Громкость звука. Уровень шума и его источники
Физическая
характеристика громкости звука - уровень звукового давления, в децибелах (дБ).
«Шум» - это беспорядочное смешение звуков.Звуки
с низкой и высокой частотой кажутся тише, чем среднечастотные той же интенсивности.
С учётом этого, неравномерную чувствительность человеческого уха к звукам
разных частот модулируют с помощью специального электронного частотного
фильтра, получая, в результате нормирования измерений, так называемый эквивалентный (по энергии, "взвешенный")
уровень звука с размерностью дБА (дБ(А), то есть - с фильтром "А").
Человек,
в дневное время суток, может слышать звуки громкостью от 10-15 дБ и выше. Максимальный диапазон частот
для человеческого уха, в среднем - от 20 до 20 000 Гц (возможный разброс
значений: от 12-24 до 18000-24000 герц). В молодости - лучше слышен
среднечастотный звук с частотой 3 КГц, в среднем возрасте - 2-3КГц, в старости
- 1КГц. Такие частоты, в первые килогерцы (до 1000-3000 Гц - зона речевого
общения) - обычны в телефонах и по радио на СВ и ДВ диапазонах. С возрастом,
воспринимаемый на слух звуковой диапозон сужается: для высокочастотных звуков -
уменьшаясь до 18 килогерц и менее (у пожилых людей, каждые десять лет -
примерно на 1000Гц), а для низкочастотных - увеличиваясь от 20 Гц и более. У
спящего человека, основным источником сенсорной информации об окружающей
обстановке - становятся уши ("чуткий сон"). Чувствительность слуха,
ночью и при закрытых глазах - увеличивается на 10-14 дБ (до первых децибел, по
шкале дБА), по сравнению с дневным временем суток, поэтому - громкий, резкий
шум с большими скачками громкости, может разбудить спящих людей. В
случае отсутствия на стенах помещений звукопоглощающих материалов (ковров,
специальных покрытий), звук будет громче из-за многократного отражения
(реверберации, то есть - эха от стен, потолка и
мебели), что увеличит уровень шума на несколько децибел.
Шкала шумов (уровни звука, децибел),
в таблице
Децибел,
дБА
|
Характеристика
|
Источники
звука
|
0
|
Ничего не
слышно
|
|
5
|
Почти не
слышно
|
|
10
|
Почти не
слышно
|
тихий
шелест листьев
|
15
|
Едва
слышно
|
шелест
листвы
|
20
|
Едва
слышно
|
шепот
человека (на расстоянии1
метр).
|
25
|
Тихо
|
шепот
человека (1м)
|
30
|
Тихо
|
шепот,
тиканье настенных часов.
Допустимый максимум по
нормам для жилых помещений ночью, с 23 до 7 ч.
(СНиП 23-03-2003 «Защита от шума»).
|
35
|
Довольно
слышно
|
приглушенный
разговор
|
40
|
Довольно
слышно
|
обычная
речь.
Норма для жилых
помещений днём, с 7 до 23 ч.
Подробнее
читать в "Российской газете"
|
45
|
Довольно
слышно
|
обычный
разговор
|
50
|
Отчётливо
слышно
|
разговор,
пишущая машинка
|
55
|
Отчётливо
слышно
|
Верхняя норма для офисных помещений класса А (по европейским
нормам)
|
60
|
Шумно
|
Норма для контор
|
65
|
Шумно
|
громкий
разговор (1м)
|
70
|
Шумно
|
громкие
разговоры (1м)
|
75
|
Шумно
|
крик,
смех (1м)
|
80
|
Очень
шумно
|
крик,
мотоцикл с глушителем, шум пылесоса (с большой мощностью двигателя - 2
киловатта).
