов, увеличения их мощности, новых технологических процессов с увеличенными шумовыми параметрами.

В последнее время прогрессируют случаи тугоухости, не связанные с профессиональным воздействием шума, а обусловленные длительным применением портативных аудиоплееров, которые оснащаются наушниками разных типов (наушники-вкладыши, наушники-накладки, мониторные-наушники).

В обычных условиях звук воспринимается как через слуховые каналы, так и через черепную коробку, что позволяет слуховому анализатору дифференцировать необходимые звуковые частоты.

Опасность потери слуха при использовании аудиоплееров связана с тем, что при применении наушников (особенно, наушников-вкладышей) звуковое давление воздействует непосредственно на барабанную перепонку и звук при этом воспринимается значительно тише, чем фактически действующий. Кроме того, разборчивость речи окружающих людей снижается, что вынуждает пользователя увеличивать громкость звука, приводящее к смещению ВСП слуховой чувствительности. Развитие ВСП человеком воспринимается как уменьшение громкости в наушниках, заставляющее постоянно увеличивать громкость. Часто уровень звука в наушниках достигает 100 дБ и более (безопасным считается менее 80 дБ), что приводит к нейросен-сорной тугоухости.

Болевой порог шума - наименьшая сила звука, вызывающая ощущение дискомфортного осязания звука, переходящее затем в чувство боли практически мало зависит от частоты, соответствует примерно 130 дБ и более. При развитии какого-либо патологического процесса в органе слуха некоторых профессий (водолазы, летчики) болевой порог может быть снижен до уровня 80-90 дБ. В то же время у людей без барабанных перепонок (операции, болезни) болевой порог повышается до 170 дБ.

Шум вызывает изменения в органах зрения (снижается устойчивость ясного видения и острота зрения, изменяется цветочувствительность и др.) и вестибулярном аппарате, нарушаются функции желудочно-кишечного тракта, наблюдается бессонница, повышается внутричерепное давление и т. п.

Исследованиями установлено, что любой шум создает нагрузку на нервную систему человека. Его воздействие по-разному проявляется у людей в зависимости от возраста, состояния здоровья, характера труда, физического и душевного состояния.

Неспецифические эффекты, возникающие при воздействии шума можно разделить на следующие виды: соматические процессы, вестибулярные

эффекты, психологические эффекты, утомляющее и раздражающее действие.

Соматические процессы - нарушение функционирования нервной системы, связанной с двигательными и чувствительными нервными волокнами, в частности нарушение уравновешенности и подвижности процессов торможения - возбуждения в центральной нервной системе. Воздействие шума вызывает изменение сосудов головного мозга и функциональное состояние центральной нервной системы, приводит к колебаниям артериального давления, развитию гипертонической болезни, стенокардии.

Установлено, что у людей, подвергавшихся влиянию только коммунального (транспортного) шума (55 дБА днем и 45 дБА ночью), число заболеваний сердечно-сосудистой и нервной систем выше, чем у лиц, проживающих в условиях относительного акустического комфорта (40 дБА днем и 30 дБА) ночью и работающих в условиях шума (80 дБА) [1]. В структуре патологии первое место занимают вегетативные нарушения, затем гипертоническая болезнь, стенокардия, гастрит и заболевания органов пищеварения.

Импульсные шумы оказывают отрицательное воздействие и на органы дыхания. Установлено, что акустическое воздействие на дыхание отмечается при импульсах с уровнем максимального звукового давления выше 125 дБ. При этом наблюдается изменение длительности фаз дыхания, перепадов внутригрудного давления, уменьшением вентиляции легких [2].

Вестибулярные эффекты обусловлены тем, что вестибулярный аппарат тесно связан со структурами внутреннего уха, в результате чего появляется звон в ушах, дезориентация, головокружение, тошнота. При уровне шума 140 дБ проявляются признаки нарушения вестибулярного аппарата (морская болезнь).

Психологические эффекты проявляются в виде испуга и дискомфорта.

Установлено, что шумы средних уровней (80 дБА и ниже) не вызывают потерь слуха, но оказывают утомляющее и раздражающее действие. Особенно данное воздействие проявляется в процессе тяжелого и напряженного труда, что позволило сделать вывод и синергизме эффектов шума и трудовой нагрузки.

Воздействие инфразвука

Обследования лиц, длительно подвергавшихся воздействию низкочастотного шума и инфразвука, выявили изменения барабанной перепонки и увеличение смещения порога слышимости в основном в диапазонах низких и средних частот. Характерно развитие астении, слабости, утомляемости, снижение работоспособности, появление раздражительности, нарушение сна, психические отклонения. У персонала, обслуживающего компрессора и реактивные двигатели может возникать сотрясения внутренних органов грудной клетки и брюшной полости, появляться состояние, напоминающее морскую болезнь, головокружение, тошнота, вестибу-

лярные нарушения, снижение остроты зрения и слуха, изменение ритма дыхания и частоты сердечных сокращений, артериального давления, ощущения давления на барабанные перепонки [1].

