Индивидуальная защита слуха: пассивные средства защиты и "антизвук"

Оказывается, термин «шум» происходит от немецкого определения оглушительного грохота и воинственных криков. Дело в том, что в этом языке слово «Larm» является производным от итальянского «all’arme» (дословно – «к оружию!»). Современный же термин «шум» определяется как нежелательный звук, который может провоцировать беспокойство и даже наносить вред здоровью.

Известный бактериолог Роберт Кох еще в 1910 году сказал: «Настанет день, когда человечество будет бороться с шумом так же непримиримо, как с холерой и чумой». Какие мудрые слова! Сегодня шум в виде «слышимого мусора» относится к числу главных факторов загрязнения окружающей среды. В течение десятков лет этот факт вынуждает государства разрабатывать законы и руководства, которые должны заложить правовые основы для достаточной индивидуальной защиты слуха. Например, в ФРГ вместе с профсоюзами было принято постановление «Правила техники безопасности при шуме». Существуют и соответствующие европейские директивы, которые с 6 марта 2007 года принимаются в качестве национальных законов.

• Нижний порог предельно допустимого уровня Lex,8h= 80 дБ (А), или Lpc,peak= 135 дБ (С).
• Верхний порог предельно допустимого уровня Lex,8h= 85 дБ (А), или Lpc,peak= 137 дБ (С).

Что под этим подразумевается для индивидуальной защиты слуха от шума? В зависимости от того, достигает ли оно нижнего или верхнего предельного уровня или даже превышает его, работодатель должен позаботиться о мероприятиях, которые как можно сильнее снижали бы шумовую нагрузку для сотрудников с учетом технических требований.

Если уровень воздействия превышает значение 80 дБ (А), то возникает шумовая зона, и работодатель обязан предложить средства индивидуальной защиты слуха. Если уровень достигает или превышает 85 дБ (А), то речь идет о шумовой зоне с обязанностью маркировки. Т.е. такие места нужно обязательно обозначать предупреждающими знаками «Использовать средства защиты слуха» (Рис. 1).

Пассивные средства индивидуальной защиты слуха

• Вставные средства (в том числе индивидуально изготовленные).
• Накладные наушники, в том числе укрепленные на шлеме (Рис. 2).
• Защитные шлемы (Рис. 2).
• Защитные костюмы.

Разумеется, степень звукоизоляции зависит от частоты. На высоких частотах она особенно высока и может превышать значение в 40 дБ. На низких частотах она ослабевает и может упасть до 20 дБ и менее.

Накладные наушники имеют большие коэффициенты звукоизоляции, прежде всего в области высоких и средних частот. На низких наушники сталкиваются с ограничениями, имеющими чисто физические основы. Здесь не помогают даже специальные амбушюры наушников, наполненные жидкостью. Заметное улучшение звукоизоляции в низкочастотном диапазоне предлагают наушники, снабженные активной электронной звукоизоляцией посредством «антизвука».

Принципиальная разница между звукоизоляцией вставных средств и накладных наушников заключается в следующем: даже если звукоизоляция вставных средств и накладных наушников, измеренная с помощью технических средств, имеет одну и ту же величину, звукоизоляция наушников значительно превосходит эффект от использования антифонов. Причина этому явлению – особенности костного звукопроведения. Давно известно, что значительную часть низкочастотного звука мы воспринимаем по костному звукопроведению. Чем больше закрыта поверхность черепа, например, двумя большими амбушюрами наушников, тем меньше звука воздушного проведения достигает черепа. А потому особенно хорошую защиту от приема звука костями черепа обеспечивают именно защитные шлемы (Рис. 2).

Активная защита с помощью «антизвука»

Принципиальная конструкция первых практических вариантов акустически открытых и акустически закрытых наушников с активной компенсацией шума приведена на Рис. 6. В обоих вариантах поступающий снаружи уровень звукового давления pn(t): 1) pn(t) = pn х cos ωt принимается маленьким электретным микрофоном М, усиливается и с той же самой амплитудой, но противоположной фазой как уровень звукового давления pc(t) 2) pc(t) = -p х cos(ωt + Δ) генерируется телефоном Е перед слуховым проходом, где путем наложения происходит если и не полная нейтрализация, то очень сильное снижение остаточного шума. Даже при очень низких частотах уровень шума можно снизить более чем на 20 дБ. Величина Δ в уравнении (2) дает остаточную фазовую ошибку, от которой, в конечном счете, и зависит величина достигнутого снижения уровня.

Рис. 7. Первое применение активного подавления шума в головных гарнитурах пилотов пассажирских самолетов в 1980-е годы. Здесь использовались наушники с акустически открытыми чашечками. Выше микрофонного шарнира хорошо видно отверстие для входа звука компенсационного микрофона. Особенно хорошую степень индивидуальной защиты слуха обеспечивают закрытые амбушюры наушников согласно принципу, представленному на рис. 6b. В области средних и высоких частот при закрытой конструкции достигается максимально высокая пассивная звукоизоляция, в то время как генерируемый электроникой противофазный звук распространяет звукоизоляцию в область низких частот. Взаимодействие активной и пассивной звукоизоляции дает достаточно равномерное подавление шума во всей слышимой области. Высокое суммарное приглушение во всем частотном диапазоне возникает благодаря сочетанию активной системы и без того хорошей пассивной звукоизоляции амбушюрами наушников для высоких и средних частот. Активная система принимает на себя низкочастотный диапазон.

В самом начале применения наушников и головных гарнитур с активным подавлением шума электронная часть пока еще была аналоговой. Первыми использовать головные гарнитуры начали пилоты пассажирских самолетов (Рис. 7). Чтобы активная компенсация шума не влияла на передачу радиосигналов, специально для этой цели было предусмотрено надежное электронное разделение компенсирующего сигнала и речевого радиосигнала.