|
85
|
Очень
шумно
|
громкий
крик, мотоцикл с глушителем
|
90
|
Очень
шумно
|
громкие
крики, грузовой железнодорожный вагон (в семи метрах)
|
95
|
Очень
шумно
|
вагон
метро (в7 метрах
снаружи или внутри вагона)
|
100
|
Крайне шумно
|
оркестр, вагон метро (прерывисто), раскаты грома
Максимально
допустимое звуковое давление для наушников плеера (по европейским нормам)
|
105
|
Крайне
шумно
|
в
самолёте (до 80-х годов ХХ столетия)
|
110
|
Крайне
шумно
|
вертолёт
|
115
|
Крайне
шумно
|
пескоструйный
аппарат (1м)
|
120
|
Почти
невыносимо
|
отбойный
молоток (1м)
|
125
|
Почти
невыносимо
|
|
130
|
Болевой порог
|
самолёт
на старте
|
135
|
Контузия
|
|
140
|
Контузия
|
звук
взлетающего реактивного самолета
|
145
|
Контузия
|
старт
ракеты
|
150
|
Контузия, травмы
|
|
155
|
Контузия, травмы
|
|
160
|
Шок, травмы
|
ударная
волна от сверхзвукового самолёта
|
При уровнях звука свыше 160 децибел - возможен разрыв
барабанных перепонок и лёгких,
больше 200 - смерть (шумовое оружие)
|
Максимально допустимые уровни звука (LАмакс, дБА) - больше
"нормальных" на 15 децибел. Например, для жилых комнат квартир
допустимый постоянный уровень звука в дневное время - 40 децибелов, а временный максимальный - 55. При
постоянно работающем инженерном оборудовании - учитывается поправка - минус 5.
Неслышный шум - звуки с
частотами менее 16-20 Гц (инфразвук) и более 20 КГц (ультразвук).
Низкочастотные колебания в 5-10 герц могут вызывать резонанс, вибрацию
внутренних органов и влиять на
работу мозга. Низкочастотные акустические колебания усиливают ноющие боли в
костях и суставах у больных людей. Источники инфразвука: автомобили, вагоны,
гром от молнии и т.д.
Высокочастотный звук и ультразвук с частотой 20-50 килогерц, воспроизводимый с
модуляцией на несколько герц - применяются для отпугивания птиц с аэродромов,
животных (собак, например) и насекомых (комаров, мошкары).
Нарабочих местах предельно допустимые, по закону,
эквивалентные уровни звука для прерывистого шума: максимальный уровень звука не
должен превышать 110 дБА, а для импульсного шума - 125 дБАI. Запрещается даже
кратковременное пребывание в зонах с уровнями звукового давления свыше 135 дБ в
любой октавной полосе.
Шум, издаваемый компьютером, принтером и факсом в комнате без звукопоглощающих
материалов - может превышать уровень 70 db. Поэтому не рекомендуется размещать
много оргтехники в одном помещении. Слишком шумное оборудование должно
выноситься за пределы помещения, где располагаются рабочие места. Снизить
уровень шума можно, если использовать шумопоглощающие материалы в качестве
отделки помещения и занавески из плотной ткани. Помогут и противошумные бируши
для ушей.
Плачь ребёнка, по сравнению с другими звуками такой же громкости - гораздо
сильнее действует на психику человека, в качестве раздражителя и стимула к
активным физическим действиям (успокоить, накормить и т.д.)При
возведении зданий и сооружений, в соответствии с современными, более жесткими
требованиями звукоизоляции, должны применяться технологии и материалы,
способные обеспечить надёжную защиту от шума.
Для пожарной сигнализации: уровень звукового давления
полезного аудиосигнала, обеспечиваемый оповещателем, должен быть не менее 75
дБА на расстоянии3 м
от оповещателя и не более 120 dba в любой точке защищаемого помещения (п.3.14
НПБ 104-03).
Сирена большой мощности и корабельный ревун -
давит больше 120-130 децибел.
Спецсигналы (сирены и
"крякалки" - Air Horn), устанавливаемые на служебном транспорте,
регламентируются ГОСТ Р 50574 - 2002. Уровень звукового давления сигнального
устройства при подаче специального звук. сигнала, на расстоянии2 метра по оси рупора,
должен быть не ниже:
116 дБ(А) - при установке излучателя звука на крыше транспортного средства;
122 дБА - при установке излуч-ля в подкапотное пространство автотранспорта.
