Шумовото замърсяване, нежеланите или прекомерни нива на звук могат да имат вредно въздействие върху човешкото здраве и качеството на околната среда. Обикновено се среща в много промишлени съоръжения и някои други работни места. Както и шумовото замърсяване, свързано с пътния, железопътния и въздушния трафик и дейности на открито.
Измерване и възприемане на силата на звука
Звуковите вълни са вибрации на въздушни молекули, пренасяни от източник на шум към ухото. Обикновено се описва като сила (амплитуда) и височина (честота) на вълната. Нивото на звуковото налягане или SPL се измерва в логаритмични единици, наречени децибели (dB). Нормалното човешко ухо може да разпознае тон, вариращ от 0 dB (праг на чуване) до 140 dB. В същото време звуци от 120 dB до 140 dB причиняват болка.
Какво е нивото на звука, например, в библиотеката? Това е около 35 dB, докато в движещ се автобус или влак на метрото е около 85. Строителни работисградите могат да генерират до 105 dB SPL при източника. SPL намалява с разстоянието от обекта.
Скоростта, с която се предава звуковата енергия, се нарича интензитет, пропорционален на квадрата на SPL. Поради логаритмичния характер на децибелната скала, увеличението с 10 точки представлява 10-кратно увеличение на интензитета на звука. На 20 предава 100 пъти повече. И 30dB представлява 1000x увеличение на интензитета.
От друга страна, когато напрежението се удвои, силата на звука на звука се увеличава само с 3 точки. Например, ако една строителна бормашина произвежда 90 dB шум, тогава два идентични инструмента, работещи един до друг, ще създадат 93 dB. И когато се комбинират два звука, които се различават с повече от 15 точки в SPL, слабите тонове се маскират (или заглушават) от силния звук. Например, ако бормашина работи с 80 dB на строителна площадка до булдозер на 95, комбинираното ниво на налягане на тези два източника ще бъде измерено като 95. По-малко интензивен тон от компресора няма да бъде забележим.
Честотата на звуковата вълна се изразява в цикли в секунда, но по-често се използва херц (1 cps=1 Hz). Човешката тъпанчева мембрана е силно чувствителен орган с голям динамичен обхват, способен да разпознава звуци с честоти, вариращи от 20 Hz (ниска височина) до приблизително 20 000 Hz (висока). Тоналността на човешкия глас в нормален разговор се среща при честоти от 250 Hz до 2000 Hz.
Точното измерване на нивото на звука и научното описание е различно от повечето субективни човешки представи и мнения за него. Индивидуалните човешки реакции на шума зависят както от височината, така и от силата на звука. Хората с нормален слух обикновено възприемат високочестотните звуци по-силни от нискочестотните звуци със същата амплитуда. Поради тази причина електронните шумомери отчитат промените в възприеманата сила на звука с височината на звука.
Честотните филтри в измервателните уреди служат за съпоставяне на показанията с чувствителността на човешкото ухо и относителната сила на различните звуци. Така нареченият A-претеглен филтър, например, обикновено се използва за диагностициране на заобикалящата общност. Измерванията на SPL, направени с този филтър, се изразяват в A-претеглени децибели или dBA.
Повечето хора възприемат и описват увеличението на SPL с 6-10 dBA като удвояване на "сила". Друга система, C-претеглената (dBS) скала, понякога се използва за нива на ударен шум, като например стрелба и има тенденция да бъде по-точна от dBA за възприеманата сила на звука с нискочестотни компоненти.
Нивата на шума са склонни да се променят с течение на времето, така че данните от измерването се представят като средни стойности за изразяване на общите нива на звука. Има няколко начина да направите това. Например, серия от повтарящи се измервания на нивото на звука може да се отчете като L 90=75 dBA, което означава, че стойностите са били равни или по-големи от 75 dBA за 90 процента от времето.
Друга единица, наречена градуси на звуков еквивалент (L eq), може да се използва за изразяване на средния SPL за всеки период от интерес, като например осемчасов работен ден.(L eq е логаритмична стойност, а не аритметична стойност, така че силните събития доминират в общия резултат.).
Единица за ниво на звука, наречена дневна-нощна шумова стойност (DNL или Ldn), взема предвид факта, че хората са по-чувствителни към тона през нощта. Така че, 10-dBA се добавя към стойностите на SPL, измерени между 10 сутринта и 7 сутринта. Например, измерванията на DNL са много полезни при описване на общата експозиция на шум от самолета.
