ГЛАВА 13 ИНФРАЗВУК

Инфразвуком (инфразвуковым шумом) называют любые акустические колебания или совокупность таких колебаний в частотном диапазоне до 20 Гц. При оценке производственного инфразвука практический интерес представляет частотный диапазон от 1,6 до 20 Гц, включающий четыре октавные полосы со среднегеометрическими частотами 2, 4, 8 и 16 Гц или двенадцать третьоктавных полос со среднегеометрическими частотами 1,6; 2; 2,5; 3,15; 4; 5; 6,3; 8; 10; 12,5; 16 и 20 Гц. В целях сравнительной оценки спектральных кривых шумов дополнительно используется октава 31,5 Гц.

Физической характеристикой инфразвука является среднеквадратичное значение уровней звукового давления в октавных (¹/з- октавных) полосах частот в децибелах, определяемое по формуле:

По спектру инфразвуковые шумы подразделяются на:

- тональные, частотный спектр которых содержит одну из составляющих, превышающую уровни во всех других полосах частот на 10 дБ и более;

- широкополосные, частотный спектр которых содержит одну и более октавных инфразвуковых полос.

По временным характеристикам инфразвуковые шумы подразделяются на:

- постоянные, уровень звукового давления которых по схеме частотной коррекции «Лин» на динамической характеристике «Медленно» изменяется за время наблюдения не менее 1 мин не более чем на 10 дБ;

- непостоянные, уровень звукового давления которых по частотной коррекции «Лин» на динамической характеристике «Медленно» изменяется за время наблюдения не менее 1 мин более чем на 10 дБ.

Постоянные инфразвуковые шумы характеризуются уровнями звукового давления по частотной коррекции «Лин» на динамической характеристике «Медленно» и в октавных (третьоктавных) полосах частот.

Непостоянные инфразвуковые шумы характеризуются эквивалентными (по энергии) уровнями, которые оказывают такое же действие на организм человека, как и постоянный инфразвуковой шум этого же уровня.

Инфразвук как физическое явление подчиняется общим закономерностям, характерным для звуковых волн, однако обладает целым рядом особенностей, связанных с низкой частотой колебаний упругой среды:

- инфразвук имеет во много раз большие амплитуды колебаний, чем акустические волны, при равных мощностях источников звука;

- инфразвук хорошо распространяется в воздушной среде на большие расстояния с незначительной потерей энергии, поскольку поглощение его в атмосфере незначительно и составляет 8?10^-6 дБ/км;

- большая длина волны обусловливает характерное для инфразвука явление дифракции. Благодаря этому инфразвуки легко проникают в помещения и огибают преграды, задерживающие слышимые звуки;

- инфразвуковые колебания способны вызывать вибрацию крупных объектов вследствие явлений резонанса.

Указанные особенности инфразвуковых волн затрудняют борьбу с ними, так как классические способы, применяемые для снижения шума (звукопоглощение и звукоизоляция), а также удаление от источника в данном случае малоэффективны.

Источники инфразвука на рабочих местах. Применение в различных сферах деятельности человека машин и механизмов, увеличение их мощности и габаритов, производительности и других технических характеристик обусловливают тенденцию повышения низкочастот- ных составляющих в спектрах шумов на рабочих местах и появление инфразвука.

В современном производстве и на транспорте источниками инфразвука являются компрессоры, кондиционеры, турбины, промыш- ленные вентиляторы, нефтяные форсунки, вибрационные площадки, доменные и мартеновские печи, тяжелые машины с вращающимися частями, двигатели самолетов и вертолетов, дизельные двигатели судов и подводных лодок, а также наземные транспортные средства.

Производственный инфразвук представляет собой часть механической энергии, генерируемой различным оборудованием, и воз- никает при перемещении поверхностей больших размеров, мощных турбулентных потоков жидкостей и газов, при ударном возбуждении конструкций, вращательном и возвратно-поступательном движении больших масс с повторением циклов не менее 20 раз/с.

Из множества спектров производственных и транспортных шумов, содержащих инфразвуковые составляющие, можно выделить три основных типа:

•  инфразвуковые - наибольшие уровни звукового давления (УЗД) приходятся на октавные полосы среднегеометрических частот 2-26 Гц;

•  инфранизкочастотные - наибольшие УЗД приходятся на полосы среднегеометрических частот 2-125 Гц;

•  низкочастотные - максимум УЗД находится в октавных полосах 31,5-125 Гц (табл. 13.1).

