Шум слышимого диапазона

Основные понятия и определения. Слуховое восприятие как средство получения информации является для человека вторым по значению (после зрительного) психофизиологическим процессом.

Шум– всякий нежелательный для человека звук. Звуковые волны возбуждают колебания частиц звуковой среды, в результате чего изменяется атмосферное давление.

Звуковое давление– разность между мгновенным значением давления в точке среды и статическим давлением в той же точке, т.е. давление в невозмущённой среде: Р = Р_мг – Р_ст.

Звуковое давление – величина знакопеременная. В моменты сгущения (сжатия или уплотнения) частиц среды она положительна; в моменты разрежения – отрицательна.

Органы слуха воспринимают не мгновенное, а среднеквадратичное звуковое давление:

. (6.1)

Время усреднения давления: Т_о = 30 – 100 мс.

При распространении звуковой волны происходит перенос энергии.

Средний поток энергии в точке среды в единицу времени, отнесённый к единице поверхности, нормальной направлению распространения волны, называется интенсивностью звука (силой звука) в данной точке.

Интенсивность, Вт/м², связана со звуковым давлением зависимостью

(6.2)

где ρ×с – удельное акустическое сопротивление.

Величины звукового давления и интенсивности звука, с которыми приходится иметь дело в практике борьбы с шумом, могут меняться в широких пределах: по давлению – до 10⁸ раз, по интенсивности – до 10¹⁶ раз. Оперировать такими цифрами несколько неудобно.

Кроме того, слуховой анализатор подчиняется основному психофизическому закону (Вебера-Фехнера):

,

где Е – интенсивность ощущений; I – интенсивность раздражителя; С и К – некоторые постоянные величины.

Поэтому были введены логарифмические величины уровня звукового давления и интенсивности звука.

Уровень звукового давления, дБ:

(6.3)

где Р_о = 2×10^-5 Па – пороговое звуковое давление; Р – среднеквадратичная величина звукового давления.

Уровень интенсивности звука, дБ:

(6.4)

где I – действующая интенсивность звука; I_о = 10^-12 Вт/м² – интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости (на частоте 1000 Гц).

Величину уровня интенсивности применяют при получении формул акустических расчётов, а уровня звукового давления – для измерения шума и оценки его воздействия на человека, поскольку орган слуха чувствителен не к интенсивности, а к среднеквадратичному давлению.

Интенсивность I_max и величина звукового давления P_max, соответствующие болевому порогу: I_max = 10² Вт/м, P_max = 2×10² Па.

Частотный спектр шума – зависимость уровня интенсивности (уровня звукового давления) от частоты: L = L(ƒ). Весь слышимый диапазон частот разбит на 9 октавных полос. Октавная полоса, или октава – это частотный диапазон, для которого выполняется условие

. (6.5)

Различают следующие виды спектров:

- дискретный (линейчатый) – спектр, синусоидальные составляющие которого отделены друг от друга по частоте (рис. 6.1);

Рис. 6.1. Дискретный спектр шума

- сплошной – спектр, в котором составляющие следуют друг за другом непрерывно (рис. 6.2.);

- смешанный – такой спектр, в котором дискретные составляющие присутствуют наряду с непрерывными (рис. 6.3).

Рис. 6.2. Сплошной (непрерывный) спектр

Рис. 6.3. Смешанный спектр шума

В зависимости от характера спектра шумы бывают тональными (в спектре которых имеются слышимые дискретные тона) и широкополосными (со сплошным спектром шириной более одной октавы).

По временным характеристикам различают:

- постоянный шум – уровень звука изменяется за рабочий день не больше, чем на 5дБА;

- непостоянный шум – уровень звука изменяется за рабочий день больше, чем на 5дБА.

Непостоянный шум делится на колеблющийся во времени, прерывистый (длительность сигнала больше 1 c), импульсный (длительность сигнала меньше 1 с).

