ТЕМА 4

Шум, ультразвук та інфрозвук

1. Шум. Загальні поняття та визначення

2. Гігієнічне нормування шуму

3. Методи та засоби колективного та індивідуального захисту від шуму

4. Ультразвук

5. Інфрозвук

1. Шум. Загальні поняття та визначення

Звук − це розповсюдження звукової хвилі в пружному середовищі Він характеризується частотою звукових коливань, амплітудою та часовими змінами коливань. Звуковий спектр включає інфразвук, частота коливань звукової хвилі якого знаходиться в межах від 0 до 16 Гц − людина цих звуків органами слуху не сприймає. Звуки з частотою від 16 до 20 000 Гц − звуковий діапазон, який людина чує. Частота від 20 000 Гц і вище − ультразвук, його людське вухо не сприймає.

Шум − це коливання звукової хвилі в звуковому діапазоні, що характеризується змінною частотою і амплітудою, непостійні в часі, які не несуть корисної інформації людині.

Звукові коливання будь-якою середовища виникають при порушенні його стаціонарного стану під впливом збуджуючої сили. Частинки середовища починають коливатися відносно положення рівноваги, при цьому швидкість цих коливань (коливальна швидкість) значно менша швидкості розповсюдження звукових хвиль (швидкості звуку), яка залежить від пружних властивостей, температури та щільності середовища. Під час звукових коливань у повітрі утворюються зони зниженого та підвищеного тиску. Звуковім тиском Р, Па називається різниця між миттєвим значенням повного тиску та середнім тиском в незбуреному середовищі.

При розповсюдженні звукової хвилі в просторі відбувається перенос енергії, кількість якої визначається інтенсивністю звуку. Середній потік енергії в будь-якій точці середовища за одиницю часу, віднесений до одиниці площі поверхні, нормальної до напрямку розповсюдження хвилі, називається інтенсивністю звуку, Вт/м².

Звукове поле − область матеріального середовища, в якому спостерігаються звукові хвилі.

Структурний звук − коливання звукових частот в інженерних конструкціях і спорудах.

Швидкість поширення звуку в різних середовищах залежить від пружності та густини середовища і не змінюється зі зміною частоти коливання джерела.

Характеристикою джерела шуму є звукова потужність яка визначається загальною кількістю звукової енергії, що випромінює джерело шуму в навколишнє середовище за одиницю часу. Так, швидкість звуку в повітрі при 0 ºС складає 311 м/с. Гучність звуку залежить від амплітуди коливань звукової і чим більша амплітуда, тим гучніше звучання.

Рівень сили звуку в белах і децибелах відповідно описуються формулами:

(1.1)

(1.2)

де L₁ − рівень сили звуку, Б (дБ); І, І₀ − відповідно фактичне та порогове (І₀=10-¹²) значення інтесивності звуку, Вт/м².

Частота коливань визначається наступним чином:

ʄ (1.3)

де ʄ − частота коливань в герцах (Гц); Т − період коливань в секундах, с. Як бачимо, частоту коливань визначає кількість коливань, що відбувається за одну секунду.

Сприймання людиною звуку залежить не тільки від частоти, а й від інтенсивності звуку та звукового тиску. Найменша інтенсивність І₀ і звуковий тиск Р₀, які сприймає вухо людини, зветься порогом чутності або умовним нулем чутності. Порогові значення І₀ і Р₀ залежать від частоти звуку. При частоті 1000 Гц звуковий тиск Р₀ = 2-10⁵ Па, ₀ = 10¹² Вт/м². При звуковому тиску Р = 2-10² Па, а Р = 100 Вт/м² виникають больові відчуття (больовий поріг) в слухових органах людини. Між порогом чутності і больовим порогом лежить ділянка чутності. Різниця в інтенсивності звуку між больовим порогом та порогом чутності дуже велика (10¹⁴ Вт/м² при частоті 1000 Гц). Користуватися шкалою, яка має такий великий розбіг, неможливо. Тому А. Г. Белл запропонував використати логарифмічну шкалу, яка дає змогу визначати рівень шуму у відносних одиницях-белах (Б).

Але шкала, що має 14 поділок для визначення рівня інтенсивності шуму, що відповідає границі від нульової чутності до больового порогу, незручна. В техніці використовують одиницю у де­сять разів меншу-децибел (дБ). Таким чином, шкала чутності складатиме 140 дБ-у рівнях інтенсивності звуку.

Рівнями інтенсивності шуму зазвичай оперують при виконанні акустичних розрахунків, а рівнями звукового тиску-при вимірюванні шуму та оцінці його впливу на людину, тому що людський слуховий орган чутливий не до інтенсивності звуку, а до середньо-квадратичного тиску.