Большинство спектров шума на рабочих местах металлургических цехов имеет инфранизкочастотный характер. Чисто инфразву- ковые спектры характерны для помещений, где отсутствуют источники инфразвука, а также для компрессорных станций, оснащенных поршневыми компрессорами.

В настоящее время максимальные уровни низкочастотных акустических колебаний от промышленных и транспортных источников достигают 100-110 дБ.

Например, на предприятиях металлургической промышленности уровни инфразвука вблизи доменных и сталеплавильных печей составляют 115-118 дБ на частотах 6-12 Гц; на рабочем месте сталевара мартеновского цеха - 97-100 дБ в октавах 16 и 31,5 Гц; в элек- тросталеплавильном цехе - 100-105 дБ на частотах 12,5 и 16 Гц; в кузнечно-штамповочном цехе при работе парового молота - 107 дБ в октаве 16 Гц. Характерно, что в помещениях, расположенных рядом с нагревательными печами, уровни инфразвука выше, чем непосредственно у источника, и достигают 102-105 дБ на частотах 8-12,5 Гц.

Таблица 13.1. Классификация рабочих мест транспортных средств и технологического оборудования по шумовым характеристикам инфранизкочастотного диапазона

Основными источниками инфразвука и низкочастотного шума в электросталеплавильных цехах являются электрические дуги. Шум, создаваемый электродуговыми печами различной мощности, имеет широкополосный характер с преобладанием акустической энергии в низкочастотной и инфранизкочастотной области спектра - 104, 110 и 114 дБ на частотах 31,5, 63 и 125 Гц соответственно.

Октавные спектры шума на рабочих местах сталеваров имеют инфразвуковой характер, максимальные уровни звукового давления 96-102 дБ отмечаются в диапазоне 8-31,5 Гц.

В промышленности инфразвуковые колебания с максимальными уровнями звукового давления от 92 до 123 дБ преимущественно в октавах 8-16 Гц создают воздушные и поршневые компрессоры.

На территории компрессорных станций угольных шахт вблизи воздухозаборов (камер всасывания) компрессоров высокие уровни

звукового давления приходятся на октавы 4, 8, 16 и 31,5 Гц, причем наибольшие уровни 108-112 дБ отмечены в октавах 4-16 Гц.

На рабочих местах у виброплощадок наиболее высокие уровни звука приходятся на октавы 31,5 и 63 Гц и составляют 107 и 123 дБ соответственно. Разность уровней (дБ Лин - дБА) составляет 25 дБ, т.е. спектр шума имеет выраженный инфразвуковой характер.

На рабочих местах операторов турбинного зала, у блочных щитов управления, в цехах конденсатоочистки и в помещениях ком- прессорных станций атомных электростанций шум, создаваемый технологическим оборудованием, имеет широкополосный спектр с преобладанием акустической энергии 86-98 дБ преимущественно в октавах 31,5-63 Гц, разность уровней составляет 10-15 дБ, следовательно, этот шум является низкочастотным с признаками наличия инфразвука.

Источниками инфразвука могут являться водосливные плотины (инфразвук образуется вследствие нестабильности перелива воды), башенные охладители электростанций (при падении струи охлаждаемой воды в резервуар) с уровнями 80 дБ в диапазоне частот 10-31,5 Гц.

Уровни инфразвука около 107 дБ на частотах 20-30 Гц были отмечены вблизи насосных станций сточных вод.

Источники инфразвука выявлены в горнодобывающей промышленности, в частности, при добыче золота дражным способом. Наибольшие уровни звукового давления на частотах 4-26 Гц были зарегистрированы на драгах и составляли 98-107 дБ.

Мощным источником инфразвука являются реактивные двигатели космических ракет: при запуске некоторых типов ракет максимальные уровни звукового давления, превышающие 150 дБ, находятся на частотах 10 и 12,5 Гц.

В кабинах вертолетов максимальные уровни звукового давления составляют 110-120 дБ на частоте 28 Гц, соответствующей движению лопастей винта.

