Понятие об инфразвуке

1.Понятие о инфразвуке. 

Инфразвук — упругие волны, аналогичные звуковым, но имеющие частоту ниже воспринимаемой человеческим ухом. За верхнюю границу частотного диапазона инфразвука обычно принимают 16—25 Гц. Природа возникновения инфразвуковых колебаний такая же, как и у слышимого звука, поэтому инфразвук подчиняется тем же закономерностям, и для его описания используется такой же математический аппарат, как и для обычного слышимого звука (кроме понятий, связанных с уровнем звука).Инфразвук слабо поглощается средой, поэтому может распространяться на значительные расстояния от источника. Из-за очень высокой длины волны ярко выражена дифракция. Источниками инфразвука может в числе прочего являться оборудование, работающее с частотой менее 20 циклов за секунду. Действуя на центральную нервную систему, может вызывать тревогу, страх, чувство покачивания .К основным техногенным источникам инфразвука относится мощное оборудование — станки, котельные, транспорт, подводные и подземные взрывы. Кроме того, инфразвук излучают ветряные электростанции. Этот частотный диапазон лежит ниже порога слышимости и человеческое ухо не способно воспринимать колебания указанных частот. Производственный инфразвук возникает за счет тех же процессов что и шум слышимых частот. 
Наибольшую интенсивность инфразвуковых колебаний создают машины и механизмы, имеющие поверхности больших размеров, совершающие низкочастотные механические колебания (инфразвук механического происхождения) или турбулентные потоки газов и жидкостей (инфразвук аэродинамического или гидродинамического происхождения). Максимальные уровни низкочастотных акустических колебаний от промышленных и транспортных источников достигают 
100-110 дБ.

     Развитие  промышленного производства и транспорта привело к значительному увеличению источников инфразвука в окружающей среде и возрастанию интенсивности уровня инфразвука. Источниками инфразвука на суше могут быть компрессоры, двигатели внутреннего сгорания, движущийся транспорт, промышленные кондиционеры и вентиляторы. Развитие техники и транспортных средств, совершенствование технологических процессов и оборудования сопровождаются увеличением мощности и габаритов машин, что обусловливает тенденцию повышения низкочастотных составляющих в спектрах и появление инфразвука, который является сравнительно новым, не полностью изученным фактором производственной среды. 

     

      
Таблица. Основные техногенные источники инфразвуковых колебаний в городах.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.Воздействие на организм человека.

     Исследования  биологического действия инфразвука на организм показали, что при уровне от 110 до 150 дБ и более он может вызывать у людей неприятные субъективные ощущения и многочисленные реактивные изменения, к числу которых следует отнести изменения в центральной нервной, сердечно- сосудистой и дыхательной системах, вестибулярном анализаторе. Имеются данные о том, что инфразвук вызывает снижение слуха преимущественно на низких и средних частотах. Выраженность этих изменений зависит от уровня интенсивности инфразвука и длительности действия фактора.

     Все случаи контакта человека и инфразвука можно поделить на две большие группы. Контакты в пространстве, не ограниченном жесткими стенками и контакте в помещениях, то есть в пространстве, ограниченном жесткими стенками. Таким образом, с точки зрения акустики, это контакты с бегущей волной (в первом случае), и контакты в полости резонатора (во втором случае).

     Колебания средней интенсивности могут стать причиной расстройства пищеварения, сердечно-сосудистой, дыхательной систем, нарушения психики с самыми неожиданными последствиями. 
   Инфразвук высокой интенсивности, влекущий за собой резонанс, из-за совпадения частот колебаний внутренних органов и инфразвука, приводит к нарушению работы практически всех внутренних органов, возможен смертельный исход из-за остановки сердца, или разрыва кровеносных сосудов;

     В процессе трудовой деятельности большинство  контактов человека и инфразвука происходит именно в пространстве, ограниченном жесткими стенками. Их и  рассмотрим в данной статье.

     С физической точки зрения все многообразие помещений может быть сведено к резонаторам двух типов: - резонатору типа Гельмгольца и резонатору типа труба. В эксперименте показано, что даже небольшая, по сравнению с длинной ИЗ волны, комната, может служить четверть волновым резонатором частотой 5,5 Гц.

     Таким образом, человек, в силу привычки или служебной необходимости находящийся в той или иной части помещения, будет контактировать с различными физическими компонентами распределенной в пространстве помещения акустической волны. Но, с точки зрения биологии, контакт с разными раздражителями должен вызвать разную ответную реакцию органов и систем.

     

Экспериментально  показано, что нахождение в разных частях даже небольшого помещения способно вызвать разнонаправленную реакцию  органов и систем человека и животных. Выделена зона градиента ИЗ волны, в которой падает работоспособность, уменьшается частота различия звуковых импульсов и световых мельканий, резко активируется активность симпатического звена регуляции сосудистой системы и развивается реакция гиперкоагуляции крови. Это связано с прямым действием ИЗ на стенки кровеносных сосудов.

В тоже самое  время у людей и животных, находящихся  в противоположном конце помещения  умеренно, но статистически достоверно, растет работоспособность, уменьшается  активность свертывающих систем крови  и улучшаются показатели реакции на частоту световых мельканий.

Зависимость ответной реакции организма на нахождение человека и животных в разных частях одного и того же помещения сохранялась  в пределах проверенной интенсивности  ИЗ от 80 до 120 дБ и частотах 8, 10 и 12 Гц.

Никаких психических  реакций на наиболее часто встречающиеся  в промышленности уровни ИЗ выявлено не было. Данные опытов указывают, что  ИЗ, даже невысокой интенсивности, в  зависимости от места нахождения подопытного объекта, может быть небезопасен для здоровья и может, в то же самое время, обладать положительным стимулирующим эффектом.

