Проблемы шума в городах и человек

Долгое время шум считали неизбежным злом цивилизации, побочным продуктом технического прогресса, бурного развития техники, автоматизации, механизации, роста транспорта. И мало кто предполагал, что он достигнет таких уровней, которые будут не безразличны для организма человека.

Восприятие звука. В основе возникновения шума (как и звука) лежат механические колебания упругих тел. В слое воздуха, непосредственно примыкающем к поверхности колеблющегося тела, возникают сгущения (сжатия) и разрежения. Эти сжатия и разрежения чередуются во времени и распространяются в стороны в виде упругой продольной волны. Последняя достигает нашего уха и вызывает вблизи него периодические колебания давления, которые воздействуют на слуховой анализатор.

Ухо человека воспринимает в виде звука колебания, частота которых лежит в пределах от 17 до 20 тыс. Гц. С физиологической точки зрения различают низкие, средние и высокие звуки. Колебания охватывают большой диапазон частот: от 1 до 16 Гц - инфразвуковые, от 16 до 20 тыс. Гц - звуковые и выше 20 тыс. Гц ─ ультразвуковые колебания. Область слышимых звуков, т. е. граница наибольшей чувствительности уха, заключенная между порогом слышимости и болевым порогом, равна 130 дБ А.

Звуки, которые мы слышим каждый день, очень разнообразны. Звуки, издаваемые гармонически колеблющимся телом, называют музыкальным, тоном. Музыкальные тоны отличаются на слух громкостью и высотой. Громкость звука определяется амплитудой колебаний. Чувствительность нашего уха зависит от частоты звука. Звуковые колебания одинаковых амплитуд не кажутся нам одинаково громкими, если частоты их различны. Высота звука определяется частотой колебания. Для музыкального тона соответствует определенная частота колебания, а следовательно, и определенная высота звука.

В шуме присутствуют колебания всевозможных частот.

Принято делить шумы на низкочастотные (ниже 350 Гц), среднечастотные (от 350 до 800 Гц) и высокочастотные (выше 800 Гц).

При малой частоте колебаний звук воспринимается как низкий, при большой частоте ─ как высокий. По закону резонанса различные по высоте звуки вызывают колебания различных по длине волокон основной мембраны улитки,

Высокие звуки оказывают более неблагоприятное действие на слух и на весь организм человека, чем низкие, поэтому и шум, в спектре которого преобладают высокие частоты, более вреден, чем шум с низкочастотным спектром.

Огромный диапазон восприятия звуков объясняется способностью человеческого слуха реагировать не на абсолютный, а на относительный прирост громкости звука. Это означает, что физиологическое ощущение одинаковых приростов громкости возникает при изменении силы звука не на одинаковое количество единиц, а в одинаковое число раз. Так, изменение звукового давления в 10 раз (от 1 до 10 бар, от 10 до 100 бар и т. д.) воспринимается как одинаковый прирост громкости. То же самое происходит и при восприятии частоты колебаний. Наш слух обладает способностью одинаково реагировать не на абсолютные приросты частоты, а на относительные ее изменения. Так, увеличение любой частоты вдвое всегда приводит к ощущению повышения тона на определенную величину, называемую октавой.

С учетом указанных свойств слуха установлена логарифмическая шкала для измерения уровня звукового давления шума. Каждая ступень этой шкалы, соответствующая изменению интенсивности шума в 10 раз, называется белом. Так, если интенсивность одного звука больше интенсивности другого в 10 раз, считают, что второй звук больше первого на один бел, если в 100 раз ─ на 2 бела, в 10 000 раз - на 4 бела и т. д.

Практически оказалось более удобным пользоваться единицей, которая в 10 раз меньше бела, ─ децибелом (дБ). Весь диапазон слышимых звуков укладывается в 140 дБ. Нормируемыми параметрами постоянного или прерывистого шума являются уровни среднеквадратических звуковых давлений (дБ) в октавных полосах с частотой 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц. Для ориентировочной оценки пользуются суммарным уровнем звука, измеряемым по шкале А шумомера (дБ А).

Шум листвы и мерный шелест морского прибоя соответствуют примерно 20 дБ А; телевизор, работающий с умеренной громкостью, дает около 70 дБ А, мотоцикл обрушивает на нас уже 110 дБ А, а отбойный молоток во время дорожных работ — 120 дБ А.

Основные источники шума в городе. Основные источники шума в городе - автотранспорт, рельсовый и воздушный транспорт, промышленные предприятия.

Автотранспорт. Наибольшие уровни шума отмечаются на магистральных улицах городов. Средняя интенсивность движения достигает 2000-3000 транспортных единиц в час и больше, а максимальные уровни шума ─ 90-95 дБ А (Осипов Г. Л., 1977).

