Основні фізичні характеристики шуму

Звуковими хвилями називається коливні збурення, що поширюються від джерела шуму в довкілля.

Будь-яке джерело шуму (звук, звукова хвиля) характеризується наступними параметрами.

Довжина хвилі – це відстань, яку проходить звукова хвиля протягом періоду коливань (відстань між двома сусідніми шарами повітря, що мають однаковий звуковий тиск, виміряний одночасно)

, (13)

де l – довжина хвилі, м;

С – швидкість поширення звукових хвиль (для повітря С= 340 м/с при 20 ⁰С);

¦ – частота коливань, Гц.

Швидкість поширення звукових хвиль залежить від фізичних властивостей тіла (густини, пружності, тиску), в якому поширюється звук та від температури. У повітрі збільшення швидкості складає 0,6 м/с при підвищенні температури на 1ºС.

Частота коливань – це кількість коливань за одну секунду (одне коливання за секунду – 1 Гц). Слуховий апарат людського організму сприймає звукові коливаня у частотному діапазоні 16 – 20 000 Гц (частота 5 – 6 порядку). Найчутливіше вухо до коливань в діапазоні середніх частот 1000 – 3 000 Гц. Такі звуки називають “чутними”. “Нечутні” звуки за частотою нижче 16 Гц (інфразвуки), або вище 20 000 Гц (ультразвуки).

Звуки з частотою 30 – 300 Гц є низькочастотні; 300 – 800 Гц – середньочастотні; більше 800 Гц – високочастотні.

Звуковим тиском Р, Па називається різниця між моментальним значенням повного тиску в збудженому середовищі і середнім тиском в незбудженому середовищі. Сприйняття людиною звуку залежить не тільки від частоти (f), а й від інтенсивності (I) і звукового тиску (Р).

Швидкість коливного руху частинок у звуковій хвилі V, що залежить від амплітуди коливань (тобто від звукового тиску р), та частоти ¦

, (м/с). (14)

Величина r^××С називається питомим акустичним опором середовища, через яке поширюється звук. Для повітря при нормальному тиску (барометричний тиск 760 мм. рт. ст., t = 20 ⁰С, густина r = 0,001205 г/см³, С = 344 м/с, r^××С = 41г/см^2×с).

Інтенсивність звуку, або сила звуку - 1 Вт/м² - це енергія, яка переноситься звуковою хвилею перпендикулярно до поверхні 1 м² за одиницю часу 1с визначається за формулою

, Вт/м².. (15)

Звукова потужність джерела W, Вт визначається загальною кількістю звукової енергії, яка випромінюється джерелом шуму в навколишній простір за одиницю часу

W = I × S, (16)

де S – площа розповсюдження звукової хвилі, м².

При випромінюванні в сферу радіусом r – , в напівсферу – .

Величина Іо та Ро, за яких людина сприймає звук, називається порогом чутності (ПЧ). Порогом чутності називається найменша зміна звукового тиску, яку ми відчуваємо: при f = 1000 Гц; I ₀ = 10^-12 Вт/м²; Р ₀= 2×10^-5, Н/м² (1 Па = 1 Н/м²).

Поріг больової чутності (ПБЧ) – це найбільша сила звуку, яку може витримати людина при Р = 2×10² Па, I = 10² Вт/м². Сила звуку ПБЧ перевищує силу звуку ПЧ в 10¹⁴ разів. Больовий поріг – це максимальний звуковий тиск, який сприймається вухом як звук. Між ПЧ та ПБЧ знаходиться область чуття.

Щоб не оперувати великими числами, американський вчений Бел запропонував логарифмічну шкалу.

Логарифмічна величина, яка характеризує інтенсивність шуму або звуку одержала назву рівня інтенсивності звукуL – одиниця вимірювання в белах, децибелах (Б, дБ):

, дБ або , Б (17)

де І – інтенсивність звуку в даній точці,

І ₀– інтенсивність порогу чутності.

Бел вказує, у скільки разів ця сила звуку I перевищує вихідну I ₀.

Рівнем інтенсивності звуку або “рівнем сили звуку” L _I користуються під час акустичних розрахунків.

“Рівнями звукового тиску” користуються під час вимірюванні шуму

, дБ. (18)

Крім рівня інтенсивності звуку і рівня звукового тиску, введено поняття рівня звукової потужності

, дБ, (19)

де W₀= 10^-12 – порогове значення звукової потужності, Вт.

W – звукова потужність джерела:

Рівні звуку джерел шуму

Джерело шуму	Рівень звукового тиску, дБ
Шелест листя, шум слабкого вітру	10 – 20
Шепіт на відстані 1 м	30 – 40
Тиха розмова	50 – 60
Гучна розмова	60 – 70
Шум на вулиці	70 – 80
Металоріжучі і ткацькі верстати (на робочому місці)	80 – 90
Пневмопреси, пневматична клепка на відстані 1 м	110 – 120
Реактивний двигун на відстані 1 м від сопла	130 – 140

Дія шуму на організм людини

Шум на виробництві та в побуті негативно впливає на організм людини:

- підвищує витрати енергії за однакового фізичного навантаження;

- значно послаблює увагу, виникає апатія, втрачається пам’ять;

- збільшує кількість помилок під час роботи (більше 50 %);

- сповільнює швидкість психічних реакцій.

Внаслідок дії цих факторів:

- понижується продуктивність праці майже на 40 %;

- погіршується якість роботи, підвищується втомлюваність, подразнення;

- сповільнюється реакція працівників на сигнали, що спричиняє НВ;

- збільшується брак продукції.

Шум шкідливо впливає на фізичний стан людини, а саме:

- пригнічує і уражає центральну нервову систему;

- спричиняє зміну швидкості дихання і пульсу;

- виникають серцево – судинні захворювання, гіпертонічна хвороба;

- порушується обмін речовин (зменшується виділення шлункового соку та його кислоти, що спричиняє збільшення захворювання гастритом, виразкою у два рази);

- призводить до професійних захворювань (туговухість, погіршується зір, розвивається нервова хвороба), передчасного старіння.

Як бачимо, шум є загальнобіологічним подразником, і в певних умовах може впливати на всі органи і системи організму.

Інколи глухонімих використовують на шумних виробництвах, а це злочин.

За 8 годин праці віддається багато енергії, а шум зумовлює додаткове навантаження на організм людини.