Громкость как физиологическая характеристика шума

Громкость звука – субъективное качество слухового ощущения, позволяющее располагать все звуки по шкале от тихих до громких. Громкость звука зависит, главным образом, от интенсивности звука, звукового давления, но также и от распределения энергии по шкале частот.

Одинаковые по интенсивности, но разные по частоте звуки воспринимаются как звуки разной громкости.

Измерение громкости произвольного звука основано на способности человека устанавливать равенство громкости двух звуков или их отношение (во сколько раз один звук громче другого). В определенных пределах при одинаковых частоте и интенсивности двух звуков более короткий кажется менее громким (явление временной суммации громкости). Громкость звука определенной частоты оценивают, сравнивая её с громкостью простого тона частотой 1000 Гц.

Уровень звукового давления (в дБ) чистого тона с частотой 1000 Гц, столь же громкого (сравнением на слух), как и измеряемый звук, называется уровнем громкости данного звука, измеряемым в фонах.

Так как громкость является физиологической характеристикой шума, то приборов для ее измерения не существует. Для определения уровня громкости шумов используют кривые равной громкости (изофоны), представленные на рис. 2.

Рис. 2. Кривые равной громкости

Кривые равной громкости представляют собой графики стандартизированных (международный стандарт ISO 226) зависимостей уровня звукового давления от частоты при заданном уровне громкости. С помощью этой диаграммы можно определить уровень громкости чистого тона какой-либо частоты, зная уровень создаваемого им звукового давления. Например, если синусоидальная волна частотой 100 Гц создаёт звуковое давление уровнем 60 дБ, то, проведя прямые, соответствующие этим значениям на диаграмме, находим на их пересечении изофону, соответствующую уровню громкости 50 фон, – значит, данный звук имеет уровень громкости 50 фон. Изофона «0 фон», обозначенная пунктиром, характеризует порог слышимости звуков разной частоты для нормального слуха.

1.1.3 Гигиенические характеристики шума

Как было отмечено выше, человек неодинаково воспринимает акустические колебания различной частоты. Поэтому для более объективной оценки шума весь диапазон слышимых человеком звуков разбит на частотные полосы, в качестве которых, как правило, используются октавные и третьоктавные полосы, характеризуемые верхней f_В и нижней f_Н граничными частотами.

Октавная полоса звуковых частот характеризуется отношением ее граничных частот, удовлетворяющему условию f_В / f_Н = 2, а третьоктавная – условию f_В / f_Н = 2^1/3≈ 1,26.

Октавная полоса характеризуется среднегеометрической частотой f_СГ, определяемой из соотношения:

Согласно действующим нормативным документам установлены девять стандартных октавных полос со среднегеометрическими частотами: 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000 и 8000 Гц.

Таким образом, шум может быть охарактеризован уровнями звукового давления в стандартных октавных полосах частот, т.е. спектром шума.

Спектром шума называют зависимость уровней звукового давления в частотных полосах от средних частот этих полос.

Всякий производственный шум имеет свой характерный для него спектр. Изучение спектра шума позволяет обнаружить неисправности в работе машин, выделить доминирующие источники шума, производить рациональный выбор средств защиты от шума (эффективность работы различных средств зависит от спектрального состава шума).

В зависимости от того, на какой частоте находится максимум звукового давления, характер спектра может быть:

- низкочастотным (максимум – ниже 300 Гц);

- среднечастотным (максимум – в области 300…800 Гц);

- высокочастотным (максимум – выше 800 Гц).

Для соответствия объективных результатов измерений уровня звукового давления субъективному восприятию громкости звука используют величину, называемую уровнем звука.

Уровень звука L_A (дБА) – это интегральная количественная характеристика шума, полученная при измерении уровня звукового давления по шкале А шумомера, которая имитирует нелинейную усредненную частотную характеристику слухового анализатора человека, и определяется по формуле:

, (6)

где Р_А – среднеквадратичное значение звукового давления с учетом коррекции А шумомера, Па;

Р₀ – звукового давление, соответствующее порогу слышимости, Па (Р₀ =2·10^-5 Па).

Значение уровня звука приближенно соответствует субъективному восприятию громкости шума независимо от его спектра.

Таким образом, спектр шума и уровень звука в дБА являются основными гигиеническими характеристиками, используемыми для оценки производственного шума.

Классификация шума

Согласно ГОСТ 12.1.003-83. ССБТ «Шум. Общие требования безопасности» шум классифицируется по его спектральным и временным характеристикам.

По характеру спектра шум подразделяется на (рис. 3):

- широкополосный с непрерывным спектром шириной более одной октавы (например, шум прибоя, дождя, водопада, шум подвижного состава, шум реактивного двигателя);

- тональный, в спектре которого имеются выраженные дискретные тона шириной менее одной октавы (тон-сигнал «на одной частоте» – свист, гул, визг и т.п., например, шум дисковой или циркулярной пилы, сигналы локомотива). Тональный характер шума устанавливается измерением в третьоктавных полосах частот по превышению уровня звукового давления в одной полосе над соседними не менее чем на 10 дБ.

Рис. 3. Спектральные характеристики шума

По временным характеристикам шум подразделяется на:

- постоянный, уровень звука которого за 8-часовой рабочий день изменяется во времени не более чем на 5 дБА;

- непостоянный, уровень звука которого за 8-часовой рабочий день изменяется во времени более чем на 5 дБА.

В свою очередь непостоянный шум подразделяется на (рис.4):

- колеблющийся во времени, уровень звука которого непрерывно изменяется во времени (например, шум дорожного движения; шум, проходящего по рельсам подвижного состава);

- импульсный, состоящий из одного или нескольких звуковых

сигналов, каждый длительностью менее 1 с (шум при забивании гвоздей молотком);

- прерывистый, уровень звука которого ступенчато изменяется (на 5 дБА и более), причем длительность интервалов, в течение которых уровень остается постоянным, составляет 1 с и более (шум одиночной шлифовальной машины, шум выброса сжатого воздуха из ресивера компрессора).