Шумовые характеристики транспортных потоков в первую очередь определяются назначением улицы:

Шумовая характеритика

Категория улиц и дорог транспортного потока, Уровни звука, дБ А

Скоростные дороги - 87

Магистральные улицы общегородского значения с непрерывным движением - 85

Магистральные улицы общегородского значения с регулируемым движением - 82

Магистральные улицы районного значения - 81

Магистральные дороги с грузовым движением - 84

Дороги промышленных и коммунально-складских районов - 81

Уровень уличных шумов определяется интенсивностью, скоростью и характером (составом) транспортного потока. Кроме того, уровень уличных шумов зависит от планировочных решений (продольный и поперечный профиль улиц, высота и плотность застройки) и таких элементов благоустройства, как покрытие проезжей части и наличие зеленых насаждений. Каждый из этих факторов способен изменить уровень транспортного шума до 10 дБ.

В промышленном городе обычен высокий процент грузового транспорта на магистралях. Увеличение в общем потоке автотранспорта грузовых автомобилей, особенно большегрузных с дизельными двигателями, приводит к росту уровней шума. В целом грузовые и легковые автомобили создают на территории городов тяжелый шумовой режим. Шум, возникающий на проезжей части магистрали, распространяется не только на примагистральную территорию, но и в глубь жилой застройки.

Практикуется два метода ослабления шумового воздействия на среду обитания: а) снижение скорости движения транспортных средств, улучшение регулировки уличного потока, запрещение движения для отдельных видов автомобилей по определенным трассам и в определенное время суток, улучшение звукоизоляции зданий и сооружение противошумовых экранов вдоль скоростных автотрасс; б) совершенствование ходовой и моторной частей транспортных средств.

Рельсовый транспорт. Повышение скорости движения поездов также приводит к значительному росту уровня шума в жилых зонах, расположенных вдоль железнодорожных путей или близ сортировочных станций. Максимальный уровень звукового давления на расстоянии 7,5 м от движущегося электропоезда достигает 93 дБ А, от пассажирского ─ 91, от товарного состава ─ 92 дБ А. При скорости 35 км/ч электропоезд создает шум в 82 дБ А; 43 км/ч ─ 84; при 55 км/ч уровень звука увеличивается до 89 дБ А.

Максимальные уровни шума на границе жилой застройки при разрывах 50-100 м, допускаемых СНиП 11-60-75, составляют 62-72 дБ А и вызывают жалобы населения в 70-90% случаев.

Уровни шума при движении поездов на открытых линиях метрополитена при интенсивности 20-30 пар/ч достигают 70 дБ А, при 40 пар/ч и более 75-80 дБ А.

Шум, возникающий при прохождении электропоездов, легко распространяется на открытой территории. Наиболее значительно звуковая энергия снижается на расстоянии первых 100 м от источника (в среднем на 10 дБ А). На расстоянии 100-200 м снижение шума равно 8 дБ А, а на расстоянии от 200 до 300 м ─ всего на 2-3 дБ А. При удалении на 300 м от железнодорожных путей уровень шума лишь приближается к фоновым. Основной источник железнодорожного шума ─ удары вагонов при движении на стыках и неровностях рельсов.

Движение тепловозов, товарных составов, диспетчерская связь, сигналы локомотивов также могут быть причиной нарушения акустического режима на территории жилых кварталов.

Из всех видов городского транспорта наиболее шумный трамвай. Стальные колеса трамвая при движении по рельсам создают уровень шума на 10 дБ выше, чем колеса автомобиля при соприкосновении с асфальтом. Трамвай создает шумовые нагрузки при работе двигателя, открывании дверей, подаче звуковых сигналов. Высокий уровень шума от движения трамвая - одна из основных причин сокращения трамвайных линий в городах. Однако трамвай обладает и целым рядом преимуществ, поэтому при снижении создаваемого им шума он может выиграть в соревновании с другими видами транспорта. На Рижском вагоностроительном заводе создан вагон типа РВЗ-7, на котором применена пневматическая подвеска кузова, амортизирован пол. Эти меры позволили снизить структурную составляющую шума. Трамвай стал значительно тише благодаря эластичным элементам в колесах, балансировке роторов двигателей и другим изменениям в его конструкции и технологии изготовления.

Снижению уровня трамвайного шума может способствовать улучшение состояния трамвайных путей, а также изменения в конструкции самого вагона (применение экранирующих шум фальшторбов со звукопоглотителями, закрывающими колеса, и др.). Ведутся поиски эффективного способа демпфирования колес трамвайного вагона. Определенный эффект может быть получен и от создания малошумного оборудования.

Воздушный транспорт. Значительный удельный вес в шумовом режиме многих городов занимает воздушный транспорт. Нередко аэропорты гражданской авиации оказываются расположенными в непосредственной близости от жилой застройки, а воздушные трассы проходят над многочисленными населенными пунктами.

