Акустические колебания. Шум. Действие шума на человека

Механические колебания в упругих средах вызы­вают распространение в этих средах упругих волн, называемых акустическими колебаниями.

Энергия от источника колебаний передается ча­стицам среды. По мере распространения волны ча­стицы вовлекаются в колебательное движение с ча­стотой, равной частоте источника колебаний, и с за­паздыванием по фазе, зависящим от расстояния до источника и от скорости распространения волны. Расстояние между двумя ближайшими частицами среды, колеблющимися в одной фазе, называется длиной волны. Длина волны — это путь, пройден­ный волной за время, равное периоду колебаний.

Упругие волны с частотами от 16 до 20 000 Гц в га­зах, жидкостях и твердых телах называются звуко­выми волнами. Скорость звука в воздухе при нор­мальных условиях составляет 330 м/с, В воде около 1400 м/с, в стали порядка 5000 м/с. При восприятии человеком звуки различают по высоте и громкости.

Высота звука определяется частотой колебаний: чем больше частота колебании, тем выше звук. Громкость звука определяется его интенсивностью, выра­жаемой в Вт/м². Однако субъективно оцениваемая громкость (физиологическая характеристика звука) возрастает гораздо медленнее, чем интенсивность (физическая характеристика) звуковых волн. При возрастании интенсивности звука в геометрической прогрессии воспринимаемая громкость возрастает приблизительно линейно. Поэтому обычно уровень громкости L выражают в логарифмической шкале L=10lg(I/I₀), где I₀ — условно принятый за основу уровень интенсивности, равный 10^-12 Вт/м² и оце­ниваемый как порог слышимости человеческого уха при частоте звука 1000 Гц (человеческое ухо наибо­лее чувствительно к частотам от 1000 до 4000 Гц). По этой шкале каждая последующая ступень зву­ковой энергии (уровня раздражения) больше пре­дыдущей в 10 раз. Если интенсивность звука больше в 10, 100, 1000 раз, то по логарифмической шкале это соответствует увеличению громкости (уровня восприятия) на 1, 2, 3 единицы. Единица измере­ния громкости в логарифмической шкале называ­ется децибелом (дБ). Она примерно соответствует минимальному приросту силы звука, различаемо­му ухом.

Для сравнительной оценки можно указать, что средний уровень громкости речи составляет 60 дБ, а мотор самолета на расстоянии 25 м производит шум в 120 дБ.

Минимальная интенсивность звуковой волны, вызывающая ощущение звука, называется порогом слышимости. Порог слышимости у разных людей различен и зависит от частоты звука.

Интенсивность звука, при которой ухо начина­ет ощущать давление и боль, называется порогом болевого ощущения.На практике в качестве порога болевого ощущения принята интенсивность звука 100 Вт/м², соответствующая 140дБ.

Шум — совокупность звуков различной частоты и интенсивности, беспорядочно изменяющихся во времени. Для нормального существования, чтобы не ощущать себя изолированным от мира, челове­ку нужен шум в 10-20 дБ. Это шум листвы, пар­ка или леса. Развитие техники и промышленного производства сопровождалось повышением уровня шума, воздействующего на человека. В условиях производства воздействие шума на организм часто сочетается с другими негативными воздействиями: токсичными веществами, перепадами температуры, вибрацией и др.

К физическим характеристикам шума относят­ся: частота, звуковое давление, уровень звукового давления.

По частотному диапазону шумы подразделя­ются на низкочастотные — до 350 Гц, среднеча-стотные 350-800 Гц и высокочастотные — выше 800Гц.

По характеру спектра шумы бывают широко­полосные, с непрерывным спектром и тональные, в спектре которых имеются слышимые тона.

По временным характеристикам шумы бывают постоянные, прерывистые, импульсные, колеблю­щиеся во времени.

Звуковое давление Р — это среднее по времени избыточное давление на препятствие, помещенное на пути волны. На пороге слышимости человеческое у ко воспринимает при частоте 1000 Гц звуковое давление Р₀=2 • 10^-5Па, на пороге болевого ощущения зуковое давление достигает 2 • 10² Па.

Для практических целей удобной является харак­теристика звука, измеряемая в децибелах, — уро­вень звукового давления. Уровень звукового давле­ния N — это выраженное по логарифмической шка­ле отношение величины данного звукового давления Р к пороговому давлению Р₀

N = 20 lg(P/P₀).

Для оценки различных шумов измеряются уров­ни звука с помощью шумомеров по ГОСТ 17.187-81.

Для оценки физиологического воздействия шума на человека используется громкость и уровень гром­кости. Порог слышимости изменяется с частотой, уменьшается при увеличении частоты звука от 16 до 4000 Гц, затем растет с увеличением частоты до 20 000 Гц. Например, звук, создающий уровень зву­кового давления в 20 дБ на частоте 1000 Гц, будет иметь такую же громкость, как и звук в 50 дБ на частоте 125 Гц. Поэтому звук одного уровня гром­кости при разных частотах имеет различную ин­тенсивность.

Для характеристики постоянного шума установ­лена характеристика — уровень звука, измеренный по шкале А шумомера в дБА.

Непостоянные во времени шумы характеризу­ются эквивалентным (по энергии) уровнем звука в дБА, определяемым по СанПиН 2.2.4/2.1.8.562-96.

Источники шума многообразны. Это аэродина­мичные шумы самолетов, рев дизелей, удары пнев­матического инструмента, резонансные колебания всевозможных конструкций, громкая музыка и мно­гое другое.

Шум оказывает вредное воздействие на организм человека, особенно на центральную нервную систе­му, вызывая переутомление и истощение клеток го­ловного мозга. Под влиянием шума возникает бес­сонница, быстро развивается утомляемость, понижа­ется внимание, снижается общая работоспособность и производительность труда. 'Длительное воздей­ствие на организм шума и связанные с этим нару­шения со стороны центральной нервной системы рас­сматриваются как один из факторов, способствую­щих возникновению гипертонической болезни.

Под влиянием шума возникают явления утомле­ния слуха и ослабления слуха. Эти явления с прекра­щением шума быстро проходят. Если же переутом­ление слуха повторяется систематически в течение длительного срока, то развивается тугоухость. Так, кратковременное воздействие уровня 120 дБ (рев са­молета) не приводит к необратимым последствиям. Длительное воздействие шума 80-90 дБ приводит к профессиональной глухоте. Тугоухость — стойкое понижение слуха, затрудняющее восприятие речи окружающих в обычных условиях. Оценка состоя­ния слуха производится с помощью аудиометрии. Аудиометрия — измерение остроты слуха — прово­дится с помощью специального электроакустическо­го аппарата — аудиометра. Снижение слуха на 10 дБ человеком практически не ощущается, серьезное ослабление разборчивости речи и потеря способно­сти слышать слабые, но важные для общения звуко­вые сигналы наступает при снижении слуха на 20 дБ.

Если установлено методами аудиометрии, что в результате профессиональной деятельности про­изошло снижение слуха в области речевого диапа­зона на 11 дБ, то наступает факт профессионального заболевания — снижения слуха. Чаще всего сниже­ние слуха развивается в течение 5-7 лет и более пе­реутомления слуха.

Уровень шума нормируется санитарными норма­ми и государственными стандартами и не должен превышать допустимых значений.