Шум – беспорядочное сочетание различных по силе и частоте звуков; способен оказывать неблагоприятное воздействие на организм. Источником шума является любой процесс, вызывающий местное изменение давления или механические колебания в твердых, жидких или газообразных средах. Источниками шума могут быть двигатели, насосы, компрессоры, турбины, пневматические и электрические инструменты, молоты, дробилки, станки, центрифуги, бункеры и прочие установки, имеющие движущиеся детали.

Для человека область слышимых звуков определяется в интервале от 16 до 20 000 Гц . Наиболее чувствителен слуховой анализатор к восприятию звуков частотой 1000-3000 Гц (речевая зона).

Как и для всякого волнообразного колебательного движения, основными физическими параметрами, характеризующими звук, являются звуковое давление, амплитуда и период колебания, скорость распространения, длина волны.

Звуковое давление представляет собой переменное давление, возникающее дополнительно к атмосферному, в той среде, через которую проходят звуковые волны. Оно выражается в Па. От величины звукового давления зависит сила звука - шума.

Время, в течение которого колеблющееся тело совершает одно полное колебание, называется периодом колебания (Т) и измеряется в секундах. Период колебания связан следующим соотношением с его частотой:

Частота колебаний (f) - число полных колебаний, совершенных в течение одной секунды. Единица измерения частоты - герц (Гц) равна одному колебанию в секунду.

Влияние шума на организм человека. Нормирование шума. Методы борьбы с шумом.

Влияние шума на организм человека

1) влияние на слуховую функцию, обусловливающую слуховую адаптацию, слуховое утомление, временную или постоянную потерю слуха;

2) нарушение способности передавать и воспринимать звуки речевого общения;

3) раздражительность, беспокойство, нарушение сна;

4) изменение физиологических реакций человека на стрессовые сигналы и сигналы, не являющиеся специфическими для шумового влияния;

5) влияние на психическое и соматическое здоровье;

6) влияние на производственную деятельность, умственный труд.

Нормирование шума

Нормирование шума проводят двумя методами: 1) по предельному спектру шума в дБ; 2) по интегральному показателю (уровню звука) в дБА.

Первый метод применяют для нормирования постоянного шума. В основу норм положены ограничение уровня звукового давления в пределах октав, характер шума и особенности труда (табл. 19.1) для девяти октавных полос со средними геометрическими частотами от 31,5 до 8000 Гц. Полосу с fc = 16 000 Гц не учитывают, так как звуки такой частоты слышны слабо.

Второй метод заключается в нормировании интегрального (по всему диапазону частот) уровня шума, измеренного по шкале А шумомера. Этот показатель называют уровнем звука и обозначают дБА. Шкала А шумомера предназначена для ориентировочной оценки постоянного и непостоянного шума, приблизительно соответствующего линиям равной громкости звуков, и отражает его субъективное восприятие человеком

Защита от шума подразумевает следующие мероприятия.

1) Звукопоглощение . Звукопоглощением называется процесс перехода части энергии звуковой волны в тепловую энергию среды, в которой распространяется звук. Для звукопоглощения применяют пористые (поры должны быть открыты со стороны падения звука и соединяться между собой) и рыхлые волокнистые материалы (войлок, минеральная вата, пробка и т.д.).

Звукопоглощающие материалы или конструкции из них укрепляются на ограждающих конструкциях помещения без воздушного зазора или на некотором расстоянии от них.

2) Звукоизоляция . Под звукоизоляцией понимается процесс снижения уровня шума, проникающего через ограждение в помещение.

Основным параметром для оценки звукоизоляции любой конструкции является индекс Rw. Он показывает, на сколько децибел снижается уровень шума при использовании звукозащитной конструкции. Для достижения комфортного для человека уровня шума (не более 30 Дб), межкомнатные перегородки должны иметь индекс Rw не менее 50 Дб.

Вибрация, ее виды и параметры. Меры по ограничению распространения вибрации.

Вибрация - механические колебания. Вибрация - колебание твердых тел. Источники возникновения – работающие электродвигатели, особенно плохо балансированные, работающее дерево-, и металлообрабатывающее оборудование, газотурбинные двигатели транспортных средств, дизельные двигатели, двигатели внутреннего сгорания и трансмиссия, плохое состояние дорожного покрытия, ручной электроинструмент - дрели, отбойные молотки и др.

