Мы уже отмечали, что различают два вида шума по характеру его распространения в помещении: воздушный и структурный. При воздушном шуме вибрации, создаваемые, к примеру, динамиками работающего телевизора, вызывают звуковые волны в форме колебаний воздуха. Данный вид шума преобладает вне помещений. В первой из приведенных ниже таблиц указаны наиболее распространенные в быту источники, шум от которых превышает нормативный уровень (40 дБА днем, 30 дБА ночью - согласно СНиПу II-12-77).
В качестве источника шума может выступить и механическое действие, как, например забивание гвоздя в стену или перемещение мебели по полу. Этот шум называют структурным, и рождается он таким образом: вибрация пола от шагов передается стене, а ее колебания слышатся в соседнем помещении. Наиболее неприятный структурный шум - ударного типа. Чаще всего он распространяется на большие расстояния от источника. Тот же стук по трубе центрального отопления на одном этаже отлично слышен на всех остальных и воспринимается жильцами, как если бы его источник находился у них в комнате. Во второй таблице можно видеть источники структурного шума.
|
Таблица 2. Источники бытового шума |
||
| А. Воздушного | ||
| № | Источник шума | Уровень шума, дБА |
| 1 | Телевизор | 70 |
| 2 | Музыкальный центр | 85 |
| 3 | Разговор (спокойный) | 65 |
| 4 | Детский плач | 78 |
| 5 | Игра на пианино | 80 |
| 6 | Работа пылесоса | 75 |
| 7 | -//- стиральной машины | 68 |
| 8 | -//- холодильника | 42 |
| 9 | -//- электробритвы | 60 |
| 10 | -//- электрополотера | 83 |
| 11 | -//- принудительной вентиляции | 42 |
| 12 | -//- кондиционера | 45 |
| 13 | Приготовление пищи на плите | 35-42 |
| 14 | Наполнение ванны | 36-58 |
| 15 | Наполнение бачка в санузле | 40-67 |
| 16 | Вытекающая из крана вода | 44-50 |
| Б. Структурного | ||
| № | Источник шума | Уровень шума, дБА |
| 1 | Перемещения лифта | 34-42 |
| 2 | Стук закрываемой двери лифта | 44-52 |
| 3 | Стук закрываемого мусоропровода | 42-58 |
| 4 | Стук по трубе центрального отопления | 45-60 |
Существуют и такие бытовые приборы, которые являются источниками шума обоих видов. К таковым относится система принудительной вентиляции. Воздушный шум проникает в помещение через воздуховоды, а структурный возникает из-за вибрации стенок защитного кожуха вентилятора и собственно самих воздуховодов.
Звук и шум
Итак, звук - это физический процесс, вызванный колебательным движением частиц среды. Звуковые колебания отличаются определенной амплитудой и частотой. Человек способен слышать звуки, различающиеся по амплитуде в десятки миллионов раз. Ну а воспринимаемые нашим ухом частоты располагаются в диапазоне 16-20 000 Гц. Характеризуется энергетика звука интенсивностью (Вт/м2), или звуковым давлением (Па). С рождения мы обладаем способностью слышать и раскаты грома, и малейший шелест листвы. Чтобы иметь возможность сравнивать столь разные звуки, были приняты: показатель уровня интенсивности звука L и единицы измерения - децибелы (дБ). Порог слышимости человека соответствует звуковому давлению 2 10 -5 Па, или 0 дБ. В свою очередь шум представляет собой хаотичное, нестройное смешение звуков, действующее на нервную систему отрицательно.
Шум - это беспорядочное сочетание различных по силе и частоте звуков. Звук как физическое явление представляет собой волнообразное движение в упругой среде, вызываемое колебательными движениями звучащего тела и воспринимаемое органом человека и животных. С физической стороны звук характеризуется уровнем звукового давления, измеряемым в децибелах, и частотой колебаний, выражаемой в герцах (Гц - 1 колебание в секунду). Человек воспринимает звуковые колебания с частотой от 16 до 20 000 Гц. Сила звукового давления полностью не определяет степени его восприятия органом слуха, так как нервный аппарат внутреннего уха, воспринимающий звук, более чувствителен к высокочастотным звукам. Для сравнения степени восприятия различных по частоте звуков введена специальная единица громкости- «фон» (уровень громкости стандартного тона с частотой 1000 Гц, сила звукового давления которого равна 1 дБ).
Измерение уровня шума производят специальными приборами - шумомерами. Определение спектра шума (частот составляющих его звуков и части общей звуковой энергии, приходящейся на отдельные частоты) производят при помощи анализаторов спектра шума.
Шум оказывает на организм человека неблагоприятное воздействие и может вызвать различного рода болезненные состояния, в том числе (см.) и глухоту. Под влиянием шума учащаются и дыхание, повышается расход энергии. Длительное воздействие шума оказывает вредное влияние на ЦНС и психику человека. В результате воздействия шума у человека появляются симптомы переутомления и истощения нервной системы. Со стороны психики наблюдается подавленное настроение, понижение внимания, задерживаются интеллектуальные процессы, повышается нервная возбудимость. Шум снижает работоспособность и производительность труда, препятствует нормальному отдыху и . Под влиянием шума значительной силы наблюдается изменение нормальной деятельности различных органов и систем (изменение секреции желудочного сока, повышение кровяного давления и т. п.).
Мероприятиями по борьбе с шумом в населенных пунктах являются: рациональная планировка, озеленение, упорядочение уличного движения, замена шумных видов городского транспорта менее шумными, запрещение звуковых сигналов транспорта, звукоизоляция жилых зданий, снижение шума встроенного в здания инженерного оборудования (лифты, насосы, двигатели, вентиляторы и т. п.), ограничение бытовых шумов. Мероприятиями по уменьшению или устранению шума на производстве являются: изменение технологического процесса, шумометрический контроль новых видов промышленного оборудования, звукоизоляция производственных помещений с шумными процессами и источников шума, применение звукопоглощающих , надзор за работающим оборудованием. Машины, производящие сильный шум, устанавливают на специальных фундаментах, отделенных от других конструкций воздушными прослойками из эластических материалов. В шумных цехах применяют средства индивидуальной защиты рабочих (см. ). Рабочие шумных цехов проходят предварительное медицинское освидетельствование невропатологом, оториноларингологом и терапевтом. Противопоказаниями являются стойкое понижение слуха, заболевания внутреннего и в некоторых случаях , органические заболевания ЦНС и заболевания .
