Интенсивность, звуковое давление и уровень звука в воздухе при комнатной температуре и нормальном давлении на уровне моря
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ШУМА И МЕТОДЫ БОРЬБЫ С НИМ
Цель работы – ознакомиться с параметрами шума, его нормированием, методикой измерения уровней шума, научиться экспериментально оценивать эффективность защитных экранов.
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ
Акустический шум — сочетание различных по частоте и силе звуков. Звук — упругие колебания частиц воздушной среды, которые воспринимаются органами слуха человека в направлении их распространения.
Шум является одним из вредных производственных факторов. Под его действием, как правило, повышается утомляемость, ухудшаются восприятие звуковых сигналов и разборчивость речи, нарушаются процессы пищеварения и кровообращения, возрастают энергозатраты организма при выполнении всех видов работ, ослабляется световосприятие. При длительном воздействии шума на человека могут возникать различные профессиональные заболевания - глухота, гипертония и т.п.
Физические характеристики шума: частота, интенсивность, звуковое давление.
Частотный диапазон восприятия шума находится в диапазоне 16 - 20000 Гц. Инфразвук имеет частоты менее 16 Гц, ультразвук - свыше 20 кГц. Устойчивый слышимый звук находится в диапазоне 1000 Гц - 3000 Гц.
Часть общей мощности источника шума, приходящаяся на единицу площади, проходящей через заданную точку звукового поля и расположенной перпендикулярно распространению звуковой волны, называется интенсивностью звука (I). Единица интенсивности звука – ватт на метр в квадрате (Вт/м2).
Непосредственное измерение интенсивности звука связано с большими техническими трудностями. С помощью акустических приборов (шумомеров) сравнительно просто измеряется так называемое звуковое давление (Р), связанное с интенсивностью звука (I) следующей зависимостью:
,
где P– звуковое давление, Па; r – плотность среды, кг/м3; c – скорость звука, м/с.
Характерной особенностью абсолютных значений звукового давления, интенсивности звука является большой диапазон, в пределах которого они могут изменяться. Поэтому для удобства вычислений принято оценивать звуковое давление, или интенсивность звука не в абсолютных, а в относительных единицах (белах, децибелах) по отношению к пороговым значениям. Измеренные таким образом величины называются уровнями.
Бел (Б) – это десятичный логарифм отношения интенсивности звука в данной точке к пороговому значению:
,
где I– интенсивность звука в данной точке, Вт/м2; I0– пороговое значение уровня интенсивности, I0 = 10–12 Вт/м2.
Уровень звукового давления в 1 дБ примерно равен уровню интенсивности звука при нулевом уровне 10−12 Вт/м2.
Если обозначить однократное увеличение в 10 раз как 1 бел, то уровень шума реактивного самолета соответствует 13-14 белам. Поскольку бел оказывается слишком большой величиной; удобнее пользоваться более мелкими единицами – децибелами. Децибел (дБ) - одна десятая бела.
В децибелах выражают уровень звукового давления, в этом случае меньшая величина звукового давления обычно соответствует значению 2.10−5 Н/м2 (Па), обозначаемому как пороговое значение звукового давления.
Уровень интенсивности или звукового давления (L), дБ, определяется по формуле :
,
где P0 – пороговое значение звукового давления.
Зависимость между интенсивностью звука, звукового давления и уровня звука в воздухе при комнатной температуре и нормальном давлении на уровне моря представлена в табл. 1.
Таблица 1
Интенсивность, звуковое давление и уровень звука в воздухе при комнатной температуре и нормальном давлении на уровне моря
| Интенсивность, Вт/м2 | Звуковое давление, Па | Уровень звука, дБ |
| 100 000 000 | 200 000 | |
| 10 000 000 | ||
| 1 000 000 | 20 000 | |
| 100 000 | ||
| 10 000 | 2 000 | |
| 1 000 | ||
| 0,1 | ||
| 0,01 | ||
| 0,001 | ||
| 0,0001 | 0,2 | |
| 0,00001 | ||
| 0,000001 | 0,02 | |
| 0,0000001 | ||
| 0,00000001 | 0,002 | |
| 0,000000001 | ||
| 0,0000000001 | 0,0002 | |
| 0,00000000001 | ||
| 0,000000000001 | 0,00002 |
При исследовании шумов обычно весь слышимый диапазон звуковых колебаний по частоте разбивается на отдельные полосы, каждая из которых характеризуется граничными частотами нижней (fн), верхней (fв) и средней (fcp). За среднюю частоту полосы принято принимать среднегеометрическую частоту, определяемую по формуле:
Чаще всего применяются октавные и третьоктавные полосы.
Октавная полоса (октава) - это такая частотная полоса, в которой верхняя граничная частота в два раза больше нижней частоты.
При гигиенической оценке шума и его нормировании акустический диапазон частот разделяют на девять октавных полос со среднегеометрическими частотами: 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц. При нормировании и измерении шума учитываются как физические характеристики, так и физиологические особенности восприятия и воздействия шума на человека. Человек, конечно, в состоянии сам без измерительных приборов оценить звуки по их тональности и громкости. Однако такая оценка будет не только субъективной, но и недостаточной. Это обусловлено тем, что громкость как субъективная оценка интенсивности возбуждения органов слуха волнами давления, и вредное воздействие шума на человека зависит не только от величины звукового давления, но и от частоты волн. Например: высокочастотный шум оказывает более вредное влияние на человека, чем равный ему по громкости низкочастотный. При этом величина звукового давления низкочастотного шума в десятки и сотни раз может превышать звуковое давление высокочастотного шума, равного по громкости низкочастотному.
Получить представление об уровнях звукового давления различных источников шума можно из табл. 2.
Таблица 2