Эксплуатация современного промышленного оборудования и средств транспорта сопровождается значительным уровнем шума и вибрации, негативно влияющих на состояние здоровья работающих. 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 20 000 гц. 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 20 000 гц – ультразвуковыми (рис. 8.1). Инфразвуковые и ультразвуковые колебания органами слуха человека не воспринимаются. Распространяясь в пространстве, звуковые колебания создают акустическое поле.

рис. 8.1. 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:

1. Звуковое давление Р, Па – 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.

2. Интенсивность звука J, Вт/м² – 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:

,

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;

– плотность среды, кг/м³;

с – скорость звука в среде, м/с.

3. Уровень звукового давления Lр, дБ. Человеческое ухо, а также многие акустические приборы реагируют не на интенсивность звука, а на звуковое давление, уровень которого определяется по формуле

где    Р — звуковое давление, Па;

Р₀ — пороговое звуковое давление (Р₀ =2 10^-5 Па на частоте 1000 Гц).

4. Уровень интенсивности LJ, дБ  определяется по формуле

,

где     LJ – 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).

5. Период колебаний Т, с – минимальный интервал времени, через который происходит повторение движения тела.

6. частота колебаний f, Гц – обратная величина периоду колебаний, определяет число колебаний, произошедших за 1 секунду. Эти величины связаны между собой простым соотношением:

где    f – частота колебаний в герцах (Гц);

Т – период колебаний в секундах, с.

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

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

,

где _о и С_о – соответственно плотность среды и скорость звука при нормальных атмосферных условиях, т. е. при t = 20 ^оС и Р_о= 10⁵ Па;

 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.