Неблагоприятное акустическое воздействие ощущает каждый второй человек на планете. Основные источники акустического загрязнения окружающей среды – транспорт, строительство, промышленные предприятия. Удельный вклад этих источников варьируется для различных городов и населенных пунктов, но основной вклад в акустическое загрязнение в городах вносит автомобильный транспорт. В мегаполисах шум находится в пределах от 65 до 80 дБА. Население большинства крупных городов (не менее, чем 60%) живет в условиях акустического загрязнения, параметры которого превышают допустимые нормы.
Шум – случайное сочетание звуков различной интенсивности и частоты; мешающий, нежелательный звук.
Звук – упругие волны, распространяющиеся в упругой среде, колебания в среде, вызванные каким-либо источником.
Звуковое поле – область среды, в которой распространяются звуковые волны.
Звук характеризуется звуковым давлением p, скоростью распространения с, длиной волны l, частотой f, интенсивностью I.
В звуковом поле возникают деформации разрежения и сжатия, что приводит к изменению давления в любой точке среды по сравнению с атмосферным; разность между этими давлениями звукового поля называют звуковым давлением.
Скорость распространения звука зависит от характеристик среды, в которой распространяется звук. При температуре Т с = 20оС скорость звука в воздухе с = 344 м/с.(в воде - 1433 м/с; в стали - 5029 м/с).
Из рис. 6.1 можно представить характер колебания какого-либо тонального звука, между частотой f и периодом Т которого существует отношение:
, с (6.1)
Рис. 6.1 Осциллограмма (а) и спектрограмма (б) колебательного процесса
Длина волны представляет собой расстояние, проходимое звуковой волной за один период.
Между длиной звуковой волны и частотой существует соотношение, используемое в практике борьбы с шумом:
, м/с (6.2)
где l – длина звуковой волны, м; f – частота, Гц.
Например, при частоте f = 1000 Гц длина волны l в воздухе составляет около 0,3 м, при f = 250 Гц — около 1,2 м, при f = 4000 Гц – около 0,07 м, т.е. чем больше частота звука, тем меньше длина звуковой волны и наоборот. Длина волны весьма значима в таком явлении как дифракция звуковых волн, связанном, например, с проектированием и расчетом акустических экранов.
По мере удаления от источника звуковая волна затухает в пространстве, причем для сферической звуковой волны звуковое давление изменяется обратно пропорционально расстоянию r в результате расширения площади фронта волны S (м2):
, (6.3)
где 
– пространственный угол излучения звука ( = 4p при излучении в пространство, = 2p при излучении в полупространство, рис. 6.2).
Рис. 6.2. Излучение звука в пространство (а) и в полупространство (б):
1 – источник шума, 2 – поверхность
Распространение звука связано с переносом энергии. Средний поток звуковой энергии, проходящий в единицу времени через единицу поверхности, называется интенсивностью звука I (Вт/м2).
Общее количество звуковой энергии, Вт, излучаемой источником в единицу времени, называется звуковой мощностью W:
, Вт (6.4)
Шум характеризуется уровнями звукового давления (УЗД, дБ), уровнями звука (УЗ, дБА), частотным составом (спектром).
Уровень звукового давления (УЗД), дБ:
, (6.5)
где p – среднеквадратичное звуковое давление, Па, в данной полосе частот; p 0 = 2×10–5 Па – значение давления, приблизительно соответствующее порогу чувствительности на частоте 1000 Гц (порог слышимости). В УЗД оценивается спектральный состав шума.
Для интегральной оценки шума используется уровень звука (УЗ), дБА:
,
где РА – среднеквадратичное звуковое давление, измеренное с учетом коррекции А шумомера, Па.
Частотная коррекция А и соответственно измерения УЗ в дБА получила широкое применение для оценки шума в окружающей среде. Прибор для измерения УЗД и УЗ называется шумомером. Шумомер измеряет звуковое давление в Па, в общем случае шум может измеряться в диапазоне от 2×10–5 Па до 200 Па, что соответствует измерениям в диапазоне от 0 до 130 дБ. Используемый логарифмический масштаб измерений не только более удобен, но хорошо соответствует восприятию шума слухом человека, которое носит логарифмический характер. Нулевое значение соответствует нулевому порогу, а значение 130 дБ носит название болевой порог; между этими двумя порогами находится область слухового восприятия.
Чтобы представлять, в какой области слухового восприятия находятся окружающие человека звуки, следует рассмотреть табл. П.5.1 Приложения 5. При этом следует помнить, что снижение (увеличение) УЗ на 5 дБА означает снижение (увеличение) воспринимаемой слухом субъективной громкости в 1,5 раза, на 10 дБА – в 2 раза, 15 дБА – в 3 раза, 20 дБА – в 4 раза и т.д.
