Звук - це коливальний рух в матеріальному середовищі, що володіє пружністю і інерційністю, викликане будь-яким джерелом.
Поширення коливального руху в середовищі називається звуковою хвилею.
Область середовища, в якій поширюються звукові хвилі, називається звуковим полем. У кожній точці звукового поля при поширенні звукової хвилі буде спостерігатися деформація середовища, тобто зона стиснення і розрядження.
Така деформація призведе до зміни тиску в середовищі. Різниця між атмосферним тиском і тиском в даній точці звукового поля називається звуковим тиском (Р). Звуковий тиск виражається в паскалях (Па). Сила звуку може характеризуватися і кількістю звукової енергії. Середній потік звукової енергії, що проходить в одиницю часу через одиницю поверхні, перпендикулярної до напрямку поширення звукової хвилі, називається інтенсивністю звуку (I). За одиницю вимірювання інтенсивності прийнятий Вт / м2.
За одиницю частоти коливань прийнятий герц (Гц), що дорівнює 1 коливанню в секунду.
Інтенсивність звуку I в порожній частині пов'язана з звуковим тиском, Вт / м2
де Р - середньоквадратичне значення тиску (Па),
рс - питомий акустичне опір середовища (для повітря - 4,44 Нс / м3, для води - 1,4 х 106 Нс / м3).
Швидкість звуку в газовому середовищі визначається за такою залежністю:
де К - показник адіобата (К = 1,44)
Р - тиск повітря (Па)
р - щільність повітря (кг / м3)
Швидкість звуку залежить від властивостей середовища. Звуки в ізотропному середовищі можуть розповсюджуватися у вигляді сферичних, плоских і циліндричних хвиль. Коли розміри джерела
звуку малі в порівнянні з довжиною хвилі, звук поширюється в усіх напрямках у вигляді сферичних хвиль. Якщо розміри джерела більше ніж довжина випромінюваної звукової хвилі, то звук поширюється у вигляді плоскої хвилі.
Плоска хвиля утворюється на значних відстанях від джерела будь-яких розмірів. Швидкість звуку в повітрі при t = 200 С і тиску 760 мм рт. ст, V = 344 м / с; в воді - 433м / с; в стали - 5000 м / с, в бетоні - 4000 м / с.
Якщо на шляху поширення звукової хвилі зустрічається перешкода, то в силу явища дифракції відбувається огибание хвилями перешкод. Величина огибания тим більше, чим більше довжина хвилі в порівнянні з розмірами перешкоди.
При довжині хвилі меншою розміру перешкоди, спостерігається відображення звукових хвиль і освіту за перешкодою «звуковий тіні» (шумозахисні екрани).
Графічне зображення частотного складу шуму називається спектром.
Шум являє собою хаотичне поєднання безлічі різних за частотою і силі звуків. У ГОСТ 12.1.003-76 (ССБТ) дана класифікація шумів. За характером спектра шуми поділяються на широкосмугові (з безперервним спектром шириною більш 1-ої октави) і тональні (в спектрі яких є чутні дискретні тони) з перевищенням рівня в одному полюсі над сусідніми не менш як на 10 дБ.
За часом дії шуми поділяються на постійні (рівень звуку яких за 8-годинний робочий день змінюються за часом не більше ніж на 5 дБ при вимірах на тимчасовій характеристиці «повільно» шумоміра по ГОСТ 17187-71) і непостійні, при зміні рівня звуку більше 5 дБ. Непостійні шуми, в свою чергу, діляться на хиткі за часом (рівень звуку яких безперервно змінюється у часі), переривчасті (рівень звуку яких різко падає до рівня фонового шуму, з інтервалом в 1 с і більше), імпульсні (що складаються з 1-го або декількох звукових сигналів з тривалістю більше 1 с і рівнем звуку більше 10 дБ). Вібрація є одним із джерел шуму.
вплив шуму на організм людини
Звук, а отже і шум має 2 характеристики:
1 - фізична (об'єктивна)
2 - фізіологічна (суб'єктивна)
Фізична - коливальний рух середовища характеризується звуковим тиском. Найменша сила звуку, яка сприймається слуховим апаратом людини, називається порогом чутності даного звуку (Ро) при частоті коливань 1000 Гц
Па або I = 10-12 Вт / м.2. Порогом чутності називається мінімальний рівень звукового тиску на даній частоті, що викликає слухове відчуття (ГОСТ 12.4.062-78).
Людське вухо реагує не на абсолютний приріст сили звуку, а на відносну зміну сили звуку. Зміна інтенсивності і звукового тиску сприйманого звуку величезне і становить відповідно 1014 і 107 разів.