По частотным характеристикам различают:

– низкочастотный шум – с частотой до 400 Гц;

– среднечастотный шум – с частотой 400-1000 Гц;

– высокочастотный шум – с частотой от 1000 Гц.

По источнику возникновения различают:

– механический шум – возникающий в результате движения отдельных деталей и узлов оборудования, приборов и аппаратов с неуравновешенными массами;

– аэродинамический шум – возникающий в результате нестационарных процессов в жидкостях или газах;

– электромагнитный шум – возникающий в результате воздействия переменных магнитных сил, которые приводят к колебанию деталей и узлов машин и аппаратов.

Действие шума на организм человека. Ухо человека не одинаково воспринимает звуки различной частоты. Слуховой аппарат человека проявляет наибольшую чувствительность на средних и высоких частотах (800-4000 Гц), а наименьшую – на низких (20-100 Гц). Поэтому звуки, одинаковые по звуковому давлению, но разные по частоте, могут казаться на слух неодинаково громкими.

Проявление вредного воздействия шума на человека весьма разнообразно.

Область слышимости ограничивается не только определёнными частотами (20-20000 Гц), но и определёнными предельными значениями звуковых давлений и их уровней (рис. 6.4).

Рис. 6.4. Область слышимости: 1 – кривая, соответствующая порогу слышимости; 2 – кривая, соответствующая порогу болевого ощущения

Пороговое значение звукового давления Р_о соответствует порогу слышимости (L = 1 дБ) только на частоте 1000 Гц, принятой в качестве стандартной частоты сравнения в акустике.

Порог слышимости различен для звуков разной частоты. В диапазоне частот 800-4000 Гц величина порога слышимости минимальна. При повышении и понижении частоты значение порога слышимости растёт, особенно это заметно на низких частотах. По этой причине низкочастотные звуки менее неприятны для человека, чем высокие (при одинаковых уровнях звукового давления).

Действие шума на человека зависит от уровня и характера шума, его продолжительности, а также от индивидуальных особенностей человека.

Длительное воздействие шума на работающих может вызвать функциональные изменения со стороны ряда органов и систем. Шум вызывает нарушения со стороны высшей нервной деятельности (изменяется сила, уравновешенность и подвижность нервных процессов); сердечно-сосудистой системы (изменяется кровяное давление, ритм сердечных сокращений, повышается внутричерепное давление); органов пищеварения (учащаются заболевания гастритами, язвенная болезнь, отмечается понижение кислотности желудочного сока); ослабляется внимание, память, учащается раздражительность, снижается работоспособность и производительность труда.

Наряду с этим общим воздействием особо неблагоприятное воздействие оказывает шум на орган слуха, вследствие чего наступает расстройство слуховой функции, которое может привести к полной тугоухости.

Звуки очень большой силы, уровень которых превышает 120-130 дБ, вызывают большие ощущения и повреждения в слуховом аппарате (акустическая травма). В табл. 6.1 представлены уровни различных звуков.

Таблица 6.1

Уровни различных звуков в зависимости от источника шума и расстояния

Наиболее глубокие сдвиги в организме вызывают высокочастотные, дискретные и импульсные шумы.

Нормирование шума на рабочих местах. Целью нормирования шумовых характеристик рабочих мест является установление научно обоснованных предельно допустимых величин шума, которые при ежедневном систематическом воздействии в течение всего стажа работы не вызывают заболеваний человека и не мешают его нормальной трудовой деятельности.

Нормирование осуществляется по СН 2.2.4/2.1.8.562-96 и ГОСТ 12.1.003-83. При нормировании используют два метода: нормирование по предельному спектру шума и нормирование уровня звука в дБА.

Первый метод нормирования является основным для постоянных шумов. Весь частотный диапазон разбивается на 9 октав. Каждая октава имеет среднегеометрическую частоту:

. (6.6)

Стандартные среднегеометрические частоты: 31,5; 63; 125; 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц. В октавных полосах нормируются уровни звуковых давлений.

Совокупность девяти допустимых уровней звукового давления называется предельным спектром.