Высокие уровни инфразвука обнаружены также на трассах сверхзвуковых реактивных самолетов - при прохождении звукового барь- ера образуется ударная волна с максимумом спектральной плотности в диапазоне 1-10 Гц. В спектрах шумов турбореактивных самолетов наибольшие уровни звука обычно отмечаются в области 100-200 Гц, однако при увеличении мощности двигателя пик звуковой энергии может смещаться в диапазон более низких частот.

Инфразвук с уровнями до 133 дБ на частотах 7, 13, 14 и 20 Гц наблюдается в машинных залах грузовых судов во время запуска судовых двигателей.

На пассажирских судах в корабельной рубке максимум акустической энергии в 100 дБ находится в октаве 8 Гц, при этом шум в салоне, расположенном над машинным отделением, имеет пиковое значение 100 дБ на частоте 31,5 Гц.

На катерах с подводными крыльями спектры их шумов имеют низкочастотный характер с наибольшими уровнями звукового давления 107-110 дБ на частотах 8 и 31,5 Гц.

Источниками инфразвуковых колебаний являются и наземные средства транспорта. Высокие уровни инфразвука до 100 дБ и выше в диапазоне 9-16 Гц отмечаются в кабинах легковых автомобилей. Более крупные автомобили генерируют инфразвука меньше, чем малолитражные. В кабинах сельскохозяйственных тракторов при выполнении различных технологических операций регистрируются различные по выраженности уровни инфразвука.

Анализ данных по низкочастотным акустическим характеристикам рабочих мест основных видов транспортных средств и технологического оборудования показал:

- на автотранспортных средствах максимальные уровни звукового давления сосредоточены у большинства машин в области инфразвуковых частот (8, 16 Гц) и превышают ПДУ на 3-14 дБ и более;

- на водном и железнодорожном транспорте максимальные уровни звукового давления лежат чаще в октавах 16, 31,5 Гц и превышают ПДУ на 3-13 дБ;

- на самоходных и полустационарных машинах в большинстве случаев спектр смещается в область низкочастотного шума (31,5; 63 Гц);

- максимальные уровни звукового давления технологического оборудования, не превышающие ПДУ, сосредоточены в различных зонах низкочастотного спектра.

Спектральный состав низкочастотных акустических колебаний неоднороден. Часть транспортных средств, машин и технологического оборудования генерирует максимальные уровни акустической энергии в зоне инфразвуковых частот, часть - в зоне низкочастотного шума, а часть имеет смешанный инфранизкочастотный характер.

Многие виды шумов, в частности производственных и транспортных, содержат инфразвуковые составляющие, которые не регистрируются обычными измерительными приборами и практически неслы-

шимы, хотя и обладают высокими уровнями звукового давления. В связи с этим следует иметь в виду конструктивно-строительные и технологические признаки, при которых следует ожидать появления инфразвуковых составляющих в шумовых спектрах (табл. 13.2).

В производственной среде инфразвук в изолированном виде, как правило, не встречается, его сопутствующим фактором, помимо шума, является также низкочастотная вибрация.

Медико-биологические критерии неблагоприятного влияния инфразвука на организм человека. Гигиеническая проблема, связанная с влиянием инфразвука на организм человека, возникла сравнительно недавно - в 70-е годы прошлого века. Накопленные данные свидетельствуют о том, что инфразвуковые волны оказывают выраженное неблагоприятное действие на организм и вызывают изменения нервной, сердечно-сосудистой, дыхательной, эндокринной и других систем, а также нарушение кохлеовестибулярного анализатора, при этом выраженность изменений зависит от уровня, частоты, длительности воздействия инфразвука.

Инфразвук оказывает раздражающее действие, особенно на психоэмоциональную сферу, и вызывает ощущения вибрации грудной и брюшной стенок, нарушение ритма дыхания, закладывание и давление в ушах, головную боль, головокружение, тошноту, затруднение при глотании, модуляцию речи, тремор рук, озноб, ощущение необъяснимого страха и беспокойства, сменяющееся чувством усталости, утомления, вялости и рассеянности. Это может происходить при уровнях звукового давления от 120 дБ. Субъективные ощущения нарастают с увеличением уровня инфразвука.