Практичне використання абсолютних значень акустичних величин, наприклад, для графічного представлення розподілу звукового тиску і інтенсивності звуку по частотному спектру неможливо через громіздкість графіків. При цьому важливо реагування органів слуху на відносну зміну Р і I по відношенню до пороговим величинам.
Так як між слуховим сприйняттям і роздратуванням існує майже логарифмічна залежність, то для вимірювання звукового тиску, інтенсивності (сила звуку) і звукової потужності прийнята логарифмічна шкала. Це дало можливість значний діапазон фактичних значень (по звуковому тиску -106 і за інтенсивністю - 1012) розмістити в невеликому інтервалі логарифмічних одиниць.
Тому введені логарифмічні величини при визначенні рівня інтенсивності звуку (дБ):
і рівня звукового тиску (дБ):
де Iо і Ро - відповідні значення порога чутності;
I і Р - заміряні величини рівнів інтенсивності звуку і звукового тиску.
Значення Ро вибрано таким чином, щоб при нормальних атмосферних умовах Li = Lp.
За одиницю вимірювання рівнів I і P прийнятий 1 Бел (Б).
Бел - це десятковий логарифм відносини фактичних значень I і Р до пороговим значенням Io і Ро: I / Io = 10 - Ly = 1 Б або I / Io = 100 - Ly = 2 Б.
З огляду на, що наші органи слуху сприймають відмінності в десяткову частку рівня інтенсивності звукового тиску, за одиницю виміру прийнята дрібніша одиниця децибел (дБ), рівна 0,1 Б.
Зазвичай параметри шуму і вібрації оцінюються в октавних або третьоктавних діапазонах, де октава - це смуга частот з відношенням верхньої f2 і нижньої f1 граничних частот рівним 2 (f1 / f2 = 2). Для третинно октавній смуги f2 / f1 = 1,26. Для характеристики смуги в цілому прийнята середньогеометричними частота, яка дорівнює:
Среднегеометрические частоти октавних смуг стандартизовані.
Больовий поріг сприйняття звуку відповідає і величинам I = 102 Вт / м2,
Якщо підставити відповідно їх в формули 3.3. і 3.4. то отримаємо
Різниця рівнів в 1 дБ відповідає мінімальній величині помітною слухом, при цьому інтенсивність звуку змінюється в 1,26 рази або на 26%. З урахуванням даного явища розроблена шкала гучності, що сприймаються людським вухом, яка поділяється на 140 одиниць. За нуль прийнята сила звуку на порозі чутності. Збільшення сили звуку в 1,26 рази створює наступний щабель гучності. Рівень інтенсивності різних звуків на відстані 1 м становить: шепіт 10-20 дБ, гучна мова 60-70 дБ, шум на вулиці 70-80 дБ, шум електропоїзди 110дБ, шум реактивного двигуна 130-140дБ. Шум в 150 дБ нестерпний для людини, в 180 дБ викликає втому металу, в 190 дБ вириває заклепки з конструкцій. Застосування шкали дозволяє весь величезний діапазон інтенсивності звуку вимірювати в межах від 0 до 140 дБ. При перевірці рівня шуму органами нагляду або при розробці заходів профілактики оцінку постійного шуму на робочому місці (LA) розраховують за формулою:
де РА = заміряна за шкалою А шумоміра по ГОСТ 17187-71, середньоквадратична величина звукового тиску (Па).
Однак рівень сили звуку в дБ ще не дозволяє судити про фізіологічний відчутті гучності. Сприйняття гучності звуку залежить не тільки від рівня сили звуку, але і від його частот (ріс.2.5.1)
Мал. 2.5.1. Ізолінії рівної гучності.
де L1 - рівень гучності (фон).
Наприклад, потрібно порівняти за гучністю 2 звуку з рівнем гучності 60 і 80 фон. За формулою 2.5.7. знаходимо:
Таким чином, другий звук сприймається слуховим апаратом людини як звук в 2 рази гучніший, ніж перший (8: 4).
Шум у виробництві і в побуті негативно впливає на організм людини, призводить до зниження продуктивності праці.
Стійкий постійний шум чинить менший вплив на організм людини, ніж нерегулярно виникає високочастотний. Шум сприяє швидкому настанню у людини відчуття втоми. Шум з рівнем інтенсивності більше 60 дБ гальмує нормальну травну діяльність шлунка. При шумі 80-90 дБ число скорочень шлунка в хвилину зменшується на 37%. Встановлено, що при інтенсивності шуму більше 60 дБ виділення слини і відділення шлункового соку знижується на 44%. Тимчасове, а іноді і постійне підвищення кров'яного тиску, підвищена дратівливість, зниження працездатності, душевна депресія і т.п. є наслідком дії шуму. Невизначені шуми, що не доходять до свідомості, також викликають виснаження центральної нервової системи, в результаті чого вони можуть служити причиною непомітних до пори порушень в організмі.
