Основные характеристики и классификация шума

Краткие теоретические сведения

Действие шума на человека

Шум, как беспорядочное сочетание звуков различной силы и частоты, оказывает вредное влияние на организм человека, вызывая нервные и психические заболевания. Через нервную систему шум вызывает заболевания сердца, иногда приводит к хроническим заболеваниям коры головного мозга, почек, к появлению гипертонической болезни.

Продолжительная работа в условиях высокого шума выше 80 дБ (А) приводит к глухоте и общему ухудшению состояния здоровья человека, именуемому шумовой болезнью.

Различают следующие степени потери слуха:

1 степень (легкое снижение слуха) - потеря слуха в области речевых частот составляет 10-20 дБ, на частоте 4000 Гц - 60 ± 20 дБ;

2 степень (умеренное снижение слуха) - потеря слуха соответственно составляет 21 - 30 дБ и на частоте 4000 Гц - 65 ± 20 дБ;

3 степень (значительное снижение слуха) - потеря слуха соответственно составляет 31 дБ и на частоте 4000 Гц - более 78 ± 20 дБ.

Таким образом, шум на производстве является вредным производственным фактором и вызывает профессиональные заболевания.

Основные характеристики и классификация шума

Шумом называется совокупность звуков, имеющих различную частоту и интенсивность, неблагоприятно воздействующих на организм человека.

По физической сущности шум представляет собой волнообразно распространяющееся механическое колебательное движение частиц упругой (газовой, жидкой или твердой) среды. В жидкости и газе могут распространяться только продольные волны. Изменение состояния среды при распространении звуковой волны характеризуется звуковым давлением P -превышением давления над давлением в невозмущенной среде в Паскалях. При нормальных атмосферных условиях (температура 293К и давление1034 ГПа) скорость звука в воздухе равна 344 м/с (в жидкостях1500 м/с, в твердых телах 4000 м/с).

С физиологической точки зрения, шум – это любой нежелательный для человека звук. Физиологической характеристикой шумов является громкость. За единицу уровня громкости принимается фон.

Колебания в диапазоне частот 16 - 20000 Гц могут восприниматься ухом человека как звуки. Колебания с частотой менее 16Гц - инфразвуки и с частотой более 20 кГц - ультразвуки ухом не воспринимаются, но могут также оказывать неблагоприятное воздействие на человеческий организм. Инфразвук с уровнем от 110 до 150 дБ вызывает неприятные субъективные ощущения и различные функциональные изменения в организме человека: нарушения в центральной нервной системе, сердечно-сосудистой и дыхательной системах, вестибулярном аппарате. Возникают головные боли, осязаемое движе­ние барабанных перепонок, звон в ушах и голове, снижается внимание и работоспособность, появляется чувство страха, угнетенное состояние, нарушается равновесие, появляется сонливость, затруднение речи. Инфразвук вызывает в организме человека психофизиологические реакции – тревожное состояние, эмоциональную неустойчивость, неуверенность в себе.

Ультразвук может действовать на человека как через воздушную среду, так и контактно на руки – через жидкую и твердую среды. Воздействие через воздушную среду вызывает функциональные нарушения нервной, сердечно-сосудистой и эндокринной систем, а также изменения свойств и состава крови, артериального давления. Контактное воздействие на руки приводит к нарушению капиллярного кровообращения в кистях рук, снижению болевой чувствительности, изменению костной структуры – снижению плотности костной ткани.

Параметры, характеризующие акустические колебания (шум).

· Звуковое давление Р (Па) – разность между мгновенным зна­чением полного давления и средним давлением, которое наблю­дается в невозмущенной среде.

· Скорость распространения звука (скорость звука) с (м/с) – скорость распространения звуковой волны. При нормальных ат­мосферных условиях (температура 20°С, давление 10⁵Па) ско­рость распространения звука в воздухе равна 344 м/с.

При распространении звука со скоростью звуковой волны происходит перенос энергии, которая характеризуется интенсив­ностью звука.

· Интенсивность звука I (Вт/м²) – это энергия, переносимая звуковой волной в единицу времени, отнесенная к площади по­верхности, через которую она распространяется.

