Zanieczyszczenie hałasem, niepożądane lub nadmierne poziomy dźwięku mogą mieć szkodliwy wpływ na zdrowie ludzkie i jakość środowiska. Występuje powszechnie w wielu obiektach przemysłowych i niektórych innych miejscach pracy. A także zanieczyszczenie hałasem związane z ruchem drogowym, kolejowym i lotniczym oraz aktywnością na świeżym powietrzu.
Pomiar i odbiór głośności
Fale dźwiękowe to drgania cząsteczek powietrza przenoszonych ze źródła hałasu do ucha. Jest zwykle opisywany w kategoriach głośności (amplitudy) i wysokości (częstotliwości) fali. Poziom ciśnienia akustycznego lub SPL jest mierzony w jednostkach logarytmicznych zwanych decybelami (dB). Zwykłe ludzkie ucho może wykryć ton w zakresie od 0 dB (próg słyszalności) do 140 dB. Jednocześnie dźwięki od 120 dB do 140 dB powodują ból.
Jaki jest poziom dźwięku, na przykład w bibliotece? To około 35 dB, podczas gdy w jadącym autobusie lub metrze około 85. Prace budowlanebudynki mogą generować do 105 dB SPL u źródła. SPL zmniejsza się wraz z odległością od obiektu.
Prędkość, z jaką przesyłana jest energia dźwięku, nazywana jest intensywnością, proporcjonalną do kwadratu SPL. Ze względu na logarytmiczny charakter skali decybelowej, 10-punktowy wzrost oznacza 10-krotny wzrost natężenia dźwięku. W wieku 20 lat transmituje 100 razy więcej. A 30dB oznacza 1000-krotny wzrost intensywności.
Z drugiej strony, gdy napięcie się podwaja, poziom głośności dźwięku wzrasta tylko o 3 punkty. Na przykład, jeśli wiertarka budowlana wytwarza 90 dB hałasu, to dwa identyczne narzędzia pracujące obok siebie wygenerują 93 dB. A kiedy połączy się dwa dźwięki, które różnią się o więcej niż 15 punktów w SPL, słabe tony są maskowane (lub zagłuszane) przez głośny dźwięk. Na przykład, jeśli wiertło pracuje na poziomie 80 dB na placu budowy obok buldożera przy 95, łączny poziom ciśnienia tych dwóch źródeł zostanie zmierzony jako 95. Mniej intensywny dźwięk z kompresora nie będzie zauważalny.
Częstotliwość fali dźwiękowej jest wyrażana w cyklach na sekundę, ale częściej stosuje się herc (1 cps=1 Hz). Ludzka błona bębenkowa jest bardzo wrażliwym narządem o dużym zakresie dynamiki, zdolnym do wykrywania dźwięków o częstotliwościach od 20 Hz (niski ton) do około 20 000 Hz (wysoki ton). Tonalność ludzkiego głosu w normalnej rozmowie występuje przy częstotliwościach od 250 Hz do 2000 Hz.
Dokładny pomiar poziomu dźwięku i naukowy opis różnią się od większości subiektywnych ludzkich wyobrażeń i opinii na ten temat. Indywidualne reakcje człowieka na hałas zależą zarówno od wysokości dźwięku, jak i głośności. Osoby normalnie słyszące zwykle odbierają dźwięki o wysokiej częstotliwości głośniej niż dźwięki o niskiej częstotliwości o tej samej amplitudzie. Z tego powodu elektroniczne mierniki hałasu uwzględniają zmiany postrzeganej głośności wraz z wysokością dźwięku.
Filtry częstotliwości w miernikach służą do dopasowania odczytów do czułości ludzkiego ucha i względnej głośności różnych dźwięków. Na przykład tak zwany filtr A-ważony jest powszechnie używany do diagnozowania otaczającej społeczności. Pomiary SPL wykonane za pomocą tego filtra są wyrażone w decybelach A-ważonych lub dBA.