Последствия воздействия инфразвука можно разделить и сгруппировать на следующие виды:

- механические воздействия на органы (вибрация грудной и брюшной стенок, внутренних органов, затруднение дыхания);

- воздействие на центральную нервную систему (усталость, недомогание, тревога, раздражительность, нарушение сна и сонливость);

-нервно-вегетативные нарушения (головная боль, головокружение, тошнота, нарушение равновесия).

Установлено, что акустические колебания на частоте 100-2 Гц воспринимаются как сочетание слуховых и тактильных ощущений, выражающееся в проявлении чувства пульсации, массажа в области барабанной перепонки и среднего уха.

Исследованиями установлено, что пороги слышимости инфразвука на частоте 100 Гц составляют около 40 дБ, на частоте 1 Гц - 140 дБ.

Существует так называемая резонансная теория воздействия инфразвука, согласно которой частота инфразвука совпадает с собственной частотой колебаний крупных внутренних органов (сердца, желудка, печени, легких). С этой точки зрения колебания с частотой от 2 до 15 Гц наиболее вредны для организма.

В последнее время получила распространение так называемая денатурационная теория раздражения, в соответствии с которой инфразвук уменьшает дисперсность клеточных коллоидов, уменьшает рН-среды клеток, повышает вязкость среды и усиливает проницаемость клеточных мембран, то есть вызывает денатурацию белков.

Воздействие ультразвука

В зависимости от частоты и способа передачи, ультразвук может оказывать как местное воздействие на организм, так и общее. Общее воздействие выражается в нарушении центральной и периферической нервной системы; местное - повышенная чувствительность рук к холоду, потливость ладоней, слабость, боли в области сердца, головокружение, шум в ушах и голове и др.

Для физиотерапевтического лечения применяется контактный ультразвук. Однако, ультразвук не только «лечит», но и оказывает не менее отрицательное воздействие на организм, обусловленное инициированием окислительно-восстановительных реакций и разрушением клеток.

Выявлено, что наиболее чувствительна к воздействию ультразвука частой более 1 МГц является центральная нервная система. Также отрицательно воздействует ультразвук на рост клеток у млекопитающих. Доказано отрицательное действие ультразвука частотой 6 МГц, интенсивностью 1 Вт/см2 при ежедневном (в течение 3 дней) воздействии на глаза [1].

С целью снижения акустических коледаний до минимального уровня, обеспечивающего нор-

мальную жизнедеятельность человека и окружающей природной среды все организационно-технические мероприятия можно сгруппировать по следующим основным направлениям [3]:

- разработка шумобезопасных процессов и технических устройств (минимизация в источнике);

- разработка и применение средств коллективной защиты;

- разработка и применение средств индивидуальной защиты.

Литература

1. Гигиенические нормативы. Физические факторы окружающей и производственной среды/ И.М.Ахметзянов, С.В.Гребеньков, О.П.Ломов,

Л.П.Терентьев, И.В. Петров; Под ред. О.П.Ломова.-СПб.: НПО «Профессионал», 2011.-796с.

2. Кирсанов В.В. Основы промышленной и экологической безопасности опасных производственных объектов: Монография. Казань: Изд-во Казан. гос.техн. унта, 2011. 480 с.

3. Кирсанов В.В. К вопросу о систематизации и конкретизации профилактической работы по повышению уровня промышленной безопасности предприятий нефтехимического комплекса// Вестник Казанского технологического университета: Т.16, №24, 2013.-С.138-142.

4. Петров В.И., Фатихов И.Ф. Анализ эффективности работы циклонных пылеуловителей// Вестник Казанского технологического университета: Т. 16, №23.-С.173-175.

© В. В. Кирсанов - д-р техн. наук проф. каф. общей химии и экологии КНИТУ-КАИ им. А.Н. Туполева, VVKirsanov@gmaiI.com, И. Г. Григорьева - доцент каф. общей химии и экологии КНИТУ-КАИ им. А.Н. Туполева. giig406@yandex.ru.

© V. V. Kirsanov - Dr. technology. Sciences, Professor of Department. General chemistry and ecology of KNRTU-KAI, VVKirsanov@gmaiI.com; 1 G. Grigorieva - associate Professor of Department of General chemistry and ecology, KAZAN state technical University, grig406@yandex.ru.