Требования к уровню шума устанавливают в соответствии с Гигиеническими нормами допустимых уровней звукового давления и уровней звука на рабочих местах № 1004-73 (утверждены Главным санитарным врачом СССР 12/1 1973 г.) и Санитарными нормами допустимого шума в помещениях жилых и общественных зданий и на территории жилой застройки № 872-70.
Шум (шумы) - беспорядочные непериодические колебания различной физической природы.
Интенсивность шума оценивают отношением создаваемого звукового давления к давлению, принятому за единицу сравнения , что соответствует примерно порогу восприятия ухом человека тона с частотой 1000 Гц.
Поскольку отношение звуковых давлений от порога восприятия (2·10 -5 н/м 2) до порога болевого ощущения (20 н/м 2) изменяется в миллионы раз, принято измерять интенсивность шума в логарифмических единицах - децибелах, что значительно сокращает шкалу измерений. В гигиенической практике шкала измерений ограничивается диапазоном от 20 до 140 дБ. Совокупность частот, составляющих шум, называется спектром шума.
По характеру изменения общей интенсивности во времени шум разделяют на стабильный с изменением интенсивности во времени не более 5 дБ и импульсный (ударный) с резким возрастанием и последующим спадом интенсивности.
По ширине спектра различают: шум узкополосный, состоящий из ограниченного числа смежных частот, и широкополосный, включающий почти все частоты слышимого диапазона. По преобладанию интенсивностей в спектре в области частот до 300 Гц шум считают низкочастотным, свыше 1000 Гц - высокочастотным, от 300 до 1000 Гц - среднечастотным. По времени воздействия шума на организм человека различают: продолжительные, действующие в течение 4 часов и более, и шумы кратковременные - менее 4 часов за рабочую смену. Измеряют шум при помощи шумомеров - приборов, которые определяют общую интенсивность шума. Соединенные с ними октавные или более узкие фильтры могут измерять интенсивность в отдельных звуковых диапазонах, благодаря чему определяется спектр того или иного шума.
Источниками шума на производстве является оборудование: машины с электрическим, пневматическим и моторным приводами, подъемно-транспортные механизмы; вспомогательное инженерное оборудование - компрессоры, насосы, вентиляторы, трансформаторы, а также технологические операции по обработке материалов. Наиболее шумными участками производств являются: в машиностроении - обрубные участки литейных цехов, штамповочно-прессовые цехи, цехи испытаний всех видов двигателей, рихтовочно-выколоточные участки подготовительных цехов, сборочные цехи с участками пневматической клепки, шариковые цехи подшипниковых заводов; в металлургической промышленности - метизные производства; в лесной промышленности - деревообрабатывающие цехи; в текстильной промышленности - ткацкие цехи, особенно с челночными станками.
Шумы является биологическим раздражителем, действующим на все органы и системы и главным образом через слуховой анализатор на центральную нервную систему.
Исчерпывающими характеристиками шумов являются уровнеграмма звукового давления шума, показывающая изменение энергии колебательного процесса во времени, и спектрограмма шума, указывающая на распределение энергии колебания по частотному диапазону в данный момент времени.
Орган слуха наиболее чувствителен к высокочастотным звукам (свыше 1000 Гц), которые вызывают наиболее раннее утомление слуха и нарушение взаимоотношения основных процессов в центральной нервной системе. Длительное воздействие шума на организм может приводить к профессиональному снижению слуха (см. Акустическая травма, Тугоухость) и общим расстройствам (гипертония, гипотония, изжога, головные боли и др.), а также обострять хронические заболевания.
Борьба с производственными шумом является общегосударственной задачей.
Действующими в СССР Государственными санитарными нормами по ограничению шума на производстве установлены предельно допустимые уровни шума на рабочих местах, которые следует учитывать при проектировании машин и другого оборудования и при их размещении в производственных помещениях. Не менее важным звеном в профилактике вредного воздействия шума является надзор за действующими машинами и оборудованием, выявление участков и цехов с уровнями шума, значительно превышающими допустимые, и разработка комплекса профилактических мероприятий по снижению шума на рабочих местах.
Наибольший эффект в комплексе профилактики дают технические средства борьбы с шумом, а именно: уменьшение шума в источнике его образования конструктивными, технологическими и эксплуатационными мероприятиями; снижение шума по пути его распространения средствами звукоизоляции и звукопоглощения.
При отсутствии технической возможности снизить шум до безопасных пределов используют средства индивидуальной защиты от шума - противошумы (см.), которые при правильном подборе типа и систематическом пользовании значительно снижают опасность неблагоприятного воздействия шума на организм.
Мероприятиями медицинской профилактики в борьбе с шумом являются предварительные и периодические медосмотры лиц, работающих в условиях шума; в частности, предусмотрен профессиональный отбор (см.) при поступлении на работу и ранняя диагностика возможных расстройств от действия шума.
Правильно разработанный комплекс всех мероприятий (технических, медицинских, организационных) может полностью предотвратить вредное воздействие шума на организм.
Основными физическими параметрами, характеризующими звук, является звуковое давление Р и интенсивность звукаI . Слуховой аппарат человека реагирует на величину, пропорциональную среднему квадрату звукового давления
где P(t) - разность между мгновенными значениями полного давления и средним давлением в среде при отсутствии звукового поля;
Т − время усреднения, которое для уха человека находится в пределах 30-100 мс.