Изменения основной частоты должны быть от 150 до 2000 Гц. Продолжительность
цикла - от 0,5 до 6,0 с.
Клаксон гражданского автомобиля, согласно ГОСТ Р 41.28-99 и Правил ЕЭК ООН №28,
должен издавать непрерывный и монотонный звук с уровнем акустического давления
не более 118 децибел. Такого порядка максимально допустимые значения - и для
автосигнализации.Если городской житель, привыкший к постоянному шуму, окажется на некоторое
время в полной тишине (в сухой пещере, например, где уровень шума - менее 20
db), то он вполне может испытать депрессивные состояния вместо отдыха.
Прибор шумометр для измерения уровня
звука, шума
Для
измерения уровня шума применяется прибор шумомер (на фото), который производят в разных
модификациях: бытовые (ориентировочная цена - 3-4 т.р, диапазоны
измерения: 30-130 дБ, 31,5 Гц - 8 кГц, фильтры А и С), промышленные
(интегрирующие и т.д.) Наиболее распространённые модели: SL, октава, svan. Для измерений инфразвуковых и
ультразвуковых шумов - применяются широкодиапазонные шумометры.
Частотные диапазоны звука
Поддиапазоны
спектра звуковых частот, на которые настроены фильтры двух- или трёхполосных
акустических систем: низкочастотный - колебания до 400 герц;
среднечастотный - 400-5000 Гц; высокочастотный - 5000-20000Гц
Скорость звука и дальность его
распространения
Приблизительная
скорость слышимого, среднечастотного звука (частотой порядка 1-2 кГц) и
максимальная дальность его распространения в различных средах:
в воздухе -344.4
метров в секунду (при температуре 21.1 по шкале Цельсия)
и примерно 332 м/с - при нуле градусов; в воде - приблизительно1.5
километра в секунду;
в дереве твёрдых сортов - порядка 4-5 км/с вдоль волокон и в полтора раза меньше - поперёк.
При 20 °С., скорость звука в пресной воде равна 1484м/с (при 17° - 1430), в
морской - 1490 м/с.
Скорость звука в металлах и других твёрдых телах(приведены величины только
самых быстрых, продольных упругих волн):
в нержавеющей стали -5.8
километров в секунду.
Чугун - 4.5
Лёд - 3-4км/с
Медь - 4.7 км/с
Алюминий - 6.3км/с
Полистирол -2.4
километров в секунду.
С повышением температуры и давления, скорость звука в воздухе - возрастает. В
жидкостях - обратная зависимость по температуре.
Скорости распространения упругих продольных волн в массивах горных пород, м/с:
почва - 200-800
песок сухой / влажный - 300-1000 / 700-1300
глина - 1800-2400
известняк - 3200-5500
Уменьшают дальность распространения звука, вдоль поверхности земли - высокиепреграды (горы, здания и строения), противоположное направление ветра и его
скорость, а так же другие факторы (пониженное атмосферное давление, повышенная
температура и влажность воздуха). Расстояния, на которых источник громкого шума
почти не слышно - обычно, от100
метров (при наличии высоких преград или в густом лесу),
до 300-800 м.
- на открытой местности (при попутном среднем ветре - дальность увеличивается
до километра и более). С расстоянием "теряются" (быстее гасятся и
рассеиваются) более высокие частоты и остаются низкочастотные звуки.
Максимальная дальность распространения инфразвука средней интенсивности
(человек его не слышит, но воздействие на организм есть) - десятки и сотни
километров от источника.
Интенсивность затухания (коэффициент поглощения) звука средних частот (порядка
1-8 кГц), при нормальном атмосферном давлении и температуре, над землей с
невысокой травой, в степи - приблизительно 10-20 дБ на каждые100 метров. Поглощение
пропорционально квадрату частоты акустических волн.
