Нормативы и регламенты воздействия звука на слух человека: рекомендации в соответствии с научными основами дозиметрии звука
Автор: Овчинников Евгений Леонтьевич, Ермина Наталья Викторовна, Ромашова Наталья Александровна, Шаталаева Марина Николаевна
Журнал: Известия Самарского научного центра Российской академии наук @izvestiya-ssc
Рубрика: Мониторинг и здоровье населения
Статья в выпуске: 1-8 т.13, 2011 года.
Бесплатный доступ
Концепция научных принципов дозиметрии звука строится на предположении, что функциональные свойства слуховых рецепторов определяются морфоструктурой спирального органа. Нормальное восприятие ими стимулов звукового давления в течение длительного времени возможно при возбуждении не более того числа наружных волосковых клеток, которое находится на внешнем ряду спирального органа: n с ≤ 6. Возбуждение большего числа рецепторов может вызвать проблемы в работе слухового органа вплоть до их гибели. Поскольку число возбуждённых рецепторов (наружных волосковых клеток) связано с уровнем звукового давления L очевидным соотношением n=L+1, то можно определить и предельный, но безопасный, уровень звукового давления L с≤5 Б, который может выдерживать человек длительное время. При оценке слуховых ощущений в физиологии эти величины следует признать нормативными. Теория дозиметрии звука способствует установлению нормативных решений биофизических характеристик звукового поля: доз звука D(p.τ) как функции давления р и экспозиции τ, экспозиции t(p.d) в звуковом поле как функции давления p и дозы d, уровней звукового давления L(τ,δD) как функции экспозиции τ и доз d (относительных доз δD). Психофизическое решение проблемы регламентирует: уровни громкости звукового сигнала Е(τ,d) или Е(τ,δD), в фонах (декафонах), как функции экспозиции τ и доз d (или относительных доз δD), длительность экспозиции человека t(р) при различных звуковых давлениях p (уровнях звуковых давлений L) и предельно допустимой дозе звука D П.
Дозиметрия звука, нормативы и регламенты, предельно допустимый уровень звукового давления, предельно допустимая доза звукового воздействия, экспозиция звукового поля
Короткий адрес: https://sciup.org/148199933
IDR: 148199933
Текст научной статьи Нормативы и регламенты воздействия звука на слух человека: рекомендации в соответствии с научными основами дозиметрии звука
Шаталаева Марина Николаевна, старший преподаватель кафедры медицинской и биологической физики экспериментальную и психоэмоциональную обоснованность указанных величин, причём отмечаются достаточно значимые разночтения в нормативах шумовых производств разных стран. Для выработки научных подходов к данной проблеме с точки зрения доказательной медицины, высшим результатом которой является установление функциональных связей между воздействующими на организм внешними или внутренними факторами и реакциями на них воспринимающих (рецепторных) систем, необходима концепция теоретических основ дозиметрии звука. Физические методы измерения характеристик звука, морфо-физиология структур уха и психофизика восприятия звуковой энергии представляют возможным решение этой задачи. Оказывается осуществимым расчёт предельно допустимых доз звукового воздействия на человека, предельно допустимых звуковых давлений и уровней звуковых давлений и санитарных норм пребывания (экспозиции) человека в звуковом поле. Следует оговориться, что психофизический закон Вебера-Фехнера для слуха [11, 13] обоснован только для частоты 1 кГц, называемой стандартной, и поэтому решение проблемы в настоящее время сужается до этой частоты. Но появившиеся новые воззрения на природу равногромких тонов [7] открывают пути разработки теоретических основ дозиметрии звука для звуковых полей любых частот и интенсивностей.
1. Физиологические особенности характеристик в дозиметрии звука и их коли- чественная оценка. Концепция научных принципов дозиметрии звука строится на основе дистантно-локационного анализа организации периферического отдела слухового анализатора; при этом предполагается, что функциональные свойства спирального органа определяются его морфоструктурой.
