Шум, ультразвук и инфразвук

Звук - это распространения звуковой волны в упругой среде. Он характеризуется частотой звуковых колебаний, амплитудой и временными изменениями колебаний. Звуковой спектр делится на инфразвук, частота колебаний звуковой волны которого находится в пределах от 0 до 20 Гц - человек этих звуков органами слуха не воспринимает. Звуки с частотой от 20 до 20 000 Гц - звуковой диапазон, который человек слышит. Частота от 20 000 Гц до 10³ Гц - ультразвук, от 10³ и выше - гиперзвук - человеческое ухо их не воспринимает.

Шум - это колебания звуковой волны в звуковом диапазоне, который характеризуется сменной частотой и амплитудой, непостоянные во времени, которые не несут полезной информации человеку.

Звуковые колебания любой среды возникают при нарушении его стационарного стана под влиянием возбуждающей силы. Частички среды начинают колебаться относительно положения равновесия, при этом скорость этих колебаний (колебательная скорость) значительно меньшая скорости распространение звуковых волн (скорости звука), которая зависит от упругих свойств, температуры и плотности среды. Во время звуковых колебаний в воздухе образовываются зоны сниженной и повышенной давления. Звуковым давлением Р, Па называется различие между мгновенным значением полного давления и среднего давления в невозмущенной среде.

При распространении звуковой волны в пространстве происходит перенос энергии, количество которой определяется интенсивностью звука. Средний поток энергии в любой точке среды за единицу времени, отнесенный к единице площади поверхности, нормальной к направлению распространения волны, называется интенсивностью звука І, Вт/ м ².

Восприятие человеком звука зависит не только от частоты, а и от интенсивности звука и звукового давления. Наименьшая интенсивность и звуковое давление Р₀, которые воспринимает ухо человека, носит название порогом слышимости или условным нулем слышимости.

В связи с тем, что между слуховим восприятием и раздражением существует приблизительная логарифмическая зависимость, для измерения звукового давления, силы звука и звуковой мощности принята логарифмическая шкала. Это позволяет большой диапазон значений (по звуковому давлению — 10⁶, по силе звука — 10¹²) вложить в сравнительно небольшой интервал логарифмических единиц. В логарифмической шкале каждая следующая степень этой шкалы больше предыдущего в 10 раз. Это условно называется единицей измерения 1 бел (Б). В акустике используется более мелкая единица — децибел (дБ), равная 0,1 Б. Самым важным же есть то, что ухо человека реагирует на относительное изменение интенсивности звука, а не на абсолютную.

Величина, выраженная в белах или децибелах, называется уровнем этой величины.

Уровень звукового давления в децибелах выражается формулой:

L= 20 Lg P/P₀

где: P - среднеквадратичное значение звукового давления в каждой октавной полосе, Па;

P₀ - пороговое значение звукового давления в воздухе, которое равняется 2 х 10^-5 Па.

Вредное влияние шума на человека зависит не только от уровня звуковой давления, а и от частотного диапазона шума, а также от равномерности его воздействия в течение времени. Каждый источник шума может быть представлен своими образующими тонами в виде зависимостей уровня звукового давления от частоты (частотным спектром шума или просто спектром). Спектры шумов могут быть дискретными, сплошными и смешанными. Большинство источников шума на предприятиях имеют смешанный или сплошной спектр. При оценке и анализе шумов, а также при проведении акустических расчетов, весь диапазон частот разделяют на полосы определенной ширины. Полоса частот, в которой отношение верхней предельной частоты к нижней равняется 2, называется октавой.

ПО временным характеристикам шумы делятся на постоянные и непостоянные. Постоянными полагают такие шумы, уровень звука которых за восьмичасовой рабочий день меняется во времени не более, чем на 5 дба.

Человеческое ухо неодинаково ощущает звуки разных частот. Звуки малой частоты человек воспринимает как менее громкие, сравнительно со звуками большей частоты той же интенсивности. Поэтому для оценки субъективного ощущения громкости шума введено понятия уровня громкости, который отсчитывается от условного нулевого порога. Единицей уровня громкости есть фон. Он отвечает различию уровней интенсивности в 1 дБ эталонного звука при частоте 1000 Гц. Таким образом, при частоте 1000 Гц уровне громкости (в фонах) совпадает с уровнями звуковой давления (в дБ). Уровень громкости является физиологической характеристикой звуковых колебаний. С помощью специальных физиологических исследований были построенные кривые одинаковой громкости, по которым можно определять уровень громкости любого звука с заданным уровнем звуковой давления.

Порог болевого ощущения

Многими опытами установлено, что шум является общебиологическим раздражителем и в определенных условиях может влиять на все системы жизнедеятельности человека. Наиболее полно изучено влияние шума на орган слуха человека. Интенсивный шум, особенно за высоких частот - 4000 Гц и больше, при ежедневном влиянии приводит к возникновению профессионального заболевания - тугоухости, симптомом которого является медленная утрата слуха на оба уха.

При очень высоком звуковом давлении может произойти разрыв барабанной перепонки. Наиболее неблагоприятными для органов слуха есть высокочастотные шумы (1000-10 000 Гц).

Шум также влияет непосредственно на разные отделения головного мозга, меняя нормальные процессы высшей нервной деятельности. Это влияние может отрицательно обозначиться даже раньше, чем возникнут проблемы с восприятием звуков органами слуха. Характерным влиянием шума являются жалобы на повышение утомляемости, общую слабость, раздражение, апатию, ослабление памяти, потливость и другие недомогания. Практикой установлено также влияние шума на органы зрения человека - снижение остроты зрения и снижение чувствительности различения цветов. Страдает от шума также вестибулярный аппарат, повышается внутричерепная давление и др.

Шум, особенно непостоянный (колебательный, прерывчатый, импульсный ухудшает способность к выполнению точных рабочих операций, затрудняет восприятие информации. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) отмечает, что наиболее чувствительными к влиянию шума есть такие операции, как сбор информации и мышление.

Неблагоприятное влияние шума на работающего человека приводит к снижению производительности работы, создаются предпосылки для возникновения несчастных случаев и аварий. Все это определяет большое экономическое и оздоровительное значения мер по борьбе с шумом.