2. Восприятие шума и единицы измерения

Колебания, воспринимаемые человеком, как слышимые звуки лежат в диапазоне от 16 Гц до 20 кГц. Колебания с частотой ниже 16 Гц называются инфразвуком, выше 11,2 кГц – ультразвуком.

Область слышимых звуков также ограничена определенными значениями звукового давления. Международной организацией по стандартизации принято минимальное давление, способное вызвать ощущение едва слышимого звука (нижний абсолютный порог ощущений – порог слышимости звука) p₀ = 210^-5 Па на частоте f = 1000 Гц. Этому давлению соответствует пороговая интенсивность I₀ = 10^-12 Вт/м². Максимальное давление, способное вызвать болевые ощущения, p_б = 210² Па и соответственно I₀ = 10² Вт/м² . На принятой частоте 1000 Гц человеческий орган слуха воспринимает наибольший диапазон звуковых давлений.

В соответствия с основным психофизическим законом Вебера-Фехнера между субъективными ощущениями человека и физическими раздра­жителями (в данном случае звуком) существует логарифмическая за­висимость, которая показывает, что с ростом силы раздражителя ощущения изменяются гораздо медленнее, т.е. прирост ощущения про­порционален логарифму отношений энергий сравниваемых раздражителей. Поэтому для оценки интенсивности звука наиболее объективной оказалась шкала, которая дает возможность судить о звуке не по абсо­лютной величине его интенсивности, а по уровню интенсивности, пред­ставляющему собой логарифм отношения фактически создаваемой интен­сивности I, к минимальной пороговой интен­сивности I₀.

Уровень интенсивности (уровень силы звука)

. (4)

Если воспользоваться формулой (1), получим выражение для уров­ня звукового давления

, (5)

Зависимости (4) и (5) свидетельствуют о том, что уровень интенсивности звука и уровень звукового давления – синонимы. За еди­ницу измерения уровня интенсивности и уровня звукового давления в этих формулах принят бел (Б). Слуховой анализатор человека спо­собен различать прирост звука в 0,1 Б, поэтому на практике пользуют­ся децибелом (дБ) – величиной в 10 раз меньшей, чем бел. В этом случае выражения (4) и (5) можно записать

(6)

Нетрудно убедиться, что увеличению интенсивности звука в 10, 100, 1000, 10 000 раз соответствует увеличение его уровня соответственно на 10, 20, 30, 40 дБ и т.д. Поэтому, если один ис­точник генерирует звук с уровнем интенсивности 50 дБ, а второй – с уровнем 100 дБ, то нельзя сказать, что интенсивность (сила) звука второго источника в два раза больше первого. В действительности сила звука второго источника больше первого в 100 000 раз.

У ровни громкости звука. Два звука, имеющие одинаковый уровень звукового давления, но разную частоту, органом слуха будут оценены как разные по величине, т. е. громкости, так как орган слуха обладает различной чувствительно­стью на разных частотах. Поэтому по величине звукового давле­ния без указания, к какой частоте оно относится, нельзя судить о громкости восприятия его органом слуха. Для субъективной оценки громкости установлено понятие уровня громкости, безразмерная единица которого фон – уровень громкости тона частотой 1000 Гц, с пороговым звуковым давлением, равным 210^–5 Па. Иначе говоря, 10 фон есть уровень громкости звука, для которого уровень звукового давления равногромкого с ним звука частотой 1000 Гц ра­вен 10 дБ, на других частотах соотношение между фонами и децибелами определяется по кри­вой равной громкости, показан­ной на рис. 1. Звуки различной частоты и звукового давления, расположенные на одной кривой, производят впечатление звуков одинаковой громкости.

По мере повышения уровня кривые равной громкости при­ближаются к прямой, т. е. уровни громкости и звукового давления сближаются.

Восприятие частоты. Для оценки воздействия шума на организм человека необходимо знать распределение уровня звукового давления по частотам. Зависимость уровней звукового давления от частот называется частотным спектром шума.

При анализе шума уровни звукового давления могут измеряться как в октавах, так и в полу- и третьоктавных полосах.

Октава – это частотный интервал, в котором верх­няя граничная частота f _в больше нижней граничной f_н в 2 раза:

: 1, (7)

например 63,125, 250 …. Гц, третьоктава – отношение частот f_в : f_н = 5:4, например 50,63, 80,100, .. Гц.

Для октавной полосы среднегеометрическое значение определяется по формуле

=1,41 f_н (8)

Общий уровень шума – уровень звукового давления во всём слуховом диапазоне, равный суммарному уровню во всех полосах.

Сложение полосовых уровней, как и уровней нескольких источников шума, производится по формуле,

, (9)

где L₁, L₂,.... L_n – уровни в отдельных частотных полосах или уровни шума от различных источников.