Акустические колебания воздушной среды

Шум – это беспорядочное сочетание звуков различной частоты и интенсивности.

Звук или тон - это акустическое гармоническое колебание с определённой частотой в твердой, жидкой или газообразной среде. Он характеризуется:

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

- звуковым давлением p (Па) - то есть разностью между мгновенным давлением в звуковой волне и атмосферным фоновым давлением;

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

По частоте колебаний звуки классифицируются:

Инфразвук - 20Гц -Слышимый звук - 20000Гц -Ультразвук

Зона слышимости звука

Порог слышимости зависит от частоты, а порог болевого ощущения имеет слабую частотную зависимость. Уровень звука на пороге слышимости равен 0дБ при звуковом давлении 2*10 ^{- 5} Па, а на пороге болевого ощущения 140дБ при звуковом давлении 2*10² Па. Область, расположенная между порогами, называется зоной слышимости звука.

Интенсивность звука уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния; при удвоении расстояния снижается на 6 дБ. ч Пользование шкалой децибел весьма удобно, т.к. почти весь диапазон слышимых звуков занимает менее 140 дБ. Диаграмма области слухового восприятия

Шум - сложное колебание, комплекс звуков разных частот; его оценивают спектром, то есть зависимостью УЗД от частоты.

Шум измеряют в октавных полосах среднегеометрических частот. Октавная полоса характеризуется соотношением граничных частот 1: 2.

Соотношение октавных полос:

Среднегеометрическая частота:

Построение спектра шума

Спектр шума – это зависимость уровня звукового давления L_р от среднегеометрической октавной частоты.

По характеру спектра шумы делят на широкополосные (с непрерывным спектром более одной октавы) и смешанные (тональные), в спектре которых присутствуют дискретные тона. По временной характеристики их делят на постоянные и непостоянные.

Согласно ГОСТ 12.1.003-83 «ССБТ. Шум. Общие требования безопасности» шумы приято классифицировать по их спектральным и временным характеристикам.

Постоянные шумы – уровень звука за 8-ми часовой рабочий день изменяется во времени не более чем на 5 дБА (насосные, вентиляционные установки, производственное оборудование).

Непостоянные шумы

- колеблющиеся во времени (уровень непрерывно меняется)

- прерывистые (ступенчато изменяется (на 5дБА и более), причем длительность интервала, в течение которых уровень звука остается постоянным, составляет 1с и более)

- импульсные (длительность интервала менее 1с)

По источнику возникновения шумы классифицируются на механические, аэродинамические, электродинамические.

По частоте шумы различают как:

- низкочастотные (f до 300 Гц)

- среднечастотные (f = 300 - 800 Гц)

- высокочастотные (f > 800 Гц)

Ультразвуковые колебания воздушной среды (УК) осуществляются с частотой более 20000 Гц, они не воспринимаются органами слуха и подразделяются на воздушный и контактный ультразвук.

Ультразвуковые волны по своей природе не отличаются от упругих волн слышимого диапазона и характеризуются теми же параметрами: интенсивностью (Вт/м²), звуковым давлением (Па), звуковой мощностью (Вт) и их уровнями (дБ).

Специфической особенностью УК является лучевой характер распространения, что обусловлено высокой частотой и соответственно малой длиной волны.

Поэтому при одинаковой звуковой мощности источника шума и ультразвука интенсивность последнего будет значительно выше.

В производственных условиях ультразвук применяется для очистки и обезжиривания различных деталей, механической обработки твёрдых и хрупких материалов, ускорение химических реакций в гальванотехнике, в дефектоскопии сварных швов, литых, штамповочных изделий и т.д.

Инфразвук - это область акустических колебаний, имеющих одинаковою с шумом физическую природу, но распространяющихся с частотами менее 20 Гц и не воспринимаемых органами слуха человека.

Нередко инфразвук проявляется в сочетании с низкочастотными шумами.

В следствии большой длины волны инфразвуковые колебания легко огибают препятствия, распространяясь на большие расстояния с небольшими потерями энергии.

Инфразвук может иметь природное происхождение (землетрясение, извержение вулканов, морские бури) и антропогенное (средства транспорта, компрессоры, мощные системы вентиляции и другое).

Инфразвуковые колебания характеризуются теми же параметрами, что и и звуки слышимого диапазона.

Действие шума на человека.

