9.1. Характеристики шума

Шум (звук) - это механические колебания упругой среды, воспринимаемые слуховым анализатором человека. Звуки подразделяются на тональные, различной частоты и силы. Шум, как гигиеническое понятие, представляет собой любой неприятный звук или беспорядочное сочетание звуков разной интенсивности и частоты.

Звук характеризуется звуковым давлением, скоростью распространения, длиной волны, частотой, интенсивностью.

Время, в течение которого колеблющееся тело совершает одно полное колебание, называется периодом колебания (Т) и измеряется в секундах. Период колебания связан обратным соотношением с его частотой: Т=f^-1. Частота колебания - число полных колебаний, совершенных в течение одной секунды. Единица измерения частоты - герц (Гц) равна одному колебанию в секунду. Для характеристики звука существенное значение имеет измерение колебательной скорости частиц, т.е. определение мгновенного значения скорости колебательного движения среды при распространении в ней звуковой волны (м/с). В воздухе при температуре 20^ºС и нормальном атмосферном давлении она равна 343 м/с, а при 0ºС – 332 м/с. При повышении температуры скорость увеличивается примерно на 0,71м/с на каждый градус [1].

Расстояние между двумя соседними сгущениями или разрешениями в звуковой волне характеризует длину волны (λ), которая измеряется в метрах. Длина волны связана с частотой (f) и скоростью (с) звука соотношением: λ=с/f. На одно полное колебание требуется время Т, которое называется периодом колебания и тогда длина волны будет определяться соотношением: λ=cТ.

Звуковое давление - переменная составляющая давления воздуха или газа, возникающая в результате звуковых колебаний (Р, Па).

Сила звука - количество звуковой энергии, переносимой через единицу площади (м²), расположенную перпендикулярно направлению распространения звуковой волны, (I, Вт/м²). Распространение звуковых волн сопровождается переносом их энергии в пространстве. Сила различных звуков, встречающихся в природе, меняется в исключительно широких пределах. Едва слышимый звук (порог слышимости) при 1000 Гц имеет звуковое давление 2∙10^-5 Па, интенсивность звука соответственно 10^-12 Вт/м². Очень сильные звуки вызывают болезненные ощущения, звуковое давление при этом составляет более 20 Па, а интенсивность 10² Вт/м². Частотный состав шума характеризует его спектр, т.е. совокупность входящих в него частот. По спектру устанавливается степень распределения звуковой энергии шума [1].

Человеческий слуховой анализатор воспринимает звуки в частотном диапазоне приблизительно от 20 до 20 000 Гц. Звук с частотой ниже 16-20 Гц называется инфразвуком, а звук с частотой выше 20 000 Гц – ультразвуком.

Для оценки силы звука применяется логарифмический масштаб, поскольку в области слышимых звуков приходится сравнивать интенсивности, отличающиеся друг от друга более чем в 10¹³ раз, и линейный масштаб был бы очень громоздок. Для установки логарифмического масштаба силы звука условно выбран некоторый нулевой уровень: I₀=10^-12 Вт/м². Этот уровень выбран несколько меньше (в 2-3 раза), чем сила звука для частоты l000 Гц на пороге слышимости. Для всякой другой силы звука I, независимо от частоты, получим величину, характеризующую силу звука в логарифмическом масштабе в виде: L=lg(I/I₀) (Бел). Эта величина называется уровнем силы звука. Единица для измерения уровня силы звука названа в честь изобретателя телефона А. Г. Белла – бел [8].

Если для измерения уровня силы звука ввести в 10 раз меньшую единицу чем бел, то при таком выборе едва заметный прирост будет соответствовать примерно одной единице. В таком случае уровень силы звуков в отношении слухового восприятия будет выражаться целыми числами. Одна десятая бела называется децибел (дБ). Для уровня силы звука в децибелах имеем выражение: L = 10×lg(I/I₀ ).

Окружающие человека шумы имеют разную интенсивность: разговорная речь – 50...60 дБА, автосирена – 100 дБА, шум двигателя легкового автомобиля –80 дБ А, громкая музыка –70 дБА, шум от движения трамвая –70...80 дБА, шум в обычной квартире –30...40 дБА [8].

Громкость - субъективное качество звука, характеризующее тот элемент слухового восприятия, который изменяется в тесном соответствии с изменением силы звука. Для описания силы ощущения и громкости можно использовать скорректированный закон Вебера-Фехнера. Разложение шума на составляющие его тона (звуки с одной частотой) с определением их интенсивностей называют спектральным анализом, а графическое изображение частотного спектра шума - спектром (спектрограммой). Для получения спектрограмм шумов производят измерение уровня звукового давления на различных частотах с помощью специальных приборов - шумомера и анализатора спектра. По результатам измерений на стандартных среднегеометрических частотах 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц (октавный диапазон) строят спектр шума.