При распространении звуковой волны происходит перенос энергии. Интенсивностью звука называется количество звуковой энергии, переносимое звуковой волной в единицу времени через единицу поверхности.
Звуковое давление измеряется в паскалях (Па = 1 Н/м 2), а интенсивность звука - в Вт/м 2 .
Интенсивность звука связана со звуковым давлением зависимостью:
где ρ − плотность среды, кг/м 3 ; С − скорость звука, м/с.
Область слышимости звуков ограничивается не только определенными частотами, но и определенными значениями давления и интенсивности звука. Максимальные и минимальные звуковые давления воспринимаемые человеком как звук, называются пороговыми . Минимальные значения (порог слышимости) соответствуют едва ощущаемым звукам и при частоте 1000 Гц равны Р о =2*10 -5 Па, I 0 =10 -12 Вт/м 2 .
Максимальные значения (порог болевого ощущения) соответствуют звукам, которые вызывают в органах слуха болевые ощущения и при частоте 1000 Гц равны Р б = 2*10 2 Па и I б =10 2 Вт/м 2 . Таким образом, величины звукового давления и интенсивность звука, которые различает человек, могут меняться в широком диапазоне: по давлению до 10 7 раз, по интенсивности до 10 14 раз. Ввиду того, что по закону Вебера-Фехнера раздражающее действие шума на человека пропорционально не квадрату звукового давления, а логарифму от него, были введены логарифмические величины - уровни звукового давления и интенсивности , измеряемые в децибелах (дБ). Бел – это логарифмическая единица отношения двух величин (десятичный логарифм отношения 2-х одноименных физических величин, например, мощностей, токов, звукового давления), 0,1 доля Бела – децибел. 1Б = 10дБ.
, дБ,
где L – уровень звукового давления, дБ; I 0 и Р о - интенсивность звука и звуковое давление, соответствующие порогу слышимости на частоте 1000 Гц.
Слуховой аппарат человека обладает неодинаковой чувствительностью к звукам различной частоты: наибольшей чувствительностью на средних и высоких частотах (800-4000 Гц) и наименьшей - на низких (20-100 Гц).
Громкостью называется субъективное ощущение, позволяющее слуховой системе располагать звуки по определенной шкале от звуков низкой интенсивности ("тихие" звуки) к звукам большой интенсивности ("громкие" звуки).
Уровни звука в полосе шириной 1 Гц называются спектральной плотностью. Зависимости уровней звука от частоты называются спектром шума
Одинаковые по интенсивности, но разные по частоте звуки воспринимаются как звуки разной громкости. При равных условиях воздействующего шума наиболее раздражающее действие оказывает шум в диапазоне частот 3000-5000 Гц. Поэтому для физиологической оценки шума используются кривые равной громкости (рис.1), позволяющие судить о том, какой звук субъективно сильнее или слабее, и вводится понятие уровня громкости звука, единицей измерения которого является фон. На частоте 1000 Гц уровни громкости приняты равными уровням звукового давления, следовательно, 1 фон - уровень громкости звука, для которого уровень звукового давления равногромкого звука на этой частоте равен 1 дБ.
Рис.1. Кривые равной громкости и зависимость уровня звукового давления в дБ от частоты при заданной громкости в фонах
При измерении шума для того, чтобы приблизить результаты объективных измерений к субъективному восприятию, используют корректированный уровень звукового давления (уровень интенсивности). Коррекция заключается в том, что вводятся зависящие от частоты звука поправки к уровню соответствующей величины (путем коррекции частотной характеристики шумомера). Эти поправки стандартизованы в международном масштабе.
Наиболее употребительна коррекция А. Корректированный уровень звукового давления
L A = L−∆L A называется уровнем звука и измеряется в дБА.
Стандартное значение коррекции приведено ниже:
Частота, Гц 16 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
Коррекция L A , дБ 80 42 26,3 16,1 8,6 3,2 0 -1,2 -1,0 -
КЛАССИФИКАЦИЯ ШУМА
Согласно ГОСТ 12.1.003-83 шум классифицируется по спектральным и временным характеристикам.
По характеру спектра шум подразделяется на:
· широкополосный с непрерывным спектром шириной более одной октавы (здесь необходимо привести определение: окта́ва - музыкальный интервал, в котором соотношение частот между звуками составляет 1 к 2, то есть для октавы верхняя частота в два раза больше нижней. Субъективно на слух октава воспринимается как устойчивый, базисный музыкальный интервал. Два последовательных звука, отстоящие на октаву, воспринимаются очень похожими друг на друга, хотя явно различаются по высоте);
· тональный, в спектре которого имеются выраженные дискретные тона. Тональный характер шума, для практических целей, устанавливают измерением в третьоктавных (для третьоктавы fв/fн= ) полосах частот по превышению уровня звукового давления в одной полосе над соседними не менее чем на 10 дБ. Например, шум дисковой пилы является тональным, а реактивного двигателя - широкополосным.
По временным характеристикам шум подразделяется на:
· постоянный, уровень звука которого за 8-часовой рабочий день изменяется во времени не более чем на 5 дБА;
· непостоянный, уровень звука которого за 8-часовой рабочий день изменяется во времени более чем на 5 дБА.
В свою очередь непостоянный шум подразделяется на:
· колеблющийся во времени, уровень звука которого непрерывно изменяется во времени;
· прерывистый, уровень звука которого ступенчато изменяется (на 5 дБА и более), причем длительность интервалов, в течение которых уровень остается постоянным, составляет 1 с и более;
· импульсный, состоящий из одного или нескольких звуковых сигналов, каждый длительностью менее 1 с.
ДЕЙСТВИЕ ШУМА НА ЧЕЛОВЕКА
Физиологическое воздействие шума на человека зависит от многих факторов: уровня звукового давления, его частотного состава, времени воздействия частоты повторения и индивидуальных особенностей. Дискретные составляющие в спектре шума увеличивают раздражающее действие по сравнению с исходным широкополосным шумом. На графике (рис.2) показаны зоны воздействия шума на человека в зависимости от уровня звука и времени воздействия.
