6. Акустические колебания воздушной среды

6.1. Шум слышимого диапазона

Основные понятия и определения диапазона. Слуховое восприя-тие как средство получения информации является для человека ВТО-рым по значению (после зрительного) психофизиологическим процессом.

Звук – упругие колебания в твердой, жидкой и газообразной среде, возникающие вследствие воздействия на эти среды возмущаю-щей силы и воспринимаемые органами слуха живого организма.

Шум – беспорядочные, непериодические сочетания звуков раз-личной интенсивности и частоты, нежелательные для человека.

Физические характеристики звука: частота, интенсивность (сила зву-ка), звуковое давление. Ухо человека воспринимает колебательные дви-жения упругой среды как слышимые в диапазоне частот от 20 до 20000 Гц.

Интенсивность (сила звука) J – это количество энергии, перено-симое звуковой волной за 1 с через площадку в 1 см², направленную перпендикулярно движению волны. Единица измерения Вт/м².

Звуковое давление ρ – это разность между мгновенным значением давления в данной точке среды при прохождении через эту точку звуковой волны и средним давлением, которое наблюдается в этой же точке при отсутствии звука. Единица измерения Па.

Диапазон звукового давления, различаемого органами слуха че-ловека, довольно широк. Минимальная величина звукового давления ощущаемая органами слуха человека, называется порогом слыши-мости. Это пороговое звуковое давление имеет среднее значение, равное Р₀ = 2 ^. 10^-5 (на частоте f = 1000Гц), а соответствующая ему интенсивность J = 10^-5 Вт/м².

Величина звукового давления, при котором начинают возникать болевые ощущения в органах слуха человека, называется болевым порогом. Болевой порог восприятия звука наступает при значениях Р_MAX = 2 ^. 10² и J _MAX = 10² Вт/м². Таким образом, звуковое давление в своем возможном диапазоне изменяется в 10⁷, а интенсивность – в 10¹⁴ раз.

Установлено, что воспринимаемая органами слуха громкость зву-ка увеличивается не пропорционально росту абсолютной величины интенсивности звука, а изменяется пропорционально логарифму его увеличения. Поэтому для удобства вычислений принято оценивать интенсивность звука и звуковое давление не в абсолютных, а в относительных логарифмических единицах – децибелах (дБ).

Измеренные таким образом величины называются уровнями:

L_J = 10 lg – уровень интенсивности звука,

L_P = 20 lg – уровень звукового давления.

где J и P – среднеквадратичные значения интенсивности звука и звукового давления, создаваемые в одной точке источником шума; J₀ и P₀ – пороговые значения.

С учетом значений J₀ и P₀ нетрудно установить, что большой диа-пазон слышимых звуков укладывается в пределах от 0 до 140 дБ. Ве-личина уровня интенсивности L_J используется при проведении акус-тических расчетов, а уровня звукового давления L_P – для измерения шума и для оценки его воздействия на человека, поскольку орган слу-ха чувствителен не к интенсивности звука, а к звуковому давлению.

Ухо человека не одинаково воспринимает звуки различной часто-ты. Слуховой аппарат человека проявляет наибольшую чувствитель-ность на средних и высоких частотах (800-4000 Гц), а наименьшую – на низких (20-100 Гц). Поэтому звуки, одинаковые по звуковому давлению, но разные по частоте, могут казаться на слух неодинаково громкими. Зависимость уровня звукового давления от частоты коле-баний называется частотным спектром шума. Весь слышимый диапазон частот разбит на 8 октавных полос. Октава – полоса, в которой значение верхней граничной частоты f₂ в два раза больше значения нижней частоты f₁, то есть f_2/ f₁ = 2.

Для каждой октавной полосы устанавливается значение средне-геометрической частоты:

F_{ср. геом.} = (6.1)

Ряд среднегеометрических частот в октавных полосах имеет вид: 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц.

Частотный спектр шума представляется либо в виде таблицы, либо в виде графика. Частотный спектр может быть низкочастотным (f до 300 Гц), среднечастотным (f = 300-800 Гц) или высокочастотным (f > 800 Гц).

Согласно ГОСТ 12.1.003-89 «ССБТ. Шум. Общие требования безопасности» шумы принято классифицировать по их спектральным и временным характеристикам. По характеру спектра шумы подразделяются на:

• широкополосные, с непрерывным спектром шириной более одной октавы;

• тональные, в спектре которых имеются слышимые дискретные тона.