Рис. 1. Физиологическое и биофизическое обоснование концепции влияния звука на слуховую сенсорную систему человека
Обосновано [7], что внутренние волосковые клетки отвечают за восприятие высоты тонов, а наружные устанавливают градацию уровней звукового давления (интенсивности звука) на каждой высоте. Полнофункциональное, толерантное и безадаптационное, отношение наружных волосковых клеток к стимулам звукового давления в течение длительного времени возможно при возбуждении не более того числа НВК, которое находится на внешнем ряду спирального органа, т.е. nс≤6 (рис. 1,а, [14]). Возбуждение большего числа НВК может вызвать проблемы в работе слухового органа вплоть до гибели ВК. Поскольку число возбуждённых рецепторов (НВК) связано с уровнем звукового давления L очевидным соотношением n=L+1, то оно определяет и предельный, но безопасный, уровень звукового давления, который может выдержать человек длительное время (возможно, весь срок службы слухового органа Т=360 лет [6]): Lс≤5 Б. Определяя величину того давления g(L,n) во внутреннем ухе, которое может идентифицироваться с уровнем L для n возбуждённых НВК, имеем
практическом смысле с биофизической точки зрения. Концептуальное решение проблемы заключается в том, что звуковое давление p(L) на соответствующем уровне L (для стандартной частоты) устанавливается по закону Вебе-ра-Фехнера [11, 13] соотношением
L
P(L) = P o ' 10 2
g ( L , n ) =
p ( L )
Z - ( n - 1)
n
⋅
Z
где Z=N в +N н – общее число всех рецепторов (N н =15 наружных ВК и N в =1 внутренняя ВК, рис. 1,а), способных к трансдукции звука на заданной частоте, Z–(n–1) – функциональная мобильность рецепторов слухового органа на
где р o =2 . 10 -5 Па – минимальное звуковое давление (порог слышимости), воспринимаемое ухом среднестатистического человека на стандартной частоте с вероятностью ½. График зависимости (1) представлен на рис. 1,б сплошной линией. Являясь, по сути, энергетической величиной, на основе закона сохранения и превращения полной механической энергии, применим равенство доз воздействия D(L) = g(L) 2. T=G(L) 2. Т р , дающее соотношение
уровне L, на котором задействовано n–1 НВК
[4],
P(L) Z - (n - 1)
– функциональная восприимчи-
G ( L ) =
D ( L )
вость НВК на соответствующем уровне L звукового давления p(L).
Связь L=n–1 позволяет упростить соотношение (1), сведя его к одной переменной L как функции g(L). Её графический расчёт представлен на рис. 1,б нижней, пунктирной линией. Расчёт минимального (порогового) давления звука, на которое реагирует слуховой рецептор (НВК), даёт величину g порог = g(0) = 7,81250 . 10 -8 Па, регистрируемую при L min =0, что соответствует n=1. Уровню L=L c =5, который может выдержать слуховой рецептор длительное время (возможно, всей жизни человека), соответствует предельно допустимому g П = g(L c )=2,215610 . 10 -4 Па. Это значение можно
T p
считать репером порогового звукового давления в физиологии слуховых ощущений. Оно не может вызвать деструктивных изменений слуховых рецепторов на протяжении длительного времени. Его можно считать базовым для установления предельно допустимой дозы, воздействующей на слуховые рецепторы без ущерба для их полноценного функционирования длительное время, для любого уровня L
2. Количественная оценка биофизических результатов в теории дозиметрии звука. Анализ теории дозиметрии звука способствует установлению нормативных решений в
которое определяет звуковое давление G(L) во внешнем поле за рабочую смену длительностью Т р (рис. 1,б, верхняя штрихпунктирная линия). Для уровня звукового давления L с =5 Б и экспозиции человека в звуковом поле Т р =8 ч по (3) звуковое давление G(L с )=0,1354 Па, – и именно это значение является предельно допустимым звуковым давлением p Π при расчёте за рабочую смену длительностью 8 ч. Физиологически и биофизически аргументированное, оно, по формуле pnJ^ ^^x, примерно в 3 раза меньше принятой в России научным консенсусом и декларативно заявленной дозы D ex =1 Па 2. ч. Само же значение дозы D ex превышает обоснованное значение D П =0,1467
Па2.ч почти в 7(!) раз. Расчёт доз звука D(p,τ) как функции давления р и экспозиции τ приведён на рис. 2 в графическом и табличном исполнении (расчёт величин относительных доз ^D(p т) = D(р,т) .100%, в виду их простоты, не DП приводятся). На рис. 2 сверху слева в 3-D представлена система координат с линейной (цена деления Ср=0,0271 Па/дел.) осью давления Ор, направленной вниз-вправо, логарифмической (по основанию 2) осью времени Оτ, направленной вправо, и вертикальной осью доз звуковых воздействий D(p,τ) с ценой деления Cd=2 Па2.ч/дел. Кроме самой поверхности D(p,τ), для ориентира здесь представлены также: горизонтальная тау-плоскость Т для дозы d=DП, зет-плоскость Z с постоянным давлением
p П и тета-плоскость Θ с постоянной экспозицией Т р длительностью в рабочую (восьмичасовую) смену.
Сверху справа приведены те же поверхности при развороте системы координат так, чтобы она была наблюдаема сверху. При этом ось времени Оτ направлена вправо, ось давления Ор направлена вниз. Светло-серая область определяет значения дозы звукового воздействия D(p,τ)
D(p,τ)>D П . Линия сечения поверхности D(p,τ) тау-плоскостью Т определяет предельно допустимую дозу звукового воздействия D П . Зет-плоскость Z с постоянным давлением p П и тета-плоскость Θ с постоянной экспозицией Т р представлены горизонтально и вертикально расположенными плоскостями, на графике выделенными широкими светлыми горизонтальными и вертикальными полосами, соответственно.
