ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ШУМА

Шум – это совокупность звуков различной интенсивности и частоты. Звук представляет собой упругие колебания, распространяющиеся волнообразно в твердой, жидкой или газообразной среде. Звуковая волна характеризуется длиной волны λ, м:

(6.1)

 

где С – скорость звука, м/с. Скорость звука в воздухе ~ 340 м/с, в жидкости –1500 м/с, в металлах – 5000 м/с. f – частота звука, Гц.

Звуковые волны передают энергию, которая оценивается как интенсивность звука I, Вт / м ².

(6.2)

 

где W – звуковая мощность источника, Вт; S – площадь поверхности, м².

Звуковая мощность различных источников колеблется в очень широких пределах, например стартовый двигатель ракеты «Сатурн» – 10⁸ Вт, реактивный самолет – 10⁴ Вт, двигатель автомобиля – 10^-2 Вт, голос – 10^-5 Вт, шепот – 10^-9 Вт.

Ухо человека не может определять звуковую мощность в абсолютных еди­ницах, но может сравнивать мощность различных источников звука. Именно поэтому, а также учитывая большой диапазон мощностей различных источников в акустике для оценки мощности и интенсивности звука, применяются логарифмиче­ские уровни Lw и LI, дБ.

(6.3), (6.4)

 

где W₀ = 10^-12 Вт, I₀ = 10^-12 Вт/м² – пороговые значения мощности и интенсив­ности звука, соответственно.

При прохождении звуковой волны в пространстве образуется звуковое дав­ление Р, Па. Это разность между мгновенным значением полного давления и сред­ним значением в невозмущенной среде.

Интенсивность звука связана со звуковым давлением соотношением

 

(6.5)

 

где r – плотность среды, кг/м²; С – скорость звука, м/с.

На слух действует средний квадрат звукового давления Р², Па.

 

 

(6.6)

 

Это усредненное значение за период T_о = 30 – 100 мс для органов слуха человека.

Уровень звукового давления определяется

 

(6.7)

 

где Р_о = 2∙ 10^-5 Па – пороговое звуковое давление на частоте 1000 Гц.

При нормальных атмосферных условиях, когда акустическое сопротивление среды (r× С) постоянно LI = Lр.

Снижение шума Δ L определяется разностью начального и конечного уровней, дБ.

 

(6.8)

 

Суммарный уровень шума от нескольких источников находится сложением интенсивностей звука

I _∑ = I ₁ + I ₂ + I ₃ +... + I _N (6.9)

и определяется выражением

 

(6.10)

 

где Li – уровень шума, создаваемый i-м источником.

Когда имеется N – одинаковых источников, суммарный уровень шума мож­но определить по формуле L = L₁ + 10∙ lg N, где L₁ – уровень шума одного источника. При этом устранение одного источника не дает существенного снижения шума.

Если имеется несколько разных по уровню шума источников, то суммиро­вание можно проводить по формуле L = L₁ + Δ L, где L₁ – уровень шума наибольшего источника, а Δ L – поправка, которая определяется в зависимости от разности уровней первого и второго источников (L₁ – L₂) по графику (рис. 6.1).

 

Δ L

 

 

 

 

5 10 15 L₁ – L₂

 

Рис. 6.1. Величина поправки в зависимости от разности
уровней шума 1 и 2 источников

 

Из рис. 6.1 видно, что суммирование источников шума имеет смысл, если они отличаются по уровню не более чем на 10 дБ.

 

ДЕЙСТВИЕ ШУМА НА ЧЕЛОВЕКА

 

Слух вместе со зрением играет первостепенную роль как на работе, так и на отдыхе; слух в сочетании с речью дает нам возможность общаться друг с другом, выражать свое мнение, учиться, развлекаться и наслаждаться жизнью.