Работа с ефекти
Шумът е нещо повече от неудобство. При определени нива и продължителност на експозиция може да причини физическо увреждане на тъпанчето и чувствителните космени клетки във вътрешното ухо, което води до временна или постоянна загуба на слуха.
Обикновено не се случва при SPL под 80 dBA (осемчасовите нива на влияние се поддържат най-добре под 85). Но повечето хора, многократно изложени на повече от 105 dBA, ще имат известна степен на трайна загуба на слуха. В допълнение, прекомерното излагане на шум може също да повиши кръвното налягане и сърдечната честота, да причини раздразнителност, тревожност и умствена умора и да попречи на съня, релаксацията и интимността.
Контрол на шумовото замърсяване
Затова е важно да се поддържа максимална тишина на работното място и в обществото. Наредбите и законите за шума, приети на местно, регионално и национално ниво, могат да бъдат ефективни за смекчаване на негативните ефекти от шумовото замърсяване.
Екологична иПромишленият шум се регулира от Закона за безопасност и здраве при работа и закона срещу него. Съгласно тези разпоредби, Администрацията по безопасност и здраве при работа установи критерии за индустриален шум, за да наложи граници на интензивността на излагане на звук и продължителността, за която този интензитет може да бъде разрешен.
Ако човек е изложен на различни нива на шум по различно време на деня, общата експозиция или доза (D) на шума се получава от съотношението
където C е действителното време, а T е разрешеното време на всяко ниво. Използвайки тази формула, най-възможната дневна доза шум би била 1 и всяка експозиция над тази би била неприемлива.
Максимално ниво на звука
Критериите за вътрешния шум са обобщени в три комплекта спецификации, които са получени чрез събиране на субективни преценки от голяма извадка от хора в различни специфични ситуации. Те са се превърнали в критерии за шум (NC) и криви на предпочитан тон (PNC), които поставят ограничения за нивото, въведено в околната среда. NC криви, разработени през 1957 г., имат за цел да осигурят удобна работна или жилищна среда, като определят максимално допустимото ниво на звука в октавни ленти в целия аудио спектър.
Пълен набор от 11 криви определят критерии за шум за широк спектър от ситуации. PNC графиката, разработена през 1971 г., добавя ограничения към нискочестотното бръмчене и високочестотното съскане. Следователно те са предпочитанипо-стар стандарт за NC. Обобщени върху кривите, тези критерии осигуряват проектни цели за нивата на шум за различни идеи. Част от спецификацията на работата или местообитанието е съответната PNC крива. В случай, че нивото надвишава границите на PNC, звукопоглъщащи материали могат да бъдат въведени в околната среда, ако е необходимо, за да се съобразят със стандартите.
Ниските нива на шум могат да бъдат преодолени с допълнителен абсорбиращ материал като тежки драперии или вътрешни плочки. Когато ниските нива на разпознаваем шум може да разсейват или когато поверителността на разговорите в съседни офиси и приемни може да е важна, нежеланите звуци могат да бъдат маскирани. Малък източник на бял шум, като статичен въздух, поставен в стая, може да прикрие разговора от близките офиси, без да представлява смъртоносно ниво на звук за ушите на хората, работещи наблизо.
Този тип устройство често се използва в кабинетите на лекари и други професионалисти. Друг метод за намаляване на шума е използването на протектори за слуха, които се носят върху ушите по същия начин като наушниците. Чрез използване на налични в търговската мрежа протектори, намаляването на тона може да се постигне в диапазона обикновено от 10 dB при 100 Hz до над 30 dB за честоти над 1000 Hz.
Откриване на нивото на звука
Ограниченията на външния шум също са важни за човешкия комфорт. Изграждането на сграда ще осигури известна защита от външни звуци, ако сградата отговаря на минималните стандарти и аконивото на шума е в приемливи граници.
Тези ограничения обикновено са посочени за определени периоди от деня, като например през деня, вечер и през нощта, докато спите. Поради пречупването в атмосферата, причинено от температурната инверсия през нощта, от доста далечна магистрала, летище или железопътна линия могат да се излъчват сравнително силни звуци.