Экспо7ЫЦЦЯ С Ч
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
|
0 |
0.063 |
0.125 |
0.250 |
0.500 |
1.000 |
2.000 |
4.000 |
8.000 |
16.000 |
32.000 |
Яд&7£наг р, Па Дота звукового излучения, D, Пя^ ■ ч
|
0 |
|
|
0 |
0.0271 |
|
1 |
0.0542 |
|
2 |
0.0813 |
|
3 |
0.1083 |
|
4 |
0.1354 |
|
5 |
0.1625 |
|
6 |
0.1896 |
|
7 |
0.2167 |
|
8 |
0.2438 |
|
9 |
0.2708 |
|
10 |
0.2979 |
|
11 |
0.3250 |
|
12 |
0.3521 |
|
13 |
0.3792 |
|
14 |
0.4063 |
|
15 |
0.4333 |
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
|
0 |
54-10-6 |
59 10-6 |
МЮ4 |
58 1 О"4 |
35-1 О"4 |
37-10-3 |
34-10-3 |
58-10-3 |
0.012 |
0.023 |
|
1 |
М-104 |
58-Ю'4 |
35-Ю"4 |
57-10-3 |
34-1 О"3 |
58-Ю-3 |
0.012 |
0.023 |
0.047 |
0.094 |
|
2 |
26-10"4 |
52 Ю"4 |
50-1 О"3 |
01-10-3 |
12 1 О"3 |
0.013 |
0.026 |
0.053 |
0.106 |
0.211 |
|
3 |
351 О'4 |
57-Ю-3 |
34-1 0-3 |
58-10-3 |
0.012 |
0.023 |
0.047 |
0.094 |
0.188 |
0.376 |
|
4 |
161 о -3 |
32 Ю-з |
34 Ю-з |
59 10-3 |
0.018 |
0.037 |
0.073 |
0.147 |
0.293 |
0.587 |
|
5 |
50 10-3 |
И Ю-з |
32 10-3 |
0.013 |
0.026 |
0.053 |
0.106 |
0.211 |
0.423 |
0.845 |
|
6 |
16-1 о-3 |
33-10"3 |
36-1 О"3 |
0.018 |
0.036 |
0.072 |
0.144 |
0.288 |
0.575 |
1.150 |
|
7 |
34 10 "3 |
58 10-3 |
0.012 |
0.023 |
0.047 |
0.094 |
0.188 |
0.376 |
0.751 |
1.502 |
|
8 |
13-1 О3 |
27-1 0-3 |
0.015 |
0.030 |
0.059 |
0.119 |
0.238 |
0.475 |
0.951 |
1.901 |
|
9 |
34-10'3 |
59 10-3 |
0.018 |
0.037 |
0.073 |
0.147 |
0.293 |
0.587 |
1.174 |
2.347 |
|
10 |
1710-з |
0.011 |
0.022 |
0.044 |
0.089 |
0.178 |
0.355 |
0.710 |
1.420 |
2.840 |
|
11 |
32-10 3 |
0.013 |
0.026 |
0.053 |
0.106 |
0.211 |
0.423 |
0.845 |
1.690 |
3.380 |
|
12 |
18 10 -3 |
0.015 |
0.031 |
0.062 |
0.124 |
0.248 |
0.496 |
0.992 |
1.983 |
3.967 |
|
13 |
36-1 о-3 |
0.018 |
0.036 |
0.072 |
0.144 |
0.288 |
0.575 |
1.150 |
2.300 |
4.601 |
|
14 |
0.010 |
0.021 |
0.041 |
0.083 |
0.165 |
0.330 |
0.660 |
1.320 |
2.641 |
5.281 |
|
15 |
0.012 |
0.023 |
0.047 |
0.094 |
0.188 |
0.376 |
0.751 |
1.502 |
3.004 |
6.009 |
Рис. 2. Расчёт доз влияния звукового излучения D(p,τ) как функции давления р и экспозиции τ
Таблица величин доз звуковых воздействий D(p,τ) как значений функции давления p и времени τ (рис. 2, внизу) имеет два входа. Вход слева соответствует значениям давлений р, а вход сверху – значениям времени τ с указанными шагами счёта. К примеру, давлению р=рП=0,1354 Па и времени τ=Тр=8 ч соответствует доза D(p,τ)=0,147 Па2ч, причём с ростом этих величин доза воздействия тоже растёт, и наоборот (таблица относительных величин доз звуковых воздействий δD(p,τ) как значений функции давления p и времени τ, по причине её простого расчёта, не приведена).
