Загальні поняття щодо шуму

Застосовувані у виробничих умовах машини, апарати, прилади, є, як правило, динамічно неврівноваженими системами, внаслідок чого під час їх роботи виникають механічні та акустичні коливання. Коливання виникають також під час роботи вентиляційних систем (зумовлені турбулентністю повітряних потоків), перетворювачів електричного струму (дія змінного електромагнітного поля), та ін.

Акустичні коливання (хвильовий рух пружного середовища) називаються звуком.

Механічні коливання твердого тіла називаються вібрацією.

Шумом називається безладне сполучення звуків різної сили та частоти або шум – це всілякі звуки, що заважають сприйняттю корисних звуків, чи порушують тишу, а також звуки, що шкідливо чи подразнююче діють на організм людини.

Коливання характеризуються частотою, амплітудою, швидкістю, потужністю, інтенсивністю (силою) і т.і.

Для характеристики звуку використовуються поняття:

ü звуковий тиск,

ü звукова потужність,

ü інтенсивність (сила) звуку та їх рівні,

ü спектральний склад,

ü гучність.

Звуковий тиск (р) визначається як різниця між миттєвим значенням повного тиску та середнім тиском, що спостерігається у середовищі за відсутності звукового поля. Звуковий тиск вимірюється у Па (Н/м²) та характеризує амплітуду звуку.

Звукова енергія (W) визначається як кількість енергії, що випромінюється джерелом звуку в оточуючий простір. Одиниця виміру звукової енергії – джоуль (Дж).

Густина (щільність) звукової енергії w = dW / dV, одиниця виміру Дж/м³.

Звукова потужність (потік звукової енергії) Р = dW / dt, одиниця виміру Вт.

Інтенсивність звуку (густина потоку звукової енергії) J = dP / dS, одиниця виміру Вт/м².

Швидкість розповсюдження звуку звичайно однакова для всіх складових звуку. Швидкість звуку в повітрі за температури 0^о С та атмосферному тиску 101 325 Па (1 атм) дорівнює 331 м/с.

Коливальна швидкість характеризується амплітудою швидкості, з якою рухаються по відношенню до середовища в цілому нескінченно малі частки середовища, що коливаються відносно положення рівноваги при проходженні звукової хвилі. Коливальна швидкість дорівнює добутку амплітуди коливань часток середовища на кутову частоту коливань

υ = А · ω

Коливальна швидкість в багато разів менша за швидкість розповсюдження звуку, змінюється у поперечному перерізі звукового каналу та різна для кожної із спектральних складових звуку. Має розмірність швидкості, одиниця виміру м/с.

Інтенсивність звуку та звуковий тиск пов’язані такою залежністю:

,

де J – інтенсивність звуку; р – звуковий тиск; - густина середовища; с – швидкість розповсюдження звукової хвилі.

За частотою звукові коливання поділяються на три діапазони: інфразвукові - з частотою коливань менше 20 Гц, звукові (ті, що ми чуємо) ¾ від 20 Гц до 20 кГц та ультразвукові ¾ більше 20 кГц . Швидкість поширення звукової хвилі C ( м/с) залежить від властивостей середовища і насамперед від його щільності. Так, в повітрі при нормальних атмосферних умовах C~344 м/с; швидкість звукової хвилі в воді ~1500 м/с , у металах ~ 3000-6000 м/с.

Оскільки людина сприймає коливання у навколишньому середовищі за допомогою своїх органів чуттів, це сприйняття суб’єктивне й залежить не тільки від фізичних характеристик коливань, а ще й від чутливості відповідних органів чуттів.

Так наприклад, органи слуху людини здатні відчувати дію звукових хвиль у діапазоні частот від 16 до 20 000 Гц як звук, при чому найбільша чутливість має місце на середніх частотах; на низьких та високих частотах чутливість зменшена. Мінімальний звуковий тиск р_о та інтенсивність J_о, що сприймаються людиною як звук, називаються поріг чутності, на частоті 1000 Гц дорівнюють р_о = 2·10 ^-5 Н/м², J_о = 10 ^-12 Вт/м². Максимальний звуковий тиск р_max та інтенсивність J_max, що починають сприйматися людиною як відчуття болю, називаються поріг відчуття болю й на частоті 1000 Гц дорівнюють р_max = 2 ·10 ² Н/м², J_max = 10 ² Вт/м².

Залежність рівня звукового тиску, що сприймається людиною

від частоти звуку (криві рівної гучності)

В зв’язку з тим, що слухове сприйняття пропорційне логарифму кількості звукової енергії були використані логарифмічні значення – рівні звукової інтенсивності (L_i) та звукового тиску(L_p), які виражаються у децибелах (дБ). Рівень інтенсивності та рівень тиску звука виражаються формулами:

L_i = 10Lg J /J₀ , дБ;

L_р = 20Lg р /р₀ , дБ;

де J_0,- значення інтенсивності на нижньому порозі чутності його людиною при частоті 1000 Гц, J₀ = 10^-12 Вт/м² ; р₀ - порогові значення на нижнього порозі чутності звукового тиску людиною на частоті 1000 Гц, р₀ =2*10^-5 Па.

Оскільки сприйняття звуку людиною різниця за частотою, для вимірів шуму, що відповідає його суб’єктивному сприйняттю вводять поняття коректованого рівня звукового тиску. Корекція здійснюється за допомогою поправок, які додаються у частотних смугах. Стандартні значення корекції в частотних смугах наведені у таблиці. Значення загального рівня шуму з урахуванням вказаної корекції по частотним смугам називають рівнем звука ( дБА)

Стандартні значення корекції рівнів звукового тиску у частотних смугах. Таблиця

За часовими характеристиками шуми поділяють на постійні і непостійні. Постійними вважають шуми, у яких рівень звуку протягом робочого дня змінюється не більше ніж на 5 дБА. Непостійні шуми поділяються на переривчасті, з коливанням у часі, та імпульсні. При переривчастому шумі рівень звуку може різко падати до фонового рівня, а довжина інтервалів, коли рівень залишається постійним і перевищує фоновий рівень, досягає 1 с та більше. При шумі з коливаннями у часі рівень звуку безперервно змінюється у часі. До імпульсних відносять шуми у вигляді окремих звукових сигналів тривалістю менше 1 с кожний, що сприймаються людським вухом як окремі удари.

Рівень звукової потужності(дБ) джерела визначають за формулою:

L_w = 10 lg W/W₀ ,

де W₀ ¾ порогові значення звукової потужності, яке дорівнює 10^-12 Вт.