зона I – применение защитных средств не требуется; зоны II и III – защита органов слуха обязательна; зона IV – пребывание человека с любой защитой запрещено
Рис. 2. Типичные зоны воздействия шума на человека
В общем, в зависимости от уровня и характера шума можно выделить несколько ступеней его воздействия на человека.
1. Шума нет - полное отсутствие шума противоестественно. Абсолютная тишина угнетает. Пребывание в полной тишине более нескольких суток ведет к психическим расстройствам.
2. Шум 20-60 дБА, - шумовой фон, постоянно действующий на человека в повседневной деятельности. Степень вредности такого шума во многом зависит от индивидуального отношения к нему. Привычный шум или шум, производимый самим человеком, не беспокоит. Шум свыше 40 дБА может создавать повышенную нагрузку на нервную систему, особенно при умственной работе. Воздействие на психику возрастает с увеличением частоты и уровня шума, а также с уменьшением ширины полосы частот шума,
3. Шум 60-80 дБА оказывает психологическое воздействие, создавая значительную нагрузку на нервную систему человека (особенно при умственной работе). В результате наблюдается повышенная утомляемость, раздражительность, ослабляется внимание, замедляются психические реакции, как следствие, снижается производительность и качество труда. При импульсных и нерегулярных шумах степень воздействия шума повышается.
4. Шум 80-110 дБА оказывает физиологическое воздействие на человека, приводя к видимым изменениям в его организме. Под влиянием шума свыше 80 дБА наблюдается ухудшение слуха (снижение слуховой чувствительности в первую очередь на высоких частотах).
Однако действие сильного шума на организм человека не характеризуется только по состоянию слуха. Изменения в функциональном состоянии нервной системы и ряда органов наступают гораздо раньше, их совокупность характеризуется как шумовая болезнь. К объективным симптомам шумовой болезни относятся: снижение слуховой чувствительности, изменение функции пищеварения, выражающееся в понижении кислотности, сердечно-сосудистая недостаточность, нейроэндокринные расстройства. Длительное воздействие шума вызывает ряд таких серьезных заболеваний, связанных с перенапряжением нервной системы, как гипертоническая болезнь, в ряде случаев желудочно-кишечные и кожные заболевания.
Работающие в условиях сильного шума испытывают головные боли, головокружения, снижение памяти, боли в ушах. Человек затрачивает в среднем на 10-20% больше физических и нервно-психических усилий, чтобы сохранить выработку, достигнутую им при уровне звуке ниже 70 дБА. Все это снижает работоспособность человека, безопасность его труда. Производительность труда снижается от шума тем больше, чем сложнее трудовой процесс и чем больше в нем элементов умственного труда.
Установлено, что при работах, требующих повышенного внимания, при увеличении уровня звука от 70 до 90 дБА имеет место снижение производительности труда на 20%.
Повышенный уровень шума приводит к росту не только профессиональной, но и общей заболеваемости. Об этом говорит тот факт, что общая заболеваемость рабочих шумных производств увеличена на 15-20%.
5. Шум выше 110 дБА оказывает травматическое действие на органы слуха. При шуме более 140 дБА возможен разрыв барабанной перепонки.
НОРМИРОВАНИЕ ШУМА
Целью санитарного нормирования является установление научно обоснованных предельно допустимых величин шума, которые при ежедневном систематическом воздействии в течение всего рабочего дня и в течение многих лет не вызывают существенных изменений в состоянии здоровья человека и не мешают его нормальной трудовой деятельности.
В условиях производства в большинстве случаев технически очень трудно снизить шум до очень малых уровней, поэтому при нормировании исходят не из оптимальных (комфортных), а из терпимых условий, т.е. таких, когда вредное действие шума на человека не проявляется или проявляется незначительно. Санитарные нормы - это компромисс между гигиеническими требованиями и техническими возможностями на данном этапе развития науки и техники.
Характеристики и допустимые уровни шума на рабочих местах регламентируются ГОСТ 12.l.003-83. «Шум. Общие требования безопасности». Нормируемой характеристикой постоянного шума являются уровни звуковых давлений в децибелах в октавных полосах или 1/3-октавных со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц. Как известно, среднегеометрическое значение f
ср для полосы с верхней граничной частотой f
в и нижней f
н (для октавной полосы f
в в два раза больше f
н) определяется выражением f ср
= 
, например, если f
ср =63Гц, то f
н =45Гц и f
в =90Гц.
Совокупность допустимых уровней звукового давления в октавных полосах частот называется предельным спектром, а указанный метод нормирования - нормированием по предельному спектру шума (см. табл.1).Предельные спектры обозначают сокращением ПС с цифровым индексом, соответствующим уровню звукового давления в октавной полосе со среднегеометрической частотой 1000 Гц. Например, ПС-80 обозначает предельный спектр, имеющий в указанной октавной полосе допустимый уровень звукового давления 80 дБ. Значения предельно допустимых уровней звукового давления в нормируемых октавных полосах частот установлены с учетом одинакового физиологического и психологического воздействия шума на человека.