Решая обратную задачу, можно получить несколько интересных результатов. Во-первых, рассчитанные значения доз звуковых воздействий D(p,τ) при заданных давлениях р приводят к возможности нахождения экспозиции t(p,d) в звуковом поле. На рис. 3 cверху слева в 3-D представлена система координат с линейной осью давления Ор (цена деления Ср=0,0271 Па/дел.), направленной вниз-вправо, логарифмической (по основанию 2) осью доз звуковых воздействий Od, направленной вправо, и вертикальной осью времени Ot как функ-
'(p ■ d ) = ^2 .
ции
Здесь также представлены:
горизонтальная тау-плоскость Т для экспозиции T p , зет-плоскость Z с постоянным давлением p П и тета-плоскость 0 с постоянным значением дозы D П . Те же поверхности приведены на рис. 3 сверху справа при их обзоре сверху. При этом ось доз звукового воздействия Od направлена вправо, ось давления Ор - вниз.
Светло-серая область определяет значения времени t(p, d)
t.T.z.e , t,T,z,®
Доля ?6>iKogo^P и мучения d, П а ■ ч
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
0 |
ОЮ-з |
3.0183 |
3.0367 |
3.0734 |
3.1467 |
3.2934 |
3.5868 |
1.1736 |
2.3473 |
4.6945 |
3.3890 |
|
0 |
|
|
0 |
0.0542 |
|
1 |
0.0813 |
|
2 |
0.1083 |
|
3 |
0.1354 |
|
4 |
0.1625 |
|
5 |
0.1896 |
|
6 |
0.2167 |
|
7 |
0.2438 |
|
8 |
0.2708 |
|
9 |
0.2979 |
|
10 |
0.3250 |
|
11 |
0.3521 |
|
12 |
0.3792 |
|
13 |
0.4063 |
|
14 |
0.4333 |
|
15 |
0.4604 |
|
16 |
0.4875 |
Ддбпднад р, Па Допустимое время. воздействия звукового излучышя i, ч
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
0 |
3.13 |
6.25 |
12.50 |
25.00 |
50.00 |
100.00 |
200.00 |
400.00 |
300.00 |
60 1 0э |
20 1 О3 |
|
1 |
1.39 |
2.78 |
5.56 |
11.11 |
22.22 |
44.44 |
88.89 |
177.78 |
355.56 |
711.11 |
42'1 О3 |
|
2 |
0.78 |
1.56 |
313 |
6.25 |
12.50 |
25.00 |
50.00 |
100.00 |
200.00 |
400.00 |
300.00 |
|
3 |
0.50 |
1.00 |
2 00 |
4 00 |
8.00 |
16.00 |
32.00 |
64.00 |
128.00 |
256.00 |
512.00 |
|
4 |
0.35 |
0.69 |
1 39 |
2.78 |
5.56 |
11.11 |
22.22 |
44.44 |
88.89 |
177.78 |
355.56 |
|
5 |
0.26 |
0.51 |
1.02 |
2.04 |
4.08 |
8.16 |
16.33 |
32.65 |
65.31 |
130.61 |
261.22 |
|
6 |
0.20 |
0.39 |
0.78 |
1.56 |
3.13 |
6.25 |
12.50 |
25.00 |
50.00 |
100.00 |
200.00 |
|
7 |
0.15 |
0.31 |
0.62 |
1.23 |
2.47 |
4.94 |
9.88 |
19.75 |
39.51 |
79.01 |
158.02 |
|
8 |
0.13 |
0.25 |
0.50 |
1 00 |
2.00 |
4.00 |
8.00 |
16.00 |
32.00 |
64.00 |
128.00 |
|
9 |
010 |
0.21 |
0.41 |
0.83 |
1.65 |
3.31 |
6.61 |
13.22 |
26.45 |
52.89 |
105.79 |
|
10 |
0.09 |
0.17 |
0.35 |
0.69 |
1.39 |
2.78 |
5.56 |
11.11 |
22.22 |
44.44 |
88.89 |
|
11 |
0.07 |
0.15 |
0.30 |
0.59 |
1.18 |
2.37 |
4.73 |
9.47 |
18.93 |
37.87 |
75.74 |
|
12 |
0.06 |
0.13 |
0.26 |
0.51 |
1.02 |
2.04 |
4.08 |
8.16 |
16.33 |
32.65 |
65.31 |
|
13 |
0.06 |
0.11 |
0.22 |
0.44 |
0.89 |
1.78 |
3.56 |
7.11 |
14.22 |
28.44 |
56.89 |
|
14 |
0.05 |
010 |
0.20 |
0.39 |
0.78 |
1.56 |
3.13 |
6.25 |
12.50 |
25.00 |
50.00 |
|
15 |
0.04 |
0.09 |
0.17 |
0.35 |
0.69 |
1.38 |
2.77 |
5.54 |
11.07 |
22.15 |
44.29 |
|
16 |
0.04 |
0.08 |
0.15 |
0.31 |
0.62 |
1.23 |
2.47 |
4.94 |
9.88 |
19.75 |
39.51 |
Рис. 3. Расчёт времени действия звукового излучения t(p,d) как функции давления р и получаемой дозы звука d
Таблица величин времени звуковых воздействий t(p,d) как значений функции давления p и дозы d (рис. 3, внизу) имеет два входа. Вход слева соответствует значениям давлений р, а вход сверху - значениям доз d с указанными шагами счёта. К примеру, давлению р=рП=0,1354 Па при дозе d=DП=0,1467 Па2ч соответствует экспозиция, как и следовало ожидать, t=Tp=8 ч, причём увеличение давления звука при постоянной дозе воздействия требует уменьшения экспозиции человека в звуковом поле, и наоборот; при постоянном же давлении доза пропорциональна экспозиции.
