4.7 Шум, ультразвук та інфразвук

4.7.1 Виробничий шум та його основні характеристики

У зв’язку з технічним прогресом відбувається різке посилення акустичного фону в будь-якій сфері перебування людини, тому боротьба з шумом має нині соціальне значення.

Звук або шум виникає при механічних коливаннях у твердому, газоподібному й рідкому середовищах.

За фізичною сутністю звук - це хвилеподібне розповсюдження механічних коливальних рухів часток пружного середовища.

За гігієнічною сутністю шум – це сукупність звуків, що негативно впливають на організм людини, заважуючи їй у роботі та відпочинку.

Основними параметрами, що характеризують звук є амплітуда коливання, швидкість розповсюдження та довжини хвилі.

Звукові коливання в будь-якому середовищі виникають тоді, коли під дією збуджуючих сил порушується його стаціонарний стан. Частки середовища починають коливатися відносно положення рівноваги, створюючи хвилі звукових пружних деформацій унаслідок ритмічного стиснення й розрідження часток звукового поля. Кожна точка звукового поля характеризується звуковим тиском(Р, Па). У фазі стиснення звуковий тиск позитивний, у фазі розрідження – від’ємний.

Звуковий тиск – це різниця між миттєвим значенням повного тиску й середнім значенням тиску, що спостерігається при відсутності звукового поля.

При розповсюдженні звукових хвиль відбувається перенесення енергії, яка називається інтенсивністю звуку.

Інтенсивність звуку – це енергія, яка переноситься в просторі звуковою хвилею через поверхню 1мперпендикулярно напрямку поширення звукової хвилі за 1 секунду (Вт/м).

Швидкість поширення звукових хвиль залежить від пружних властивостей середовища (у повітрі 334 м/с).

Частотний склад шуму характеризує його спектр. Характер спектру може бути низькочастотним (до 400 Гц), середньочастотним (400-1000 Гц), високочастотним (понад 1000 Гц).

За величиною інтервалів між звуками, з яких складається шум, розрізняють дискретний і суцільний шуми.

За характером змін, що відбуваються в часі, шуми бувають стабільними й перервними. Стабільний шум у часі змінюється несуттєво, а перервний має періодично швидке зростання енергії і її спад через певні паузи.

Звук за своєю сутністю є коливальним рухом. Однак, не кожен звук людина сприймає як звуковий подразник. Слуховий апарат людини реагує тільки на ті коливальні рухи, які відбуваються з певною частотою. Людина найкраще чує звуки в діапазоні від 800 до 4000 Гц.

Мінімальна величина звукової енергії, що сприймається як звук називається слуховим порогом (порогом чутливості) і становить 10Вт/м(). Мінімальний тиск, який людина сприймає як звук, на частоті 1000 Гц становитьПа (). Верхньою межею, за якою звук викликає вже больові відчуття відповідає силі звуку 10Вт/м, а за звуковим тиском -Па.

Отже, інтенсивність звуку на порозі больового відчуття в 10разів перевищує силу звуку на порозі чутливості, а за звуковим тиском – до 10разів. Різниця між больовим порогом і порогом чутливості дуже велика, тому незручно в акустичних розрахунках використовувати абсолютні величини.

Для характеристики акустичного феномену англійський вчений О.Г. Белл (1847-1922р) ввів спеціальну шкалу акустичних одиниць як найбільш об’єктивну і таку, що відповідає фізіологічній сутності сприйняття. За цією шкалою кожний наступний рівень звукової енергії перевищує попередній у 10 разів. Наприклад, якщо сила одного звука більша від іншого у 10, 100, у 1000 разів, то за логарифмічною шкалою вона відповідає збільшенню на 1,2,3 одиниці (lg10=1 і т. ін). Логарифмічна одиниця, що відображає десятикратне збільшення інтенсивності звука порівняно з іншим в акустиці називається белом.

Вухо людини здатне сприймати зміну сили звуку в 10 разів меншу за бел, тому в практиці застосовують одиницю в 10 разів меншу, яка дістала назву децибел (дБ).

Отже, бел і децибел – це умовні одиниці, які показують наскільки даний звук (І) у логарифмічному масштабі перевищує умовний поріг чутливості (). Величини, що вимірюються таким чином, називаються рівнями інтенсивності шуму () або рівнями звукового тиску ():

, або (24) (25)

Сила звуку пропорційна квадрату звукового тиску, тому формула для визначення звукового тиску має такий вигляд:

(Б) або (25) (26)

Рівень інтенсивності звуку використовують для акустичних розрахунків, а рівень звукового тиску – при оцінці його дії на організм людини, оскільки орган слуху чутливий не до інтенсивності звуку, а до середньоквадратичного звукового тиску.

Визначення рівня інтенсивності звуку для кожної частоти вимагало б великої кількості вимірювань, тому весь слуховий діапазон частот поділяють на 8 звукових октав. Для кожної октави обчислюється середньо геометричне значення частоти, Гц.

, (27)

де ,- відповідно нижня і верхня межі частот, Гц.

Їх значення для кожної октави дорівнюють 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц.