Общие сведения о шуме и единицах его измерения

 

Шум - беспорядочное сочетание звуков различной силы и частоты. Звук - волнообразное коле­бательное движение тел, передающееся через упругую среду: газ, воздух, жидкость, твердые тела. Продолжи­тельный шум вызывает у человека головную боль, голо­вокружение, а также может привести к заболеванию нервной и сердечно-сосудистой систем, к развитию тугоухости и нарушению функций желудочно-кишечного тракта и обменных процессов в организме.

У лиц, работающих в условиях постоянного шума, наблюдаются повышенная утомляемость, замедленная скорость психических реакций, снижение памяти. Кроме того, шум нарушает концентрацию внимания, точность и координацию движений, ухудшает восприятие звуковых и световых сигналов опасности и поэтому яв­ляется вредным фактором, способствующим росту трав­матизма.

Человеческое ухо воспринимает звуки с частотами от 16 до 20000 Гц. Инфразвуки (до 16 Гц) и ультразву­ки (более 20 000 Гц) человек не воспринимает органами слуха.

Синусоидальное распределение звуковых волн сопро­вождается изменением давления воздуха в различных точках воздушной среды. Отклонение результирующего давления воздуха, создаваемого звуковой волной, от ат­мосферного называется звуковым давлением, которое из­меряется в Паскалях (1 Па = 1 Н/м²). Ухо человека на­чинает воспринимать изменение звукового давления от P_0*10^-5 Па, это - порог слышимости. Звуковое дав­ление, равное 2-10² Па, - порог болевого ощущения. По­рог слышимости определяется при частоте 1000 Гц и ин­тенсивности звука I₀= 10^-12 Вт/м². Интенсивностью звука называется количество звуковой энергии, переносимое звуковой волной за 1 с через площадку в 1 м², перпенди­кулярную распространению звука.

Величина звукового давления от порога слышимости до порога болевого ощущения изменяется в 10⁸ раз, а интенсивность звука - в 10¹² раз. Однако такой большой диапазон изменения звукового давления и интенсивности звука не оказывает отрицательного влияния на организм человека, так как его ощущения при восприятии звука пропорциональны не абсолютному, а логарифмическому изменению энергии звукового раздражителя, т. е. ухо воспринимает не абсолютное изменение звукового дав­ления и интенсивности звука, а их относительный при­рост или уменьшение.

Указанная физиологическая особенность слухового аппарата человека позволяет избежать неудобства, свя­занные с оперированием большими числами, характери­зующими шум, путем использования для оценки его уровня логарифмических величин.

Уровень L₁интенсивности звука при пороге слыши­мости I₀= 10^-12 Вт/м² условно принят за «0» бел (Б). При возрастании интенсивности звука в 10 раз I= 10^-11 Вт/м², а I₁ = 1Б;в 100 раз I= 10^-10 Вт/м², а L₁ = 2Б; в 1000 раз I=10^-9 Вт/м², а L₁ = ЗБ, и т.д.

Ухо человека способно фиксировать изменение уров­ня интенсивности звука на 0,1 Б, т. е. на 1 децибел (дБ).

Таким образом, если использовать логарифмическую шкалу, то уровень звука интенсивностью I=10^-8 Вт/м² будет равен:

L₁= lg 10^-8/10^-4 = lg 10⁴ = 4 дБ (8.1)

 

Следовательно, уровень интенсивности звука рассчиты­вается по формуле:

L₁ =10 lg (I/I₀), дБ, (8.2)

 

где: I и I₀- фактическая и пороговая интенсивности звука соответ­ственно,

Уровень звукового давления:

L_д= 10 lg(P²/P²₀) = 20 lg(P/P₀) , дБ, (8.3)

где: P и P₀— фактическое и пороговое звуковое давление соответст­венно.

Нетрудно видеть, что уменьшение уровня шума опре­делится по формуле:

L₁- L₂ = 20 lg (P₁/P₀) – 20 lg (P₂/P₀) = 20 lg (P₁/P₂) = 10 lg (I₁/I₂), дБ. (8.4)

 

Например, если шум машины удастся снизить по ин­тенсивности в 1000 раз, то уровень интенсивности умень­шится на:

L₁ - L₂ = 10 lg 1000 = 30 дБ, (8.5)

Суммарный уровень звукового давления L, создавае­мый несколькими источниками звука с одинаковым уров­нем звукового давления L_i, рассчитывается по формуле:

L = L_i + 10lgn_ш, дБ, (8.6)

где: n_ш - число источников шума с одинаковым уровнем звукового давления.