Орган слуха анатомически делится на три части: наружное, среднее и внут­реннее ухо. Наружное и среднее ухо предназначены для восприятия звуковых волн и преобразования акустической энергии в механическую, а внутреннее ухо преоб­разует механическую энергию в серию нервных импульсов, отражающих акусти­ческие события.

Ушная раковина благодаря своей форме помогает передавать большое ко­личество звука в наружный слуховой проход. В конце этого прохода имеется ба­рабанная перепонка, которая колеблется под действием звуковой волны как мем­брана.

В полости среднего уха, заполненной воздухом, находится несколько не­больших косточек, соединенных с барабанной перепонкой. Их называют слухо­выми косточками. К ним относятся молоточек, наковальня и стремечко. Молото­чек соединен с барабанной перепонкой и вместе с наковальней увеличивает в три раза силу, воздействующую на стремечко. Стремечко соединено с частью перего­родки, разделяющей среднее и внутреннее ухо, которую называют овальным око­шечком. Кроме того, в среднем ухе есть две мышцы, которые воздействуют на мо­лоточек и стремечко. Мышцы сокращаются под действием сильных звуков и сни­жают амплитуду перемещения косточек, ограничивая тем самым интенсивность звука, поступающего во внутреннее ухо.

Внутреннее ухо можно разделить на две части: полукружные каналы, яв­ляющиеся органами равновесия, и улитку, являющуюся органом слуха. Спираль­ная часть улитки, заполненная жидкостью, разделена на две части перепонкой ос­нования улитки. В верхней части перепонки расположено приблизительно 30000 чувствительных ресничных клеток, регистрирующих движение перепонки основа­ния улитки и преобразующих это движение в нервные импульсы, поступающие по слуховому нерву в центр слуха мозга. Чувствительность перепонки основания улитки меняется в зависимости от частоты.

Ухо человека благодаря сложному устройству рычагов, перегородок, кана­лов, перепонок и ресничных эпителиальных клеток может воспринимать и анализировать звуки в широком диапазоне частот от 20 Гц до 20000 Гц, а по интенсив­ности от 10^-12 до 10² Вт/ м².

Порог слуха молодого человека в диапазоне частот 1000 - 4000 Гц составля­ет примерно 0 дБ, что соответствует звуковому давлению 2-10^-5 Па. Для частоты выше и ниже этих пределов порог восприятия звуков меняется (рис. 6.2):

Порог на частоте 100 Гц приблизительно в 100 раз выше (20 дБ), чем порог на частоте 1000 Гц. Ухо менее чувствительно к звукам низкой частоты. За порог физической боли принимают приблизительно 120 дБ.

Громкость звуков оценивается в фонах. За фоны приняты уровни звукового давления при частоте 1000 Гц. Чтобы определить, во сколько раз один звук громче другого, используются числа громкости – соны. 1 сон = 40 фон, 2=50, 4=60. Таким образом, если уровень громкости возрастает на 10 дБ, то создается ощущение, что громкость увеличилась в 2 раза.

Основное физиологическое действие шума заключается в повреждении внутреннего уха. Избыточные шумы, воздействующие даже в течение небольших периодов, вызывают повреждения внутреннего уха, которые обратимы на началь­ном этапе. Такое слуховое утомление называют временным смещением порога слышимости. Это приводит к временному повышению порога чувствительности слуха. Восстановление слуха может протекать от нескольких минут до нескольких дней в зависимости от степени повреждения.

 

L

дб

 

фоны

140 болевой

120 порог

100

80 область

60 слышимости

40

20 порог

0 слышимости

 

100 1000 10000 Гц

 

Рис. 6.2. Кривые равной громкости

 

Длительное воздействие избыточного шума может привести к постоянному повреждению слуха, к потере слуха. Постоянная потеря слуха, вызванная шумом, происходит при повреждении и фактическом отмирании ресничных эпителиаль­ных клеток в улитке. Потеря слуха, вызванная шумом, сначала происходит на час­тотах 4000 Гц, а затем и более низких частотах.