Классификация

Вибрация классифицируется в зависимости:

– От временных характеристик

Постоянные - Для которых величина нормируемых параметров изменяется не более чем в 2 раза (на 6 дБ) за время наблюдения

Непостоянные , в том числе - Для которых величина нормируемых параметров изменяется не менее чем в 2 раза (на 6 дБ) за время наблюдения не менее 10 мин при измерении с постоянной времени 1 с, в том числе

Колеблющиеся во времени- Для которых величина нормируемых параметров непрерывно изменяется во времени

Прерывистые - Когда контакт человека с вибрацией прерывается, причем длительность интервалов, в течение которых имеет место контакт, составляет более 1 с

Импульсные - Состоящие из одного или нескольких вибрационных воздействий (например, ударов), каждый длительностью менее 1 с

– От способа передачи

Общая вибрация - Передающуюся через опорные поверхности на тело сидящего или стоящего человека

Локальная вибрация - Передающуюся через руки человека

– От источника возникновения

Локальная вибрация - Передающаяся человеку от ручного механизированного инструмента (с двигателями), органов ручного управления машинами и оборудованием. Передающаяся человеку от ручного немеханизированного инструмента (без двигателей), например, рихтовочных молотков разных моделей и обрабатываемых деталей

Общая вибрация- 1 категории – транспортная вибрация. Воздействует на человека на рабочих местах самоходных и прицепных машин, транспортных средств. К источникам транспортной вибрации относят: тракторы, самоходные машины, автомобили грузовые (в том числе тягачи, скреперы, грейдеры, катки и т.д.); снегоочистители, самоходный горно-шахтный рельсовый транспорт

2 категории – транспортно-технологическая вибрация. Воздействует на человека на рабочих местах машин, перемещающихся по специально подготовленным поверхностям производственных помещений, промышленных площадок, К источникам транспортно-технологической вибрации относят: экскаваторы (в том числе роторные), краны промышленные и строительные, машины для загрузки, самоходные бурильные каретки; путевые машины, бетоноукладчики, напольный производственный транспорт

3 категории – технологическая вибрация. Воздействует на человека на рабочих местах стационарных машин или передается на рабочие места, не имеющие источников вибрации. К источникам технологической вибрации относят: станки металло- и деревообрабатывающие, кузнечно-прессовое оборудование, литейные машины, электрические машины, стационарные электрические установки, насосные агрегаты и вентиляторы и др.

– От направления действия

По направлению действия общую вибрацию подразделяют на вертикальную, распространяющуюся по оси Z, перпендикулярной к опорной поверхности; горизонтальную, распространяющуюся по оси X от спины к груди; горизонтальную, распространяющуюся по оси Y от правого плеча к левому

– От характера спектра

Узкополосная- У которых контролируемые параметры в одной 1/3 октавной полосе частот более чем на 15 дБ превышают значения в соседних 1/3 октавных полосах

Широкополосная - С непрерывным спектром шириной более одной октавы

– От частотного состава

Низкочастотные - С преобладанием максимальных уровней в октавных полосах частот 1 – 4 Гц для общих вибраций, 8 – 16 Гц – для локальных вибраций

Среднечастотные - 8 – 16 Гц – для общих вибраций, 31,5 – 63 Гц – для локальных вибраций

Высокочастотные - 31,5 – 63 Гц – для общих вибраций, 125 – 1000 Гц – для локальных вибраций

Мало кому известно, что такое шум на самом деле и почему с ним необходимо бороться. Каждый из нас сталкивался с громкими надоедливыми звуками, но никто не задумывался о том, как именно они влияют на человеческий организм. В этой статье мы разберем шум и его разновидности. Помимо этого, обсудим, как именно громкие звуки влияют на наш организм.

Классификация шума

Пожалуй, каждому, кто живет в многоквартирном доме, не понаслышке известно, что такое шум. Это может быть и звук перфоратора, и вой соседского пса, и еще множество других факторов. Так что именно называют шумом? Ему невозможно дать четкого определения. Шумом обычно называют досаждающие, нарушающие спокойствие звуки, которые вызывают у определенного лица раздражение.

Фактически, шум - это, в первую очередь, звук. Давайте более подробно разберем, каких видов он бывает.

Разновидности шума. Ударные звуки

Мало кому известно, какие виды звуков существуют и что такое воздушный шум. Однако это важно знать каждому, чтобы понимать, как именно справляться с тем или иным видом. Известно три вида шума:

  • воздушный;
  • ударный;
  • структурный.

Ударный шум возникает в следствии механического влияния. Он доходит до наших ушей с помощью перекрытия. Например, от пола до стены и от стены до слухового аппарата. Таким шумом могут быть шаги соседа этажом выше или прыжки его ребенка.

Воздушный и структурный шум

Что такое воздушный шум, известно каждому жителю многоквартирного дома. Если вы не можете уснуть, потому что ваш сосед любит по ночам громко смотреть телевизор или слушать радио, то вы столкнулись именно с таким видом шума. Как вы уже догадались, в таком случае передаются по воздуху, и, к сожалению, избавиться от них почти невозможно.

К структурному шуму можно отнести звук соседского перфоратора. Такой шум возникает в следствии взаимодействия источника и конструкции и распространяется на большое расстояние.

Влияние шума на организм человека

Высокочастотные звуки ежедневно отрицательно действуют на здоровье человека и бытовые приборы. Мало кому известно, как шум влияет на наш организм и что такое отношение сигнал/шум. Одни спокойно относятся к шуму, а у других он вызывает недовольство. Огромную роль играет характер высокочастотных звуков и их периодичность.