В результате длительного действия инфразвука с уровнями, близкими к производственным (90-120 дБ), развивается астенизация, снижается умственная работоспособность, появляются вегетоневротические симптомы: раздражительность, тошнота, нервозность. Несмотря на то, что частотный диапазон инфразвука находится ниже порога слышимости, по мнению большинства ученых, инфразвуковые колебания высоких уровней воспринимаются органом слуха.

Установлено снижение слуховой чувствительности в области низких речевых частот у лиц, длительно работающих в условиях воздействия инфразвука. Следует отметить, что инфразвук может маскироваться колебаниями звуковой частоты. Основываясь на данных по временному смещению порогов слуха (ВСП) при действии инфразвука, можно предположить, что этот фактор не опасен в плане развития профессиональной тугоухости при уровнях ниже 130 дБ.

Таблица 13.2. Априорные признаки наличия инфразвука в источнике

Инфразвук оказывает влияние на вестибулярный анализатор, при этом у обследуемых отмечаются нарушения равновесия, головокру- жения. Поскольку чувствительность вестибулярного анализатора

находится в области низких частот, инфразвук может восприниматься рецепторами органов равновесия.

При воздействии инфразвука происходит изменение давления в среднем ухе, которое передается перилимфе и далее полукружным каналам, в результате чего происходит смещение жидкости лабирин- та, приводящее к механической стимуляции рецепторов полукружных каналов. Энергия низкочастотных акустических колебаний может передаваться не только перилимфе улитки, но и отолитам через проток эндолимфатического мешка, имеющего большое механическое сопротивление, позволяющее проводить исключительно инфразвуковые колебания.

Нарушение функции равновесия отмечено у компрессорщиков и водителей пассажирского автотранспорта, работающих в условиях воздействия инфразвука.

Со стороны сердечно-сосудистой системы при воздействии инфразвука отмечается нарушение частоты сердечных сокращений, в частности, брадикардия, увеличение диастолического давления.

Многие исследователи считают, что инфразвук обладает выраженной биологической активностью, другие отмечают, что послед- ствия воздействия инфразвука сильно преувеличены. Нет единого мнения и о том, какие уровни считать безопасными для организма. В литературе имеется значительное количество данных о биологических эффектах инфразвука высоких экстремальных уровней.

Данные по оценке влияния инфразвука на организм человека, классифицированные по зонам риска для здоровья человека, пока- зывают, что его биологическое действие можно условно разделить на ряд зон: смертельных уровней и экстремальных эффектов; высокого риска здоровью даже при периодических воздействиях; высокого риска при кратковременных воздействиях; выраженного прогрессирования риска здоровью; умеренного риска, особенно при сочетанном действии с другими физическими факторами (общая и локальная вибрации, шум); неясных, стертых, трудно обнаруживаемых эффектов; экологически неблагоприятного действия на население жилой зоны.

В табл. 13.3 представлены обобщенные материалы большого количества исследований на добровольцах изолированного действия инфразвука разных амплитудно-частотных и временных характеристик как по отечественным, так и зарубежным литературным данным.

Таблица 13.3. Основные объективные и субъективные признаки инфразвукового воздействия и его градации по степени вредности, опасности и зонам риска здоровью (Измеров Н.Ф. с соавт., 1998)

Эти данные классифицированы по зонам риска нарушения здоровья с параллельной их градацией по классам условий труда в соответствии с гигиеническими критериями Р 2.2.2006-05.

Разработанная классификация зон риска здоровью человека базируется на положениях теории риска в медицине труда. Классификация свидетельствует о разнообразии возможных последствий неблагоприятного действия низкочастотных акустических колебаний (НАК) на организм человека и необходимости их учета при гигиенической оценке источников инфразвука и прогнозе состояния здоровья работающих.

При 180-190 дБ действие инфразвука смертельно вследствие разрыва легочных альвеол. Другие зоны интенсивных кратковременных воздействий вызывают синдром резко выраженного инфразвукового дискомфорта, предел переносимости которого добровольцами наблюдается при 154 дБ.

Исследования, проведенные на добровольцах, показывают, что НАК, в том числе и инфразвукового диапазона продолжительностью от 25 с до 2 мин с УЗД от 145 до 150 дБ в диапазоне частот от 1 до 100 Гц, вызывал у них ощущение вибрации грудной стенки, сухость в полости рта, нарушение зрения, головную боль, головокружение, тошноту, кашель, удушье, беспокойство в области подреберий, звон в ушах, модуляцию звуков речи, боли при глотании и некоторые другие признаки нарушений в деятельности организма.

