Шумове забруднення, небажані або надмірні рівні звуку можуть чинити шкідливий вплив на здоров’я людини і якість навколишнього середовища. Воно зазвичай виникає у багатьох промислових об’єктах і на деяких інших робочих місцях. А також шумове забруднення пов’язане з автомобільним, залізничним та повітряним рухом та з роботами на відкритому повітрі.
Вимірювання і сприйняття гучності
Звукові хвилі — це коливання молекул повітря, переносяться від джерела шуму до вуха. Це зазвичай описується з точки зору гучності (амплітуди) і висот (частоти) хвилі. Рівень звукового тиску, або SPL, вимірюється в логарифмічних одиницях, званих децибел (дБ). Нормальне людське вухо може виявляти тон в діапазоні від 0 дБ (поріг слуху) до 140 дБ. При цьому звуки від 120 дБ до 140 дБ викликає біль.
Який рівень звуку, наприклад, в бібліотеці? Він становить близько 35 дБ, а всередині рухомого автобуса чи поїзда метро — близько 85. Будівельні роботи будівлі можуть генерувати SPL до 105 дБ в джерелі. SPL зменшуються з віддаленням від предмета.
Швидкість, з якою передається звукова енергія, називається інтенсивністю, пропорційна квадрату УЗД. З-за логарифмічного характеру шкали децибел, збільшення на 10 пунктів становить 10-кратне збільшення інтенсивності звуку. На 20 передає більше 100 разів. А на 30 дБ становить 1000-кратне збільшення інтенсивності.
І з іншого боку, коли напруженість подвоюється, рівень гучності звуку посилюється лише на 3 пункти. Наприклад, якщо будівельне свердло викликає шум 90 дБ, то два однакових інструменту, що працюють поруч, створять 93 дБ. А коли два звуки, які відрізняються на SPL більш ніж на 15 пунктів, об’єднуються, слабкі тони маскуються (або заглушаються) гучним звучанням. Наприклад, якщо на будівельному майданчику працює дриль на 80 дБ поруч з бульдозером на 95, сукупний рівень тиску цих двох джерел буде вимірюватися як 95. Менш інтенсивний тон від компресора не буде помітний.
Частота звукової хвилі виражається в циклах в секунду, але частіше використовується герц (1 гц = 1 Гц). Барабанна перетинка людини — це дуже чутливий орган з великим динамічним діапазоном, здатний виявляти звуки на частотах від 20 Гц (низька висота) до приблизно 20000 Гц (високий рівень звуку). Тональність людського голосу в звичайній розмові відбувається на частотах від 250 Гц до 2000 Гц.
Точне вимірювання рівня звуку і науковий опис відрізняються від більшості суб’єктивних людських уявлень і думок про нього. Індивідуальні реакції людини на шум залежать як від висоти, так і від гучності. Люди з нормальним слухом зазвичай сприймають високочастотні звуки голосніше, ніж низькочастотні тієї ж амплітуди. З цієї причини електронні вимірювачі рівня шуму враховують зміни сприйманої гучності в залежності від висоти тону.
Частотні фільтри в вимірниках служать для узгодження показань з чутливістю людського вуха і відносної гучністю різних звуків. Так званий A-зважений фільтр, наприклад, зазвичай використовується для діагностування навколишнього спільноти. Вимірювання SPL, зроблені за допомогою цього фільтра, виражаються в A-зважених децибелах або дБА.
Більшість людей сприймають і описують збільшення значення SPL на 6-10 дБА, як подвоєння «гучності». Інша система, C-зважена (дБС) шкала, іноді використовується для рівнів ударного шуму, таких як стрільба, і має тенденцію бути більш точним, ніж дБА, для сприйняття гучності звуків з низькочастотними компонентами.
Рівні шуму, як правило, змінюються з часом, тому дані вимірювання представляються у вигляді усереднених значень для вираження загальних рівнів звуку. Є кілька способів зробити це. Наприклад, результати серії повторних вимірювань рівня звуку можуть бути представлені як L 90 = 75 дБА, що означає, що величини були рівні або вище 75 дБА протягом 90 відсотків часу.
Ще один блок під назвою еквівалентні ступені звуку (L eq) можуть використовуватися для вираження середнього SPL за будь-який період, що цікавить, наприклад, восьмигодинний робочий день. (L eq — це логарифмічні, а не арифметичне значення, тому в загальному результаті переважають гучні події.)
Одиниця рівня звуку, звана величиною шуму “день-ніч” (DNL або L дп) враховує той факт, що люди більш чутливі до тону в нічний час. Так що, 10-дБА додається до SPL значень, виміряних у межах від 10 годин до 7 ранку. Наприклад, вимірювання DNL дуже корисні для опису загальної схильності шуму літаків.