Шкала сили звуку в децибелах:

Сила звуку в децибелах	Джерело звуку	Наслідки дії рівня звуку на людський організм
0	Повна тиша
10	Шепотіння, шарудіння листя	Звуковий комофрт
20	Домашній комфорт
30	Норма гучності
40	Звичайна розмова, норма гучності звуку вдень	Смуга, за якою починається шумова втома
50	Так само	Рівень шуму, що викликає багато чисельні скарги
60	Шум проїзної частини вулиці
80	Шум на шосе з дуже великим рухом, шум станка
90	Максимальна норма гучності звуку	Шумовий поріг початку руйнування слуху у людини
100	Шум метро під час руху поїзда
110	Запуск ракети, шум реактивного літака
120	Сильний шум	Больовий поріг
130	Надшумна електронна музика, резонанс клітинних структур	Руйнівний поріг для слуху
150	Ревіння реактивного літака при підйомі

Несприятливий вплив шуму на людину залежить не тільки від рівня звукового тиску, а й від частотного діапазону шуму, а також від рівномірності його впливу впродовж часу. Кожне джерело шуму може бути представлене своїми утворюючими тонами у вигляді залежностей рівня звуковою тиску від частоти (частотним спектром шуму або просто спектром). Спектри шумів можуть бути лінійчастими (дискретними), суцільними та змішаними. Більшість джерел шуму на підприємствах мають змішаний або суцільний спектр. При оцінці та аналізі шумів, а також при проведенні акустичних розрахунків, весь діапазон частот поділяють на смуги певної ширини. Смуга частот, у якій відношення верхньої граничної частоти, до нижньої дорівнює 2, називається-октавою.

За часовими характеристиками шуми поділяються па постійні й непостійні. Постійними вважаються такі шуми, рівень звуку яких за восьмигодинний робочий день змінюється в часі не більш, ніж на 5 дБА. Непостійні шуми, рівень звуку яких змінюється за восьмигодинний робочий день більше, ніж на 5 дБА, у свою чергу, поділяються на коливальні в часі, переривчасті та імпульсні, які складаються із сигналів тривалістю менше 1 с.

Людське вухо неоднаково відчуває звуки різних частот. Звуки малої частоти людина сприймає як менш гучні, порівняно зі звуками більшої частоти тієї ж інтенсивності. Тому для оцінки суб'єктивного відчуття гучності шуму введено поняття рівня гучності, який відлічується від умовного нульового порогу. Одиницею рівня гучності Є фон. Він відповіла-різни ці рівнів інтенсивності в 1 дії еталонного звуку за частоти 1000 Гн. Таким чином, при частоті 1000 Гц рівні гучності (у фонах) збігаються з рівнями унуковою тиску (в дБ). Рівень гучності є фізіологічною характеристикою звукових коливань. За допомогою спеціальних фізіологічних досліджень були побудовані криві однакової гучності, за якими можна визначати рівень гучності будь-якого звуку із заданим рівнем звукового тиску.

Багатьма дослідами встановлено, що шум є загальнобіологічним подразником і в певних умовах може виливати на всі системи життєдіяльності людини. Найповніше вивчено вплив шуму на слуховий орган людини. Інтенсивний шум, особливо за високих частот − 4000 Гц і більше, при щоденному впливі призводить до виникнення професійного захворювання − тугоухості, симптомом якого є повільне втрачання слуху на обидва вуха.

При дуже високому звуковому тиску може статися розрив барабанної перетинки. Найбільш несприятливими для органів слуху с високочастотні шуми (1 000, 10 000 Гц).

Шум також виливає безпосередньо на різні відділення головного мозку, змінюючи нормальні процеси вищої нервової діяльності. Цей вплив може негативно позначитися навіть раніше, ніж виникнуть проблеми із сприйняттям звуків органами слуху. Характерним виливом шуму є підвищення втомлюваності, загальну слабкість, роздратування, апатію, послаблення пам'яті, пітливість та інші нездужання. Практикою встановлено також вплив шуму на органи зору людини-зниження гостроти зору та зниження чутливості розрізнення кольорів. Страждає від шуму також вестибулярний апарат, порушуються функції шлунково-кишкового тракту, підвищується внутрішньочерепний тиск, порушуються процеси обміну в організмі та ін.

Шум особливо непостійний (коливальний, переривчастий, імпульсний погіршує здатність до виконання точних робочих операцій, сприйняття інформації. Всесвітня організація охорони здоров'я (ВООЗ) відзначає, що найбільш чутливими до виливу шуму с такі операції, як збір інформації, складання і мислення.

Несприятливий вплив шуму па працюючу людину призводить до зниження продуктивності праці, створюються передумови для виникнення нещасних випадків та аварій. Все це визначає велике економічне і оздоровче значення заходів по боротьбі з шумом.