// комментарий автора сайта KAKRAS.RU
Если во время грозы вы увидели сильную молнию и через 12 секунд услышали первые
раскаты грома - это значит, что молния ударила в четырёх километрах от вас (
340 * 12 =4080 м.)
В приблизительных расчётах принимается - три секунды на километр расстояния (в
воздушном пространстве) до источника звука. Линия распространения звуковых волн отклоняется в направлении уменьшения
скорости звука (рефракция на градиенте температуры), то есть, солнечным днём,
когда воздух у поверхности земли теплее, чем вышележащий - линия
распространения звуковых волн изгибается вверх, но если верхний слой атмосферы
окажется теплее приземного, то звук пойдёт оттуда обратно вниз и слышно будет
лучше. Дифракция звука - огибание волнами препятствия, когда его размеры сравнимы с
длиной волны или меньше ее. Если намного больше длины волны, то звук отражается
(угол отражения равен углу падения), а позади препятствий формируется зона
акустической тени.
Отражения звуковой волны, её рефракция и дифракция - вызывают многократное эхо
(реверберацию), что оказывает значительное влияние на слышимость речи и музыки
в помещении или за его пределами, что учитывается при звукозаписи, для
получения живого звучания (путём размещения в оптимально близких зонах
стереокартины малогабаритных микрофонов с острой характеристикой
направленности, для записи прямого звука, с последующим сведением и
микшированием «сухой» записи процессором в цифру или используя
дальние-равноудалённые, хорошо настроенные микрофоны окружения с дополнительной
записью отражённых звуков).
От инфразвука не спасает обычная звукоизоляция.
Самые шумные города в России
- это многие областные и районные центры страны, практически все территориикрупных транспортных узлов и городские жилые застройки вдоль проспектов и
вблизи аэропортов. К данной категории относятся: Москва, Санкт-Петербург,
Красноярск, Ростов-на-Дону, Челябинск, Екатеринбург, Пермь, Иркутск, Ярославль,
Воронеж, Новокузнецк, Нижний Тагил, Магнитогорск, Омск, Уфа, Самара, Нижний
Новгород, Новосибирск, Мурманск, Пермь, Тула, Ульяновск, Кемерово и другие. Основные источники шума в городе - трамваи, автомобили, грузовой автотранспорт,
работающие промышленные предприятия и, пролетающие на небольшой высоте, авиа
лайнеры. Даже риелторы корректируют цены на недвижимость, в зависимости от
местного уровня шумовой нагрузки на дом с продаваемыми или сдаваемыми
квартирами. Тенденция такова, что интенсивность городского шума, в связи с возрастающим
количеством машин на дорогах - только растёт. Общую ситуацию усугубляют орущие,
на низких частотах, автомагнитолы из машин и динамики акустических систем из раскрытых
окон многоэтажек. Если, по решению муниципальных властей, потоки большегрузного транспорта
вытесняются на дальние объездные дороги, за черту населённых пунктов, а
внутригородские грузоперевозки разрешаются только в строго определённые часы
суток и только по разрешенным, для этого, улицам - перечисленные меры позволяют
существенно улучшить положение с экологией и повысить комфортность проживания.
Шум от кондиционеров
Современные сплит-системы кондиционирования воздуха, работающие в тихом режиме
(предусмотрен специально для включения в ночное время), обычно, не превышают
уровень звука, допустимый, по нормам, для жилых помещений. Но это условие
реально выполнимо только для внутренних (комнатных) блоков кондиционера.
Внешние (уличные, оконные) блоки с компрессором и вентилятором вытяжки,
размещаемые снаружи помещений - шумят намного сильнее и, что называется,
"на всю улицу". Для ближайших соседей, окна которых выходят на ту же
сторону стены многоэтажного дома - это реальная проблема, вызывающая неудобства.
Быстрее волны
После преодоления самолётом скорости звука (Mach = 1), момент прохожденияфронта конуса Маха - соповождается резким, как взрыв, громким хлопком.
