Границы шумового восприятия шумов органами слуха человека

Шум как гигиенический фактор ^- это совокупность звуков различной частоты и интенсивности, которые воспринимаются органами слуха человека и вызывают неприятное субъективное ощущение.

Шум как физический фактор представляет собой волнообразно распространяющееся механическое колебательное движение упругой среды, носящее обычно случайный характер.

Производственным шумом называется шум на рабочих местах, на участках или на территориях предприятий, который возникает во время производственного процесса. Безопасность жизнедеятельности / Под ред. Ю. М. Фомина. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2004. с. 183.

Следствием вредного действия производственного шума могут быть профессиональные заболевания, повышение обшей заболеваемости, снижение работоспособности, повышение степени риска травм и несчастных случаев, связанных с нарушением восприятия предупредительных сигналов, нарушение слухового контроля функционирования технологического оборудования, снижение производительности труда.

По характеру нарушения физиологических функций шум разделяется на такой, который мешает (препятствует языковой связи), раздражающий — (вызывает нервное напряжение и вследствие этого — снижения работоспособности, общее переутомление), вредный (нарушает физиологические функции на длительный период и вызывает развитие хронических заболеваний, которые непосредственно связаны со слуховым восприятием: ухудшение слуха, гипертония, туберкулез, язва желудка), травмирующий (резко нарушает физиологические функции организма человека).

Характер производственного шума зависит от вида его источников. Механический шум возникает в результате работы различных механизмов с неуравновешенными массами вследствие их вибрации, а также одиночных или периодических ударов в сочленениях деталей сборочных единиц или конструкций в целом. Аэродинамический шум образуется при движении воздуха по трубопроводам, вентиляционным системам или вследствие стационарных или нестационарных процессов в газах. Шум электромагнитного происхождения возникает вследствие колебаний элементов электромеханических устройств (ротора, статора, сердечника, трансформатора и т. д.) под влиянием переменных магнитных полей. Гидродинамический шум возникает вследствие процессов, которые происходят в жидкостях (гидравлические удары, кавитация, турбулентность потока и т. д.).

Шум как физическое явление — это колебание упругой среды. Он характеризуется звуковым давлением как функцией частоты и времени. С физиологической точки зрения шум определяется как ощущение, которое воспринимается органами слуха во время действия на них звуковых волн в диапазоне частот 16−20 000 Гц.

Процесс распространения колебательного движения в среде называется звуковой волной, а область среды, в которой она распространяется — звуковым полем.

Звуковыми волнами называют колебательные возмущения, которые распространяются от источника шума в окружающую среду.

Длина волны — это расстояние, которое проходит звуковая волна в течение периода колебания (расстояние между двумя соседними слоями воздуха, которые имеют одинаковое звуковое давление, измеренное одновременно).

Звук, который распространяется в воздушной среде, называется воздушным звуком, в твердых телах — структурным. Часть воздуха, охваченная колебательным процессом, называется звуковым полем. Свободным называется звуковое поле, в котором звуковые волны распространяются свободно, без препятствий (открытое пространство, акустические условия в специальной заглушенной камере, облицованной звукопоглощающим материалом).

Диффузным называется звуковое поле, в котором звуковые волны поступают в каждую точку пространства с одинаковой вероятностью со всех сторон (встречается в помещениях, внутренние поверхности которых, имеют высокие коэффициенты отражения звука). Безопасность жизнедеятельности / Под ред. Ю. М. Фомина. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2004. с. 185.

В реальных условиях (помещение или территория предприятия) структура звукового поля может быть качественно близкой (или промежуточной) к предельным значениям свободного или диффузного звукового поля.

Воздушный звук распространяется в виде продольных волн, то есть волн, в которых колебания частичек воздуха совпадают с направлением движения звуковой волны. Наиболее распространена форма продольных звуковых колебаний — сферическая волна. Ее излучает равномерно во все стороны источник звука, размеры которого малы по сравнению с длиной волны.