Един от интересните методи за контрол на шума е изграждането на шумови бариери по протежение на магистралата, отделяйки я от съседните жилищни райони. Ефективността на такива конструкции е ограничена от дифракцията на звука повече при ниски честоти, които преобладават по пътищата и са присъщи на големите превозни средства. За да бъдат ефективни, те трябва да са възможно най-близо до източника или наблюдателя на шума, като по този начин максимизират дифракцията, необходима за достигане на звука до наблюдателя. Друго изискване за този тип бариера е, че трябва да ограничава и броя на звуковите нива, за да се постигне значително намаляване на шума.
Определение и примери
Decibel (dB) се използва за измерване на нивата на звука, но също така се използва широко в електрониката, сигналите и комуникациите. DB - логаритмичен начин за описване на допир. Съотношението може да се прояви като мощност, звуково налягане, напрежение или интензитет или няколко други неща. По-късно свързваме dB с телефона и звука (по отношение на силата на звука). Но първо, за да добиете представа за логаритмичните изрази, нека разгледаме някои числа.
Например, можем да предположим, че има два високоговорителя,първият от които възпроизвежда звук с мощност P 1, а другият - по-силна версия на същия тон със сила P 2, но всичко останало (доколко, честота) остава същото.
Разликата в децибелите между тях се определя като
10 log (P 2 / P 1) dB, където log е за база 10.
Ако вторият произвежда два пъти повече енергия от първия, разликата е в dB
10 log (P 2 / P 1)=10 log 2=3 dB,
както е показано на графиката, която изобразява 10 log (P 2 / P 1) спрямо P 2 / P 1. За да продължим примера, ако вторият има 10 пъти по-голяма мощност от първия, разликата в dB ще бъде:
10 log (P 2 / P 1)=10 log 10=10 dB.
Ако вторият има същата сила милион пъти, разликата в dB ще бъде
10 log (P 2 / P 1)=10 log 1 000 000=60 dB.
Този пример показва една характеристика на децибелната скала, която е полезна при обсъждане на звук. Те могат да опишат много големи взаимоотношения, като използват числа със скромни размери. Но трябва да обърнете внимание, че децибелът представлява съотношението. Тоест няма да се каже колко мощност излъчва някой от високоговорителите, само от разликата. И също така обърнете внимание на фактора 10 в дефиницията, който означава децибели.
Акустично налягане и dB
Честотата обикновено се измерва с микрофони и те реагират (приблизително) пропорционално на налягането, s. Сега силата на звуковата вълна на другипри същите условия е равно на квадрата на главата. По същия начин електрическата мощност в резистора върви като напрежение, умножено. Логаритъмът на квадрата е само 2 log x, така че при преобразуване на налягането в децибели се въвежда коефициент 2. Следователно разликата в степента на акустичното налягане между две нива на звуци с p 1 и p 2 е:
20 log (p 2 / p 1) dB=10 log (p 22 / p 1 2) dB=10 log (P 2 / P 1) dB.
Какво се случва, когато силата на звука се намали наполовина?
Логаритъмът на 2 е 0,3, така че 1/2 е 0,3. По този начин, ако мощността се намали 2 пъти, тогава нивото на звука ще бъде намалено с 3 dB. И ако направите тази операция отново, тогава акустиката ще намалее с още 3 dB.
Размер в децибелите
Можете да видите по-горе, че намаляването на мощността наполовина намалява натиска върху корен 2 и нивото на звука с 3 dB.
Първата проба е бял шум (смес от всички звукови честоти). Втората проба е със същия тон с напрежението, намалено с коефициент квадратен корен от 2. Реципрочната му стойност е приблизително 0,7, така че 3 dB съответства на намаляване на напрежението или налягането до 70%. Зелената линия показва дюзата като функция на времето. Червеният очертава непрекъснат експоненциален спад. Имайте предвид, че напрежението пада с 50% за всяка втора проба.
Звукови файлове и флаш анимация от Джон Тан и Джордж Хатсидимитрис.
Колко голям е децибелът?
Bв следващата серия, последователните проби намаляват само с една точка.
Ами ако разликата е по-малка от децибел?
Нивата на звука рядко се дават с десетични знаци. Причината е, че тези, които се различават с по-малко от 1 dB, са трудни за разграничаване.
И също така можете да видите, че последният пример е по-тих от първия, но е трудно да се види разликата между последователните двойки. 10log 10 (1,07)=0,3. Следователно, за да увеличите нивото на звука с 0,3 dB, трябва да увеличите мощността със 7% или напрежението с 3,5%.