Таблица 1
Допустимые уровни звука и звукового давления на рабочих местах
| Вид трудовой деятельности, рабочие места | Уровни звукового давления, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц | Уровни звука и эквивалентные уровни звука, дБА | |||||||||
| 31,5 | |||||||||||
| Творческая деятельность, руководящая работа, конструирование и проектирование, программирование, преподавание, врачебная деятельность | |||||||||||
| Высококвалифицированная работа, требующая сосредоточенности, административно-управленческая деятельность, измерительные и аналитические работы в лаборатории | |||||||||||
| Рабочие места в помещениях диспетчерской службы, кабинетах и помещениях наблюдения и дистанционного управления с речевой связью по телефону | |||||||||||
| Рабочие места в кабинах машинистов тепловозов, электровозов, поездов метрополитена, дизель-поездов | |||||||||||
| Рабочие места водителей и обслуживающего персонала (пассажиров) легковых автомобилей | |||||||||||
| Рабочие места в кабинах и салонах самолетов и вертолетов | |||||||||||
Примечания к табл.1:
Допускаемые уровни звукового давления в октавных полосах частот, уровни звука и эквивалентные уровни звука на рабочих местах следует принимать для тонального и импульсного шума на 5 дБ меньше значений, указанных в таблице;
Запрещается даже кратковременное пребывание в зонах с октавными уровнями звукового давления свыше 135 дБ в любой октавной полосе;
Для шума, создаваемого в помещениях установками кондиционирования воздуха, вентиляции и воздушного отопления - на 5 дБ меньше фактических уровней шума в этих помещениях (измеренных или определенных расчетом), если последние не превышают значения, указанные в таблице (поправку для тонального и импульсного шума в этом случае принимать не следует), в остальных случаях - на 5 дБ меньше значений, указанных в таблице.
Для ориентировочной оценки (например, при проверке органами надзора, выявлении необходимости осуществления мер по шумоглушению и др.) постоянного шума на рабочих местах допускается использование интегрального показателя - уровня звука в дБА, который измеряется шумомером с корректированной частотной характеристикой А (наряду с линейной частотной характеристикой, шумомеры имеют коррекцию А, имитирующую нелинейную амплитудно-частотную характеристику слухового аппарата человека) и определяется по формуле:
Р 0 - звуковое давление, соответствующее порогу слышимости (в воздухе Р 0 = 2*10 -5 Па). Уровень звука связан с предельным спектром зависимостью:
L A = ПС + 5дБ.
Характеристикой непостоянного шума является эквивалентный (по энергии) уровень звука в дБА - уровень звука постоянного широкополосного шума, который имеет то же самое среднеквадратичное звуковое давление (оказывает на человека такое же воздействие), что и данный непостоянный шум, определяемый по формуле:
где P A (t) – текущее среднеквадратическое значение звукового давления с учетом коррекции А шумомера, Па; Т - время действия шума.
Эквивалентный уровень измеряется интегрирующими шумомерами и может быть определён расчетным методом. Суть метода в том, что диапазон, подлежащий измерению уровней звука, разбивают на интервалы, затем через равные промежутки времени в течение определенного периода производят измерения уровня звука по шкале А шумомера и подсчитывают количество отсчетов в каждом интервале.
Допустимые уровни шума для различных видов трудовой деятельности согласно ГОСТ 12.1.003-83 приведены в табл.2.
Таблица 2
Уровни шума для различных видов трудовой деятельности
с учетом степени напряженности труда
Физическая характеристика громкости звука - уровень звукового давления, в децибелах (дБ). «Шум» - это беспорядочное смешение звуков.
Звуки с низкой и высокой частотой кажутся тише, чем среднечастотные той же интенсивности. С учётом этого, неравномерную чувствительность человеческого уха к звукам разных частот модулируют с помощью специального электронного частотного фильтра, получая, в результате нормирования измерений, так называемый эквивалентный (по энергии, "взвешенный") уровень звука с размерностью дБА (дБ(А), то есть - с фильтром "А").
Человек, в дневное время суток, может слышать звуки громкостью от 10-15 дБ и выше. Максимальный диапазон частот для человеческого уха, в среднем - от 20 до 20 000 Гц (возможный разброс значений: от 12-24 до 18000-24000 герц). В молодости - лучше слышен среднечастотный звук с частотой 3 КГц, в среднем возрасте - 2-3КГц, в старости - 1КГц. Такие частоты, в первые килогерцы (до 1000-3000 Гц - зона речевого общения) - обычны в телефонах и по радио на СВ и ДВ диапазонах. С возрастом, воспринимаемый на слух звуковой диапозон сужается: для высокочастотных звуков - уменьшаясь до 18 килогерц и менее (у пожилых людей, каждые десять лет - примерно на 1000Гц), а для низкочастотных - увеличиваясь от 20 Гц и более.
У спящего человека, основным источником сенсорной информации об окружающей обстановке - становятся уши ("чуткий сон"). Чувствительность слуха, ночью и при закрытых глазах - увеличивается на 10-14 дБ (до первых децибел, по шкале дБА), по сравнению с дневным временем суток, поэтому - громкий, резкий шум с большими скачками громкости, может разбудить спящих людей.
В случае отсутствия на стенах помещений звукопоглощающих материалов (ковров, специальных покрытий), звук будет громче из-за многократного отражения (реверберации, то есть - эха от стен, потолка и мебели), что увеличит уровень шума на несколько децибел.
