Промышленный шум, его физические характеристики

Шум — это сочетание звуков различной частоты и интенсив­ности. С точки зрения физики звук представляет собой механи­ческие колебания упругой среды.

Звуковая волна характеризуется звуковым давлением (Р, Па), интенсивностью (J, Вт/м²), частотой (f, Гц), колебательной ско­ростью (v, м/с).

Звуковое давление показывает разность между мгновенным зна­чением давления и средним давлением в невозмущенной среде.

При распространении звуковой волны в пространстве проис­ходит перенос энергии; количество переносимой энергии опреде­ляется интенсивностью звука.

Интенсивность звука — средний поток энергии в какой-либо точке среды в единицу времени, отнесенный к единице площади поверхности, нормальной к направлению распрост­ранения волны.

Колебательная скорость — это скорость движения частицы среды около положения равновесия. Она значительно меньше скорости распространения звука (волны), которая зависит от уп­ругих свойств, температуры и плотности среды.

Источник шума характеризуется звуковой мощностью, которая определяется общим количеством звуковой энергии, излучаемой источником в пространство в единицу времени.

Человек воспринимает в виде звука колебания упругой среды с частотой от 20 до 20 000 Гц.

Восприятие человеком звука зависит от его частоты, интенсив­ности и звукового давления. Наименьшая интенсивность (J₀) и наименьшее звуковое давление (Р₀), воспринимаемые человеком на данной частоте, называется порогом слышимости.

При f = 1000 Гц Р₀ = 2 х IО-⁵ Па и J₀ = 10-¹² Вт/м².

Если Р = 20 Па и J = 10 Вт/м², то у человека возникают боле­вые ощущения, — болевой порог.

Между этими порогами лежит область слышимости.

Величина звукового давления и интенсивности звука, с кото­рыми приходится иметь дело при борьбе с шумом, могут менять­ся в широких пределах: подавлению — до 10⁸ раз, по интенсив­ности — до 10¹⁶ раз. Оперировать такими цифрами неудобно. По­этому А.Г. Белл (американский изобретатель телефона) предложил использовать для этого логарифмическую шкалу, которая значи­тельно облегчает расчеты.

Кроме того, параметры шума удобно характеризовать относи­тельными величинами, т.е. отношением данного параметра к его порогу слышимости.

Логарифм отношения интенсивности шума к его порогу слы­шимости называется уровнем интенсивности L шума и измеряет­ся в безразмерных единицах — белах (Б):

L = lg(J/J₀). Поскольку интенсивность звука пропорциональна квадрату звукового давления, то для уровня звукового давления можно за­писать:

L = Ig (Р² / Р₀²) = 2 lg (P/P₀).

Человеческое ухо реагирует на величину, в 10 раз меньшую, чем 1 бел, поэтому пользуются децибелом (дБ):

1 дБ = 0,1 Б.

 

Тогда L = 20 lg (P/P₀) L = 10 lg (J/J₀).

Уровнями интенсивности шума пользуются при акустических расчетах, а уровнями звукового давления — при измерениях шума и оценке его воздействия на человека, т.е. ухо чувствует среднеквад­ратичное давление. Обе эти интенсивности измеряются в децибе­лах и при нормальных атмосферных условиях равны друг другу.

Зависимость среднеквадратичных значений синусоидальных составляющих шума (или соответствующих им уровней в децибе­лах) от частоты называется частотным спектром шума.

Спектры получают, используя анализаторы шума, т.е. набор электрических фильтров, пропускающих сигналы в определенной полосе частот. Обычно применяются октавные фильтры. Гранич­ные значения частоты октавных полос и среднегеометрические частоты октавных полос (в скобках) таковы: 22—45 (31,5); 45—90 (63); 90-180 (125); 180-355 (250); 355-710 (500); 710-1400 (1000); 1400-2800 (2000); 2800-5600 (4000); 5600-11 200 (8000).

Спектры используются для сравнения шумовых характеристик, нормирования шума и др.

В нормативных документах шумы принято классифицировать по характеру спектра (широкополосные — непрерывный спектр бо­лее одной октавы, тоновые — в спектре слышны дискретные тона); по временным характеристикам (постоянные — за 8 ч изменяется не более чем на 5 дБ; непостоянные — более 5 дБ); по длительнос­ти (непостоянные шумы) (колеблющиеся во времени — уровень звука непрерывно изменяется во времени; прерывистые — уровень звука резко падает до фонового, а повышенный уровень длится более 1 с, импульсные — состоят из одиночных импульсов длитель­ностью менее 1 с интенсивностью не менее 10 дБ).