Во-вторых, противоположный подход, -по заданным значениям доз воздействия звука d и экспозиций т - приводит к расчёт давлений звукового поля как функции р(т,d). На рис. 4 сверху слева в 3-D представлена система координат с линейной осью давления Ор (цена деления Ср=0,0271 Па/дел.), направленной вниз-вправо, логарифмической (по основанию 2) осью доз звуковых воздействий Od, направленной вправо, и вертикальной осью времени Ot как функции t (p, d) =
d
V P p
. Здесь также представле- ны: горизонтальная тау-плоскость Т для экспозиции Tp, зет-плоскость Z с постоянным давлением pП и тета-плоскость Θ с постоянным значением дозы DП. Те же поверхности приведены на рис. 3 сверху справа при их обзоре сверху. При этом ось доз звукового воздействия Оd направлена вправо, ось давления Ор – вниз. Светло-серая область определяет значения времени t(p,d), по величине меньшие Tp, напротив, тёмно-серая область – значения времени воздействия t(p,d), бо́льшие Tp. Линия сечения поверхности t(p,d) тау-плоскостью T определяет экспозицию звукового воздействия как Тр. Зет-плоскость Z с постоянным давлением pП и тета-плоскость Θ с дозой DП представлены горизонтальной и вертикальной плоскостями, на графике они выделены, соответст- венно, широкими светлыми полосами.
Таблица величин времени звуковых воздействий t(p,d) как значений функции давления p и дозы d (рис. 4, внизу) имеет два входа. Вход слева соответствует значениям давлений р, а вход сверху – значениям доз с указанными шагами счёта. К примеру, давлению р = рП = 0,1354 Па при дозе d=DП=0,1467 Па2ч соответствует экспозиция t=8 ч, причём увеличение давления звука при постоянной дозе воздействия требует уменьшения экспозиции человека в звуковом поле, и наоборот; при постоянном же давлении доза пропорциональна экспозиции.
В-третьих, рассчитав давления, производимые звуком, можно оценить их уровни. По определению [12]
L(t,d) = 2lgр^, Б, (4) ро причём для восьмичасовой экспозиции τ=Тр=8 ч и предельно допустимом звуковом давлении р=рП=0,1354 Па, что соответствует предельно допустимой дозе d=DП=0,1467 Па2ч, получаем значение предельно допустимого уровня звукового давления L(Тр,DП)=LП=7,66 Б, звук на котором не вызывает деструктивных изменений в слуховом органе.