Производственный шум не является единственной причиной потери слуха. Удары по голове или воздействие ударных волн от взрывов могут разорвать бара­банную перепонку, повредить ресничные клетки или же нарушить расположение слуховых косточек. Различные заболевания могут оказать неблагоприятное воз­действие на среднее ухо и нервные ресничные клетки в улитке. Некоторые лекар­ства, такие как хинин, стрептомицин, могут вызвать ожог среднего уха и привести к глухоте. Кроме того, уши, как и все другие органы тела, подвергаются старению. Старение также зависит от частоты воздействующих шумов и начинается с высо­ких частот. Обычно это явление происходит в возрасте 30 лет у мужчин и 35 лет у женщин. У большинства людей потеря слуха к 60 годам составляет 10 дБ на часто­те 1000-2000 Гц. На больших частотах потеря слуха еще значительней.

Чрезмерный шум вреден и опасен для здоровья, но что значит чрезмерный? Воздействие шума, превышающего 90 дБ в течение восьми часов, ежедневно, пять дней в неделю приводит к постоянному повреждению слуха, если воздействие про­должается 30-40 лет. Например, при уровне шума 100 дБ у 14% людей через 5 лет ухудшается слух, через 10 лет – у 32% и через 20 лет – у 49%.

Полагают, что воздействие шума ниже 80 дБ в течение любого периода времени не вызовет повреждение слуха. Однако шум, даже когда он не велик (50 -60 дБ), оказывает значительную нагрузку на нервную систему, раздражает, осо­бенно людей, занятых умственным трудом. Такой уровень шума (60 дБ) во время сна оказывает такое же воздействие на организм, как и 100 дБ во время работы. При высоких уровнях шума более 90 дБ возникает естественный рефлекс защиты, мышцы сокращаются и снижается чувствительность уха. Не рекомендуется под­вергаться воздействию шума, превышающего 135 дБ, без специальной защиты ор­ганов слуха и при любых обстоятельствах не допускается воздействие шума более 150 дБ, что обычно приводит к необратимому повреждению слухового аппарата (разрыву барабанной перепонки, смещению или поломке слуховых косточек).

Шум воспринимается весьма субъективно. Одному человеку он может по­казаться слишком громким, а другому нормальным. Степень чувствительности к шуму у каждого человека различна. Имеет значение и конкретная ситуация, и со­стояние здоровья, и настроение, и окружающая обстановка. Например, шум водо­пада и реактивного двигателя одинаковы и по частоте и по интенсивности, а вос­принимается людьми неодинаково.

Шум вредит не только слуху. Установлено, что шум способен повысить кровяное давление, причинить вред сердечно-сосудистой системе, вызывать язвы и даже способствовать инфекционным заболеваниям. Кроме того, возможны из­менения электрической проводимости кожи, электрической активности головного мозга, сердца и скорости дыхания, а также общей двигательной активности. Такой комплекс изменений, возникающий при длительном воздействии шума, принято называть «шумовой болезнью». Для шумовой болезни характерно повышение раздражительности, появление тошноты, усталости, возникает чувство беспокой­ства, бессонницы, теряется аппетит.

В условиях шума ухудшается общение людей, в результате возникает ино­гда чувство одиночества и неудовлетворенности, что может привести к несчаст­ным случаям. Шум может заглушить предупредительные сигналы механизмов, различные распоряжения и предупреждения голосом.

С целью определения пригодности человека к определенным профессиям и для оценки отклонения слуха от нормы проводят испытания слуха, называемые аудиометрией. Состояние слуха определяется с помощью аудиометра. Испытуемый, находясь в тихом помещении, через наушники слушает подаваемые чистые тона разной интенсивности, а по показаниям приборов отмечается наименьшая интен­сивность, при которой подводимый тон едва различается ухом. Результаты изме­рений изображаются на графике, называемом аудиограммой.

 

⇐ Предыдущая891011121314151617Следующая ⇒

Поделиться: