А кустичні величини. Дія шуму на організм людини

Звуковими хвилями називаються коливні збурення, що поширюються від джерела шуму в навколишнє середовище.

Довжина хвилі – це відстань, котру проходить звукова хвиля протягом періоду коливання (відстань між двома сусідніми шарами повітря, що мають однаковий звуковий тиск, виміряний одночасно).

В ізотропному середовищі довжина хвилі прямо пропорційна швидкості поширення звукових хвиль С (для повітря С = 340 м/с при t = 20 ºC) і обернено пропорційна частоті коливань f, Гц:

Швидкість звуку залежить від фізичних властивостей тіла (густини, пружності тиску тощо), в котрому поширюється звук та від температури. В повітрі збільшення швидкості складає 0,6 м/с при підвищенні температури на 1 ºС.

Частота коливань f – число коливань за одну секунду. Одне коливання за секунду – 1 Гц. Октавна смуга частот – смуга в котрій верхня гранична частота в два рази перевищує нижню. Третиннооктавна смуга – смуга, в котрій співвідношення граничних частот складає 1,26. Середньогеометрична частота октавної смуги:

де f₁ – нижня гранична частота, Гц; f₂ – верхня гарнична частота, Гц.

Чутні звуки обмежуються певною частотою звуку. Людина чує звуки в частотному діапазоні 16 – 20000 Гц. Звуки з частотою 30 – 300 Гц вважаються низькими, з частотою 300 – 800 Гц – середніми, з частотою понад 800 Гц – високими.

Крім швидкості звуку С, розрізняють швидкість коливного руху частинок в звуковій хвилі υ, котра залежить від амплітуди коливань (тобто від звукового тиску р) та частоти:

Величина рС називається питомим акустичним опором середовища, через котре поширюється звук. Для повітря за нормального тиску (барометричний тиск 760 мм, p =20 °С, густина р = 0,001205 г/см³, С = 344 м/с, рС = 41 г/см² ∙ с).

Питомий опір має важливе значення при розгляді проблем відбивання та поглинання звуків.

Звук, що поширюється в повітряному середовищі, називається повітряним звуком, в твердих тілах – структурним. Частина повітря, охоплена коливним процесом, називається звуковим полем. Вільним називається звукове поле, в котрому звукові хвилі поширюються вільно, без перешкод (відкритий простір, акустичні умови в спеціальній заглушеній камері, облицьованій звукопоглинальним матеріалом).

Дифузним називається звукове поле, в котрому звукові хвилі надходять до кожної точки простору з однаковою ймовірністю з усіх сторін (зустрічається в приміщеннях, внутрішні поверхні котрих мають високі коефіцієнти відбивання звуку).

Повітряний звук поширюється у вигляді поздовжніх хвиль, тобто хвиль, в котрих коливання частинок повітря співпадають з напрямком руху звукової хвилі. Найбільш поширена форма поздовжніх звукових коливань – сферична хвиля. ЇЇ випромінює рівномірно в усі сторони джерело звуку, розміри котрого малі порівняно з довжиною хвилі.

Структурний звук поширюється у вигляді поздовжніх та поперечних хвиль. Поперечні хвилі відрізняються від поздовжніх тим, що коливання в них відбуваються в напрямку, перпендикулярному напрямку поширення хвилі. Рух звукової хвилі в повітрі супроводжується періодичним підвищенням та пониженням тиску. Тиск, що перевищує атмосферний, називається акустичним, або звуковим тиском. Чим більший звуковий тиск, тим гучніший звук.

Мірою інтенсивності звукових хвиль в будь-якій точці простору є величина звукового тиску – надлишковий тиск в даній точці середовища порівняно з тиском за відсутності звукового поля. Одиниця вимірювання звукового тиску р, Н/м²; 1 Н/м² = 1 Па (Паскаль). Існують нижня та верхня межі чутності. Нижня межа чутності називається порогом чутності, верхня – больовим порогом. Порогом чутності називається найменша зміна звукового тиску, котру ми відчуваємо. При частоті 1000 Гц (на цій частоті вухо має найбільшу чутливість) поріг чутності складає р₀ = 2 ∙ 10^–5 Н/м². Поріг чутності сприймає приблизно 1% людей. Больовий поріг – це максимальний звуковий тиск, котрий сприймається вухом як звук. Тиск понад больовий поріг може викликати пошкодження органа слуху. При частоті 1000 Гц за больовий поріг прийнято звуковий тиск р = 20 Н/м². Відношення звукових тисків при больовому порозі та порозі чутності складає 10⁶. Це діапазон звукового тиску, що сприймається вухом.

Для більш повної характеристики джерел шуму введено поняття звукової енергії, що випромінюється джерелами шуму в навколишнє середовище за одиницю часу.