Дола jgyKQgozo u мучения d, IL
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
0 |
J0092 |
1.0183 |
1.0367 |
1.0734 |
1.1467 |
1.2934 |
1.5868 |
1.1736 |
2.3473 |
1.6945 |
1.3890 |
P,T,Z,®
P.T.Z.0
Экспозиция. t; ч Дадиднид p, Па
|
0 |
|
|
0 |
0.063 |
|
1 |
0.125 |
|
2 |
0.250 |
|
3 |
0.500 |
|
4 |
1.000 |
|
5 |
2.000 |
|
6 |
4.000 |
|
7 |
8.000 |
|
8 |
16.000 |
|
9 |
32.000 |
|
10 |
64.000 |
|
7 |
8.000 |
|
8 |
16.000 |
|
9 |
32.000 |
|
10 |
64.000 |
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
0 |
0.383 |
0.542 |
0.766 |
1.083 |
1.532 |
2.167 |
3.064 |
4.333 |
6.128 |
8.667 |
I 2.257 |
|
1 |
0.271 |
0.383 |
0.542 |
0.766 |
1.083 |
1.532 |
2.167 |
3.064 |
4.333 |
6.128 |
8.667 |
|
2 |
0.192 |
0.271 |
0.383 |
0.542 |
0.766 |
1.083 |
1.532 |
2.167 |
3.064 |
4.333 |
6.128 |
|
3 |
0.135 |
0.192 |
0.271 |
0.383 |
0.542 |
0.766 |
1.083 |
1.532 |
2.167 |
3.064 |
4.333 |
|
4 |
0.096 |
0.135 |
0.192 |
0.271 |
0.383 |
0.542 |
0.766 |
1.083 |
1.532 |
2.167 |
3.064 |
|
5 |
0.068 |
0.096 |
0.135 |
0.192 |
0.271 |
0.383 |
0.542 |
0.766 |
1.083 |
1.532 |
2.167 |
|
6 |
0.048 |
0.068 |
0.096 |
0.135 |
0.192 |
0.271 |
0.383 |
0.542 |
0.766 |
1.083 |
1.532 |
|
7 |
0.034 |
0.048 |
0.068 |
0.096 |
0.135 |
0.192 |
0.271 |
0.383 |
0.542 |
0.766 |
1.083 |
|
8 |
0.024 |
0.034 |
0.048 |
0.068 |
0.096 |
0.135 |
0.192 |
0.271 |
0.383 |
0.542 |
0.766 |
|
9 |
0.017 |
0.024 |
0.034 |
0.048 |
0.068 |
0.096 |
0.135 |
0.192 |
0.271 |
0.383 |
0.542 |
|
10 |
0.012 |
0.017 |
0.024 |
0.034 |
0.048 |
0.068 |
0.096 |
0.135 |
0.192 |
0.271 |
0.383 |
|
7 |
0.034 |
0.048 |
0.068 |
0.096 |
0.135 |
0.192 |
0.271 |
0.383 |
0.542 |
0.766 |
1.083 |
|
8 |
0.024 |
0.034 |
0.048 |
0.068 |
0.096 |
0.135 |
0.192 |
0.271 |
0.383 |
0.542 |
0.766 |
|
9 |
0.017 |
0.024 |
0.034 |
0.048 |
0.068 |
0.096 |
0.135 |
0.192 |
0.271 |
0.383 |
0.542 |
|
10 |
0.012 |
0.017 |
0.024 |
0.034 |
0.048 |
0.068 |
0.096 |
0.135 |
0.192 |
0.271 |
0.383 |
Рис. 4. Расчёт давления звукового излучения р(τ,d) как функции экспозиции τ и получаемой дозы звука d
Рис. 5 иллюстрирует расчёт уровней звукового давления как функции L(τ,δD) в зависимости от экспозиции человека в звуковом поле τ и, как это обычно принято [9], от относительной дозы δD. Здесь сверху слева соотношение (4) дано в 3D-представлении как функция L(τ,δD) двух аргументов – экспозиции τ и относительной дозы звукового воздействия δD, причём ось времени Оτ (с ценой деления С τ =1 ч/дел.), направлена вниз-вправо, логарифмическая (по основанию 2) ось относительных доз воздействия звукового излучения ОδD направлена вправо, ось уровней интенсивности звука OL (с ценой деления С L =5 Б) – вертикальна. Поверхность L(τ,δD), определяющаяся логарифмом функции р(τ,δD) с аргументом δD, изменяющимся с шагом степенной функции, вырождается в плоскость. Здесь, кроме этой плоскости L(τ,δD), представлены также:
тау-плоскость Т с фиксированным уровнем давления L
П
, тета-плоскость Θ с постоянным значением экспозиции Т
р
и зет-плоскость Z с фиксированной дозой звукового излучения D
П
. Те же поверхности приведены на рис. 5 сверху справа при их обзоре сверху. При этом ось доз звукового воздействия ОδD направлена вправо, ось давления Ор – вниз. Светло-серая область определяет значения уровней давлений L
l.t.z,@ UT.Z.O
Эксколыщя т ч
|
Отмсшпельняя. до.ГА JCl'KOgOZO |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
||||
|
0 |
0.063 |
0.125 |
0.250 |
0.500 |
1.000 |
2 000 |
