2. Основные понятия о шуме и вибрации

   1. Характеристики шума

Шум – случайное сочетание звуков различной интенсивности и частоты. В практике борьбы с шумом под ним подразумевается мешающий, нежелательный звук. Воздействие шума на человека зависит от его характеристик. Основными характеристиками шума являются:

• уровни звукового давления (УЗД), дБ;

• уровни звука (УЗ), дБА;

• частотный состав (спектр).

Уровни звукового давления ( ) в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000 и 8000 Гц являются характеристикой постоянного шума на рабочих местах и определяются по формуле:

где – среднее квадратичное значение звукового давления, Па; – исходное значение звукового давления или нулевой порог слышимости, Па; Па – пороговое значение, соответствующее порогу чувствительности уха на частоте 1000 Гц.

Переход к децибелам вместо паскалей при измерениях и расчётах шума обусловлен тем, что логарифмический масштаб более адекватно отображает восприятие шума человеческим ухом. Кроме того, человеческое ухо воспринимает шум в очень широком диапазоне звуковых давлений: от до, приблизительно, Па, что делает использование логарифмического масштаба более удобным.

В прикладной акустике для измерений шума используют децибелы (дБ).

Децибел – единица измерения УЗД, названная так в честь Александра Белла.

Считалось, что Белл изобрёл телефон. Но на самом деле его изобрёл итальянец Антонио Меуччи, который подал заявку на патент на 5 лет раньше Белла, то есть в 1871 г. Это было признано в резолюции Конгрессом США в 2002 г. Белл был президентом Национального Географического Общества, основателем журнала National Geographic.

Человек воспринимает шум в пределах от 0 дБ (нулевой порог) до приблизительно 130…140 дБ (болевой порог).

Измерение УЗД производится прибором с октавными фильтрами, который называется шумомером.

Для ориентировочной оценки шума используется характеристика УЗ ( ), которая определяется по формуле:

где – среднее квадратичное давление с учётом коррекции А шумомера, Па. Характеристики шумомера приведены на рис. 2.2.

Характеристика шума в дБА является интегральной, поэтому она нашла широкое применение в технике измерений и нормировании шума. В табл. 2.1 приведены для сравнения УЗ некоторых источников. Из этих данных можно представить, какие УЗ мы слышим.

Рис. 2.1. Частотные характеристики шумомера: А – интегральная; С – линейная

Таблица 2.1

Шум, который нас окружает

Источник шума (местоположение источника)	УЗ, дБА	Расстояние, на котором измерен источник, м
Шорох листвы при полном безветрии	20	-
Тихая сельская местность	25…30	-
Шёпот	40	0,3
Обычный разговор	60	1,0
Салон комфортабельного автомобиля	65	-
Легковой малошумный автомобиль	70	7,5
Скоростной поезд	75	100
Звон будильника	70…80	1,0
Оживлённая магистральная улица	80…85	7,5
Механический цех	85…90	-
Отбойный молоток	100	1,0
Симфонический оркестр	110	10
Обитаемое отделение танка	110…120	-
Взлёт реактивного самолёта	125	100
Взлёт ракеты	180	100

Спектральные и временные характеристики шума

Спектром шума называется зависимость уровней звукового давления от частоты. Понятие спектрального состава шума источника, представление о разложении шума на спектральные составляющие широко используется в практике шумозащиты.

Человеческое ухо различает звуки по спектральному составу в диапазоне от 20 до 20 000 Гц (условно звуковой диапазон). Звук с частотой ниже 20 Гц называется инфразвуком, а выше 20 000 Гц – ультразвуком.

По положению максимума в спектре шум условно делят на низкочастотный, где основные составляющие в спектре сосредоточены на частотах до 250 Гц, среднечастотный (500 Гц) и высокочастотный (1000 и выше Гц). (Рис. 2.2.)

По характеру спектра шум делится на:

• широкополосный с непрерывным спектром шириной более одной октавы;

• тональный, в спектре которого имеются выраженные дискретные тона (устанавливается при измерениях в третьоктавных полосах частот по превышению УЗД в одной полосе над соседними на величину не менее 10 дБ);

• смешанный, когда на сплошные участки накладываются отдельные дискретные составляющие.

Рис. 2.2. Классификация шума по положению максимума в спектре: 1 – высокочастотный, 2 – низкочастотный, 3 – среднечастотный.

По временным характеристикам шум подразделяется:

• на постоянный шум, уровень звука которого за выбранный отрезок времени (например, 8-часовой рабочий день для оценки рабочих мест) изменяется во времени не более чем на 5 дБА (рис. 2.3, а);

• непостоянный шум, уровень звука которого за выбранный отрезок времени изменяется более чем на 5 дБА.

Рис. 2.3. Временные характеристики шума: а – постоянный; б - прерывистый; в - импульсный

Примером импульсного, например, шума может служить процесс ударного забивания свай, прерывистый шум возникает при некоторых процессах деревообработки (распиловке и др.)

Непостоянный шум, в свою очередь, подразделяется:

• на колеблющийся во времени, УЗ которого непрерывно меняется во времени;

• прерывистый, УЗ которого ступенчато изменяется (на 5 дБА и более), причём длительность интервалов, в течение которых УЗ остаётся постоянным, составляет не менее 1 с) (рис. 2.3, б).;

• импульсный, состоящий из одного или нескольких звуковых сигналов, каждый из которых длительностью менее 1 с, при этом УЗ, измеренные на импульсной характеристике шумомера и на фильтре А отличаются не менее чем на 7 дБ (рис. 2.3, в).

Как правило, УЗД используются для характеристики постоянного шума, характеристикой непостоянного шума является эквивалентный (по энергии) УЗ, дБА, который определяется по формуле:

где – текущее значение среднего квадратичного звукового давления с учётом коррекции А шумомера, Па; – время действия шума, ч.

Эквивалентный по энергии УЗ данного непостоянного шума соответствует уровню такого постоянного шума, энергия которого равна энергии непостоянного шума за промежуток времени .

Значения могут быть получены при измерениях шумомером с аналогичной характеристикой. Для того чтобы легче ориентироваться с эквивалентным УЗ следует, например, помнить, что уменьшение в 2 раза времени воздействия приводит к снижению на 3 дБА, а в 10 раз – на 10 дБА.