Спектр – зависимость УЗД от частоты. Человеческое ухо воспринимает звуки в частотном диапазоне приблизительно от 20 до 20000 Гц. Звук с частотой ниже 20 Гц называется инфразвуком, а звук с частотой выше 20000 Гц — ультразвуком. На практике шум принято измерять и рассчитывать в октавных полосах частот со стандартными среднегеометрическими частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц. Помимо информации о характере шума (высокочастотный, среднечастотный, низкочастотный, рис. 6.3), спектр шума может дать представление о превышении шума в данной измерительной точке над нормами (в какой полосе октавных частот и на сколько децибел УЗД превышает допустимые нормы).
Шум в окружающей среде характеризуется изменениями во времени. По временным характеристикам шум может быть постоянным (если за время наблюдения УЗ изменяются не более чем на 5 дБА, рис. 6.4) и непостоянным (в противном случае). Характеристикой постоянного шума являются УЗД в октавных полосах частот. Характеристикой непостоянного шума является эквивалентный (по энергии) УЗ (дБА), определяемый по формуле:
, (6.6)
где pА(t) – текущее значение среднеквадратичного звукового давления, Па; Т – время действия шума.
Значения LАэкв можно вычислить по приведенной формуле, если известны УЗ в каждом из выбранных промежутков времени в течение Т или измерены с помощью прибора, который называется дозиметром шума.
Следует помнить, что, например, уменьшение времени действия шума в 2 раза приводит к снижению LА экв на 3 дБА, а в 10 раз – на 10 дБА.
| 
|
| Рис. 6.3 Высокочастотный (1), низкочастотный (2), среднечастотный (3) спектры различных источников шума | Рис. 6.4 Временная характеристика постоянного шума |
6.2. Нормирование шума в окружающей среде
Повышенный шум действует как на органы слуха (специфические изменения), так и на весь организм (неспецифические изменения). У человека, находящегося в условиях повышенного шума, через 5 лет слух ухудшается, а через 10 лет может возникнуть заболевание, называемое невритом слуховых нервов, и глухота.
Неспецифическое воздействие шума проявляется, в первую очередь, в нарушениях нервной и сердечно-сосудистой деятельности. Принято считать, что при увеличении шума на каждые 1…2 дБ (дБА) сверх нормативных значений производительность труда снижается приблизительно на 1%.
Степень вредного воздействия шума зависит от его интенсивности, спектрального состава, времени воздействия, местонахождения человека, характера выполняемой им работы и индивидуальных особенностей человека. Шум, УЗ которого составляет 35…40 дБА, в ночное время является серьезным беспокоящим фактором при нахождении человека в квартире. Шум при уровне 50…60 дБА создает ощутимую нагрузку на нервную систему, особенно если человек занимается умственной деятельностью. Шум с уровнем выше 70 дБА вызывает физиологическое воздействие, а при 85…90 дБА может привести к ухудшению слуха. Некоторые из этих особенностей учтены в принятых нормах шума.
Принятые в нашей стране нормы шума основываются на спектральной и интегральной оценке, хотя за рубежом чаще применяются нормы, устанавливающие предельные уровни звука в акустических децибелах. Предельные значения УЗ различны для разных стран и для различных сред обитания человека. Между нормировочной кривой, ограничивающей предельно допустимые УЗД (предельным спектром – ПС), и предельным значением УЗ существует простое соотношение
, (6.7)
где 
– предельно допустимый УЗ, дБА.
Нормы шума приведены в табл. П.5.2 Приложения 5.
Обратим внимание, что в отечественных нормах нормируемыми параметрами являются как УЗД, дБ в октавных полосах частот, так и допустимые или эквивалентные УЗ, дБА.
В зарубежных нормах, в частности Европейского союза, основным нормируемым параметром являются УЗ или эквивалентные УЗ, дБА:
Дневное время
внутри здания 50;
снаружи здания 55
Ночное время
спальные помещения 30;
снаружи здания 45
Допустимые значения УЗ в отечественных и зарубежных нормах в основном совпадают (например, шум вблизи зданий в дневное время ограничен 55 дБА).
В последнее время наряду с шумом начинает уделяться внимание воздействию на людей инфразвука. Инфразвук вызывает чувство страха, потерю ориентировки в пространстве, вредно воздействует на сердечно-сосудистую систему. В отличие от шума, инфразвук нормируется только в УЗД. Нормы инфразвука приведены в табл. П.5.3 Приложения 5, где общий УЗД для измеряемого объекта – логарифмическое сложение значений, полученных для октавных полос частот.