4.000 |
8 000 |
6.000 |
52.000 |
54.000 |
||||
|
5D, % |
Уроюю >бтко<уого da стыкая £, 5м (5/ |
||||||||||||||
|
5D = |
0 |
L = |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
||
|
0 |
6.25 |
0 |
8.564 |
8.263 |
7.962 |
7.661 |
7.360 |
7 059 |
6.758 |
6.457 |
6.156 |
5.855 |
5.554 |
||
|
1 |
12.50 |
1 |
8.865 |
8.564 |
8.263 |
7.962 |
7.661 |
7.360 |
7.059 |
6.758 |
6.457 |
6.156 |
5.855 |
||
|
2 |
25.00 |
2 |
9.166 |
8.865 |
8.564 |
8.263 |
7.962 |
7.661 |
7.360 |
7 059 |
6.758 |
6.457 |
6.156 |
||
|
3 |
50.00 |
3 |
9.467 |
9.166 |
8.865 |
8.564 |
8.263 |
7 962 |
7.661 |
7 360 |
7.059 |
6.758 |
6.457 |
||
|
4 |
100.00 |
4 |
9.769 |
9.467 |
9.166 |
8.865 |
8.564 |
8 263 |
7.962 |
7.661 |
7.360 |
7.059 |
6.758 |
||
|
5 |
200.00 |
5 |
0.070 |
9.769 |
9.467 |
9.166 |
8.865 |
8.564 |
8.263 |
7.962 |
7.661 |
7.360 |
7.059 |
||
|
6 |
400.00 |
6 |
0.371 |
0.070 |
9.769 |
9.467 |
9.166 |
8.865 |
8.564 |
8.263 |
7.962 |
7.661 |
7.360 |
||
|
7 |
800.00 |
7 |
0.672 |
0.371 |
0.070 |
9.769 |
9.467 |
9.166 |
8.865 |
8.564 |
8.263 |
7.962 |
7.661 |
||
|
8 |
1 600.00 |
8 |
0.973 |
0.672 |
0.371 |
0.070 |
9.769 |
9.467 |
9.166 |
8.865 |
8.564 |
8.263 |
7.962 |
||
|
9 |
3200.00 |
9 |
1.274 |
0.973 |
0.672 |
0.371 |
0.070 |
9 769 |
9.467 |
9.166 |
8.865 |
8.564 |
8.263 |
||
|
10 |
6400.00 |
10 |
1.575 |
1.274 |
0.973 |
0.672 |
0.371 |
0.070 |
9.769 |
9.467 |
9.166 |
8.865 |
8.564 |
||
Рис. 5. Расчёт уровней давления звукового излучения L(δD,τ) как функции относительных доз звука δD и экспозиции τ
Таблица значений уровней звуковых давлений L(τ,δD) как функции экспозиции τ и относительных доз δD (рис. 5, внизу) имеет два входа. Вход слева соответствует значениям относительных доз δD, а вход сверху – значе- ниям экспозиций τ с указанными шагами счёта. К примеру, относительной дозе δD=100% при экспозиции τ=Тр=8 ч соответствует уровень звуковых давлений L=7,661 Б, равный, как и следовало ожидать, предельно допустимому уровню давления LП, причём увеличение давления звука при постоянной дозе воздействия требует уменьшения экспозиции человека в звуковом поле, и наоборот; при постоянном же давлении доза пропорциональна экспозиции.
-
3. Количественная оценка психофизических феноменов в дозиметрии звука. Последний результат имеет и ещё одно важное, психофизическое, приложение как решение, регламентирующее поведение человека в звуковом поле. На стандартной частоте f c =1 кГц соотношение (4) может определять уровни громкости звукового сигнала Е(τ,d) или Е(τ,δD), в фонах (декафонах). С помощью закона Вебера-Фехнера на стандартной частоте это достигается декларативным равенством
Е(τ,δD), декафон = L(τ,δD), Б, (5)
т.е.
E ( т , SD ) = 2lg р( т ,^ , (6) р о
– громкость, которую орган слуха может выдержать комфортно и без ущерба для своей полнофункциональной работы длительное время. Ввиду равенства уровней звуковых давлений и громкости тонов на стандартной частоте расчёт последней величины не приводится. Но в качестве примера поясним, что на этой частоте предельно допустимая громкость тонов (предельно допустимый уровень громкости тонов) составляет, как и ожидалось, Е П =7,661 декафон = 76,61 фон.
И, наконец, представим ещё один психофизический результат. Полагая дозу воздействия звукового излучения постоянной, например, предельно допустимой D П , можно рассчитать длительность экспозиции человека t в этом поле при различных звуковых давлениях p (уровнях звуковых давлений L).
