Охрана труда на железнодорожном транспорте

Глава 3.5.
Производственный шум, ультразвук,
инфразвук, вибрации
3.5.1.
Общие сведения о шумах
Распространяющиеся в воздухе беспорядочные звуковые колебания различ-
ной природы как физическое явление называют акустическим шумом. Они ха-
рактеризуются высокими частотами колебаний (20 Гц — 20 кГц и выше) и слу-
чайной величиной амплитуды. Как физиологическое явление, шум — всякий

---

308
неблагоприятно воспринимаемый звук. На производстве шумом принято счи-
тать всякий нежелательный для человека звук, не несущий полезной информа-
ции.
Для передачи звука необходимы: источник звука (колеблющийся объект),
среда для передачи звука (чаще всего, воздух), приемник (ухо или микро-
фон).
При механических колебаниях источника звука окружающая его среда то
сжимается, то разрежается. Наиболее распространенная среда для передачи
звука — воздух. Однако все газы, жидкости и твердые тела также передают
звук. Разрежения и сжатия перемещаются в окружающей среде вследствие ко-
лебательных движений молекул. Частицы колеблются, но не передвигаются.
Колебательные движения в виде волны распространяются последовательно на
смежные частицы, образуя звуковое поле. Сжатия и разрежения в среде дости-
гают приемника, заставляя его колебаться с той же частотой, что и источник.
Чем громче звук (больше амплитуда колебаний источника), тем больше раз-
ность давлений между сжатиями и разрежениями и тем больше амплитуда ко-
лебаний барабанной перепонки. Диапазон частот, которые может различать
слушатель, получил название диапазон слышимости. Верхняя и нижняя гра-
ницы этого диапазона известны как пределы слышимости. Нижним пределом
считается частота 16 Гц, а верхним — 20000 Гц.

---

309
Звуковое давление (Р) представляет собой переменное давление, возникаю-
щее дополнительно к атмосферному, в той среде, через которую проходят зву-
ковые волны, и является разностью между мгновенным значением полного
давления при прохождении звуковой волны и средним значением давления в
невозмущенной среде. Оно выражается в паскалях (Па). От величины звуко-
вого давления зависит сила звука — шума.
При распространении звуковой волны происходит перенос энергии звуко-
вых колебаний. Средний поток энергии в какой-либо точке поля, отнесенный к
единице поверхности, перпендикулярной направлению распространения вол-
ны, называется интенсивностью, или силой звука (J) в данной точке
(Вт/м
2
). Интенсивность звука связана со звуковым давлением зависимостью:
J = P
2
/
rc,
где
r — плотность воздуха; c — скорость распространения звуковой волны
(расстояние, на которое в течение одной секунды может распространиться вол-
новой процесс).
Для воздуха скорость звуковой волны (скорость звука) c = 344 м/с (при
нормальных условиях, то есть при температуре + 20
°С и нормальном атмо-
сферном давлении).

---

310
Одна из основных характеристик колебательного движения — его измене-
ние во времени. Время, в течение которого колеблющееся тело совершает одно
полное колебание, называется периодом колебаний (Т) и измеряется в секун-
дах. Период колебания связан с его частотой следующим соотношением:
Т = 1/ f.
Частота колебаний (f) — число полных колебаний, совершенных в течение
одной секунды. Единица измерения частоты — герц (Гц). Он равен одному ко-
лебанию в секунду.
Расстояние между двумя соседними сгущениями или разрежениями в звуко-
вом поле характеризует длину волны
l, которая измеряется в метрах и связана
с частотой f и скоростью звука с следующим соотношением:
l = c / f.
Величины звукового давления и интенсивности звука, с которыми прихо-
дится сталкиваться в практических условиях при борьбе с шумом, могут ме-
няться в достаточно широких пределах: по давлению — до 10
8
раз, по интен-
сивности — до 10
16
раз. Естественно, что оперировать такими цифрами доволь-