Робота з ефектами
Шум — це більше, ніж просто неприємність. При певних рівнях та тривалості дії, це може викликати фізичне пошкодження барабанної перетинки і волоскових чутливих клітин внутрішнього вуха, і призвести до тимчасової або постійної втрати слуху.
Вона зазвичай не виникає при SPL нижче 80 дБА (восьмигодинні рівні впливу краще підтримувати не більше 85). Але у більшості людей, що піддаються впливу більш 105 дБА, в деякій мірі буде постійна втрата слуху. В доповнення до неї надмірний вплив шуму може також підвищити артеріальний тиск і частоту пульсу, викликати дратівливість, неспокій і розумову втому, а також порушити сон, відпочинок та особисте спілкування.
Контроль шумового забруднення
Тому важливо на робочому місці і в суспільстві зберігати граничну тишу. Постанови і закони по боротьбі з шумом, прийняті на місцевому, регіональному та національному рівнях, можуть бути ефективними для пом’якшення негативних наслідків шумового забруднення.
Екологічний і промисловий гул регулюється відповідно до закону про безпеку та гігієну праці та законом про боротьбу з ним. Згідно з цими актами Адміністрація з безпеки і гігієни праці встановила критерії промислового шуму, щоб ввести обмеження на інтенсивність звукового впливу та тривалість, протягом якої ця напруженість може бути дозволена.
Якщо людина піддається дії різних рівнів шуму в різних часових інтервалах протягом дня, загальний вплив або доза (D) шуму виходить із співвідношення,
де C – фактичний час, а T – допустимий на будь-якому рівні. При використанні цієї формули найбільш можлива добова доза шуму буде дорівнює 1, а будь-який вплив понад недозволено.
Максимальний рівень звуку
Критерії для шуму в приміщенні узагальнені у трьох наборах специфікацій, які були отримані шляхом збору суб’єктивних суджень з великої вибірки людей в різних конкретних ситуаціях. Вони перетворилися в критерії шуму (NC) і криві бажаних тонів (PNC), які встановлюють межі рівня, що вноситься в навколишнє середовище. Криві NC, розроблені в 1957 році, спрямовані на забезпечення комфортної робочої або житлової сфери шляхом визначення максимально допустимого рівня звуку в октавних смугах по всьому аудиоспектру.
Повний набір з 11 кривих визначає критерії шуму для широкого обсягу ситуацій. Графіки PNC, розроблені в 1971 році, додають обмеження на низькочастотний гул і високочастотне шипіння. Отже, вони переважніше більш старого стандарту NC. Підсумовані на кривих, ці критерії забезпечують мети проектування рівнів шуму для різних ідей. Частиною специфікації роботи або середовища проживання є відповідна крива PNC. У разі, якщо рівень перевищує межі PNC, звукопоглинальні матеріали можуть бути введені в навколишнє середовище по мірі необхідності для відповідності стандартам.
Низький рівень шуму може бути подолана за допомогою додаткового поглинаючого матеріалу, такого як важкі драпіровки або плитки в закритих приміщеннях. Де низький рівень идентифицируемого шуму може відволікати або де конфіденційність розмов у суміжних офісах і приймальні можуть бути важливі, небажані звуки можуть бути замасковані. Невеликий джерело білого шуму, такий як статичний повітря, розміщений в кімнаті, може маскувати розмова з сусідніх кабінетів, не будучи смертельним рівнем звуку для вух людей, що працюють поблизу.
Цей тип пристрою часто використовується в кабінетах лікарів та інших фахівців. Інший метод зниження рівня шуму — використання засобів захисту органів слуху, які одягаються на вуха так само, як навушники. Застосовуючи наявні у продажу захисні пристосування, можна домогтися зниження рівня тони в діапазоні зазвичай від 10 дБ при 100 Гц до 30 дБ для частот вище 1 тис. Гц.
Визначити рівень звуку
Обмеження зовнішнього шуму також важливі для комфорту людини. Будівництво будівлі забезпечить деяку захист від зовнішніх звуків, якщо будинок відповідає мінімальним стандартам і якщо рівень шуму знаходиться в допустимих межах.
Ці обмеження звичайно вказуються для певних періодів дня, наприклад, у світлий час доби, у вечірні години та вночі під час сну. Через заломлення в атмосфері, викликаного інверсією температури в нічний час, щодо гучні звуки можуть видаватися від досить віддаленого шосе, аеропорту або залізниці.