Поза звукового излучения Щал
|
4 |
|
|
0 |
0.147 |
Относительная доза звукового излучения, SD. %
|
4 |
|
|
0 |
100.0 |
Рис. 6. Расчёт предельной экспозиции человека в звуковом поле t(d) или t(δD) как функции давления звукового излучения р для предельной дозы d или предельной относительной дозы δD звука
Такой расчёт представлен на рис. 6. В левой его части приведён график функции t(p) = I Dn и прямые для t=Tp и р=рП, штрихов-р кой показана область тех значений р и t, для которых t Рассматриваемая концепция теоретических принципов дозиметрии звука, являясь физиологически и биофизически аргументированной, решает многие практические задачи. Возвратимся к рис. 1. На врезке (в) представлены уже знакомые графики g(L), G(L) и p(L). Нижняя горизонтальная пунктирная линия отмеряет на графике g(L) для L=Lc=5 Б давление gП=g(Lc)=2,215610.10-4Па. Вертикальная линия для L=Lc=5 Б на пересечении с прямой G(L) даёт давление pП=0,1354 Па, горизонтальная пунктирная линия с этим значением в пересечении с графиком p(L) устанавливает предельный уровень звукового давления, которому человек может подвергаться в течение рабочей смены L=LП=7,661 Б. укорочение экспозиции до 1 часа может сопровождаться повышение давления G(L) до 0,383 Па (диапазон этого увеличения отмечен светло-серой полосой), при таком сокращении экспозиции допустимый уровень звукового давления возрастает до 8,564 Па (диапазон увеличения уровней звукового давления отмечен тёмно-серой полосой). И всё же главный итог предлагаемой концепции научных принципов дозиметрии звука заключается в аргументированном обосновании и расчёте предельных значений характеристик звукового излучения, действующего на человека. Кроме сравнительного анализа полученных данных, рекомендованных ВОЗ [1] и принятых в России по ГОСТ, СН и СанПиН [2, 9, 11] (не в пользу последних), данная концепция становится основой для расчёта и других параметров, определяющих энергетическое воздействие звука на человека. Так оказывается возможным расчёт – давлений р(τ,DП) как функции экспозиции τ и предельно допустимой дозы DП, – экспозиции τ(DП,L) как функции предельно допустимой дозы DП и уровней звукового давления L, – предельно допустимых доз DП(τ,L) как функции экспозиции τ и уровней звукового давления L и др. Вывод: используя физиологический, био- и психофизический подходы к механизмам восприятия звукового давления, научно обоснован метод определения предельно допустимых доз звукового воздействия, предельно допустимых звуковых давлений, предельно допустимых уровней звуковых давлений и санитарных норм экспозиции человека в звуковом поле на стандартной частоте 1000 Гц.
Список литературы Нормативы и регламенты воздействия звука на слух человека: рекомендации в соответствии с научными основами дозиметрии звука
- Гигиенические критерии состояния окружающей среды. 12. Шум. Всемирная организация здравоохранения, Женева, 1983. -М.: Медицина, 1984. 156 с.
- Защита от шума. СПиП 23-03-2003. -М.: ГК РФ по строительству и жилищно-ком. комплексу, 2004. 12 с.
- Каспаров, А.А. Гигиена труда и промышленная санитария/А.А. Каспаров -М.: Медицина, 1981. 368 с.
- Макаров, В.А. Физиология. Основные законы, формулы, уравнения/В.А. Макаров. -М.: Изд. дом ГЕОТАР-МЕД, 2001. 112 с.
- Мучин, П.В. Безопасность жизнедеятельности/П.В. Мучин. -Новосибирск: СГТА, 2003. 273 с.
- Пат. № 2184485 Российская Федерация. МПК7 А61В5/12. Способ установления координатного распределения внутренних волосковых клеток на базилярной пластинке периферического отдела слухового анализатора человека.//Е.Л. Овчинников, Н.В. Ерёмина, Н.Ю. Хохлова, заявители и патентообладатели, заявл. 05.01.2000, опубл. 10.04.2002. Бюлл. № 19, 2002. С. 149.
- Пат. № 2248752 Российская Федерация. МПК7 А61В5/12. Способ определения громкости тонов для произвольной частоты звуков по Е.Л.Овчинникову с учетом закона Вебера-Фехнера.//Е.Л. Овчинников, заявитель и патентообладатель, заявл. 12.03.03, опубл. 27.03.05. Бюлл. № 9, 2005. 26 с.
- Кириллов, В.Ф. Руководство к практическим занятиям по гигиене труда/В.Ф. Кириллов. -М.: Медицина, 2001. 400 с.
- Система стандартов безопасности труда. Шум. Общие требования безопасности. ГОСТ 12.1.003-83. -М.: Изд. стандартов, 1983. 12 с.
- Альтман, Я.А. Физиология сенсорных систем/Я.А. Альтман. -СПб.: Паритет, 2003. 352 с.
- Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки. СН 2.2.4/2.1.8.562-96. -М.: МЗ РФ, 1997. 14 с.
- Яворский, Б.М. Справочник по физике/Б.М. Яворский, А.А. Детлаф. -М.: Наука, 1990. 624 с.
- Fernandez, C. The innervation of the cochlea (guinea pig.)//Laryngoscope, 1951, v. 61. P. 1152-1172.
- Lim, D.J. Fine morphology of the tectorial membrans: Its relationship to the organ of Corti//Arch. Otol. 1972. V. 96. P. 199-215.