В табл. 13.4 приведены данные переносимости НАК в зависимости от параметров его воздействия. Анализ объективных и субъективных реакций показал, что кратковременное воздействие НАК на пятерых военнослужащих в возрасте от 24 до 46 лет с уровнем звукового давления до 150 дБ находится в пределах человеческой выносливости, НАК с УЗД 150 дБ и выше совершенно не могут переноситься исследуемыми.

Обращает на себя внимание и то, что все исследуемые жаловались на резко выраженное общее утомление. Часть недомоганий прекращалась после воздействия НАК, другая часть жалоб на недомогание проходила по истечении нескольких часов. Состояние утомления полностью проходило только после ночного сна. Следует отметить, что в одних и тех же случаях наблюдений различные испытуемые показывали значительные различия в субъективной оценке воздействия инфразвука.

Таблица 13.4. Данные переносимости низкочастотных акустических колебаний

С уменьшением интенсивности воздействия степень выраженности синдрома убывает, и его абортивные формы могут обнару-

живаться при анализе данных производственных физиологических исследований, когда имеет место сочетанное действие инфразвука, вибрации и шума.

При сравнении основных субъективных признаков, обусловленных действием инфразвука с проявлениями типичного гипоталамического синдрома (см. табл. 13.5), можно отметить достаточно высокий процент их совпадений. Математико-статистическое подтверждение идентичности картины инфразвукового симптомокомплекса с таковым при гипоталамическом (диэнцефальном) позволил впервые обосновать представление об инфразвуковом гипоталамическом (диэнцефальном) синдроме (которое нашло адекватное морфологическое подтверждение в экспериментальных исследованиях на животных), при этом стертые его формы могут обнаруживаться при воздействии инфразвука умеренных уровней.

Что касается слуховых нарушений, то следует отметить, что они при высоких уровнях воздействия чаще всего сводятся к ощущению давления, массажа, боли, заложенности ушей, а объективные признаки проявляются в виде гиперемии барабанных перепонок и преходящего, не резко выраженного увеличения порогов слуха на низких частотах. Одновременно следует подчеркнуть усиливающуюся реакцию со стороны вестибулярного анализатора, проявляющуюся в статокинетической неустойчивости, вестибулосенсорных вестибуло- вегетативных реакциях. Отмечается также изменение объективных показателей жизненно важных функций организма, степень выраженности которых зависит от интенсивности фактора и его частоты.

Анализ уравнений регрессии позволяет констатировать, что сосудистая реакция среднего уха по отоскопической картине и слуховая чувствительность по показателю временного слухового порога повышаются с увеличением частоты, a вестибулярные (снижение статокинетической устойчивости при вращательной пробе), сенсорные (головокружение, тошнота, дискомфорт) реакции и реакция ЦНС (снижение активации ЦНС) повышаются со снижением часто- ты. При этом темп их роста в 2-2,8 раза выше повышения слуховых реакций.

Эти данные имеют принципиальное значение в оценке биологических эффектов при одновременном действии низкочастотных акустических колебаний различных частотно-амплитудных параметров.

Таблица 13.5. Основные совпадающие субъективные признаки воздей- ствия инфразвука и проявления гипоталамического синдрома

Рецепторы вестибулярного, а не слухового анализатора более адекватны к восприятию инфразвука. Отличительной особенностью ядерного вестибулярного комплекса является необычайно большое развитие выходящих из него путей в самых разных направлениях, связывающих ядра с различными анатомическими структурами мозга, прежде всего с дорсальным ядром n.vagus. Эти связи обеспечивают глобальное влияние вестибулярного анализатора на все без исключения функции. Эффекторные реакции, возникающие

при инфразвуковой стимуляции лабиринта, аналогичны симптомокомплексу, развивающемуся при укачивании, и, по-видимому, их можно отнести к инфразвуковому укачиванию. Учитывая тесную связь вестибулярного анализатора с центрами вегетативной нервной системы (гипоталамусом, лимбической системой и др.) и, прежде всего, с дорсальным ядром n.vagus, можно предположить, что в генезе вегетативных нарушений важнейшая роль принадлежит активации вестибуловегетативного взаимодействия.