Шкала шумов (уровни звука, децибел), в таблице
| Децибел, дБА |
Характеристика | Источники звука |
| 0 | Ничего не слышно | |
| 5 | Почти не слышно | |
| 10 | Почти не слышно | тихий шелест листьев |
| 15 | Едва слышно | шелест листвы |
| 20 | Едва слышно | шепот человека (на расстоянии 1 метр). |
| 25 | Тихо | шепот человека (1м) |
| 30 | Тихо | шепот, тиканье настенных часов. Допустимый максимум по нормам для жилых помещений ночью, с 23 до 7 ч. |
| 35 | Довольно слышно | приглушенный разговор |
| 40 | Довольно слышно | обычная речь. Норма для жилых помещений днём, с 7 до 23 ч. |
| 45 | Довольно слышно | обычный разговор |
| 50 | Отчётливо слышно | разговор, пишущая машинка |
| 55 | Отчётливо слышно | Верхняя норма для офисных помещений класса А (по европейским нормам) |
| 60 | Шумно | Норма для контор |
| 65 | Шумно | громкий разговор (1м) |
| 70 | Шумно | громкие разговоры (1м) |
| 75 | Шумно | крик, смех (1м) |
| 80 | Очень шумно | крик, мотоцикл с глушителем. |
| 85 | Очень шумно | громкий крик, мотоцикл с глушителем |
| 90 | Очень шумно | громкие крики, грузовой железнодорожный вагон (в семи метрах) |
| 95 | Очень шумно | вагон метро (в 7 метрах снаружи или внутри вагона) |
| 100 | Крайне шумно | оркестр, вагон метро (прерывисто), раскаты грома
|
| 105 | Крайне шумно | в самолёте (до 80-х годов ХХ столетия) |
| 110 | Крайне шумно | вертолёт |
| 115 | Крайне шумно | пескоструйный аппарат (1м) |
| 120 | Почти невыносимо | отбойный молоток (1м) |
| 125 | Почти невыносимо | |
| 130 | Болевой порог | самолёт на старте |
| 135 | Контузия | |
| 140 | Контузия | звук взлетающего реактивного самолета |
| 145 | Контузия | старт ракеты |
| 150 | Контузия, травмы | |
| 155 | Контузия, травмы | |
| 160 | Шок, травмы | ударная волна от сверхзвукового самолёта |
|
При уровнях звука свыше 160 децибел - возможен разрыв барабанных перепонок и лёгких, |
||
Максимально допустимые уровни звука (LАмакс, дБА) - больше "нормальных" на 15 децибел. Например, для жилых комнат квартир допустимый постоянный уровень звука в дневное время - 40 децибелов, а временный максимальный - 55.
Неслышный шум - звуки с частотами менее 16-20 Гц (инфразвук) и более 20 КГц (ультразвук). Низкочастотные колебания в 5-10 герц могут вызывать резонанс, вибрацию внутренних органов и влиять на работу мозга. Низкочастотные акустические колебания усиливают ноющие боли в костях и суставах у больных людей. Источники инфразвука: автомобили, вагоны, гром от молнии и т.д.
Высокочастотный звук и ультразвук с частотой 20-50 килогерц, воспроизводимый с модуляцией на несколько герц - применяются для отпугивания птиц с аэродромов, животных (собак, например) и насекомых (комаров, мошкары).
На рабочих местах предельно допустимые, по закону, эквивалентные уровни звука для прерывистого шума: максимальный уровень звука не должен превышать 110 дБА, а для импульсного шума - 125 дБАI. Запрещается даже кратковременное пребывание в зонах с уровнями звукового давления свыше 135 дБ в любой октавной полосе.
Шум, издаваемый компьютером, принтером и факсом в комнате без звукопоглощающих материалов - может превышать уровень 70 db. Поэтому не рекомендуется размещать много оргтехники в одном помещении. Слишком шумное оборудование должно выноситься за пределы помещения, где располагаются рабочие места. Снизить уровень шума можно, если использовать шумопоглощающие материалы в качестве отделки помещения и занавески из плотной ткани. Помогут и противошумные бируши для ушей.
Плачь ребёнка, по сравнению с другими звуками такой же громкости - гораздо сильнее действует на психику человека, в качестве раздражителя и стимула к активным физическим действиям (успокоить, накормить и т.д.)
При возведении зданий и сооружений, в соответствии с современными, более жесткими требованиями звукоизоляции, должны применяться технологии и материалы, способные обеспечить надёжную защиту от шума.
Для пожарной сигнализации: уровень звукового давления полезного аудиосигнала, обеспечиваемый оповещателем, должен быть не менее 75 дБА на расстоянии 3 м от оповещателя и не более 120 dba в любой точке защищаемого помещения (п.3.14 НПБ 104-03).
Сирена большой мощности и корабельный ревун - давит больше 120-130 децибел.
Спецсигналы (сирены и "крякалки" - Air Horn), устанавливаемые на служебном транспорте, регламентируются ГОСТ Р 50574 - 2002. Уровень звукового давления сигнального устройства при подаче специального звук. сигнала, на расстоянии 2 метра по оси рупора, должен быть не ниже:
116 дБ(А) - при установке излучателя звука на крыше транспортного средства;
122 дБА - при установке излуч-ля в подкапотное пространство автотранспорта.
Изменения основной частоты должны быть от 150 до 2000 Гц. Продолжительность цикла - от 0,5 до 6,0 с.
Клаксон гражданского автомобиля, согласно ГОСТ Р 41.28-99 и Правил ЕЭК ООН №28, должен издавать непрерывный и монотонный звук с уровнем акустического давления не более 118 децибел. Такого порядка максимально допустимые значения - и для автосигнализации.
Если городской житель, привыкший к постоянному шуму, окажется на некоторое время в полной тишине (в сухой пещере, например, где уровень шума - менее 20 db), то он вполне может испытать депрессивные состояния вместо отдыха.
Прибор шумометр для измерения уровня звука, шума
Для измерения уровня шума применяется прибор шумомер (на фото), который производят в разных модификациях: бытовые (ориентировочная цена - 3-4 т.р, диапазоны измерения: 30-130 дБ, 31,5 Гц - 8 кГц, фильтры А и С), промышленные (интегрирующие и т.д.) Наиболее распространённые модели: SL, октава, svan. Для измерений инфразвуковых и ультразвуковых шумов применяются широкодиапазонные шумометры.
Частотные диапазоны звука
Поддиапазоны спектра звуковых частот, на которые настроены фильтры двух- или трёхполосных акустических систем: низкочастотный - колебания до 400 герц;
среднечастотный - 400-5000 Гц;
высокочастотный - 5000-20000Гц
Скорость звука и дальность его распространения
Приблизительная скорость слышимого, среднечастотного звука (частотой порядка 1-2 кГц) и максимальная дальность его распространения в различных средах:
в воздухе - 344.4 метров в секунду (при температуре 21.1 по шкале Цельсия) и примерно 332 м/с - при нуле градусов;
в воде - приблизительно 1.5 километра в секунду;
в дереве твёрдых сортов - порядка 4-5 км/с вдоль волокон и в полтора раза меньше - поперёк.
