Шум как физический процесс и как компонент среды

Мы живем в удивительном мире звуков — низких и высоких, нежных и грубых, чарующих и оглушающих. Звучат вокруг голоса людей и музыка, шум ветра и щебет птиц, рокот моторов и шелест листвы…

Звук — это механические колебания, которые распространяются в упругой среде: воздухе, воде, твердом теле и т. п. Любое тело, способное колебаться в нужном интервале частот, может служить источником звука.

Как мы воспринимаем звуки? Когда по утрам звенит будильник, он распространяет вокруг себя звуковые волны в виде колебаний уровня воздушного давления. Эти волны создают вибрации в барабанной перепонке уха, которая передаёт их через три маленькие косточки — молоточек, наковальню и стремечко — в заполненное воздухом среднее ухо. Оттуда вибрации проникают в заполненное жидкостью внутреннее ухо, проходя через полукружные каналы, заведующие нашим равновесием, и улитку. Слуховой нерв реагирует на колебания жидкости в улитке, преобразуя их в закодированные импульсы. Импульсы поступают в мозг, где они расшифровываются, и в результате мы слышим звук.

Способность человека воспринимать упругие колебания, слышать их отразилась в названии учения о звуке — «акустика» (от греческого akustikos -" слуховой", «слышимый»). Акустика исследовала поначалу именно слышимые человеком звуковые волны с частотой от 16 Гц до 20 кГц. Эти волны имеют важнейшее биологическое значение, например, звуковые волны в диапазоне 300 — 4000 Гц соответствуют человеческому голосу. Колебания большей частоты называют ультразвуком, меньшей — инфразвуком. Сейчас акустика рассматривает более широкий спектр упругих колебаний — от самых низких частот до предельно высоких.

Шум — бессистемное сочетание большого количества звуков. Подавляющее большинство искусственных звуков и практически все естественные звуки являются шумами.

Для шумов характерна непериодичность формы колебаний: либо это — длительное колебание, но очень неправильное, сложное по форме (шипение, скрип), либо же это отдельные выбросы (щелчки, стуки). Во всех случаях шумовые колебания состоят из огромного количества гармонических колебаний с различными частотами.

В зависимости от характера шумы делятся на импульсный, прерывистый, тональный и широкополосный. Звуковой хлопок или орудийный выстрел создают единичный, очень мощный, иногда опасный для слуха импульс давления, который сопровождается постепенно затухающими колебаниями давления. Шумы, состоящие из чистых тонов, более опасны, чем широкополосные шумы.

Одной из характеристик шума является уровень громкости. Под уровнем громкости шума понимается его интенсивность, которая определяется как поток энергии, приходящейся на единицу площади поверхности (например, Вт/м²). Однако интенсивность обычных шумов в этих единицах выражать довольно трудно. Дело в том, что ухо — уникальный аппарат, созданный природой, — улавливает звуки с разницей интенсивности в 10 триллионов раз. Оперировать числами, лежащими в таком широком диапазоне, крайне неудобно. Поэтому для характеристики уровня громкости шума приняли логарифмическую шкалу величин, поскольку по ней изменение интенсивности шума на одну единицу в действительности означает изменение в 10 раз. Логарифмическую единицу интенсивности звука (шума) назвали «бел» (Б) в честь изобретателя телефона Александра Грейама Белла. На практике оказалось удобнее пользоваться десятыми долями бела — децибелами (дБ). Децибел — величина относительная: за 0 дБ принято значение 10−12 Вт/м². Это порог слышимости, с которого человеческое ухо начинает воспринимать звук. Предельный же уровень интенсивности шума, вызывающий болевые ощущения, равен 130 дБ (таков шум реактивного самолета на испытательном стенде на расстоянии 50 м). Изменение уровня интенсивности шума на 3 дБ соответствует изменению интенсивности звука в 2 раза, на 6 дБ — примерно в 4 раза и т. д. В децибелах также измеряют звуковое давление, которое определяется как сила, приходящаяся на единицу поверхности (ньютон на квадратный метр, Н/м²). В этом случае за 0 дБ принимается величина 2· 10^-5 Н/м². Другая характеристика шума — число звуковых колебаний в одну секунду, или частота звука, измеряемая в герцах.

Звук — одно из самых древних проявлений природы, такое же древнее, как и сама Земля. За многие века своего существования человек приспособился к естественным шумам, научился извлекать из шумов природы жизненно важную информацию. Свист ветра, дальний гром предупреждали его о необходимости искать убежище, рев зверей сигнализировал об опасности или о том, куда надо направить охоту. В природе громкие звуки редки, шум относительно слаб и непродолжителен.

Можно жить без музыки, но нельзя жить без шума. Не случайно у человека, помешенного в сурдокамеру, которая имитирует условия космического полета, начинаются слуховые галлюцинации, мозг не в состоянии долго вынести абсолютную тишину и сам начинает творить шумы!

Всё хорошо в определённых пределах. Негромкий однообразный шум даже навевает покой, вызывает сонливость, такими шумами лечат, например, бессонницу. Благотворное успокаивающее влияние на человека оказывает шум дождя, журчание ручья, морской прибой, шелест листьев — это шумы природного происхождения. Зато производственные, городские, транспортные, жилищно-бытовые, шумы не только раздражают, но и отрицательно влияют на самочувствие и работоспособность, психику, умственную деятельность, становятся причиной повышения раздражимости.

шум физический промышленный защита.