Фізичні та фізіологічні характеристики шуму

Під шумом розуміють несприятливе поєднання звуків різної інтенсивності, частоти і тиску, які впливають на організм людини, заважають відпочивати і працювати. З фізіологічної точки зору шум – це будь-який небажаний звук, що сприймається органом слуху людини. Звук – це розповсюдження звукової хвилі в пружному середовищі.

Звук характеризується частотою звукових коливань, звуковим тиском та інтенсивністю.

За частотою коливань звукової хвилі звуковий спектр поділяється на:

Для оцінки та аналізу шумів весь слуховий діапазон частот розбивають на смуги – октавні і 1/3 октавні. Смуга частот, у якої відношення верхньої частоти до нижньої дорівнює двом називається октавною (f 2/ f1 = 2), якщо f 2/ f1 = 1,26 – 1/3 октави.

Характеристикою кожної смуги є середньогеометрична частота fсг, яка для октави вираховується за виразом (2.40), а для 1/3 октавної за виразом (2.41):

Значення fсг для восьми стандартизованих октавних смуг дорівнюють 63, 125, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц.

Під час звукових коливань в повітрі утворюються зони зниженого та підвищеного тиску.

Звуковий тиск Р, Па – це різниця між миттєвим значенням повного тиску у середовищі за наявності звуку та середнім тиском у цьому середовищі за відсутності звуку.

При розповсюдженні звукової хвилі в просторі відбувається перенесення енергії, кількість якої визначається інтенсивністю звуку.

Інтенсивність звуку І, Вт/м2 – це середній потік звукової енергії за одиницю часу віднесений до одиниці площі поверхні перпендикулярної до напрямку розповсюдження звукової хвилі. У вільному звуковому полі інтенсивність звуку і звуковий тиск зв’язані між собою таким співвідношенням:

Характеристикою джерел шуму є звукова потужність W, Вт, яка визначається загальною кількістю звукової енергії, що випромінюється джерелом шуму в навколишнє середовище за одиницю часу:

W = I · S. (2.43)

Сприймання людиною звуку залежить не тільки від частоти, а й від інтенсивності звуку та звукового тиску. Найменша інтенсивність І0 і звуковий тиск Р0, що сприймається вухом людини зветься порогом чутності. Порогові значення залежать від частоти звуку. За частоти 1000 Гц (така частота звуку прийнята як еталонна) поріг чутності для звукового тиску складає Р0 = 2·10-5Па, а для інтенсивності звуку – І0 = 10-12 Вт/м2. За звукового тиску Р = 200 Па та І = 100 Вт/м2 виникають больові відчуття (больовий поріг) в слухових органах людини. Різниця між больовим порогом і порогом чутності дуже велика: інтенсивність звуку на порозі больового відчуття в 1014 разів перевищує поріг чутності, за звуковим тиском – 107 разів. Користуватися шкалою, яка має такий великий розбіг неможливо. Тому було запропоновано використовувати логарифмічну шкалу, яка дає змогу визначати рівень шуму у відносних одиницях – белах (Б):

L = lg(I/I0). (2.44)

Для больового порогу відчуття на частоті 1000 Гц ця відносна величина буде мати значення:

L = lg(I/I0) = lg 102/10-12 =lg 1014, Б (2.45)

Вухо людини здатне сприймати зміну рівня інтенсивності в 10 разів меншу за бел, тобто децибел, тому в практиці акустичних вимірювань і розрахунків використовують децибел (дБ). Тоді рівень інтенсивності звуку L в дБ дорівнює:

LІ = 10 lg(I/I0), (2.46)

а рівень звукового тиску Lр в дБ:

Lр = 10lg (Р/Р0)2 = 20 lg(Р/Р0), (2.47)

де І і Р відповідно інтенсивність і звуковий тиск в даній точці, а I 0 і Р 0 – інтенсивність і звуковий тиск порогу чутності.

Рівень інтенсивності звуку L, та рівень звукового тиску Lр належать до фізіологічних характеристик шуму. Рівнями інтенсивності звуку зазвичай оперують при виконанні акустичних розрахунків, а рівнями звукового тиску – при вимірюванні шуму, оцінці його дії на людину, оскільки орган слуху чутливий не до інтенсивності звуку, а до звукового тиску.

Крім таких фізіологічних характеристик шуму як рівня інтенсивності звуку, та рівня звукового тиску, важливе значення має часова характеристика впливу шуму на працюючих.

За часовими характеристиками шуми поділяються на:

Постійні шуми – це шуми рівень яких за повний робочий день при роботі

технологічного обладнання змінюються не більше ніж на 5 дБА при вимірюваннях на часовій характеристиці “повільно” шумоміра за шкалою “А”;

Непостійні – рівень шуму яких за повний робочий день при роботі технологічного обладнання змінюється більш ніж на 5 дБА.

Непостійні шуми поділяються на:

а) мінливі, рівень яких безперервно змінюється у часі;

б) переривчасті, рівень шуму яких змінюється ступінчасто на 5 дБА і більше при вимірюваннях на часовій характеристиці “повільно” шумоміра за шкалою “А”, при цьому довжина інтервалів, під час яких рівень залишається сталим, становить 1 сек. і більше;

в) імпульсні, які складаються із одного або декількох звукових сигналів, кожен із яких триває менше 1 сек., при цьому рівні шуму у дБА, виміряні на часових характеристиках “імпульс” та “повільно” шумоміра за шкалою “А”, відрізняються не менше ніж на 7 дБА.