Раздел 4. Шумы и вібрации

4.1. Классификация шумов

Шумы – волны звукового (акустического) диапазона, образованные колебаниями твердых, жидких или газообразных тел. Звук распрстраняется только в упругих средах (жидкости, газы, твердые тела), скорость его распространения в газах определяется по формуле

(4.1)

где γ – показатель адиабаты (для воздуха γ = 1,4); R = 8,31 Дж/(моль·К) – универсальная газовая постоянная; μ – молярная масса газа, кг/моль; Т – температура газа, К.

В зависимости от размера и вида звукопроводящего материала волны могут быть двух типов:

- продольные – направление колебаний частиц среды совпадает с направлением распространения волны. Такие волны образуют в звукопроводящем материале зоны повышенного и пониженного давления, меняющие со временем свое положение и вызывающие растяжение-сжатие материала;

- поперечные – направление колебаний частиц среды перпендикулярно направлению распространения волны. Подобные волны вызывают сдвиг в звукопроводящих материалах, поэтому имеют место лишь в твердых телах.

В табл. 4.1 приведены скорости распространения волн в некоторых материалах.

Таблица 4.1- Скорости распространения звуковых волн

Вещество	Скорость распространения волн, м/с
	продольных	поперечных
Алюминий	6 320	3 130
Железо	5 900	3 230
Медь	4 730	2 300
Цинк	4 120	2 350
Кварцевое стекло	5 570	3 520
Вода	1 481	–
Воздух	331	–

Источником шума на производстве зачастую является работающее оборудование, транспортные средства, системы кондиционирования и очистки воздуха. Шумы на производстве и в быту нежелательны, поскольку они негативно влияют на организм человека.

Физическими характеристиками шумов являются:

- амплитуда А – максимальное отклонение точки тела, совершающего колебательное движение, от ее начального положения. Единица измерения амплитуды – миллиметр (мм);

- частота f– количество полных колебаний точки в единицу времени. Единица измерения частоты – герц (Гц). Ухо человека имеет наибольшую чувствительность в области частот 1000...3000 Гц;

- период Т – время одного полного колебания точки тела

(4.2)

Единица измерения периода – секунда (с).

- круговая частота ω – количество полных колебаний за 2π секунд

(4.3)

Единица измерения круговой частоты – радиан в секунду (рад/с).

- интенсивность (сила звука) І – количество энергии, проходящей за 1 с через единицу площади, перпендикулярную к направлению ее распространения. Единица измерения интенсивности – ватт на метр квадратный (Вт/м²).

Звуки воспринимаются человеком лишь тогда, когда их интенсивность лежит в пределах от 10^-12 до 10 Вт/м². Минимальное значение называется нижним порогом слышимости, а максимальное – болевым порогом ощущения, причем эти значения разные для разных частот звука. Зависимость порогов слышимости от частоты звуковой волны приведена в Приложении К.

- звуковое давление Р – абсолютная разница между давлением в данной точке пространства и атмосферным давлением. Единица измерения звукового давления – Паскаль (Па).

По слуховым ощущениям звук характеризуется следующими величинами:

- уровень интенсивности (громкость) – сложная функция интенсивности (главным образом) и частоты звука

(4.4)

где І₀ = 10^-12 Вт/м² – нулевой уровень интенсивности, которая равна порогу слышимости при частоте 1000 Гц; І – интенсивность звука. Единица измерения уровня интенсивности – бел (Б), однако на практике используют ее десятую часть – децибел (дБ);

- высота – функция частоты звука. Удвоение частоты называется октавой, утроение – квинтой, отношения частот 3:4 – квартой. Человек улавливает разницу в частоте двух звуков до 0,1 Гц;

- тембр – оттенок, по которому отличаются звуки одинаковой высоты и силы от разных источников. Определяется набором частот простых колебаний, входящих в состав звука.

По частотным диапазонам шумы делятся на три типа:

- инфразвук – колебания с частотой от 0 до 16 Гц, возникающие при колебаниях и внезапных движениях массивных тел и не вызывающие при этом звукового ощущения.

- звуковые (акустические) – колебания с частотой от 16 до 20 000 Гц. В свою очередь, делятся на низкочастотные (диапазон от 16 до 350 Гц), среднечастотные (диапазон от 350 до 800 Гц) и высокочастотные (с частотой более 800 Гц);

- ультразвуковые – колебания с частотой более 20 000 Гц. Они также не вызывают слухового ощущения, используются в средствах связи, пеленгации и локации, в дефектоскопии при обнаружении внутренних дефектов, в медицине.

От частоты шумов зависят пороговые значения силы звука и звукового давления, поэтому необходимо знать частотный спектр шума. Человек воспринимает ухом только звуковые колебания с силой звука в диапазоне 0...140 дБ, причем изменение силы звука менее чем на 1 дБ не ощущается.

По спектру колебаний шумы бывают:

- широкополосные – с непрерывным спектром шириной более одной октавы (полосы частот, в которой верхняя частота вдвое больше нижней);

- тональные – шумы, в спектре которых есть хорошо слышимые дискретные частоты;

По временным характеристикам шумы делятся на:

- постоянные – уровень звука которых за рабочий день изменяется не более, чем на 5 дБ;

- непостоянные – уровень звука которых за рабочий день изменяется более чем на 5 дБ. При этом непостоянные шумы подразделяются на три вида:

- - колеблющиеся во времени – уровень звука непрерывно изменяется во времени;

- - прерывистые – уровень звука изменяется ступенчато, причем длительность интервалов постоянного уровня составляет более 1 с;

- - импульсные – один или несколько звуковых сигналов длительностью менее 1 с.