Одним з цікавих методів контролю шуму є зведення шумових бар’єрів вздовж траси, що відокремлюють її від прилеглих житлових районів. Ефективність таких споруд обмежена дифракцією звуку більше на низьких частотах, які переважають на дорогах і притаманні великим транспортним засобам. Щоб бути ефективними, вони повинні знаходитись як можна ближче до джерела або спостерігачеві шуму, тим самим максимізуючи дифракцію, необхідну для того, щоб звук досяг спостерігача. Інша вимога для цього типу бар’єру полягає в тому, що він також повинен обмежувати кількість рівнів звуку, щоб добитися значного зниження шуму.
Визначення і приклади
Децибел (дБ) використовується для вимірювання рівня звуку, але він також широко застосовується в електроніці, сигнали і зв’язку. ДБ — логарифмічний спосіб опису стосунку. Ставлення може виявлятися, як потужність, звуковий тиск, напруга або інтенсивність, або кілька інших речей. Пізніше ми пов’язуємо дБ з телефоном і звуком (у зв’язку з гучністю). Але спочатку, щоб отримати уявлення про логарифмічних виразів, давайте подивимося на деякі цифри.
Наприклад, можна припустити, що є два динаміка, перший з яких відтворює звук з силою P 1, а інший — більш гучну версію того ж тону з потужністю P 2, але все інше (як далеко, частота) залишається незмінним.
Різниця в децибелах між ними визначається як
10 log (P 2 / P 1) дБ, де log для бази 10.
Якщо друге виробляє у два рази більше енергії, ніж перше, різниця в дБ
10 log (P 2 / P 1) = 10 log 2 = 3 дБ,
як показано на графіку, який відображає 10 log (P 2 / P 1) проти P 2 / P-1. Для продовження прикладу, якщо у другого в 10 разів більше потужності першого, різниця в дБ буде:
10 log (P 2 / P 1) = 10 log 10 = 10 дБ.
Якщо друге мав таку ж силу в мільйон разів, різниця в дБ була б
10 log (P 2 / P 1) = 10 log 1 000 000 = 60 дБ.
У цьому прикладі показана одна особливість шкал децибел, яка корисна при обговоренні звуку. Вони можуть описувати дуже великі стосунки, використовуючи числа скромного розміру. Але необхідно звернути увагу, що децибел зображує співвідношення. Тобто не буде сказано, яку випромінює потужність якої-небудь з динаміків, тільки з різниці. І також варто звернути увагу на коефіцієнт 10 у визначенні, який позначає дєці в децибелах.
Акустичний тиск, дБ
Частота зазвичай вимірюється за допомогою мікрофонів, і вони реагують (приблизно) пропорційно тиску, с. Тепер потужність звукової хвилі при інших однакових умовах дорівнює квадрату напору. Точно так само, електрична потужність на резисторі йде як перемноженное напруга. Логарифм квадрата дорівнює всього 2 log x, тому при перетворенні тиску в децибели вводиться коефіцієнт 2. Отже, різниця в ступені акустичного напору між двома рівнями звуків з p 1 і p 2 становить:
20 log (p 2 / p 1) дБ = 10 log (p 2 2 / p 1 2) дБ = 10 log (P 2 / P 1) дБ.
Що відбувається, коли відбувається зменшення потужності звуку вдвічі?
Логарифм 2 дорівнює 0,3, тому 1/2 – 0,3. Таким чином, якщо потужність буде зменшена в 2 рази, то рівень звуку скоротиться на 3 дБ. І якщо ще раз зробити таку операцію, то акустика ще на 3 дБ знизиться.
Розмір децибела
Вище можна зауважити, що зменшення потужності вдвічі знижує тиск на корінь 2 і рівень гучності звуку на 3 дБ.
Перший зразок — це білий шум (суміш всіх чутних частот). Другий зразок — це той же тон з напругою, зменшеним на коефіцієнт кореня квадратного із 2. Його зворотне значення становить приблизно 0,7, тому 3 дБ відповідає зниженню напруги або тиску до 70%. Зелена лінія показує насадку, як функцію часу. Червона ж окреслює безперервний експоненціальний спад. Варто звернути увагу, що напруга падає на 50% для кожного другого зразка.
Звукові файли і флеш-анімація Джона Танна і Джорджа Хацидимитриса.
Наскільки великий децибел?
У наступних серіях послідовні вибірки зменшуються всього на один пункт.
Що робити, якщо різниця менша, ніж децибел?
Рівні звуку рідко даються з десятковими знаками. Причина в тому, що ті, що відрізняються менше ніж на 1 дБ, важко розрізнити.
І також можна помітити, що останній приклад тихіше першого, але важко побачити різницю між послідовними парами. 10 * log 10 (1,07) = 0,3. Тому для збільшення рівня звуку на 0,3 дБ необхідно посилити потужність на 7% або напруга на 3,5%.