Większość ludzi postrzega i opisuje wzrost SPL o 6-10 dBA jako podwojenie „głośności”. Inny system, skala ważona C (dBS), jest czasami używany do poziomów hałasu uderzeniowego, takiego jak strzelanie, i zwykle jest dokładniejszy niż dBA dla postrzeganej głośności dźwięków ze składowymi o niskiej częstotliwości.
Poziomy hałasu mają tendencję do zmian w czasie, dlatego dane pomiarowe są przedstawiane jako średnie w celu wyrażenia ogólnego poziomu dźwięku. Można to zrobić na kilka sposobów. Na przykład seria powtarzanych pomiarów poziomu dźwięku może być zgłaszana jako L 90=75 dBA, co oznacza, że wartości były równe lub większe niż 75 dBA przez 90 procent czasu.
Inna jednostka zwana stopniami ekwiwalentu dźwięku (L eq) może być użyta do wyrażenia średniego SPL w dowolnym okresie zainteresowania, takim jak ośmiogodzinny dzień pracy.(L eq jest wartością logarytmiczną, a nie arytmetyczną, więc głośne zdarzenia dominują w całym wyniku).
Jednostka poziomu dźwięku zwana wartością szumu dzień-noc (DNL lub Ldn) uwzględnia fakt, że ludzie są bardziej wrażliwi na ton w nocy. Tak więc 10 dBA jest dodawane do wartości SPL mierzonych między godziną 10 a 7 rano. Na przykład pomiary DNL są bardzo przydatne przy opisywaniu ogólnego narażenia na hałas samolotów.
Praca z efektami
Hałas to coś więcej niż tylko uciążliwość. Przy pewnych poziomach i czasie ekspozycji może powodować fizyczne uszkodzenie błony bębenkowej i wrażliwych komórek rzęsatych w uchu wewnętrznym, powodując tymczasową lub trwałą utratę słuchu.
Zazwyczaj nie występuje przy SPL poniżej 80 dBA (ośmiogodzinne poziomy wpływu najlepiej utrzymywać poniżej 85). Jednak większość osób wielokrotnie narażona na ponad 105 dBA będzie miała pewien stopień trwałego ubytku słuchu. Ponadto nadmierna ekspozycja na hałas może również zwiększać ciśnienie krwi i tętno, powodować drażliwość, niepokój i zmęczenie psychiczne oraz zakłócać sen, relaksację i intymność.
Kontrola hałasu
Dlatego ważne jest zachowanie jak największej ciszy w miejscu pracy i w społeczeństwie. Przepisy i przepisy dotyczące hałasu przyjęte na szczeblu lokalnym, regionalnym i krajowym mogą być skuteczne w łagodzeniu negatywnych skutków zanieczyszczenia hałasem.
Środowisko iBuczenie przemysłowe regulowane jest przepisami BHP oraz ustawą przeciwko niej. Zgodnie z tymi przepisami, Administracja Bezpieczeństwa i Higieny Pracy ustanowiła kryteria dla hałasu przemysłowego w celu nałożenia ograniczeń na intensywność narażenia na dźwięk i czas, przez jaki może być to dozwolone.
Jeżeli dana osoba jest narażona na różne poziomy hałasu o różnych porach dnia, całkowitą ekspozycję lub dawkę (D) hałasu uzyskuje się ze stosunku,
gdzie C to rzeczywisty czas, a T to dozwolony czas na dowolnym poziomie. Stosując ten wzór, najbardziej możliwa dzienna dawka hałasu wynosiłaby 1, a każde narażenie powyżej tej wartości byłoby niedopuszczalne.
Maksymalny poziom dźwięku
Kryteria dotyczące hałasu w pomieszczeniach są podsumowane w trzech zestawach specyfikacji, które uzyskano poprzez zebranie subiektywnych ocen dużej próby osób w różnych określonych sytuacjach. Przekształciły się one w kryteria hałasu (NC) i preferowane krzywe tonalne (PNC), które wyznaczają limity poziomu wprowadzanego do środowiska. Krzywe NC, opracowane w 1957 roku, mają na celu zapewnienie komfortowego środowiska pracy lub życia poprzez określenie maksymalnego dopuszczalnego poziomu dźwięku w pasmach oktawowych w całym spektrum dźwięku.