Преодоление каждого следующего звукового барьера (M = 2,3,4... чисел Маха) -
сужает конус ударной волны (скачка уплотнения) и делает "бум" ещё
громче. Наблюдатель слышит грохот, когда очень быстро движущееся тело (самолёт, снаряд
или пуля) уже пролетело мимо. Например, при стрельбе из винтовки Мосина,
стандартным патроном, на километровую дистанцию - звук выстрела доходит,
приблизительно, через две секунды после прилёта пули и попадания её в условную
мишень. При дозвуковых скоростях, наоборот - сначала приближается шум (шелест,
свист, вой мины или снаряда), а затем - его источник.
Гиперзвук - перемещение быстрее 5 Махов. На излёте мин или снарядов, выпущенных на максимальную дальность, по настильной
баллистической траектории - их скорость, обычно, уже дозвуковая.
Бинауральные биения
(Binaural Beat Frequency)
Когда
правое и левое ухо слышат звуки (например, из наушников плеера, f < 1000
герц, f1 - f2 < 25 Гц) двух различных частот - мозг, в результате обработки
этих сигналов, получает третью, разностную частоту биения (бинауральный ритм,
который равен арифметической разнице их частоты), "слышимую" как
низкочастотные колебания, совпадающие с диапазоном обычных мозговых волн
(дельта - до 4 Гц, тета - 4-8Гц, альфа - 8-13Гц, бета - 13-30 Гц). Этот
биологический эффект учитывается и используется в студиях звукозаписи - для передачи
низких частот, не воспроизводимых напрямую динамиками обычных стереосистем
(вследствие конструкционных ограничений), но эти способы и методы, при неумелом
применении, могут негативно сказаться на психологическом состоянии и настроении
слушателя, так как отличаются от естественного (почти
"симметричного"), природного восприятия человеческим ухом шумов и
звуков.
// при бинауральном эффекте "слышны" не три, а два звука: первый -
среднеарифметический, по частоте, от двух реальных, и второй - тактовый,
смоделированный мозгом. При увеличении разницы частот (>20-30 герц) - звуки
распадаются, в восприятии, на исходные, с их фактической частотой, и бин.эффект
исчезает. Разница фаз звуковых волн, приходящих на правое и левое ухо -
позволяет определять направление на источник звука / шума, громкость и тембр -
расстояние до него.
Международная стандартизация
физических параметров
Развитию и распространению стандартов, с начала 20 века, способствует
международная электротехническая комиссия ( МЭК, сайт организации расположен по
адресу http://www.iec.ch/ ). Российское Федеральное агентство по техническому
регулированию (Росстандарт) является полноправным членом данной организации.
МЭКом был издан Международный электротехнический словарь (International
Electrotechnical Vocabulary, IEV), с целью объединить электрическую
терминологию. Есть несколько отечественных Интернет-ресурсов, с которых можно,
целиком или по частям, скачать данный документ в переводе на русский язык.
Национальные стандарты стран-участников МЭК - являются идентичными или
модифицированными по отношению к международным стандартам ИСО. Как пример,
"ГОСТ Р 52797.1-2007 Акустика. Рекомендуемые методы проектирования
малошумных рабочих мест производственных помещений. Часть 1. Принципы защиты от
шума" и другие нормативные документы.
Шумановский резонанс
В
тех местах ионосферы, куда бьют электромагнитные волны достаточной мощности,
при устоявшемся (с высокой добротностью сигнала) резонансе Шумана, особенно, на
частотах первых его гармоник - появившиеся, при этом, плазменные сгустки
начинают излучать инфразвуковые акустические (звуковые) волны. Конкретные
ионосферные излучатели существуют до тех пор, пока продолжаются разряды молний
в инициирующем грозовом очаге - примерно, до первых десятков минут. Для восьмигерцовой
частоты, эти излучающие точки расположены на противоположной стороне земного
шара, от источника электромагн. волн. На 14-герцовой - по треугольнику.
Локальные, сильно ионизированные области в нижних слоях ионосферы
(спорадический слой Еs) и плазменные отражатели - могут быть взаимосвязаны или
пространственно совпадать.