---

311
но неудобно. Такой большой диапазон восприятия объясняется тем, что
слуховой аппарат человека реагирует не на абсолютное значение величин, а на
эффект сравнения с порогом слышимости, то есть им «регистрируется» не раз-
ность, а кратность изменения абсолютных величин. Установлено, что каждая
последующая ступень восприятия отличается от предыдущей на 12,4 %. Поэто-
му для характеристики акустического феномена принята специальная измери-
тельная система интенсивности и энергии шума. Наиболее простой и для прак-
тических целей достаточно соответствующей физиологической сущности вос-
приятия, оказалась логарифмическая зависимость. Именно она отражает
удобную в практике, хотя и несколько приближенную, зависимость между раз-
дражением и слуховым восприятием. По логарифмической шкале каждая по-
следующая ступень звуковой энергии больше предыдущей в 10 раз. Например,
если интенсивность звука увеличивается в 10, 100, 1000 раз, то по логарифми-
ческой шкале увеличение происходит соответственно на 1, 2, 3 единицы. Лога-
рифмическая единица, отражающая десятикратную степень увеличения интен-
сивности звука, называется белом (Б). Для удобства пользуются не белом, а
единицей в 10 раз меньшей — децибелом (дБ), которая примерно соответству-
ет минимальному приросту силы звука, различаемому ухом человека. Таким
образом, бел и децибел — это условные единицы, которые показывают, на-

---

312
сколько данная интенсивность звука J в логарифмическом масштабе больше
интенсивности звука J
0
, соответствующей условному порогу слышимости. Из-
меряемые таким образом величины называются уровнями интенсивности шума
или уровнями звукового давления.
Логарифмические единицы позволяют оценить интенсивность звука не абсо-
лютной величиной звукового давления, а ее уровнем, т.е. отношением фактиче-
ски создаваемого давления к давлению, принятому за единицу сравнения. Та-
кой единицей принято считать минимальное давление, которое человек воспри-
нимает как звук на частоте 1000 Гц, а именно 2 · 10
-5
Па.
Звук как физиологическое явление характеризуется уровнем звука (фоны)
и громкостью (соны). Колебания звуковых частот могут восприниматься чело-
веческим ухом только при определенной их интенсивности или звуковом дав-
лении.
Пороговое значение звукового давления, при котором звук не воспринима-
ется ухом человека, называется порогом слышимости. Пороговое значение зву-
кового давления, при котором звуковое ощущение переходит в болевое, назы-
вается порогом болевого ощущения.
Порог слышимости характеризуется звуковым давлением Р
0
= 2·10
-5
Па и ин-
тенсивностью звука J
0
= 10
-12
Вт/м
2
.

---

313
Порог болевого ощущения (при частоте 1000 Гц) характеризуется звуковым
давлением Р
0
= 2·10
2
Па и интенсивностью звука J
0
= 100 Вт/м
2
, что соответст-
вует интенсивности звука (звукового давления) 140 дБ.
Восприятие звуков существенно зависит от частоты колебаний. Звуки, оди-
наковые по уровню интенсивности, но разные по частоте, воспринимаются на
слух неодинаково громкими. При изменении частоты значительно изменяются
уровни интенсивности звука, определяющие порог слышимости.
Для оценки уровня восприятия звуков разной частоты введено понятие
уровня громкости звука, т.е. условное приведение звуков разной частоты, но
одинаковой громкости, к одному уровню громкости при частоте 1000 Гц.
Уровень громкости звука — это уровень интенсивности (звукового давле-
ния) данного звука частотой 1000 Гц, равногромкого с ним на слух. Это озна-
чает, что каждой кривой равной громкости (рис. 3.16) соответствует одно зна-
чение уровня громкости (от уровня громкости, равного 0, соответствующего
порогу слышимости, до уровня громкости, равного 120, соответствующего по-
рогу болевого ощущения). Уровень громкости измеряется во внесистемной без-
размерной единице — в сонах.
По характеру спектра шумы подразделяются на широкополосные и тональ-
ные. Шум считается широкополосным, если его спектр превышает одну окта-
ву. Октава — интервал, ограниченный частотами, отношение которых равно 2.

---

314
Шум считается тональным, если в спектре имеются слышимые дискретные то-
на (такие тона, которые соответствуют определенной гармонической состав-
ляющей звуковых колебаний). Шум также считается тональным, если в любой
из третьоктавных полос наблюдается превышение его уровня более чем на 10
дБ над соседними.
Рис. 3.16. Кривые равной громкости: