Эксплуатация современного промышленного оборудования и средств транспорта сопровождается значительным уровнем шума и вибрации, негативно влияющих на состояние здоровья работающих. Шум – один из наиболее распространенных вредных производственных факторов на производстве. Кроме шумового воздействия, вредное влияние на человека в процессе труда могут оказывать инфразвуковые и ультразвуковые колебания.

Человеческое ухо воспринимает как слышимые колебания, лежащие в пределах от 16 до 20000 гц (рис. 7.1). Звуковой диапазон принято подразделять на низкочастотный (20 – 400 гц), среднечастотный (400 – 1000 гц) и высокочастотный (свыше 1000 гц). Звуковые волны с частотой менее 16 гц называются инфразвуковыми, а с частотами более 20000 гц – ультразвуковыми. Инфразвуковые и ультразвуковые колебания органами слуха человека не воспринимаются. Распространяясь в пространстве, звуковые колебания создают акустическое поле.

рис. 7.1 ось частот звукового диапазона

Шум – это сочетание звуков различной частоты и интенсивности. С физиологической точки зрения шумом называют любой нежелательный звук, оказывающий вредное воздействие на организм человека. Звуковые колебания, воспринимаемые органами слуха человека, являются механическими колебаниями, распространяющимися в упругой среде (твердой, жидкой или газообразной).

Рассмотрим основные физические характеристики шума: звуковое давление, интенсивность звука, уровень звукового давления, уровень интенсивности, период колебаний, частоту колебаний, циклическую частоту.

Звуковое давление (Р) – это дополнительное давление, возникающее в среде при прохождении через нее звуковой волны. Сила воздействия звуковой волны на барабанную перепонку человеческого уха и вызываемое ею ощущение громкости зависят от звукового давления.

Интенсивность звука (J) – это количество звуковой энергии, проходящее за единицу времени через единицу площади поверхности, перпендикулярной к направлению распространения звуковой волны. Интенсивность звука используется для характеристики среднего потока энергии в какой-либо точке среды и выражается следующим образом:

J =,

где J – интенсивность звука, Вт/м²; Р – звуковое давление (разность между мгновенным значением полного давления и средним значением давления, которое наблюдается в среде при отсутствии звукового поля), Па; ρ – плотность среды, кг/м³; с – скорость звука в среде, м/с.

Уровень звукового давления (L_р). Человеческое ухо, а также многие акустические приборы реагируют не на интенсивность звука, а на звуковое давление, уровень которого определяется по формуле:

Lр = 10 lg = 20 lg,

где Р – звуковое давление, Па; Р₀ – пороговое звуковое давление (Р₀ = 2 · 10^-5 Па на частоте 1000 Гц).

Уровень интенсивности (L_J) определяются по формуле:

L_J = 10 lg?

где L_J – уровень интенсивности? дБ; J – интенсивность звука, Вт/м²; J_о – интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости человеческого уха (J_о = 10^-12 Вт/м² на частоте 1000 Гц).

Период колебаний (Т) – минимальный интервал времени, через который происходит повторение движения тела. Измеряется в секундах.

частота колебаний (f) – обратная величина периоду колебаний, определяет число колебаний, произошедших за 1 секунду. Эти величины связаны между собой простой зависимостью:

f = ,

где f – частота колебаний в герцах, Гц; Т – период колебаний, с.

Циклическая частота (w) – число колебаний, происходящих за 2 секунд. Между обычной и циклической частотами существует следующая связь:

w = 2 f.

Связь между уровнем интенсивности и уровнем звукового давления определяется следующим выражением:

L_J = Lр + 10 lg,

где ρ_о и С_о – соответственно плотность среды и скорость звука при нормальных атмосферных условиях (t = 20 ^оС и Р_о= 10⁵ Па); ρ и с – плотность среды и скорость звука в условиях измерения.

При распространении звука в нормальных атмосферных условиях

L_J = Lр.

При расчетах уровня шума используют величину интенсивности звука, а для оценки воздействия шума на человека – уровень звукового давления.