Область слышимых звуков ограничивается не только определенными частотами (20—20 000 Гц), но и определенными предельными значениями звуковых давлений и их уровней. Логарифмическая шкала уровней звукового давления построена таким образом, что пороговое значение звукового давления р_д соответствует порогу слышимости (1 = 0 дБ) только на частоте 1000 Гц, принятой в качестве стандартной частоты сравнения в акустике. Порог слышимости различен для звуков разной частоты. Если в диапазоне частот 800— 4000 Гц величина порога слышимости минимальна, то по мере удаления от этой области вверх и вниз по частотной шкале его величина растет; особенно заметно увеличения порога слышимости на низких частотах. По этой причине высокочастотные звуки более неприятны для человека, чем низкочастотные.

В зависимости от уровня и характера шума, его продолжительности, а также от индивидуальных особенностей человека шум может оказывать на него различное действие.

Шум, даже когда он невелик, создает значительную нагрузку на нервную систему человека, оказывая на него психологическое воздействие. Это особенно часто наблюдается у людей, занятых умственной деятельностью. Слабый шум различно влияет на людей. Причиной этого могут быть: возраст, состояние здоровья, вид труда, физическое и душевное состояние человека в момент действия шума и другие факторы. Степень вредности какого-либо шума зависит также от того, насколько он отличается от привычного шума. Неприятное воздействие шума зависит и от индивидуального отношения к нему. Так, шум, производимый самим человеком, не беспокоит его, в то время как небольшой посторонний шум может вызвать сильный раздражающий эффект.

Известно, что ряд таких серьезных заболеваний, как гипертоническая и язвенная болезни, неврозы, в ряде случаев желудочно-кишечные и кожные заболевания, связаны с перенапряжением нервной системы в процессе труда и отдыха. Отсутствие необходимой тишины, особенно в ночное время, приводит к преждевременной усталости, а часто и к заболеваниям. В этой связи необходимо отметить, что шум в 30—40 дБА в ночное время может явиться серьезным беспокоящим фактором. С увеличением уровней до 70 дБА и выше шум может оказывать определенное физиологическое воздействие на человека, приводя к видимым изменениям в его организме. Под воздействием шума, превышающего 85—90 дБА, в первую очередь снижается слуховая чувствительность на высоких частотах. Сильный шум вредно отражается на здоровье и работоспособности людей. Человек, работая при шуме, привыкает к нему, но продолжительное действие сильного шума вызывает общее утомление, может привести к ухудшению слуха, а иногда и к глухоте, нарушается процесс пищеварения, происходят изменения объема внутренних органов.

Воздействуя на кору головного мозга, шум оказывает раздражающее действие, ускоряет процесс утомления, ослабляет внимание и замедляет психические реакции. По этим причинам сильный шум в условиях производства может способствовать возникновению травматизма, так как на фоне этого шума не слышно сигналов транспорта, автопогрузчиков и других машин. Эти вредные последствия шума выражены тем больше, чем сильнее шум и чем продолжительнее его действие.

Таким образом, шум вызывает нежелательную реакцию всего организма человека. Патологические изменения, возникшие под влиянием шума, рассматривают как шумовую болезнь.

Звуковые колебания могут восприниматься не только ухом, но и непосредственно через кости черепа (так называемая костная проводимость). Уровень шума, передаваемого этим путем, на 20—30 дБ меньше уровня, воспринимаемого ухом. Если при невысоких уровнях передача за счет костной проводимости мала, то при высоких уровнях она значительно возрастает и усугубляет вредное действие на человека.

При действии шума очень высоких уровней (более 145 дБ) возможен разрыв барабанной перепонки.

 

Шум оказывает на человека вредное воздействие. Это воздействие зависит от уровня и характера шума, его продолжительности и индивидуальных особенностей человека.

Шум уровня до 65 дБ вызывает раздражение, носящее лишь психологический характер.

При уровне шума 65-80 дБ возможно его физиологическое воздействие на ЦНС, желудок, двигательные функции, умственную работу, зрительный сигнализатор. Пульс и давление крови повышаются, сосуды сужаются, снабжение кровью организма снижается и человек быстро устает. Производительность труда может уменьшаться до 20 %.

Воздействие шума уровнем выше 80 дБ приводит к снижению чувствительности органа слуха, а при длительном воздействии высокого уровня возникают необратимые потери слуха и развивается профессиональное заболевание – тугоухость.