Структурный звук распространяется в виде продольных и поперечных волн. Поперечные волны отличаются от продольных тем, что колебания в них происходят в направлении, перпендикулярном направлению распространения волны. Движение звуковой волны в воздухе сопровождается периодическим повышением и понижением давления. Давление, которое превышает атмосферное, называется акустическим, или звуковым давлением. Чем большее звуковое давление, тем громче звук.

Мерой интенсивности звуковых волн в любой точке пространства является величина звукового давления — избыточное давление в данной точке среды по сравнению с давлением при отсутствии звукового поля. Единица измерения звукового давления р, Н/м²; 1 Н/м² = 1 Па (Паскаль). Существуют нижняя и верхняя границы слышимости. Нижняя граница слышимости называется порогом слышимости, верхняя — болевым порогом. Порогом слышимости называется наименьшее изменение звукового давления, которое мы ощущаем. При частоте 1000 Гц (на этой частоте ухо имеет наибольшую чувствительность) порог слышимости составляет Р" = 2−10'⁵ Н/м². Порог слышимости воспринимает приблизительно 1% людей.

Болевой порог — это максимальное звуковое давление, которое воспринимается ухом как звук. Давление свыше болевого порога может вызывать повреждение органов слуха. При частоте 1000 Гц в качестве болевого порога принято звуковое давление Р — 20 Н/м². Отношение звуковых давлений при болевом пороге и пороге слышимости составляет 10⁶. Это диапазон звукового давления, который воспринимается ухом.

Для более полной характеристики источников шума введено понятие звуковой энергии, которая излучается источниками шума в окружающую среду за единицу времени.

Величина потока звуковой энергии, которая проходит в течение 1 с через площадь 1 м² перпендикулярно к направлению распространения звуковой волны, является мерой интенсивности звука или силы звука.

В связи с тем, что между слуховым восприятием и раздражением существует приблизительно логарифмическая зависимость, для измерения звукового давления, силы звука и звуковой мощности принята логарифмическая шкала. Это позволяет большой диапазон значений (по звуковому давлению — 10⁶, по силе звука — 10¹²) вложить в сравнительно небольшой интервал логарифмических единиц. В логарифмической шкале каждая следующая степень этой шкалы больше предыдущей в 10 раз. Это условно считается единицей измерения 1 Бел (Б). В акустике используется более мелкая единица децибел (дБ), равная 0,1 Б.

Величина, выраженная в белах или децибелах, называется уровнем этой величины. Если сила одного звука больше другого в 100 раз, то равные силы звука отличаются на 1¹⁰⁰=2 Б, или 20 дБ.

Область слышимых звуков ограничивается не только определенными частотами (20−20 000 Гц), но и определенными предельными значениями звуковых давлений и их уровней.

Рис. 1 Слуховое восприятие человека Денисенко Г. Ф. Охрана труда: Учеб. пособие для инж. — экон. спец. вузов. — М.: Высш. шк., 2006, с. 237

На рис. 1 эти предельные значения уровней звукового давления изображены двумя кривыми. Нижняя кривая соответствует порогу (началу) слышимости. Уместно напомнить, что логарифмическая шкала уровней звукового давления построена таким образом, что пороговое значение звукового давления р_д соответствует порогу слышимости (L = 0 дБ) только на частоте 1000 Гц, принятой в качестве стандартной частоты сравнения в акустике. Порог слышимости различен для звуков разной частоты. Если в диапазоне частот — 800 — 4000 Гц величина порога слышимости минимальна, то по мере удаления от этой области вверх и вниз по частотной шкале его величина растет; особенно заметно увеличения порога слышимости на низких частотах. По этой причине высокочастотные звуки более неприятны для человека, чем низкочастотные (при одинаковых уровнях звукового давления).

Верхняя кривая на рис. 1 соответствует порогу болевого ощущения (I = 120−130 дБ). Звуки, превышающие по своему уровню этот порог, могут вызвать боли и повреждения в слуховом аппарате.

Область по частотной шкале, лежащая между этими кривыми, называется областью слухового восприятия.

В зависимости от уровня и характера шума, его продолжительности, а также от индивидуальных особенностей человека шум может оказывать на него различное действие.