Розглянемо визначення базових понять, які лежать в основі того розділу промислової санітарії, який висвітлює засоби захисту від шуму, інфразвуку ультразвуку та вібрації. Звук– це хвильовий рух пружного середовища, сприйманий слуховим апаратом.Шум– це безладне сполучення звуків різної частоти й інтенсивності.
Звуковий тиск – надлишковий тиск, що виникає в пружному середовищі при поширенні звуку. Вухо людини реагує на середньоквадратичний звуковий тиск p (цей такий постійний тиск, що характеризується такою же акустичною енергією, як і відповідний йому змінний звуковий тиск). Усереднення тиску в людському вусі відбувається за проміжок часу, рівною 30-100 мкс.Якщо i-й амплітудний (миттєвий максимальний) звуковий тиск дорівнює pi,i=,то для N амплітуд маємо формулу середньоквадратичного звукового тиску:
(1)
Для нормального сприйняття мови необхідне значення Р = 7 ×10-6 атм (1 атм = 101325 Па »1,01 ×105 Па).
Під інтенсивністю звуку розуміють фізичну величину рівну потоку акустичної енергії, яка проходить через одиницю перпендикулярної напрямку поширення звукової хвилі.
Якщо S – величина площі, ρ – густина середовища, p – середньоквадратичний звуковий тиск, Ф – потік енергіїW, с–швидкість звуку, то інтенсивність звуку Iвизначається по таким загальній і конкретній формулах:
І = Ф / S, де Ф = W/ t, або: (2)
I = Р2 / (ρ с), Вт / м2 . (3)
Поріг чутності – це мінімальна акустична енергія, яка на даній частоті викликає спрацьовування слухового апарата людини. Поріг чутності мінімальний при частоті 1000 Гц і рівний I0 = 1×10-12 Вт / м2 або Р0 = 2 ×10-5 Па.
Поріг болючого відчуття – це запас акустичної енергії, який на даній частоті викликає в слуховому апараті хворобливі відчуття Imax = 1×102 Вт / м2 або Рmax = 2 ×102 Па.
Особливості слухового апарата людини полягають у такому:
1) ідеальне людське вухо сприймає механічні коливання, що лежать у діапазоні 16 –20000 Гц у вигляді звуку. Інфразвуки (f< 16 Гц) с ультразвуки (f>20 кГц) не викликають слухове відчуття, але здійснюють шкідливий біологічний вплив на організм;
2) у віці 15 років спостерігається максимальна чутливість слухового апарата, а з 20 років починається спад чутливості (насамперед по високих частотах), причому в 50 років верхня межа чутливості не перевищує 16 –17кГц;
3) мінімальна чутливість слухового апарата спостерігається на частотах 20 – 100 Гц, а максимальна на 1000 –5000 Гц;
4) вухо людини реагує на середньоквадратичний звуковий тиск Р;
5) людина сприймає звуки в дуже великому діапазоні інтенсивності (1×10-12– 10)Вт / м2;
6) людське вухо реагує на відносну зміну акустичної енергії, тобто на логарифм акустичної енергії.
Пояснимо останнє.Через те, що людина сприймає звуки в дуже великому діапазоні інтенсивності,то незручно використовувати для оцінювання звуку абсолютні значення інтенсивності звуку або звукового тиску. Прийнято вимірювати й оцінювати їхні відносні рівні стосовно граничних значень, виражених у логарифмічній формі. Таким чином, рівень інтенсивності звуку в децибелах (дБ):
L = 10 ×lgI / I0 , дБ (4)
Рівень звукового тиску
L = 20 ×lgP / P0 , дБ (5)
де P – середньоквадратична величина звукового тиску, вимірювана в Паскалях (Па).
Вибір логарифмічної залежності ґрунтується на законі Вебера-Фехнера:приріст силивідчуттів прямо пропорційний логарифму відношення інтенсивностей двох порівнюваних подразнень. L*
Рівень гучності звуку L*залежить від рівня інтенсивності звуку Lі його частоти f , тобто
L*=f (L, f). (6)
Залежність ця складна і простим аналітичним співвідношенням виражена бути не може (визначається за кривими рівнів гучності). Рівень гучності звукуL*– це суб'єктивна характеристика звуку, вимірювана в фонах.
Між величинами фізичної і фізіологічної акустики існує таке співвідношення:
Інтенсивність (сила) звуку L«Гучність;
Частота f0«Тон(основний);
Обертони (2f0 , 3f0, 4f0, …)«Тембр звуку.
Зазначимо, що шуми, у яких звукова енергія розподілена по всьому спектрі частот називається широкосмуговими, а звуки визначених частот – тональними (музичними).
Шум механізмів виникає внаслідок пружних коливань як усієї машини в цілому, так і окремих її деталей. Причини виникнення цих коливань – механічні, аеродинамічні й електричні явища, обумовлені конструктивними і технологічними особливостями машини, а також умовами її експлуатації. У зв'язку з цим розрізняють шуми механічного, аеродинамічного й електромагнітного походження.
________________________________________________________________________________