Kompletny zestaw 11 krzywych określa kryteria hałasu dla szerokiej gamy sytuacji. Grafika PNC, opracowana w 1971 roku, ogranicza szumy o niskiej częstotliwości i szumy o wysokiej częstotliwości. Dlatego są preferowanestarszy standard NC. Podsumowane na krzywych, kryteria te zapewniają cele projektowe dla poziomów hałasu dla różnych pomysłów. Częścią specyfikacji zadania lub siedliska jest odpowiadająca mu krzywa PNC. W przypadku, gdy poziom przekracza limity PNC, materiały dźwiękochłonne mogą być wprowadzone do środowiska zgodnie z wymaganiami norm.
Niski poziom hałasu można zniwelować za pomocą dodatkowego materiału chłonnego, takiego jak ciężkie zasłony lub płytki wewnętrzne. Tam, gdzie niski poziom identyfikowalnego hałasu może rozpraszać lub gdy prywatność rozmów w sąsiednich biurach i recepcjach może być ważna, niepożądane dźwięki mogą być zamaskowane. Niewielkie źródło białego szumu, takie jak statyczne powietrze, umieszczone w pomieszczeniu, może maskować rozmowę z pobliskich biur, nie stanowiąc jednocześnie śmiertelnego poziomu dźwięku dla uszu pracujących w pobliżu osób.
Ten typ urządzenia jest często używany w gabinetach lekarzy i innych specjalistów. Inną metodą redukcji hałasu jest stosowanie ochronników słuchu, które zakłada się na uszy w taki sam sposób jak nauszniki. Używając dostępnych na rynku ochraniaczy, można osiągnąć redukcję tonu w zakresie typowo od 10 dB przy 100 Hz do ponad 30 dB dla częstotliwości powyżej 1000 Hz.
Wykryj poziom dźwięku
Granice hałasu na zewnątrz są również ważne dla ludzkiego komfortu. Konstrukcja budynku zapewni pewną ochronę przed dźwiękami zewnętrznymi, jeśli budynek spełnia minimalne standardy i jeślipoziom hałasu mieści się w dopuszczalnych granicach.
Te limity są zwykle określane w określonych porach dnia, na przykład w ciągu dnia, wieczorem i w nocy podczas snu. Ze względu na załamanie w atmosferze spowodowane inwersją temperatury w nocy, stosunkowo głośne dźwięki mogą być emitowane z dość odległej autostrady, lotniska lub linii kolejowej.
Jedną z ciekawych metod ograniczania hałasu jest budowa ekranów dźwiękochłonnych wzdłuż autostrady, oddzielających ją od przyległych obszarów mieszkalnych. Skuteczność takich struktur jest ograniczona przez dyfrakcję dźwięku bardziej przy niskich częstotliwościach, które dominują na drogach i są nieodłączne w przypadku dużych pojazdów. Aby były skuteczne, muszą znajdować się jak najbliżej źródła lub obserwatora hałasu, maksymalizując w ten sposób dyfrakcję wymaganą, aby dźwięk dotarł do obserwatora. Kolejnym wymogiem dla tego typu bariery jest ograniczenie liczby poziomów dźwięku w celu uzyskania znacznej redukcji hałasu.
Definicja i przykłady
Decibel (dB) jest używany do pomiaru poziomu dźwięku, ale jest również szeroko stosowany w elektronice, sygnalizacji i komunikacji. DB - logarytmiczny sposób opisu styczności. Stosunek może objawiać się mocą, ciśnieniem dźwięku, napięciem lub intensywnością lub kilkoma innymi rzeczami. Później kojarzymy dB z telefonem i dźwiękiem (w odniesieniu do głośności). Ale najpierw, aby zorientować się w wyrażeniach logarytmicznych, spójrzmy na niektóre liczby.
Na przykład możemy założyć, że jest dwóch mówców,pierwszy z nich odtwarza dźwięk o mocy P 1, a drugi głośniejszą wersję tego samego tonu o mocy P 2, ale wszystko inne (jak daleko, częstotliwość) pozostaje bez zmian.