Как сохранить свой слух
Длительное
воздействие шума с уровнем более 80-90 децибелл может привести к частичной или
полной потере слуха (на концертах, мощность акустических систем - может
достигать десятков киловатт). Так же, при этом могут произойти патологические
изменения в сердечно-сосудистой и нервной системе. Безопасны только звуки
громкостью до 35 дБ.
Реакцией
на длительное и сильное шумовое воздействие является «тиннитус» - звон в ушах, "шум в голове",
который может перерасти в прогрессирующее снижение слуха. Характерно для
возрастов старше 30 лет, при ослабленном организме, стрессах, злоупотреблении
алкоголем и курении. В простейшем случае, причиной ушного шума или тугоухости
может быть серная пробка в ухе, которая легко удаляется врачём-специалистом
(промыванием или извлечением). Если воспалён слуховой нерв - это можно
вылечить, тоже сравнительно легко (лекарствами, акупунктурой). Пульсирующий шум
- более тяжёлый для лечения случай (возможные причины: сужение кровеносных
сосудов при атеросклерозе или опухолях, а так же - подвывих шейных позвонков).
Чтобы уберечь слух:
• не увеличивать громкость звука в наушниках плеера, пытаясь заглушить внешний
шум (в метро или на улице). При этом увеличивается и электромагнитное излучение
на мозг от динамика наушника;
• в шумном месте, для защиты органов слуха - использовать противошумные мягкие
"беруши", вкладыши или наушники (шумопонижение эффективнее на высоких
частотах звука). Их надо подгонять индивидуально под ухо. В полевых условиях -
используют и лампочки от карманного фонаря (они не всем, но подходят по
размеру). В стрелковом спорте применяют индивидуально отлитые "активные
беруши" с электронной начинкой, по цене - как телефон. Хранить их надо в
упаковке. Лучше выбирать берши, сделанные из гипоаллергенного полимера, имеющие
хороший SNR (шумоподавление), на уровне от 30 дБ и больше. При резких перепадах
давления (в самолёте), для его выравнивания и уменьшения боли - нужно использовать
специальные бируши с микроотверстиями;
• в помещениях применять шумоизолирующие экологичные материалы для снижения
шума;
• при подводном погружении, чтобы не произошёл разрыв барабанной перепонки -
вовремя продуваться (проводить продувание ушей зажав нос или глотательным
движением). Сразу после дайвинга - нельзя на самолёт. Прыгая с парашютом - так
же надо своевременно выравнивать давление, чтобы не получить баротравму.
Последствия баротравмы: шум и звон в ушах (субъективный «тиннитус»), снижение
слуха, боль в ухе, тошнота и головокружение, в тяжёлых случаях - потеря
сознания.
• с простудой и насморком, когда заложен нос и гайморовы пазухи, недопустимы
резкие перепады давления: ныряние (гидростатическое давл-е – 1 атмосфера на10 метров глубины
погружения в воду, то есть: две - на десяти, три - на отметке20 м. и т.д.), парашютные
прыжки (0,01 атм. на100 м.
высоты, быстро увеличивается, с ускорением).
// примерно семь с половиной миллиметров ртутного столба барометра - на каждые
сто метров, по высоте.
• давать своим ушам отдыхать от громкого шума.
Приёмы, применяемые, обычно, для выравнивания давления с обеих сторон
барабанной перепонки уха: глотание, зевание, продувание с закрытым носом.
Артиллеристы, производя выстрел - открывают рот или закрывают уши ладонями рук.
Частые причины снижения слуха: попадание в уши воды, инфекции (в том
числе и органов дыхания), травмы и опухоли, образование серной пробки и её
набухание при контакте с водой, длительное пребывание в шумной обстановке,
баротравма при резком перепаде давления, воспаление среднего уха - отит
(скопление жидкости за барабанной перепонкой).
Ушные болезни лечит врач-отоларинголог.
С сайта KAKRAS.RU
|