В настоящее время разработана концептуальная патогенетическая схема инфразвукового воздействия на организм. Эта схема очень сложна, однако в ней можно выделить некоторые звенья. Особенностью повреждающего действия инфразвука является сочетание взаимосвязанных патологических процессов. Один из них обусловлен закономерностями развития общего адаптационного синдрома, другой - альтерацией (повреждением) нервных образований головного мозга, органов-мишеней эндокринной системы и внут- ренних органов. Основным патогенетическим звеном этого процесса является развитие тканевой гипоксии вследствие церебральной гипертензии в связи с ликворогемодинамическими и микроциркуляторными нарушениями. Универсальным следствием гипоксии является дезорганизация мембран, которая приводит к выходу ферментов из субклеточных структур и клеток в тканевую жидкость и кровь, что играет существенную роль в механизме вторичной гипоксической альтерации ткани.

Таким образом, ключевым звеном патогенетического механизма повреждающего действия инфразвука являются ликворогемодинамические и микроциркуляторные нарушения, обусловливающие развитие церебральной гипоксии, и, как следствие, патологические изменения нервных клеток структур головного мозга.

Нормирование инфразвука. Действующие санитарные нормы СанПиН «Инфразвук на рабочих местах, в жилых и общественных помещениях и на территории жилой застройки» устанавливают классификацию, нормируемые параметры и предельно допустимые уровни инфразвука на рабочих местах, а также допустимые уровни инфразвука в жилых и общественных помещениях и на территории жилой застройки.

Разработанные предельно допустимые уровни инфразвука на рабочих местах дифференцированы с учетом тяжести и напряжен- ности выполняемой работы:

•  для работ различной степени тяжести в производственных помещениях и на территории предприятий ПДУ инфразвука составляет 100 дБ «Лин»; для работ различной степени интеллектуально-эмоциональной напряженности - 95 дБ «Лин»;

•  для колеблющегося во времени и прерывистого инфразвука уровни звукового давления не должны превышать 120 дБ «Лин».

Мероприятия по профилактике влияния инфразвука на работающих. В связи с незначительным поглощением в атмосфере, способностью огибать препятствия инфразвук распространяется на значительные расстояния. Поэтому для организации защиты от инфразвука должен использоваться комплексный подход, включающий конструктивные меры снижения инфразвука в источнике образования (инфразвукоизоляцию и инфразвукопоглощение, глушители инфразвука), планировочные решения, а в производственных условиях - применение организационно-административных, медицинских мер профилактики и средств индивидуальной защиты.

В производственных условиях при воздействии инфразвука с уровнями, превышающими нормативные, следует применять режимы труда и отдыха с введением 20-минутных перерывов через каждые 2 ч работы, что должно быть отражено в технологических регламентациях, инструкциях и др.

Для профилактики неблагоприятных функциональных состояний при напряженном труде и воздействии интенсивного инфразвука в составе бытовых помещений следует предусматривать комнаты психологической разгрузки.

Для защиты органа слуха в случаях воздействия шума и инфразвука с уровнями, превышающими нормативные, рекомендуется применять средства индивидуальной защиты. Подбор средств индивидуальной защиты при воздействиях низкочастотного шума и инфразвука производится с учетом спектральных характеристик. Для повышения эффективности защиты рекомендуется использовать комбинацию нескольких типов средств индивидуальной защиты от шума, например, противошумные наушники и вкладыши, а также специальные пояса, уменьшающие колебания внутренних органов и др.

Работающие в условиях воздействия инфразвука должны проходить предварительный (при поступлении на работу) и периоди- ческие медицинские осмотры один раз в 24 месяца с привлечением

специалистов: оториноларинголога (с обязательным проведением аудиометрии с исследованием воздушной и костной проводимостей и дополнительно импедансометрии), невролога и терапевта.

При проведении медицинских осмотров работающих в условиях воздействия инфразвука следует учитывать специфику его воздействия на орган слуха - поражения как звуковоспринимающего, так и звукопроводящего аппаратов. В качестве скринингового теста воздействия инфразвука на организм следует использовать наличие жалоб на зуд и неприятные ощущения в слуховом проходе при отсутствии явлений дерматита.