Różnica w decybelach między nimi jest zdefiniowana jako
10 log (P 2 / P 1) dB gdzie log jest dla podstawy 10.
Jeśli drugi wytwarza dwa razy więcej energii niż pierwszy, różnica jest w dB
10 log (P 2 / P 1)=10 log 2=3 dB,
jak pokazano na wykresie, który przedstawia 10 log (P 2 / P 1) vs P 2 / P 1. Kontynuując przykład, jeśli drugi ma 10 razy większą moc od pierwszego, różnica w dB będzie wynosić:
10 log (P 2 / P 1)=10 log 10=10 dB.
Gdyby sekunda miała taką samą siłę milion razy, różnica w dB wynosiłaby
10 log (P 2 / P 1)=10 log 1 000 000=60 dB.
Ten przykład pokazuje jedną cechę skali decybeli, która jest przydatna podczas omawiania dźwięku. Potrafią opisać bardzo duże relacje za pomocą liczb o niewielkich rozmiarach. Ale musisz zwrócić uwagę, że decybel reprezentuje stosunek. Oznacza to, że nie będzie powiedziane, ile mocy emituje którykolwiek z głośników, tylko z różnicy. Zwróć także uwagę na czynnik 10 w definicji, który oznacza decybele w decybelach.
Ciśnienie akustyczne i dB
Częstotliwość jest zwykle mierzona za pomocą mikrofonów, które reagują (w przybliżeniu) proporcjonalnie do ciśnienia, s. Teraz moc fali dźwiękowej na innychw tych samych warunkach jest równy kwadratowi głowy. Podobnie moc elektryczna w rezystorze idzie jak pomnożenie napięcia. Logarytm kwadratu wynosi tylko 2 log x, więc przy przeliczaniu ciśnienia na decybele wprowadzany jest współczynnik 2. Dlatego różnica w poziomie ciśnienia akustycznego między dwoma poziomami dźwięków z p 1 i p 2 wynosi:
20 log (p 2 / p 1) dB=10 log (p 22 / p 1 2) dB=10 log (P 2 / P 1) dB.
Co się stanie, gdy moc dźwięku zostanie zmniejszona o połowę?
Logarytm z 2 to 0,3, więc 1/2 to 0,3. Tak więc, jeśli moc zostanie zmniejszona 2 razy, poziom dźwięku zostanie zmniejszony o 3 dB. A jeśli wykonasz tę operację ponownie, akustyka zmniejszy się o kolejne 3 dB.
Rozmiar w decybelach
Widać powyżej, że zmniejszenie o połowę mocy zmniejsza nacisk na pierwiastek 2 i poziom dźwięku o 3 dB.
Pierwsza próbka to biały szum (mieszanka wszystkich słyszalnych częstotliwości). Druga próbka ma ten sam ton z napięciem obniżonym o współczynnik pierwiastka kwadratowego z 2. Jego odwrotność wynosi około 0,7, więc 3 dB odpowiada zmniejszeniu napięcia lub ciśnienia do 70%. Zielona linia pokazuje dyszę w funkcji czasu. Czerwony przedstawia ciągły spadek wykładniczy. Zauważ, że napięcie spada o 50% na każdą drugą próbkę.
Pliki dźwiękowe i animacje flash autorstwa Johna Tanna i George'a Hatsidimitrisa.
Jak duży jest decybel?
Bw kolejnych seriach kolejne próbki zmniejszają się tylko o jeden punkt.
Co jeśli różnica jest mniejsza niż decybel?
Poziomy dźwięku są rzadko podawane w miejscach dziesiętnych. Powodem jest to, że te, które różnią się o mniej niż 1 dB, są trudne do odróżnienia.
Widać też, że ostatni przykład jest cichszy niż pierwszy, ale trudno jest dostrzec różnicę między kolejnymi parami. 10log 10 (1,07)=0,3. Dlatego aby zwiększyć poziom dźwięku o 0,3 dB, należy zwiększyć moc o 7% lub napięcie o 3,5%.