У людини, що знаходиться протягом 6-8 годин під впливом шуму інтенсивністю 90 дБ, настає помірне зниження слуху, що зникає приблизно через 1 год після його припинення. Шум, що перевищує 120 дБ, дуже швидко викликає у людини втому і помітне зниження слуху. В кожному окремому випадку ступінь втрати слуху і тривалість періоду відновлення пропорційні рівню інтенсивності і тривалості впливу.
При великій інтенсивності шум не тільки впливає на слух, а й надає інший вплив (головний біль, погана сприйнятливість мови), часом чисто психологічний вплив на людину. Всі частини тіла відчувають при цьому постійний тиск або відчуття пориву вітру; в кістках черепа і зубах точно так же, як і в м'яких тканинах носа і горла, виникають вібрації. При рівні шуму 140 дБ (поріг больового відчуття) і вище відчуття тиску посилюється і поширюється по всьому тілу, а грудна клітка, м'язи ніг і рук починають вібрувати. Коли рівень інтенсивності шуму досягне 160 дБ, може статися розрив барабанної перетинки.
Тривалий і сильний шум шкідливо відбивається на здоров'ї і працездатності людини. Тривала дія шуму викликає загальне стомлення, може поступово привести до втрати слуху і до глухоти. Під втратою слуху (ССБТ, ГОСТ 12.4.062-78) розуміють постійний зсув порога чутності на даній частоті, тобто необоротне (стійке) ніженіе гостроти слуху від впливу шуму. ГОСТ 12.4.062-78 для визначення втрат слуху встановлює 3 методу: на 8-ми частотах; на 4-х частотах; на 2-х частотах.
Якщо втрати слуху на мовних частотах рівні 10-20 дБ, то це легке зниження слуху (1 ступінь); при втраті слуху - 21-30 дБ спостерігається помірне зниження слуху (2 ступінь); якщо зниження слуху - 31 дБ і більше, то спостерігається значне зниження слуху (3 ступінь). Діючи на центральну нервову систему, шум впливає на діяльність всього організму людини: погіршується зір, діяльність органів дихання і кровообігу, підвищується кров'яний тиск. Шум послаблює увагу і загальмовує психологічні реакції. З цих причин шум сприяє виникненню нещасних випадків і веде до зниження продуктивності праці.
Шум підсилює дію професійних шкідливих: на 10-15% підвищує загальну захворюваність працюючих, знижує продуктивність праці, особливо складного (розумового). Для збереження продуктивності при підвищенні шуму з 70 до 90 дБ робітник повинен затратити на 10-20% більше фізичних і нервових зусиль. Дія шуму на організм зростає при підвищенні напруженості і важкості праці.
При систематичному впливі сильного шуму і при недостатньому часу відпочинку, коли за час відпочинку слух не встигає повністю відновитися, настає стійке ослаблення слуху. Шуми із суцільними спектрами є менш дратівливими, ніж шуми, що містять тональні складові. Якщо джерела шуму однакові за інтенсивністю (коли L1 = L2 = Ln), то:
де Lm - рівень інтенсивності шуму 1-го джерела, дБ;
N - кількість однакових джерел шуму.
Якщо вони різні, то:
де L1, L2, Ln - рівні звукового тиску, створювані в розрахунковій точці, а 1, 2 ... n - джерела шуму.
Якщо одне джерело шуму створює рівень звукового тиску 90 дБ, а інший - 84 дБ, то їх сумарний рівень не дорівнює 174 дБ, а всього приблизно 91 дБ (додамо до рівня 90 дБ - 1 дБ). З цього випливає, що для успішного зниження шуму необхідно, в першу чергу, виявити і заглушити найбільш інтенсивне джерело шуму, так як добавка шумів меншої інтенсивності незначні.
При наявності безлічі приблизно однакових джерел шуму усунення одного або двох з них, практично не знижує загального шуму.
Так, наприклад, якщо замість 10 однакових джерел залишити 6, то рівень шуму знизиться всього на 2 дБ.
Зниження рівня звукового тиску на кожні 10 дБ відповідає зменшенню фізіологічно сприймається людиною гучності звуку в 2 рази: наприклад, шум у 60 дБ вдвічі тихіше, ніж шум у 70 дБ.
Звукові хвилі в приміщенні, багаторазово відбиваючись від стін, стелі, виробничого обладнання, збільшують загальний шум на 5-15 дБ.