ГІГІЄНІЧНА ОЦІНКА ШУМУ
Швидкість поширення звуку залежить від характеру середовища та виду звукової хвилі. У повітрі при температурі 20 °С та нормальному атмосферному тиску швидкість звуку становить 340 м/с. Швидкість звуку (с) не слід змішувати з коливальною швидкістю частинок (v) середовища, що є знакозмінною величиною і залежить як від частоти, так і від величини звукового тиску.
Довжиною звукової хвилі (к) називається відстань, на яке коливальний рух поширюється в середовищі за період. В ізотропних середовищах вона залежить від частоти (/) та швидкості звуку (с), а саме:
l = c/f.
Частота коливань визначає висоту звуку. Загальна кількість енергії, що випромінюється джерелом звуку в довкілля за одиницю часу, характеризує потік звукової енергії, що визначається у ватах (Вт). Практичний інтерес становить не весь потік звукової енергії, а лише та його частина, яка досягає вуха чи діафрагми мікрофона. Частина потоку звукової енергії, що припадає на одиницю площі, називається інтенсивністю (силою) звуку, її вимірюють у ватах на 1 м2. Інтенсивність звуку прямо пропорційна звуковому тиску та коливальній швидкості.
Звуковий тиск та інтенсивність звуку змінюються у великому діапазоні. Але вухо людини вловлює швидкі та незначні зміни тиску у певних межах. Існують верхній та нижній межі слухової чутливості вуха. Мінімальна звукова енергія, що формує відчуття звуку, називається порогом чутності, або порогом сприйняття, прийнятого в акустиці стандартного звуку (тону) частотою 1000 Гц і інтенсивністю 10~12 Вт/м2. Звуковий тиск при цьому становить 2 Ю-5 Па. Звукова хвиля великої амплітуди та енергії має травмуючу дію, зумовлює появу неприємних відчуттів та болю у вухах. Це верхня межа слухової чутливості – поріг больового відчуття. Він відповідає звуку частотою 1000 Гц за його інтенсивності 102 Вт/м2 і звуковому тиску 2 • 102 Па (рис. 101). Здатність слухового аналізатора приймати великий діапазон звукового тиску пояснюється лише тим, що він вловлює не різницю, а кратність зміни абсолютних величин, характеризуючих звук. Тому вимірювати інтенсивність та звуковий тиск в абсолютних (фізичних) одиницях надскладно та незручно.
В акустиці для характеристики інтенсивності звуків, або шуму використовують спеціальну вимірювальну систему, де врахована майже логарифмічна залежність між роздратуванням і слуховим сприйняттям. Це шкала білов (Б) і децибелів (дБ), що відповідає фізіологічному сприйняттю і дозволяє різко скоротити діапазон значень вимірюваних величин. За цією шкалою кожна наступна ступінь звукової енергії більша за попередню в 10 разів. Наприклад, якщо інтенсивність звуку більша в 10, 100, 1000 разів, то за логарифмічною шкалою вона відповідає збільшенню на 1, 2, 3 одиниці. Логарифмічна одиниця, яка відображає десятикратний рівень підвищення
539
Мал. 101. Діапазон порогів чутливості за А. Беллом
інтенсивності звуку над порогом чутливості, називається білому, тобто це десятковий логарифм відношення інтенсивності звуків.
Отже, для вимірювання інтенсивності звуків у гігієнічній практиці користуються не абсолютними величинами звукової енергії або тиску, а відносними, які виражають відношення енергії або тиску даного звуку до порогових для слуху величин енергії або тиску. Діапазон енергії, який сприймається вухом як звук, становить 13—14 Б. Для зручності користуються не білому, а одиницею, що у 10 разів меншою, — децибелом. Ці величини називаються рівнями інтенсивності звуку чи звукового тиску.
Оскільки інтенсивність звуку пропорційна квадрату звукового тиску, її можна визначити за такою формулою:
де Р – створюваний звуковий тиск (Па); Р0 — граничне значення звукового тиску (2 • 10″5 Па). Отже, найвищий рівень звукового тиску (больовий поріг) становитиме:
Після стандартизації порогового значення Р0 рівні звукового тиску, які визначаються щодо нього, стали абсолютними, оскільки вони однозначно відповідають значенням звукового тиску.
Рівні звукового тиску в різних місцях та під час роботи різних джерел шуму наведені в табл. 90.