Шумовое воздействие. Физические характеристики звука

Шумовое воздействие среди негативных факторов производственной среды занимает первое место.

Звук или тон – это акустическое гармоническое колебание с определённой частотой.

Звук характеризуется:

- частотой колебаний f (Гц), то есть числом колебаний в секунду;

- звуковым давлением p (Па) - это разность между мгновенным давление в волне и атмосферным;

- интенсивностью или силой звука I (вт/м²) равной потоку звуковой энергии, проходящей в единицу времени через 1 м² площади.

Связь между силой (интенсивностью) звука и звуковым давлением выражается следующим соотношением.

.

Минимальная величина звукового давления, которую ощущает ухо человека носит название порога слышимости (p₀). Давление, создающее болевые ощущения называется болевым порогом (p_max) Аналогичные характеристики имеются для пороговых сил звука (I₀, I_max).

Уровень ощущения звука L пропорционален логарифму интенсивности I, отнесённой к интенсивности Ioна пороге слышимости.

.

Здесь I, p - действующие значения интенсивности и звукового давления;

- интенсивность и звуковое давление на пороге слышимости.

- интенсивность и звуковое давление на болевом пороге.

Представленные формулы является следствием закона Вебера-Фехнера.

Уровень звука L оценивают в относительных логарифмических единицах - децибелах (дБ).

Уровень интенсивности звука численно равен уровню звукового давления (УЗД). Эти характеристики - синонимы.

Область пространства, где происходит распространение звуковых волн, называется звуковым полем, которое характеризуется плотностью среды r (кг/м³), скоростью распространения колебаний частиц среды (звуковой скоростью) с (м/с) и звуковым давлением p.

По частоте колебаний звуки классифицируются следующим образом.

1.

Инфразвук (до 20 Гц).

2. Слышимый звук (20-20000 Гц).

3. Ультразвук (свыше 20000 Гц).

При так называемой «промышленной» частоте 1000 Гц (принятой за стандарт) весь слышимый диапазон укладывается в интервале уровней 0-120дБ.

Шум – хаотические колебания звуков разных частот.

Его оценивают спектром, то есть зависимостью уровня звукового давления от частоты.

Изменение частоты слышимых звуков человеком субъективно воспринимается как изменение пропорциональное относительному изменению частоты. Человек воспринимает звук большей частью не абсолютный, а относительный.

Ввиду зависимости шума от частоты и невозможности выделить конкретные составляющие частот весь частотный диапазон разделен на полосы изменения, носящие название октавных полос частот.

Октавная полоса частот – полоса частот, у которой верхняя граница в два раза больше нижней.

Таблица 2.1.

Таблица октавных полос частот

Средние частоты октавных полос

Граничные частоты октавных полос

Восприятие частоты, также как и силы звука, относительно, поэтому средние частоты октавных полос откладываются на графиках в логарифмическом масштабе (через одинаковые промежутки).

По характеру спектра шумы делят на широкополосные (непрерывный спектр шириной более 1 октавы) и тональные, в которых присутствуют тональные составляющие.

Чувствительность органа слуха человека неодинакова для звуков разной частоты. Для того, чтобы приблизить результаты объективных изменений к субъективному восприятию, введено понятие корректировочного уровня звукового давления. Коррекция заключается в том, что вводятся зависящие от частоты звука поправки к уровню соответствующей величины. Эти поправки стандартизированы. Наиболее употребительна коррекция А.

При этом шум оценивают уровнем звука в дБА.

По временной характеристики шумы делят на постоянные (уровень звука за 8-часовой рабочий день изменяется не более чем на 5дБА) и непостоянные, а последние оценивают эквивалентным уровнем звука.

При анализе шумового воздействия обычно строят следующие графики, наглядно демонстрирующие изменение уровня шума в различных полосах частот.

Рисунок 2.7.

Примерная схема анализа результатов измерения уровней шума

L, Дб
										f, Гц

Нормативный уровень шума.

Измеренный уровень шума.

2.5. Шумовое воздействие.

Анализ шумового воздействия

На практике обычно присутствует несколько источников шума. Поэтому для определения общего уровня шума необходимо выполнить агрегирование шумового воздействия разных источников.

Уровни шума являются логарифмическими величинами и их нельзя непосредственно складывать.

Для этого применяют правило суммирования уровней.

.

Здесь L_б - больший из суммируемых уровней, δL - добавка к большему уровню, определяемая по таблице в зависимости от разности уровней.

Если один из суммируемых уровней меньше другого на 10 дБ, то он не учитывается.

Таблица 2.2.

Таблица добавок к большему уровню частот

|L1-L2|
δL, Дб		2,7	2,2	1,8	1,4	1,2	0,9	0,8	0,7	0,3

Для n одинаковых уровней L: L_сум=L+10lg(n).

В общем случае формула суммирования следующая.

(дБ).

Интенсивность шума I в точке открытого пространства определяется по следующей формуле.

I=P_a/S.

Здесь Ра- звуковая мощность источника шума, Вт; S - площадь измерительной поверхности, окружающей источник шума и проходящей через расчётную точку, м2.

Простейшей моделью источника шума является точечный источник, излучающий сферическую волну.

Если источник шума со звуковой мощностью Рарасположен на поверхности, то излучение шума происходит в полусферу S с радиусом r (м).

Рисунок 2.8.

Распределение шума в открытом пространстве от наземного источника

S = 2πr².

Переходя от абсолютных величин к относительным логарифмическим, уровни интенсивности шума L (дБ) от источника с уровнем звуковой мощности Lp(дБ) в точке открытого пространства можно определить по следующей формуле.

.

Уровни интенсивности шума при удвоении расстояния уменьшаются на 6 дБ.

В помещении, где установлен источник шума, интенсивность шума в любой точке складывается из интенсивности прямого шума I_пр и шума многократно отражённого от стен помещения I_отр.

Рисунок 2.9.

Распределение шума в замкнутом помещении

Отражённый шум упрощённо считается диффузным, то есть имеющим одинаковую плотность звуковой энергии во всех точках помещения, а прямой шум спадает с расстоянием от источника.

Интенсивность суммарного шума вычисляется по следующей формуле.

.

Статистическая теория звукового поля в помещении, используя аппарат теории вероятностей, даёт следующую зависимость для определения интенсивности отражённого шума.

Здесь Q - акустическая постоянная помещения (м²), которая характеризует его способность поглощать звуковую энергию; α - средний коэффициент звукопоглощения; Sп- полная площадь ограждений помещения, м².

Уровни шума (дБ) в помещении с источником шума

.

Рисунок 2.10

График изменения уровня шума

Изменение

уровней шума

r

Зона Зона отраженного шума Логарифмическая шкала расстояний

прямого

шума

Суммарный шум

Отраженный шум

Прямой шум

Распространение шума в помещение смежном с шумным происходит по следующей схеме.

Рисунок 2.11.

Распределение шума в смежном помещении

Здесь L1 – уровень шума перед разделяющей стенкой;

R – звукоизоляция разделяющей стенки;

La - величина, учитывающая звукопоглощение в смежном помещении.

Эквивалентный уровень звука

Обычно на человека действует непостоянный шум, который оценивают эквивалентным уровнем Lэ, то есть уровнем постоянного шума, оказывающим по энергии такое же воздействие, как и данный непостоянный.

.

Здесь Li- составляющий уровень шума (дБ) при его действии за время ti(ч.) при общей экспозиции шума T.

Например, пусть известны следующие характеристики:

Т = 4ч, L₁ =90дБА, t₁ = 2ч, L₂= 88дБА, t₂= 2ч.

Эквивалентный уровень шума вычисляется следующим образом:

По правилу сложения уровней при разности между ними 2 дБА добавка к большему уровню составляет 2,2 дБА, поэтому эквивалентный уровень звука равняется 89,2 дБА.