Основные характеристики шума

Шум — беспорядочные колебания различной физической природы, отличающиеся сложностью временной и спектральной структуры. Первоначально слово «шум» относилось исключительно к звуковым колебаниям, однако в современной науке оно было распространено и на другие виды колебаний (радио, электричество). Но все-таки с физиологической точки зрения шум — это, как правило, совокупность звуков различной частоты и силы.

Шумом называют всякий неблагоприятно действующий на человека звук. Обычно шум является сочетанием звуков различной частоты и интенсивности. С физической точки зрения звук представляет собой механические колебания упругой среды. Звуковая волна характеризуется звуковым давлением р, Па, колебательной скоростью V, м/с, интенсивностью I, Вт/м2, и частотой — числом колебаний в секунду f, Гц.

Звуковые колебания какой-либо среды (например, воздуха) возникают при нарушении ее стационарного состояния под воздействием возмущающей силы. Частицы среды начинают колебаться относительно положения равновесия, причем скорость этих колебаний (колебательная скорость) значительно меньше скорости распространения звуковых волн (скорости звука), которая зависит от упругих свойств, температуры и плотности среды.

Во время звуковых колебаний в воздухе образуются области пониженного и повышенного давления, которые определяют звуковое давление.

Звуковым давлением называется разность между мгновенным значением полного давления и средним давлением в невозмущенной среде.

Характеристикой источника шума служит звуковая мощность Р, которая определяется общим количеством звуковой энергии, излучаемой источником шума в окружающее пространство за единицу времени.

При распространении звуковой волны в пространстве происходит перенос энергии. Количество переносимой энергии определяется интенсивностью звука. Средний поток энергии в какой-либо точке среды в единицу времени, отнесенный к единице площади поверхности, нормальной к направлению распространения волны, называется интенсивностью звука в данной точке.

Слуховой орган человека воспринимает в виде слышимого звука колебания упругой среды, имеющие частоту примерно от 20 до 20 000 Гц, но наиболее важный для слухового восприятия интервал от 45 до 10 000 Гц.

Источниками шума являются: производственное оборудование, энергетическое оборудование, заводы, автотранспорт, компрессорные и насосные станции, вентиляторные установки, трансформаторные подстанции.

В зависимости от физической природы возникающего шума они подразделяются на источники механического, аэродинамического, электромагнитного и гидродинамического шума. Снижение шума на рабочих местах должно достигаться прежде всего за счет акустического совершенствования машин — улучшения их шумовых характеристик.

Восприятие человеком звука зависит не только от его частоты, но и от интенсивности и звукового давления. Наименьшая интенсивность I0 и звуковое давление Р0, которые воспринимает человек, называются порогом слышимости. Пороговые значения I0 и Р0 зависят от частоты звука. При частоте 1000 Гц звуковое давление Р0 = 2 -10−5 Па, 10 = 10−12 Вт/м2. При звуковом давлении 2−102 Па и интенсивности звука 10 Вт/м2 возникают болевые ощущения (болевой порог). Между порогом слышимости и болевым порогом лежит область слышимости. Разница между болевым порогом и порогом слышимости очень велика.

Чтобы не оперировать большими числами, ученый А. Г. Белл предложил использовать логарифмическую шкалу. Логарифмическая величина, характеризующая интенсивность шума или звука, получила название уровня интенсивности L шума или звука, которая измеряется в безразмерных единицах белах (Б).

(1).

где I — интенсивность звука в данной точке;

I0 — интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости.

Так как интенсивность звука пропорциональна квадрату звукового давления, то для уровня звукового давления можно записать:

(2).

Ухо человека реагирует на величину в 10 раз меньшую, чем бел, поэтому распространение получила единица децибел (дБ), равная 0,1 Б, тогда.

(3).

Шумовые характеристики (ШХ) источников шума — активные уровни звуковой мощности (УЗМ) Lp, дБ, и показатели направленности излучения шума G, дБ, или предельно допустимые шумовые характеристики (ПДШХ) должны быть указаны в паспорте на них, руководстве (инструкции) по эксплуатации или другой сопроводительной документации.

При отсутствии таких сведений необходимо пользоваться справочными данными по шумовым характеристикам применяемой машины или ее аналога.

В соответствии с ГОСТ 12.1.003−83* шум классифицируется по спектральным и временным характеристикам.

Спектры шума подразделяются на широкополосные и тональные. Широкополосные характеризуются спектром шума шириной более одной октавы, тональные имеют в своем составе выраженные дискретные тона с превышением уровня звукового давления (в третьоктавной полосе частот) над соседними не менее чем на 10 дБ.

Для оценки и сравнения шумов, изменяющихся по времени, применяют уровни звука. Уровень звука — это суммарный уровень звукового давления, определенного во всем частотном диапазоне. Измеряют уровень звука шумомером в децибеллах, А [дБ (А)] по шкале, имеющей корректирующий контур, А по низкочастотной составляющей.

По временным характеристикам шумы подразделяются: на постоянные и непостоянные, а последние, в свою очередь, делятся на колеблющиеся прерывистые и импульсные.

Шум относится к постоянному, если уровень звука, характеризующий его, изменяется за восьмичасовой рабочий день (рабочую смену) не более чем на 5 дБ (А); для непостоянных шумов характерно изменение уровня звука в течение рабочего дня более чем на 5 дБ (А).

Колеблющиеся шумы характеризуются уровнем звука, непрерывно изменяющегося во времени, например шум транспортного потока. Для прерывистых шумов уровень звука изменяется ступенчато [на 5 дБ (А) и более], при этом длительность интервалов, в течение которых уровень остается постоянным, составляет 1 с и более, например шум, возникающий при периодическом выпуске газа из-под поршня.

Импульсные шумы — это один или несколько звуковых сигналов каждый продолжительностью менее 1 с, воспринимаемый человеком как удары, следующие один за другим, уровни звука при этом отличаются не менее чем на 7 дБ. Для машин ударного действия характерен импульсный шум.