По временным характеристикам шумы подразделяются на:

• постоянные, уровни которых во времени изменяются не более чем на 5 дБ (насосные, вентиляционные установки, производственное оборудование).

• непостоянные, уровни которых за восьми часовой рабочий день изменяются во времени более чем на 5 дБ;

Непостоянные шумы подразделяются на:

• колеблющиеся во времени, уровни которых непрерывно меняют-ся во времени;

• прерывистые, уровни которых резко падают до уровня фонового шума, причем длительность интервалов, в течении которых уро-вень остается постоянным и превышающим фоновый уровень, составляет 1 с и более;

• импульсные, состоящие из одного или нескольких звуковых сигналов, каждый длительностью менее 1с.

Действие шума на организм человека. Длительное воздействие шума на работающих может вызвать функциональные изменения со стороны ряда органов и систем. Шум вызывает нарушения со сторо-ны высшей нервной деятельности (изменяется сила, уравновешен-ность и подвижность нервных процессов); сердечно-сосудистой сис-темы (изменяется кровяное давление, ритм сердечных сокращений, повышается внутричерепное давление); органов пищеварения (уча-щаются заболевания гастритами, язвенная болезнь, отмечается пони-жение кислотности желудочного сока); ослабляется внимание, па-мять, учащается раздражительность, снижается работоспособность и производительность труда.

Наряду с этим общим воздействием особо неблагоприятное воз-действие оказывает шум на орган слуха, вследствие чего наступает расстройство слуховой функции, которое может привести к полной тугоухости.

Звуки очень большой силы, уровень которых превышает 120-130 дБ, вызывают большие ощущения и повреждения в слуховом аппарате (акустическая травма). С табл. 6.1 представлены уровни различных звуков.

Таблица 6.1

Уровни различных звуков в зависимости от источника шума и расстояния

Источник шума	Расстояние, м	Уровень шума, дБ
Жилая комната Речь средней громкости Металлорежущие станки Дизельный грузовик Пневмоперфоратор Реактивный двигатель Выстрел из артиллерийс-кого орудия	- 1 на рабочих местах 7 1 25 1-2	35 60 80-96 90 100 140 160-170

Наиболее глубокие сдвиги в организме вызывают высокочастот-ные, дискретные и импульсные шумы.

Нормирование шума на рабочих местах. Физиологическое воздействие шума на человека зависит от многих факторов: от уровня звукового давления шума, его частотного состава, временных харак-теристик, продолжительности действия, индивидуальных особеннос-тей человека. При нормировании, как правило, выбирают основные факторы, а остальные учитывают в виде поправок.

Нормируемой характеристикой постоянного шума на рабочих местах являются уровни звуковых давлений в октавных полосах в дБ со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц.

Для ориентировочной оценки допускается за характеристику постоянного шума на рабочем месте принимать уровень звука L_А в дБА, измеренный по шкале «А» шумометра (шкала «А» шумометра имеет характеристику с «завалом» на низких частотах, которая имитирует кривую чувствительности уха человека).

Предельные величины постоянного шума на рабочих местах производственных помещений регламентирует ГОСТ 12.1.003-89 «Шум. Общие требования безопасности».

Если производственное помещение расположено в жилом доме, то нормирование постоянного шума ведется по СНиП II-12-77 «Защита зданий от шума. Нормы проектирования».

Характеристикой непостоянного шума на рабочих местах являет-ся эквивалентный (по энергии) уровень звука L_{А ЭКВ} в дБА, определяе-мый по ГОСТ 20445-75 «Здания и сооружения промышленных пред-приятий. Метод измерения шума на рабочих местах».

Эквивалентным уровнем звука непостоянного шума является уровень звука постоянного, широкополосного шума, оказывающего такое же воздействие на человека, как и данный непостоянный шум.

Нормирование непостоянного шума производится по эквивалент-ным уровням звука, его величина определяется выражением:

L_{А ЭКВ} = 10 , (6.2)

где _с – доля времени реализации шума с уровнем звука от общего времени измерения шума.

В зависимости от характера шума при нормировании вносятся поправки на дискретность спектра и на импульсность шума.