В природе величины звукового давления и интенсивности звука, создаваемые различными источниками шума, меняются в широких пределах: по давлению – до 10⁸ раз (в интервале от 2*10^-5 до 2*10² Па), а по интенсивности – до 10¹⁶ раз. Источниками шума могут быть вибрирующие, колеблющиеся тела, которые вызывают звуковые волны, распространяющиеся в твердых, жидких и газообразных средах. Переме­щаясь в воздухе, они вызывают периодическое повышение или понижение давления по сравнению с атмосферным. Разность между мгновенным значением полного давления и средним давлением называется звуковым давлением. Поэтому для характеристики уровня шума используют не абсолютное значение интенсивности звука и звукового давления, которыми неудобно пользоваться, а их логарифмические значения - уровни интенсивности звука и уровни звукового давления.

Уровень интенсивности (силы) звука (дБ) определяется:

дБ (1)

где I - фактическая интенсивность звука, Вт/м;

I₀=10^-12 - интенсивность, соответствующая порогу слышимости, Вт/м².

Уровень звукового давления

дБ (2)

где Р - фактическое звуковое давление, Па;

Р₀ = 2*10^-5 Па - давление на пороге слышимости.

Уровень интенсивности звука на пороге слышимости условно принят за единицу и назван белом (Б). Величина, составляющая 0,1 Б - 1 децибел (дБ).

В качестве пороговых значений приняты минимальные зна­чения звукового давления и интенсивности звука, которые слы­шит человек при частоте звука в 1000 Гц, поэтому они получили названия порогов слышимости.

Важной характеристикой, определяющей распространение шума и его воздействие на человека, является его частота (f), Гц.

Для анализа шума чаще всего пользуются графическим изображением его характеристик в зависимости от частоты или времени.

Шум нельзя разложить на отдельные чистые тоны, т.к. его спектры непрерывны по частоте. Поэтому частотные параметры шума оценивают, разделяя спектр на отдельные октавы. Октава– диапазон частот, в котором верхняя граница частоты вдвое больше нижней.

Для построения спектра слуховой диапазон частот разбивают на полосы, характеризуемые верхней f_в и нижней f_н граничными частотами. Каждую полосу в спектре представляют среднегеометрической частотой:

(3)

В акустических измерениях и нормировании шума приняты следующие стандартные среднегеометрические частоты октавных полос: 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц.

Слуховой аппарат человека обладает неодинаковой чувствительностью к звукам различной частоты: наибольшей чувствительностью на средних и высоких частотах (800…4000 Гц) и наименьшей – на низких (20…100 Гц). Одинаковые по интенсивности, но разные по частоте звуки воспринимаются как звуки разной громкости. Поэтому для физиологической оценки шума используются кривые равной громкости, позволяющие судить о том, какой звук субъективно сильнее или слабее, и вводится понятие уровня громкости звука, единицей измерения которого является фон. На частоте 1000 Гц уровни громкости приняты равными уровням звукового давления, следовательно,1 фон – уровень громкости звука, для которого уровень звукового давления равногромкого звука на этой частоте равен 1 дБ.

При измерении шума для того, чтобы приблизить результаты объективных измерений к субъективному восприятию, используют корректированный уровень звукового давления (уровень интенсивности).

Коррекция заключается в том, что вводятся зависящие от частоты звука поправки к уровню соответствующей величины (путем коррекции частотной характеристики шумомера). Эти поправки стандартизованы в международном масштабе.

Стандартное значение коррекции приведено ниже:

Частота,Гц		31,5
Коррекция LА,дБ			26,3	16,1	8,6	3,2		-1,2	-1,0	-1,0

Для осуществления коррекции в шумомерах имеются корректирующие фильтры для частотной характеристики А, и дополнительно - для частотных характеристик В, С.

Частотные характеристики шумомера А, В, С соответствуют кривым равной громкости, т.е характеристикам чувствительности человеческого уха, вследствие чего показания шумомера отвечают субъективному восприятию уровня громкости шумов. Частотная характеристика А соответствует кривой малой громкости (~ 40 фон), В - средней громкости (~ 70 фон), С - большой громкости (~ 100 фон).

Наиболее употребительна коррекция А (шкала А). Корректированный уровень звукового давления называется уровнем звука и измеряется в дБА. При гигиенической оценке шумов достаточно частотной характеристики А.

Основной шумовой характеристикой для источников импульсного шума высокой энергии является корректированный по С (шкале С)уровень воздействия шума. Прямолинейная частотная характеристика С в диапазоне 60—5000 Гц покажет чисто физическую величину — уровень звукового давления.