Зональная биологическая  активность ИЗ может послужить основой  сравнительно простых способов защиты от ИЗ, основанных на выведении рабочего места человека-оператора из биологически вредной зоны.

      Влияние инфразвука на человека, очевидно, не ограничивается прямым воздействием на его организм, в частности на нервную систему. Как уже сказано, в процессе эволюции у человека, видимо, сформировался  центр, чувствительный к инфразвуковым колебаниям, — предвестникам землетрясений и вулканических извержений. Комплекс реакций, которые должны проявляться при воздействии на этот центр, можно определить, зная его назначение — обеспечивать выживание при подобных стихийных бедствиях.

Какие же это  реакции? Очевидно следующие. Избегать замкнутых пространств, для того чтобы не попасть в завал. Стремиться удалиться от рядом находящихся  объектов, грозящих обвалиться. Бежать "куда глаза глядят", для того чтобы выйти из района стихийного бедствия. Естественно, что всё это должно сопровождаться ("подогреваться") чувством панического ужаса. В пользу наличия такого механизма говорит достаточно чёткая целенаправленность поведения. В тоже время, при непосредственном воздействии на организм возникают неконкретные реакции, такие как вялость, слабость и различные расстройства, так же, как, например, при облучении рентгеновскими лучами, высокочастотными радиоволнами.

Человек утратил  высокую чувствительность к инфразвуковым  колебаниям, но при большой интенсивности древняя защитная реакция пробуждается, блокируя возможности сознательного поведения. Следует подчеркнуть, что страх не будет вызван внешними образами, а будет как бы "исходить изнутри". У человека будет ощущение, чувство "нечто ужасного". Видимо этим объясняются последние слова погибших лётчиков и моряков: "Небо какое-то не такое", "море выглядит как-то иначе", 
"происходит нечто ужасное". Думается, если бы страх вызывался внешними образами, то люди этих профессий, люди мужественные, привыкшие к опасностям, смогли бы передать конкретные сообщения. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.Гигиеническое нормирование инфразвука.

Предельно-допустимые уровни (ПДУ) звукового давления на рабочих местах устанавливается  дифференцированно для различных  видов работ. Общий уровень звукового давления для работ различной степени тяжести не должен превышать 100 дБ, для работ различной степени интеллектуально-эмоциональной напряженности не более 95 дБ.

Гигиеническими  нормами инфразвука на рабочих местах (№ 2274-80) по характеру спектра инфразвук подразделяется на широкополосный и гармонический. Гармонический характер спектра устанавливают в октавных полосах частот по превышению уровня в одной полосе над соседними не менее чем на 10 дБ. По временным характеристикам инфразвук подразделяется на постоянный и непостоянный. Нормируемыми характеристиками инфразвука на рабочих местах являются уровни звукового давления в децибелах в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 2, 4, 8, 16 Гц. 
Допустимыми уровнями звукового давления являются 105 дБ в октавных полосах 
2, 4, 8, 16 Гц и 102 дБ в октавной полосе 31,5 Гц. При этом общий уровень звукового давления не должен превышать 110 дБ Лин. Для непостоянного инфразвука нормируемой характеристикой является общий уровень звукового давления.

Следует принимать  особые меры защиты против появления  звуковых колебаний со следующими частотами, потому - что совпадение частот приводит к возникновению резонанса: 
 
• 20-30 Гц (резонанс головы)  
• 40-100 Гц (резонанс глаз)  
• 0.5-13 Гц (резонанс вестибулярного аппарата)  
• 4-6 Гц (резонанс сердца)  
• 2-3 Гц (резонанс желудка)  
• 2-4 Гц (резонанс кишечника)  
• 6-8 Гц (резонанс почек)  
• 2-5 Гц (резонанс рук)

Инфразвук с  частотой 7 Гц смертелен для человека. 
 

4.Методы борьбы с инфразвуком.

     Наиболее  эффективным и практически единственным средством борьбы с инфразвуком является снижение его в источнике. При выборе конструкций предпочтение должно отдаваться малогабаритным машинам большой жесткости, так как в конструкциях с плоскими поверхностями большой площади и малой жесткости создаются условия для генерации инфразвука. Борьбу с инфразвуком в источнике возникновения необходимо вести в направлении изменения режима работы технологического оборудования - увеличения его быстроходности (например, увеличение числа рабочих ходов кузнечно-прессовых машин, чтобы основная частота следования силовых импульсов лежала за пределами инфразвукового диапазона). Должны приниматься меры по снижению интенсивности аэродинамических процессов - ограничение скоростей движения транспорта, снижение скоростей истечения жидкостей (авиационные и ракетные двигатели, двигатели внутреннего сгорания, системы сброса пара тепловых электростанций и т.д.). В борьбе с инфразвуком на путях распространения определенный эффект оказывают глушители интерференционного типа, обычно при наличии дискретных составляющих в спектре инфразвука.         

     Выполненное в последнее время теоретическое  обоснование течения нелинейных процессов в поглотителях резонансного типа открывает реальные пути конструирования звукопоглощающих панелей, кожухов, эффективных в области низких частот. К мерам профилактики организационного плана следует отнести соблюдение режима труда и отдыха, запрещение сверхурочных работ. При контакте с ультразвуком более 50% рабочего времени рекомендуются перерывы продолжительностью 15 мин через каждые 1,5 часа работы. Значительный эффект дает комплекс физиотерапевтических процедур - массаж, УТ-облучение, водные процедуры, витаминизация и др.

     В качестве индивидуальных средств защиты рекомендуется применение наушников, вкладышей, защищающих ухо от неблагоприятного действия сопутствующего шума.