6.2. Экологический мониторинг шума и вибрации

6.2.1. Параметры звуковой волны. Нормирование шума

Под шумом обычно понимается комплекс звуков, неблагоприятно воздействующих на организм человека, мешающих его работе и отдыху. По физической сущности шум – это механические колебания частиц упругой среды (газа, жидкости, твердого тела), возникающие под воздействием какой-либо возмущающей силы. При этом звуком называют регулярные периодические колебания, а шумом – непериодические, случайные колебательные процессы. В современной акустике и в гигиенической практике для целей измерения силы звука принято использовать относительные логарифмические единицы, величины – децибелы. В качестве одночисловой характеристики шума применяется оценка уровня звука в дБ(А), представляющей собой средневзвешенную величину частотных характеристик звукового давления с учетом биологического действия. С физиологических позиций звук – это ощущение, возникающее в ухе человека в результате действия изменения давления частиц упругой среды. Болевым порогом принято считать звук интенсивностью 140 дБ.

Шум относится к числу физических факторов, под влиянием которых находится современный человек в городской среде. Шум оказывает неблагоприятное воздействие на центральную нервную систему, вызывает неприятные ощущения, приводит к снижению производительности труда, нарушению сна, головным болям, повышению кровяного давления. Звуковые колебания частиц упругой среды имеют сложный характер и могут быть представлены в виде функции времени a=a(t) (рис.6.5, а).

Рис. 6.5. Колебания частиц воздуха

Простейший процесс описывается синусоидой (рис. 6.5, б)

a(t)=a_max∙ sin (at)

где a_max – амплитуда колебаний;  = 2f – угловая частота; f – частота колебаний.

Гармонические колебания с амплитудой a_max и частотой f называются тоном. Сложные колебания характеризуются эффективным значением на временном периоде Т

.

Основными параметрами, характеризующими звуковую волну, являются:

звуковое давление – p_зв, Па;

интенсивность звука – I, Вт/м².

длина звуковой волны – λ, м;

скорость распространения волны – с, м/с;

частота колебаний – f, Гц.

Звуковые колебания в воздухе приводят к его сжатию и разрежению. В областях сжатия давление воздуха возрастает, а в областях разрежения понижается. Разность между давлением, существующем в возмущенной среде p_ср в данный момент, и атмосферным давлением p_атм, называется звуковым давлением (рис.6.6). В акустике этот параметр является основным, через который определяются все остальные.

p _зв = p_ср - p_атм

Рис.6.6. Звуковое давление

Для постоянных шумов нормируются уровни звукового давления L_Pi (дБ) в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц. Для ориентировочной оценки шумовой характеристики рабочих мест допускается за шумовую характеристику принимать уровень звука L в дБ(А), измеряемый по временной характеристике шумомера «S - медленно».

Нормируемыми параметрами прерывистого и импульсного шума в расчетных точках следует считать эквивалентные (но энергии) уровни звукового давления L_экв в дБ в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 63, 125, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц.

Для непостоянных шумов нормируется так же эквивалентный уровень звука в дБ(А).

Допустимые уровни звукового давления для рабочих мест служебных помещений и для жилых и общественных зданий и их территорий различны.

Нормативным документом, регламентирующим уровни шума для различных категорий рабочих мест служебных помещений является ГОСТ 12.1.003-83 «ССБТ. Шум. Общие требования безопасности».

Допустимые уровни звукового давления (эквивалентные уровни звукового давления) в дБ в октавных полосах частот, уровни звука и эквивалентные уровни звука в дБА для жилых и общественных зданий и их территорий следует принимать в соответствии со СНиП 11-12-88 «Защита от шума».

С учетом психофизического восприятия звука человеком для характеристики значений звукового давления p_зв и интенсивности I были введены логарифмические величины – уровни L (с соответствующим индексом), выраженные в безразмерных единицах – децибелах, дБ, названных в честь Грейма – Бела (увеличение интенсивности звука в 10 раз соответствует 1 Белу (Б) – 1Б = 10 дБ):

L_p = 10 lg (p/p₀)² = 20 lg (p/p₀),

L_I = 10 lg (I/I₀).

Следует отметить, что при нормальных атмосферных условиях L_p равно L_I . 

По аналогии были введены также и уровни звуковой мощности

L_w = 10 lg (W/W₀),

где W₀ =I₀S₀ =10^-12Вт – пороговая звуковая мощность на частоте 1000 Гц, S₀ = 1 м².

Безразмерные величины L_p, L_I, L_w достаточно просто измеряются приборами, поэтому их полезно использовать для определения абсолютных значений p, I, W по обратным к зависимостям

Уровень суммы нескольких величин определяется по их уровням L_i, i = 1, 2, ..., n соотношением

где n – количество складываемых величин.