Авиационный шум оказывает существенное влияние на шумовой режим территории в окрестностях аэропортов. Уровень шума зависит от направления взлетно-посадочных полос и трасс пролетов самолетов, интенсивности полетов в течение суток, сезонов года, от типов самолетов, базирующихся на данном аэродроме, и т. д. При круглосуточной интенсивной эксплуатации аэропортов эквивалентные уровни звука на жилой территории достигают в дневное время 80 дБ А, в ночное ─ 78 дБ А, максимальные уровни колеблются от 92 до 108 дБ А. В некоторых городах по уровням создаваемого шума и общей площади зашумленности территории воздушный транспорт занимает первое место среди всех источников шума. Крайне неблагоприятные акустические условия для населения складываются при расположении аэропорта в черте города или на близком расстоянии от него.

Одно из основных направлений решения общей проблемы снижения авиационного шума - снижение его в источнике образования. Авиационная промышленность всех стран, уделяя большое внимание проблеме снижения шума, создает новые самолеты с более низкими уровнями шума. Существующая комплексная программа снижения авиационного шума направлена преимущественно на снижение шума силовой установки самолета.

Более сложная задача ─ снижение шума реактивных самолетов ранних выпусков.

Можно снизить шум, не меняя двигателя. Основные источники шума турбовентиляторных двигателей ─ вентилятор и реактивная струя. Для снижения их уровня шума применяются акустическая обработка мотогондол и двигателей в сочетании с шумоглушащими соплами и заменой вентиляторов. Звукопоглощающая облицовка позволяет без значительных затрат снизить шум вентилятора, особенно при заходе на посадку.

В гражданской авиации, чтобы снизить уровень шума, используются специальные приемы пилотирования при взлете и посадке, более крутые траектории полета, низкие режимы работы двигателей. Увеличение высоты входа в посадочную глиссаду приводят к снижению шума на 10-15%.

Между жилой застройкой и границами аэропортов должны выделяться санитарно-защитные зоны, размер которых зависит от допустимых уровней авиационного шума, класса аэропорта, интенсивности движения и типов самолетов. Санитарно-защитные зоны рассчитываются согласно “Указаниям по ограничению застройки окрестностей аэропортов” из условий шума, создаваемого самолетами гражданской авиации.

Для рационального использования территории в окрестностях аэропортов предлагается выделять три зоны с различной степенью акустического благоустройства.

В первой зоне с повышенными уровнями шума, прилегающей к границам аэродромов и аэропортов, могут размещаться только промышленные и коммунально-складские предприятия, для которых авиационный шум не нарушает нормативных требований по ограничению шума на рабочих местах согласно “Гигиеническим нормам допустимых уровней звукового давления и уровней звука на рабочих местах” № 1004-73 и “Санитарным нормам по проектированию промышленных предприятий” № 245-71.

Во второй зоне допускается строительство промышленных предприятий, административно-общественных зданий и в отдельных случаях жилых зданий с повышенной звукоизоляционной способностью ограждающих конструкций.

В третьей зоне разрешается жилое строительство без ограничений. Вблизи границ зоны строительство лечебно-профилактических, детских и оздоровительных учреждений не рекомендуется.

Для снижения наземного шума рекомендуется максимально удалять места стоянок самолетов и опробования двигателей от границ жилой застройки, использовать обязательную буксировку самолетов на перроне. Рациональное планировочное размещение административно-служебных зданий аэродромной службы, применение шумозащитных экранов в значительной степени способствуют снижению шума на прилегающей территории.

Промышленные предприятия. Источником значительного шума в жилых кварталах городов являются промышленные предприятия. Нарушение акустического режима отмечается в случаях, когда их территория непосредственно примыкает к жилым массивам. Изучение промышленного шума показало, что по характеру звучания он постоянный и широкополосный. Наиболее значительные уровни наблюдались на частотах 500-1000 Гц, т. е. в зоне наибольшей чувствительности органа слуха. Это свидетельствует о необходимости проведения мероприятий по нормализации акустического режима в районах размещения данных объектов.

В производственных цехах устанавливается большое количество разнотипного технологического оборудования. Так, ткацкие цехи могут быть охарактеризованы уровнем звука 90-95 дБ А, механические и инструментальные ─ 85-92, кузнечно-прессовые ─ 95-105, машинные залы компрессорных станций ─ до 95-100 дБ А. Расчетные уровни звука промышленных предприятий (по Карагодиной И. Л., 1979) приведены ниже:

Тип предприятий Уровни, звука, дБА

Мотороиспытательные станции, клепально-штамповочные цехи 110

Предприятия промышленности:

металлургической и металлообрабатывающей 100

домостроительной и деревообрабатывающей 90

пищевой и химической 85

полиграфической, швейной, ткацкой и трикотажной 80

Компрессорные станции 85

Создаваемый предприятиями шум в значительной мере зависит от эффективности мероприятий по шумоглушению. Так, даже крупные вентиляционные установки, компрессорные станции, различные мотороиспытательные стенды могут быть оборудованы шумоглушащими устройствами различной эффективности. Предприятия могут иметь наружные ограждения, обладающие различной звукоизоляцией, что влияет на интенсивность шума, распространяющегося на прилегающую территорию.