При 20 °С., скорость звука в пресной воде равна 1484м/с (при 17° - 1430), в морской - 1490 м/с.
Скорость звука в металлах и других твёрдых телах(приведены величины только самых быстрых, продольных упругих волн):
в нержавеющей стали - 5.8 километров в секунду.
Чугун - 4.5
Лёд - 3-4км/с
Медь - 4.7 км/с
Алюминий - 6.3км/с
Полистирол - 2.4 километров в секунду.
С повышением температуры и давления, скорость звука в воздухе - возрастает. В жидкостях - обратная зависимость по температуре.
Скорости распространения упругих продольных волн в массивах горных пород, м/с:
почва - 200-800
песок сухой / влажный - 300-1000 / 700-1300
глина - 1800-2400
известняк - 3200-5500
Уменьшают дальность распространения звука, вдоль поверхности земли - высокие преграды (горы, здания и строения), противоположное направление ветра и его скорость, а так же другие факторы (пониженное атмосферное давление, повышенная температура и влажность воздуха). Расстояния, на которых источник громкого шума почти не слышно - обычно, от 100 метров (при наличии высоких преград или в густом лесу), до 300-800 м. - на открытой местности (при попутном среднем ветре - дальность увеличивается до километра и более). С расстоянием "теряются" (быстее гасятся и рассеиваются) более высокие частоты и остаются низкочастотные звуки. Максимальная дальность распространения инфразвука средней интенсивности (человек его не слышит, но воздействие на организм есть) - десятки и сотни километров от источника.
Интенсивность затухания (коэффициент поглощения) звука средних частот (порядка 1-8 кГц), при нормальном атмосферном давлении и температуре, над землей с невысокой травой, в степи - приблизительно 10-20 дБ на каждые 100 метров. Поглощение пропорционально квадрату частоты акустических волн.
Если во время грозы вы увидели сильную молнию и через 12 секунд услышали первые раскаты грома - это значит, что молния ударила в четырёх километрах от вас (340 * 12 = 4080 м.) В приблизительных расчётах принимается - три секунды на километр расстояния (в воздушном пространстве) до источника звука.
Линия распространения звуковых волн отклоняется в направлении уменьшения скорости звука (рефракция на градиенте температуры), то есть, солнечным днём, когда воздух у поверхности земли теплее, чем вышележащий - линия распространения звуковых волн изгибается вверх, но если верхний слой атмосферы окажется теплее приземного, то звук пойдёт оттуда обратно вниз и слышно будет лучше.
Дифракция звука - огибание волнами препятствия, когда его размеры сравнимы с длиной волны или меньше ее. Если намного больше длины волны, то звук отражается (угол отражения равен углу падения), а позади препятствий формируется зона акустической тени.
Отражения звуковой волны, её рефракция и дифракция - вызывают многократное эхо (реверберацию), что оказывает значительное влияние на слышимость речи и музыки в помещении или за его пределами, что учитывается при звукозаписи, для получения живого звучания (путём размещения в оптимально близких зонах стереокартины малогабаритных микрофонов с острой характеристикой направленности, для записи прямого звука, с последующим сведением и микшированием «сухой» записи процессором в цифру или используя дальние-равноудалённые, хорошо настроенные микрофоны окружения с дополнительной записью отражённых звуков).
От инфразвука не спасает обычная звукоизоляция.
Бинауральные биения (Binaural Beat Frequency)
Когда правое и левое ухо слышат звуки (например, из наушников плеера, f < 1000 герц, f1 - f2 < 25 Гц) двух различных частот - мозг, в результате обработки этих сигналов, получает третью, разностную частоту биения (бинауральный ритм, который равен арифметической разнице их частоты), "слышимую" как низкочастотные колебания, совпадающие с диапазоном обычных мозговых волн (дельта - до 4 Гц, тета - 4-8Гц, альфа - 8-13Гц, бета - 13-30 Гц). Этот биологический эффект учитывается и используется в студиях звукозаписи - для передачи низких частот, не воспроизводимых напрямую динамиками обычных стереосистем (вследствие конструкционных ограничений), но эти способы и методы, при неумелом применении, могут негативно сказаться на психологическом состоянии и настроении слушателя, так как отличаются от естественного, природного восприятия человеческим ухом шумов и звуков.
// при бинауральном эффекте "слышны" не три, а два звука: первый - среднеарифметический, по частоте, от двух реальных, и второй - тактовый, смоделированный мозгом. При увеличении разницы частот (>20-30 герц) - звуки распадаются, в восприятии, на исходные, с их фактической частотой, и бин.эффект исчезает. Разница фаз звуковых волн, приходящих на правое и левое ухо - позволяет определять направление на источник звука / шума, громкость и тембр - расстояние до него.
Шумановский резонанс
В тех местах ионосферы, куда бьют электромагнитные волны достаточной мощности, при устоявшемся (с высокой добротностью сигнала) резонансе Шумана, особенно, на частотах первых его гармоник - появившиеся, при этом, плазменные сгустки начинают излучать инфразвуковые акустические (звуковые) волны. Конкретные ионосферные излучатели существуют до тех пор, пока продолжаются разряды молний в инициирующем грозовом очаге - примерно, до первых десятков минут. Для восьмигерцовой частоты, эти излучающие точки расположены на противоположной стороне земного шара, от источника электромагн. волн. На 14-герцовой - по треугольнику. Локальные, сильно ионизированные области в нижних слоях ионосферы (спорадический слой Еs) и плазменные отражатели - могут быть взаимосвязаны или пространственно совпадать.
Как сохранить свой слух
Длительное воздействие шума с уровнем более 80-90 децибелл может привести к частичной или полной потере слуха (на концертах, мощность акустических систем - может достигать десятков киловатт). Так же, при этом могут произойти патологические изменения в сердечно-сосудистой и нервной системе. Безопасны только звуки громкостью до 35 дБ.
