С физической стороны шум характеризуется частотой колебаний, звуковым давлением, интенсивностью или силой звука.

Ухо человека способно воспринимать как слышимые звуковые колебания воздуха с частотой от 16 до 20 000 Гц.

Колебания с частотой ниже 16 Гц называются инфразвуковыми, а свыше 20 000 Гц — ультразвуковыми. Инфразвук и ультразвук не вызывают слуховых ощущений, но оказывают биологическое действие на организм человека.

Слуховой аппарат человека обладает неодинаковой чувствительностью к звукам различной частоты (рис. 1.1). Минимальное звуковое давление и минимальная интенсивность звуков, воспринимаемых слуховым аппаратом человека, определяют порог слышимости.

За эталонный принят звук с частотой 1000 Гц. При этой частоте порог слышимости по интенсивности составляет I₀ = 10ˉ¹²Вт/м², а соответствующее ему звуковое давление P₀ = 2 • 10‾⁵ Па. Верхняя граница воспринимаемых человеком звуков принимается за так называемый порог болевого ощущения. Порог болевого ощущения — 120...130 дБ. При частоте 1000 Гц порог болевого ощущения возникает при I=10 Вт/м² и P = 2 • 10²Па. Между порогом слышимости и болевым порогом лежит область слышимости.

 

Рис. 1.1. Область слухового восприятия человека

 

Ухо человека реагирует не на абсолютное, а на относительное изменение интенсивности звука. При этом ощущения человека пропорциональны логарифму количества энергии шума или другого раздражителя.

По этой причине на практике для характеристики шума пользуются двумя логарифмическими величинами: уровнем интенсивности L_I и уровнем звукового давления L_P, выражаемыми в децибелах (дБ):

L_I = 10 lg I/I_0, дБ;        L_P = 20 lgP/P_0, дБ,

где I — интенсивность звука в данной точке, Вт/м²; I₀ = 10‾¹² Вт/м² — интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости при частоте 1000 Гц; Р — среднее квадратическое значение звукового давления в определенной полосе частот, Па; P₀ = 2 • 10‾⁵Па — исходное значение звукового давления в воздухе на частоте 1000 Гц; 1 дБ — едва заметное на слух изменение громкости, которое соответствует изменению интенсивности звука на 26 % или звукового давления на 12%.

Логарифмическая шкала в децибелах (0... 140) позволяет определить чисто физическую характеристику шума независимо от частоты. Наибольшая чувствительность слухового аппарата человека характерна для средних и высоких частот (800...1000 Гц), наименьшая — для низких (20... 100 Гц). Для того чтобы приблизить результаты объективных измерений к субъективному восприятию, введено понятие корректированного уровня звукового давления.

Суть коррекции — введение зависящих от частот звука поправок к уровню соответствующей величины. Эти поправки стандартизованы в международном масштабе. Наиболее употребительна коррекция «А». Корректированный уровень звукового давления (L_А = L_p - ∆L_A ) называется уровнем звука и измеряется в дБА.

При исследовании шумов весь диапазон частот разбивают на полосы частот и определяют мощность процесса, приходящегося на каждую полосу. Чаще всего используют октавные (f₂/f₁ = 2) и 1/3-октавные (f₂/f₁ = 2^1/3) полосы частот, гдe f₂ и f₁ — верхняя и нижняя граничные частоты соответственно. При этом в качестве частоты, характеризующей полосу в целом, берется среднегеометрическая частота f:

f =√f₂f.

 

Например, октавную полосу (22,4...45) Гц выражает среднегеометрическая частота 31,5 Гц; (45...90) Гц — 63 Гц; (90...180) Гц — 125 Гц; (180...355) Гц — 250

Гц; (355...710) Гц — 500 Гц и т. д. В результате сформирован стандартный ряд из 9 октавных полос со среднегеометрическими частотами 31,5; 63; 125; 250; 500;

1000; 2000;4000;8000 Гц.

В соответствии с ГОСТ 12.1.003 «Шум. Общие требования безопасности» и СанПиН 2.2.4/2.1.8.10-32-2002 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки» шумы классифицируются:

а) по характеру спектра на широкополосный шум — с непрерывным спектром шириной более одной октавы; тональный шум — шум, в спектре которого имеются выраженные дискретные (тональные) составляющие (превышение уровня звукового давления в одной полосе над соседними не менее чем на 10 дБ);

б) по временным характеристикам на постоянный шум — уровень звука которого за 8-часовой рабочий день (рабочую смену) изменяется во времени не более чем на 5 дБА; непостоянный шум — уровень звука которого за 8-часовой рабочий день (рабочую смену) изменяется во времени более чем на 5дБА.

Непостоянный шум подразделяется на колеблющийся шум — уровень звука которого непрерывно изменяется во времени; прерывистый шум — уровень звука которого изменяется во времени ступенчато (на 5 дБА и более), причем длительность интервалов, в течение которых уровень остается постоянным, составляет 1 с и более; импульсный шум — состоящий из одного или нескольких звуковых сигналов каждый длительностью менее 1с.