Если шум создают два одинаковых источника шума, то в соответствии с формулой (8.6) их суммарный шум на 3 дБ больше, чем каждого из них в отдельности.

Таким образом, шум, генерируемый несколькими ис­точниками, воспринимается человеком как сумма его уровней, а не интенсивностей.

Суммарный уровень звукового давления нескольких различных источников звука определяется по формуле:

L = 10lg(10^L1/10+ 10 ^L2/10+... + 10 ^Ln/10) (8.7)

где: L₁, L₂,…, L_n - уровни звукового давления, создаваемые каждым из источников звука в исследуемой точке пространства.

Чувствительность слухового аппарата человека к зву­кам различной частоты различна. В связи с этим введена еще одна единица измерения звука, которая характери­зует его громкость. Громкость звука измеряется в фонах. Один фон - громкость звука при частоте 1000 Гц и уров­не интенсивности в 1 дБ. На частоте 1000 Гц уровни громкости приняты равными уровням звукового дав­ления.

На рисунке 8.1 показаны кривые равной громкости звуков различной частоты. Из него видно, что наиболь­шей чувствительностью наше ухо обладает на частотах 800...4000 Гц, а наименьшей - 20...100 Гц.

Обычно шум формируется при совместном действии многих источников звуков различной интенсивности и ча­стоты.

В силу сложности процесса сложения звуковых коле­баний, амплитуды интенсивности давления и другие ве­личины шума оказываются переменными по всей шкале частот. Причем в одних диапазонах частот суммарная амплитуда колебаний может быть максимальной, а в других - минимальной, что затрудняет оценку интенсивно­сти шума.

 

 

Рис. 8.1. Кривые равной громкости звуков.

 

Поэтому вся шкала частот была разбита на диапазоны, названные октавными полосами (табл. 8.1).

Таблица 8.1.

Октавные полосы частот шума

Граничные частоты октавных полос, Гц	45…90	90…	180…	355..	710…	1400…1800	2800…5600	5600… 11200
Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц

Поскольку амплитуды величин, характеризующих шум, в пределах каждой полосы переменны, то для оцен­ки шума приняты их среднеквадратические значения или соответствующие им уровни в децибелах.

Зависимость величин, характеризующих шум от его частоты, называется частотным спектром шума. Для удобства физиологической оценки воздействия шума на человека различают низкочастотный (до 300 Гц), среднечастотный (300...800 Гц) и высокочастотный (выше 800 Гц) шум.

Если в производственном помещении низкочастотный шум, то это значит, что максимальный уровень его дав­ления или интенсивности лежит в диапазоне частот до 300 Гц.

ГОСТ 12.1.003—83 классифицирует шум по характе­ру спектра и по времени действия. По характеру спектра шум называют широкополосным, если он имеет непре­рывный спектр шириной более одной октавы, или то­нальным, если в спектре имеются слышимые дискретные (прерывистые) тона, на 10 дБ превышающие шумы в со­седних октавах.

Шум считается постоянным, если его уровень за вось­мичасовой рабочий день изменяется во времени не более чем на 5 дБА. Непостоянные шумы, уровень которых не­прерывно изменяется во времени, называются колеблю­щимися, а если уровень шума, изменяясь, резко падает до уровня фонового шума, то он называется прерыви­стым. Шум считается импульсным, если он состоит из одного или нескольких звуковых сигналов каждый дли­тельностью менее 1 с.

Различные источники шума генерируют различный по частотному составу шум. Так, шум реактивного двигате­ля имеет сплошной спектр, а шум дисковой пилы — дис­кретный с частотными перерывами. Такой шум называ­ют тональным, он особенно неприятен для слуха чело­века. Звук с интенсивно изменяющимся во времени уровнем (более 100 дБ в секунду) называют импульс­ным. Его генерируют следующие один за другим удары. Он также вызывает неприятные ощущения.