Реакцией на длительное и сильное шумовое воздействие является «тиннитус» - звон в ушах, "шум в голове", который может перерасти в прогрессирующее снижение слуха. Характерно для возрастов старше 30 лет, при ослабленном организме, стрессах, злоупотреблении алкоголем и курении. В простейшем случае, причиной ушного шума или тугоухости может быть серная пробка в ухе, которая легко удаляется врачём-специалистом (промыванием или извлечением). Если воспалён слуховой нерв - это можно вылечить, тоже сравнительно легко (лекарствами, акупунктурой). Пульсирующий шум - более тяжёлый для лечения случай (возможные причины: сужение кровеносных сосудов при атеросклерозе или опухолях, а так же - подвывих шейных позвонков).
Чтобы уберечь слух:
Не увеличивать громкость звука в наушниках плеера, пытаясь заглушить внешний шум (в метро или на улице). При этом увеличивается и электромагнитное излучение на мозг от динамика наушника;
. в шумном месте, для защиты органов слуха - использовать противошумные мягкие "беруши", вкладыши или наушники (шумопонижение эффективнее на высоких частотах звука). Их надо подгонять индивидуально под ухо. В полевых условиях - используют и лампочки от карманного фонаря (они не всем, но подходят по размеру). В стрелковом спорте применяют индивидуально отлитые "активные беруши" с электронной начинкой, по цене - как телефон. Хранить их надо в упаковке. Лучше выбирать берши, сделанные из гипоаллергенного полимера, имеющие хороший SNR (шумоподавление), на уровне от 30 дБ и больше. При резких перепадах давления (в самолёте), для его выравнивания и уменьшения боли - нужно использовать специальные бируши с микроотверстиями;
. в помещениях применять шумоизолирующие экологичные материалы для снижения шума;
. при подводном погружении, чтобы не произошёл разрыв барабанной перепонки - вовремя продуваться (проводить продувание ушей зажав нос или глотательным движением). Сразу после дайвинга - нельзя на самолёт. Прыгая с парашютом - так же надо своевременно выравнивать давление, чтобы не получить баротравму. Последствия баротравмы: шум и звон в ушах (субъективный «тиннитус»), снижение слуха, боль в ухе, тошнота и головокружение, в тяжёлых случаях - потеря сознания.
. с простудой и насморком, когда заложен нос и гайморовы пазухи, недопустимы резкие перепады давления: ныряние (гидростатическое давл-е - 1 атмосфера на 10 метров глубины погружения в воду, то есть: две - на десяти, три - на отметке 20 м. и т.д.), парашютные прыжки (0,01 атм. на 100 м. высоты, быстро увеличивается, с ускорением).
// примерно семь с половиной миллиметров ртутного столба барометра - на каждые сто метров, по высоте.
. давать своим ушам отдыхать от громкого шума.
Приёмы, применяемые, обычно, для выравнивания давления с обеих сторон барабанной перепонки уха: глотание, зевание, продувание с закрытым носом. Артиллеристы, производя выстрел - открывают рот или закрывают уши ладонями рук.
Частые причины снижения слуха: попадание в уши воды, инфекции (в том числе и органов дыхания), травмы и опухоли, образование серной пробки и её набухание при контакте с водой, длительное пребывание в шумной обстановке, баротравма при резком перепаде давления, воспаление среднего уха - отит (скопление жидкости за барабанной перепонкой).
Шум определяется как беспорядочное сочетание различных звуков, обладающих тонами различной силы и частоты. Уровни шума подлежат измерению в величинах, способных выразить степень производимого звукового давления. Такие единицы измерения уровня шума связывают с именами двух физиков – Александра Белла и Генриха Герца.
Белами, а чаще децибелами, выражается относительная громкость звука. По своей сути, децибел представляет собой десятикратный логарифм отношения интенсивности существующей звуковой энергии к ее значению. Он не является непосредственно единицей измерения, а именно выражением отношения.
Измеримая характеристика звука – количество заключенной в нем энергии. То есть интенсивность его как потока этой энергии. Именно поэтому количественной характеристикой выступает, например, выражение в ваттах на квадратный метр (Вт/м2). Однако получаемые величины относительно эталонного уровня 10−12 Вт/м2 столь малы и непонятны большинству обывателей, что 1 бел, был «принят» для выражения получаемых отношений. Например, уровень шума реактивного самолета составляет порядка 13 бел или в более мелких величинах – 130 децибел (дБ). Для человеческого уха нормальный диапазон шумов определяется границами от 20 до 120 децибел. При звуках выше этого уровня человек может получать серьезные травмы барабанной перепонки и контузии. А 160 дБ могут оказаться смертельными.
Все люди сталкиваются с жилищно-бытовыми шумами. Они складываются из непосредственно возникающих в помещении и проникающих из вне. В целях охраны здоровья и нормального состояния граждан приняты нормы допустимого проникающего шума. Это 40 дБ днем и 30 – ночью. Средние показатели единиц уровня измерения шума доказывают, что примерно в 80% случаев даже при нормальной работе радио и телевизора, разговорах, проникающий из соседних квартир шум держится на уровне 40-45 дБ, а звуки из подъезда (движение лифта, хлопки дверей) достигают 60 дБ.
Помимо интенсивности звука, человеческое ухо чувствительно к шумовым колебаниям. Герц - единица Си частоты, равновеликая частоте происходящего периодического процесса, при котором за 1 секунду происходит один цикл такого периодического процесса (то есть 1 колебание). Поэтому для объективной характеристики необходимо использовать обе эти единицы измерения уровня шума. Слуховой аппарат человека более чувствителен к колебаниям, создаваемым высокими частотами, чем низкими. Но в производственных и жилищно-бытовых условиях, любой находится под воздействием всего спектра. В связи с этим, при проведении сравнения уровня громкости звука, необходимо помимо характеристики силы и интенсивности звука в децибелах указывать также и частоту колебаний в секунду.
Программы