Величина потоку звукової енергії, що проходить за 1 с через площу 1 м², перпендикулярно до напрямку поширення звукової хвилі, є мірою інтенсивності звуку або сили звуку. Сила звуку виражається залежністю:

При пороговому значенні звукового тиску р₀ = 2 ∙ 10^–5 Н/м² порогове значення сили звуку І₀ = 10^–12 Вт/м².

Силою звуку характеризується гучність. Чим більший потік енергії, що випромінюється джерелом звуку, тим вища гучність. Звукова потужність джерела:

де S – площа.

При випромінюванні в сферу радіусом r –  в напівсферу –

Якщо джерело звуку знаходиться біля стіни, випромінювання відбувається в чверть сфери.

При великому числі джерел звуку їх звукова потужність рівна сумі потужностей окремих джерел:

В зв’язку з тим, що між слуховим сприйняттям та подразненням існує приблизна логарифмічна залежність, для вимірювання звукового тиску, сили звуку та звукової потужності прийнята логарифмічна шкала. Це дозволяє великий діапазон значень (за звуковим тиском – 10⁶, за силою звуку – 10¹²) вкласти в порівняно невеликий інтервал логарифмічних одиниць. В логарифмічній шкалі кожен наступний ступінь цієї шкали більший від попереднього в 10 разів. Це умовно вважається одиницею вимірювання 1 бел (Б). В акустиці використовується дрібніша одиниця – децибел (дБ), рівна 0,1 Б.

Величина, виражена в белах або децибелах, називається рівнем цієї величини. Якщо сила одного звуку більша від іншого в 100 разів, то рівні сили звуку відрізняються на lg100 = 2 Б, або 20 дБ.

Рівень сили звуку в белах і децибелах виражається формулами:

де

Існує розмежування областей застосування термінів “рівень звуку” та “рівень звукового тиску”. Для характеристики простих звуків в октавних смугах частот застосовується термін “рівень звукового тиску”; для характеристики складних звуків (тобто не розкладених по октавних смугах) – “рівень звуку” в дБА (децибел за шкалою шумоміра А). Між логарифмічними одиницями дБ та відповідними їм звуковими тисками в Н/м² існує наступний зв’язок: зміна рівня звукового тиску на 10 дБ відповідає зміні звукового тиску (котра характеризує гучність) в 3 рази.

Крім рівня звуку та рівня звукового тиску існує поняття рівня звукової потужності:

де  – порогове значення звукової потужності.

Спектром звукової потужності (звукового тиску) називається сукупність рівнів звукової потужності, виміряних в стандартних смугах частот – октавних, третиннооктавних, вузькосмугових.

Шумові характеристики джерел шуму, що визначаються згідно з ГОСТ 12.1.003-86.ССБТ “Шум, общие требования безопасности”: спектр звукової потужності, коректований рівень звукової потужності, показник напрямленості випромінювання.

Нерівномірність випромінювання шуму джерела в різних напрямках виражається за допомогою фактора напрямленості:

де Р – середньоквадратичне значення звукового тиску в заданій точці, Н/м²; Р²_сер – середньоквадратичне значення звукового тиску в заданій точці при рівномірному випромінюванні тієї ж звукової потужності в сферу, Н/м².

При розташуванні джерела на одній площині (на підлозі, стіні, біля екрана, котрий відбиває звукові хвилі) Ф = 2; поряд з двогранним кутом Ф = 4; поряд з тригранним – Ф = 8.

Рівень звуку L_A, дБА, вимірюється шумоміром при ввімкненій корекції “А” та при вимкнених смугових фільтрах. Корекція “А” дозволяє здійснювати інтегральну оцінку, наближену до сприйняття шуму людським вухом.

Еквівалентний рівень (за енергією) звукового тиску L_екв, дБ, або звуку, дБА, дозволяє визначити середній рівень протягом періода усереднення Т з врахуванням часового інтервалу t_i, с, протягом котрого рівень знаходиться в заданих межах:

де i – номер інтервала рівнів (і = 1, 2, …, n).

Негативний вплив шуму на продуктивність праці та здоров’я людини загальновідомий. Під час роботи в шумних умовах продуктивність ручної праці може знизитись до 60%, а кількість помилок, що трапляються при розрахунках, зростає більше, ніж на 50%. При тривалій роботі в шумних умовах перш за все уражаються нервова та серцево-судинна системи та органи травлення. Зменшується виділення шлункового соку та його кислотність, що сприяє захворюванню гастритом. Необхідність кричати при спілкуванні у виробничих умовах негативно впливає на психіку людини.

Вплив шуму на організм людини індивідуальний. У деяких людей погіршення слуху настає через декілька місяців, а у інших воно не настає через декілька років роботи в шумі. Встановлено, що для 30% людей шум є причиною передчасного старіння.

 

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться: