Основные характеристики и единицы измерения шума

 

Основными физическими параметрами, характеризующими звук, является звуковое давление Р и интенсивность звука I. Слуховой аппарат человека реагирует на величину, пропорциональную среднему квадрату звукового давления

где P(t) - разность между мгновенными значениями полного давления и средним давлением в среде при отсутствии звукового поля;

Т − время усреднения, которое для уха человека находится в пределах 30-100 мс.

При распространении звуковой волны происходит перенос энергии. Интенсивностью звука называется количество звуковой энергии, переносимое звуковой волной в единицу времени через единицу поверхности.

Звуковое давление измеряется в паскалях (Па = 1 Н/м²), а интенсивность звука - в Вт/м².

Интенсивность звука связана со звуковым давлением зависимостью:

где ρ − плотность среды, кг/м³; С − скорость звука, м/с.

Область слышимости звуков ограничивается не только определенными частотами, но и определенными значениями давления и интенсивности звука. Максимальные и минимальные звуковые давления воспринимаемые человеком как звук, называются пороговыми. Минимальные значения (порог слышимости) соответствуют едва ощущаемым звукам и при частоте 1000 Гц равны Р_о =2*10^-5 Па, I₀ =10^-12 Вт/м².

Максимальные значения (порог болевого ощущения) соответствуют звукам, которые вызывают в органах слуха болевые ощущения и при частоте 1000 Гц равны Р_б = 2*10² Па и I_б=10² Вт/м². Таким образом, величины звукового давления и интенсивность звука, которые различает человек, могут меняться в широком диапазоне: по давлению до 10⁷ раз, по интенсивности до 10¹⁴ раз. Ввиду того, что по закону Вебера-Фехнера раздражающее действие шума на человека пропорционально не квадрату звукового давления, а логарифму от него, были введены логарифмические величины — уровни звукового давления и интенсивности, измеряемые в децибелах (дБ). Бел – это логарифмическая единица отношения двух величин (десятичный логарифм отношения 2-х одноименных физических величин, например, мощностей, токов, звукового давления), 0,1 доля Бела – децибел. 1Б = 10дБ.

, дБ,

где L – уровень звукового давления, дБ; I₀ и Р_о - интенсивность звука и звуковое давление, соответствующие порогу слышимости на частоте 1000 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).

Громкостью называется субъективное ощущение, позволяющее слуховой системе располагать звуки по определенной шкале от звуков низкой интенсивности ("тихие" звуки) к звукам большой интенсивности ("громкие" звуки).

Уровни звука в полосе шириной 1 Гц называются спектральной плотностью. Зависимости уровней звука от частоты называются спектром шума

Одинаковые по интенсивности, но разные по частоте звуки воспринимаются как звуки разной громкости. При равных условиях воздействующего шума наиболее раздражающее действие оказывает шум в диапазоне частот 3000-5000 Гц. Поэтому для физиологической оценки шума используются кривые равной громкости (рис.1), 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.

Рис.1. Кривые равной громкости и зависимость уровня звукового давления в дБ от частоты при заданной громкости в фонах

 

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.

Наиболее употребительна коррекция А. Корректированный уровень звукового давления

L_A = L−∆L_A называется уровнем звука и измеряется в дБА.

Стандартное значение коррекции приведено ниже:

Частота, Гц 16 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

Коррекция L_A, дБ 80 42 26,3 16,1 8,6 3,2 0 -1,2 -1,0 -

 

КЛАССИФИКАЦИЯ ШУМА

 

Согласно ГОСТ 12.1.003-83 шум классифицируется по спектральным и временным характеристикам.

По характеру спектра шум подразделяется на:

· широкополосный с непрерывным спектром шириной более одной октавы (здесь необходимо привести определение: окта́ва — музыкальный интервал, в котором соотношение частот между звуками составляет 1 к 2, то есть для октавы верхняя частота в два раза больше нижней. Субъективно на слух октава воспринимается как устойчивый, базисный музыкальный интервал. Два последовательных звука, отстоящие на октаву, воспринимаются очень похожими друг на друга, хотя явно различаются по высоте);

· тональный, в спектре которого имеются выраженные дискретные тона. Тональный характер шума, для практических целей, устанавливают измерением в третьоктавных (для третьоктавы fв/fн= ) полосах частот по превышению уровня звукового давления в одной полосе над соседними не менее чем на 10 дБ. Например, шум дисковой пилы является тональным, а реактивного двигателя - широкополосным.

По временным характеристикам шум подразделяется на:

· постоянный, уровень звука которого за 8-часовой рабочий день изменяется во времени не более чем на 5 дБА;

· непостоянный, уровень звука которого за 8-часовой рабочий день изменяется во времени более чем на 5 дБА.

