Краткие теоретические сведения. Шум – один из видов звука

Шум – один из видов звука. В промышленной акустике под термином «шум» понимают любой нежелательный в данных условиях звуковой процесс, т. е. всякий меняющийся и раздражающий звук есть шум. Физическая природа шума обусловлена колебательными движениями частиц упругой среды, распространяющимися в виде волн. Как физиологическое явление шум определяется ощущением, воспринимаемым органом слуха при воздействии звуковых волн в диапазоне от 16 до 20000 Гц. Колебания ниже 16 Гц (инфразвук) и выше 20000 Гц (ультразвук) не воспринимаются человеческим ухом.

Звуковая волна характеризуется следующими параметрами: звуковым давлением, длиной волны, частотой, амплитудой колебания и скоростью звука.

Звуковое давление – это дополнительно возникающее в упругой среде переменное давление при прохождении через нее звуковых волн. Единица измерения давления – паскаль, Па.

Длина волны – это расстояние, измеренное вдоль направления распространения, между ближайшими точками звукового поля, в которых фазы колебаний одинаковые.

Частотой , Гц, называется число колебаний в единицу времени, а время, в течение которого совершается полное колебание, – периодом , с.

Скорость звука связана с длиной волны и частотой следующей зависимостью:

, (5.1)

где – скорость звука, м/с; – длина волны, м; – частота колебаний, Гц.

Под интенсивностью звука (шума), Вт/м², понимают количество звуковой энергии, проходящей через единичную площадку, перпендикулярную направлению распространения звуковой волны.

Соотношение между интенсивностью звука и давлением звука имеет вид

, (5.2)

где – звуковое давление, Па; – плотность среды, кг/м³; – скорость звука, м/с.

Характерной особенностью абсолютных значений звукового давления, интенсивности звука является большой диапазон, в пределах которого они могут изменяться. Поэтому для удобства вычислений принято оценивать звуковое давление, или интенсивность звука, не в абсолютных, а в относительных единицах (белах, децибелах) по отношению к пороговым значениям. Измеренные таким образом величины называются уровнями.

Бел – это десятичный логарифм отношения интенсивности звука в данной точке к пороговому значению:

, (5.3)

где – интенсивность звука в данной точке, Вт/м²; – пороговое значение уровня интенсивности, = 10^–12 Вт/м².

Ухо человека способно фиксировать изменение силы звука на 0,1 Б, и эта величина получила название децибел, дБ.

Тогда уровни интенсивности, или звукового давления , дБ, определяются по формуле

, (5.4)

 

где – пороговое значение звукового давления, = 2×10^–5 Па.

Как сложный звук шум может быть разделен на простые составляющие его тоны с указанием их интенсивности и частоты. Графическое изображение состава шума называется спектром и является важнейшей его характеристикой. В зависимости от характера шума его спектр может быть линейчатым (дискретным), непрерывным (сплошным) и смешанным (дискретно-непрерывным). На предприятиях железнодорожного транспорта большинство источников шума имеет смешанный или сплошной спектр.

За среднюю частоту полосы обычно принимают среднегеометрическую.

При анализе шума весь диапазон частот разбивают на отдельные полосы. Октавная полоса – это полоса частот, в которой верхняя граничная частота в 2 раза больше нижней . В зависимости от частоты характер шума может быть низко-, средне– и высокочастотным. Низкочастотный шум имеет спектр с максимумом звукового давления в области частот ниже 300 Гц, среднечастотный – 300–800 Гц и высокочастотный – выше 800 Гц.

Уровни звукового давления не учитывают чувствительности слухового аппарата человека к звукам различной частоты и поэтому не дают правильного представления о громкости звука, т. е. о его физиологической характеристике. Ухо человека обладает наибольшей чувствительностью на средних и высоких частотах и наименьшей – на низких.

Звуки, одинаковые по уровню, но разные по частоте, воспринимаются на слух неодинаково громкими. Для учета различия в чувствительности слухового аппарата к звукам разной частоты введено понятие уровня громкости звука, измеряемого в фонах. Под уровнем громкости данного звука понимают уровень звукового давления, равногромкого с ним на слух звука частотой 1000 Гц. Зависимость ощущения громкости простых звуков от уровня звукового давления и частоты иллюстрируется в виде кривых равной громкости. Каждая из этих кривых соответствует различным по частоте и уровню, но одинаковым по громкости звукам. Для оценки субъективного восприятия громкости звука введена специальная единица – сон. За единицу громкости 1 сон условно принят уровень громкости 40 фон.

Уровни шума на рабочих местах и на территории промышленных предприятий и селитебной территории городов и других населенных пунктов регламентируются следующими нормативными документами: ГОСТ 12.1.003-83 «ССБТ. Шум. Общие требования безопасности» и СНиП II-12-77 «Защита от шума». ГОСТ 12.1.003-83 устанавливает предельно допустимые уровни звукового давления на рабочих местах в зависимости от вида трудовой деятельности в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 800 Гц. СНиП II-12-77 устанавливает предельно допустимые уровни звукового давления для территорий, непосредственно прилегающих к жилым домам (в двух метрах от ограждающих конструкций). Нормативной характеристикой непостоянного шума на рабочих местах является интегральный критерий – эквивалентный (по энергии) уровень звука, дБА, измеряемый по характеристике «А» шумомера.

Предельно допустимый уровень (ПДУ) шума – это уровень шума, который при ежедневной работе (кроме выходных дней), но не более 40 ч в неделю в течение всего рабочего стажа, не должен вызывать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований в процессе работы или в отдельные периоды жизни настоящего и последующих поколений.

Допустимый уровень шума – это уровень, который не вызывает у человека значительного беспокойства и существенных изменений показателей функционального состояния систем и анализаторов, чувствительных к шуму.

Для контроля фактических уровней шума на рабочих местах, оценки шумового режима в производственных помещениях и разработки рекомендаций по снижению шума его параметры измеряют специальными приборами – шумомерами. Шумомер позволяет определить уровень звукового давления, дБ, и поэтому эта величина используется для оценки воздействия шума на человека.

Защита от шума осуществляется различными способами.

ГОСТ 12.1.029-80 «Средства и методы защиты от шума. Классификация» дает определение и общую классификацию методов и способов защиты. Так, средства защиты от шума по отношению к источнику подразделяются на методы, снижающие шум в источнике его возникновения, и средства, снижающие шум на пути его распространения от источника до защищаемого объекта. Наиболее распространенным способом защиты от шума является метод, основанный на поглощении и отражении звука, который рассматривается в настоящей лабораторной работе.