В свою очередь непостоянный шум подразделяется на:

· колеблющийся во времени, уровень звука которого непрерывно изменяется во времени;

· прерывистый, уровень звука которого ступенчато изменяется (на 5 дБА и более), причем длительность интервалов, в течение которых уровень остается постоянным, составляет 1 с и более;

· импульсный, состоящий из одного или нескольких звуковых сигналов, каждый длительностью менее 1 с.

 

ДЕЙСТВИЕ ШУМА НА ЧЕЛОВЕКА

 

Физиологическое воздействие шума на человека зависит от многих факторов: уровня звукового давления, его частотного состава, времени воздействия частоты повторения и индивидуальных особенностей. Дискретные составляющие в спектре шума увеличивают раздражающее действие по сравнению с исходным широкополосным шумом. На графике (рис.2) показаны зоны воздействия шума на человека в зависимости от уровня звука и времени воздействия.

зона I – применение защитных средств не требуется; зоны II и III – защита органов слуха обязательна; зона IV – пребывание человека с любой защитой запрещено

Рис. 2. Типичные зоны воздействия шума на человека

 

В общем, в зависимости от уровня и характера шума можно выделить несколько ступеней его воздействия на человека.

1. Шума нет - полное отсутствие шума противоестественно. Абсолютная тишина угнетает. Пребывание в полной тишине более нескольких суток ведет к психическим расстройствам.

2. Шум 20-60 дБА, - шумовой фон, постоянно действующий на человека в повседневной деятельности. Степень вредности такого шума во многом зависит от индивидуального отношения к нему. Привычный шум или шум, производимый самим человеком, не беспокоит. Шум свыше 40 дБА может создавать повышенную нагрузку на нервную систему, особенно при умственной работе. Воздействие на психику возрастает с увеличением частоты и уровня шума, а также с уменьшением ширины полосы частот шума,

3. Шум 60-80 дБА оказывает психологическое воздействие, создавая значительную нагрузку на нервную систему человека (особенно при умственной работе). В результате наблюдается повышенная утомляемость, раздражительность, ослабляется внимание, замедляются психические реакции, как следствие, снижается производительность и качество труда. При импульсных и нерегулярных шумах степень воздействия шума повышается.

4. Шум 80-110 дБА оказывает физиологическое воздействие на человека, приводя к видимым изменениям в его организме. Под влиянием шума свыше 80 дБА наблюдается ухудшение слуха (снижение слуховой чувствительности в первую очередь на высоких частотах).

Однако действие сильного шума на организм человека не характеризуется только по состоянию слуха. Изменения в функциональном состоянии нервной системы и ряда органов наступают гораздо раньше, их совокупность характеризуется как шумовая болезнь. К объективным симптомам шумовой болезни относятся: снижение слуховой чувствительности, изменение функции пищеварения, выражающееся в понижении кислотности, сердечно-сосудистая недостаточность, нейроэндокринные расстройства. Длительное воздействие шума вызывает ряд таких серьезных заболеваний, связанных с перенапряжением нервной системы, как гипертоническая болезнь, в ряде случаев желудочно-кишечные и кожные заболевания.

Работающие в условиях сильного шума испытывают головные боли, головокружения, снижение памяти, боли в ушах. Человек затрачивает в среднем на 10-20% больше физических и нервно-психических усилий, чтобы сохранить выработку, достигнутую им при уровне звуке ниже 70 дБА. Все это снижает работоспособность человека, безопасность его труда. Производительность труда снижается от шума тем больше, чем сложнее трудовой процесс и чем больше в нем элементов умственного труда.

Установлено, что при работах, требующих повышенного внимания, при увеличении уровня звука от 70 до 90 дБА имеет место снижение производительности труда на 20%.

Повышенный уровень шума приводит к росту не только профессиональной, но и общей заболеваемости. Об этом говорит тот факт, что общая заболеваемость рабочих шумных производств увеличена на 15-20%.

5. Шум выше 110 дБА оказывает травматическое действие на органы слуха. При шуме более 140 дБА возможен разрыв барабанной перепонки.

 

НОРМИРОВАНИЕ ШУМА

 

Целью санитарного нормирования является установление научно обоснованных предельно допустимых величин шума, которые при ежедневном систематическом воздействии в течение всего рабочего дня и в течение многих лет не вызывают существенных изменений в состоянии здоровья человека и не мешают его нормальной трудовой деятельности.

В условиях производства в большинстве случаев технически очень трудно снизить шум до очень малых уровней, поэтому при нормировании исходят не из оптимальных (комфортных), а из терпимых условий, т.е. таких, когда вредное действие шума на человека не проявляется или проявляется незначительно. Санитарные нормы - это компромисс между гигиеническими требованиями и техническими возможностями на данном этапе развития науки и техники.

Характеристики и допустимые уровни шума на рабочих местах регламентируются ГОСТ 12.l.003-83. «Шум. Общие требования безопасности». Нормируемой характеристикой постоянного шума являются уровни звуковых давлений в децибелах в октавных полосах или 1/3-октавных со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц. Как известно, среднегеометрическое значение f _ср для полосы с верхней граничной частотой f _в и нижней f _н (для октавной полосы f _в в два раза больше f _н) определяется выражением f_ср = , например, если f _ср=63Гц, то f _н=45Гц и f _в=90Гц.

Совокупность допустимых уровней звукового давления в октавных полосах частот называется предельным спектром, а указанный метод нормирования - нормированием по предельному спектру шума (см. табл.1).Предельные спектры обозначают сокращением ПС с цифровым индексом, соответствующим уровню звукового давления в октавной полосе со среднегеометрической частотой 1000 Гц. Например, ПС-80 обозначает предельный спектр, имеющий в указанной октавной полосе допустимый уровень звукового давления 80 дБ. Значения предельно допустимых уровней звукового давления в нормируемых октавных полосах частот установлены с учетом одинакового физиологического и психологического воздействия шума на человека.

Таблица 1

Допустимые уровни звука и звукового давления на рабочих местах

Вид трудовой деятельности, рабочие места	Уровни звукового давления, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц	Уровни звука и эквивалентные уровни звука, дБА
31,5
Творческая деятельность, руководящая работа, конструирование и проектирование, программирование, преподавание, врачебная деятельность
Высококвалифицированная работа, требующая сосредоточенности, административно-управленческая деятельность, измерительные и аналитические работы в лаборатории
Рабочие места в помещениях диспетчерской службы, кабинетах и помещениях наблюдения и дистанционного управления с речевой связью по телефону
Рабочие места в кабинах машинистов тепловозов, электровозов, поездов метрополитена, дизель-поездов
Рабочие места водителей и обслуживающего персонала (пассажиров) легковых автомобилей
Рабочие места в кабинах и салонах самолетов и вертолетов

Примечания к табл.1:

- допускаемые уровни звукового давления в октавных полосах частот, уровни звука и эквивалентные уровни звука на рабочих местах следует принимать для тонального и импульсного шума на 5 дБ меньше значений, указанных в таблице;

- запрещается даже кратковременное пребывание в зонах с октавными уровнями звукового давления свыше 135 дБ в любой октавной полосе;

- для шума, создаваемого в помещениях установками кондиционирования воздуха, вентиляции и воздушного отопления - на 5 дБ меньше фактических уровней шума в этих помещениях (измеренных или определенных расчетом), если последние не превышают значения, указанные в таблице (поправку для тонального и импульсного шума в этом случае принимать не следует), в остальных случаях - на 5 дБ меньше значений, указанных в таблице.

 

Для ориентировочной оценки (например, при проверке органами надзора, выявлении необходимости осуществления мер по шумоглушению и др.) постоянного шума на рабочих местах допускается использование интегрального показателя - уровня звука в дБА, который измеряется шумомером с корректированной частотной характеристикой А (наряду с линейной частотной характеристикой, шумомеры имеют коррекцию А, имитирующую нелинейную амплитудно-частотную характеристику слухового аппарата человека) и определяется по формуле:

Р₀ - звуковое давление, соответствующее порогу слышимости (в воздухе Р₀ = 2*10^-5 Па). Уровень звука связан с предельным спектром зависимостью:

L_A = ПС + 5дБ.

Характеристикой непостоянного шума является эквивалентный (по энергии) уровень звука в дБА - уровень звука постоянного широкополосного шума, который имеет то же самое среднеквадратичное звуковое давление (оказывает на человека такое же воздействие), что и данный непостоянный шум, определяемый по формуле:

где P_A(t) – текущее среднеквадратическое значение звукового давления с учетом коррекции А шумомера, Па; Т - время действия шума.

Эквивалентный уровень измеряется интегрирующими шумомерами и может быть определён расчетным методом. Суть метода в том, что диапазон, подлежащий измерению уровней звука, разбивают на интервалы, затем через равные промежутки времени в течение определенного периода производят измерения уровня звука по шкале А шумомера и подсчитывают количество отсчетов в каждом интервале.

Допустимые уровни шума для различных видов трудовой деятельности согласно ГОСТ 12.1.003-83 приведены в табл.2.

 

Таблица 2

Уровни шума для различных видов трудовой деятельности

с учетом степени напряженности труда