Шум отрицательно влияет на абсолютно любой живой организм. Вследствие взаимодействия с ним у человека могут развиваться заболевания сердечно-сосудистой и нервной системы. Когда слуховой аппарат воспринимает высокочастотный звук, у человека изменяется пульс, давление и ухудшается кровообращение.

Ученые доказали, что человек, который находится под постоянным воздействием шума, имеет риск столкнуться с заболеваниями ушной раковины.

Что такое соотношение сигнал/шум?

Как мы говорили ранее, высокочастотные звуки отрицательно влияют не только на организм человека, но и на электронные приборы. Мало кому известно, но высокие звуковые волны могут стать причиной плохой телефонной связи или интернета. Чтобы понять, почему это происходит, давайте разберем, что такое соотношение сигнал/шум, более подробно.

Соответствие сигнал/шум (его зачастую обозначают как S/N или SNR) устанавливает мощность сигнала передачи данных. В случае, если степень звука на канале достаточно высока, это может стать причиной уменьшения быстроты интернета или качества связи.

Мало кому известно, почему в самолете запрещают пользоваться мобильными телефонами. Это связано именно с взаимодействием звука и сигнала. Работающий мобильный телефон может образовать лишнее количество шума, который спровоцирует неработоспособность самолета. Средство связи может стать причиной авиакатастрофы. Рекомендуем всегда выключать гаджеты на борту самолета, чтобы не ставить под угрозу свою жизнь.

Отличие звука, шума и вибраций

Не всем понятно, что такое звук и шум. Как показала статистика, почти каждый второй житель нашей планеты считает, что это одно и тоже. Так ли это?

Называть звуком принято абсолютно все, что распознает наш слуховой аппарат. Шум - это те которые приносят дискомфорт одному человеку или же группе людей. К нему можно отнести все раздражающие звуки, такие как, например, лай пса, тиканье часов и щелканье ручкой.

Мы уже разобрались в классификации звука, но что такое шум и вибрация? В чем заключается их отличие? Пожалуй, вибрация - это самый загадочный звук. Его можно ощутить только при соприкосновении с вибрирующим предметом. Такой звук вызывает раздражение нервных импульсов. Вибрация способна спровоцировать ухудшение общего состояния человека.

Белый и производственный шум

Пожалуй, каждый работник крупного промышленного завода знает, что такое производственный шум. Это множество самых разнообразных звуков, которые отрицательно влияют на организм человека. Его частота составляет свыше 400 Гц. Производственные звуки могут спровоцировать множество различных заболеваний, среди которых есть и шумовая болезнь. Ученые доказали, что у каждого второго работника промышленного предприятия есть проблемы с сердечно-сосудистой системой и слуховым аппаратом.

Мы уже выяснили, что высокочастотные звуки приносят нам не только дискомфорт, но и проблемы со здоровьем. Могут ли они приносить пользу? Всем ли известно, что такое белый шум?

Белый шум - это звук, в котором волны распределены равномерно. Он бывает достаточно разнообразным. К нему можно отнести звук работающего пылесоса, фена или воды, которая течет с крана. Последнее время многие мамы во всех уголках мира используют белый шум для успокоения ребенка. Удивительно, но это действительно работает. В случае, если ваш ребенок плохо засыпает и постоянно капризничает, то включите ему шум водопада. Такой звук восстанавливает нервную систему. Вы будете удивлены, но ребенок моментально успокоится и уснет.

Уровень шума

Мы уже выяснили, что такое шум и каких видов он бывает. На сегодняшний день большое количество людей проживает в многоквартиртирных домах. Ежедневно, каждый из них сталкивается с разными Всем известно, что существует законопроект, который запрещает превышать допустимый уровень звука в разных регионах после 22 и 23 часов вечера. В случае невыполнения закона, нарушитель будет обязан выплатить штраф. Всем ли известно, что такое и какая его допустимая норма?

В соответствии с законом, допустимая норма шума вечером составляет 40 дБ. Большинство людей волнует вопрос о том, что делать, если соседи шумят днем. К сожалению, дневной не установлен. В случае, если вы не любите громкий соседский телевизор, который он смотрит днем, то вам останется только смириться.

Что такое шум, не понаслышке знают "новоиспеченные" мамы. Уровень детского плача составляет 70-80 дБ. Не сладко и автомобилистам. Уровень звука гудка составляет обычно более 100 дБ. К слову, шум более 200 дБ может спровоцировать разрыв перепонок.

Длительное воздействие шума. Профилактика ушных заболеваний

Как мы говорили ранее, длительное воздействие шума негативно влияет на организм человека. При постоянном взаимодействии с высокочастотными звуковыми волнами барабанная перепонка ослабевает и может лопнуть. В некоторых случаях ее можно восстановить, однако это потребует большого количества времени и сил.

Еще одно серьезное заболевание, которое возникает от высокочастотных волн, - это шумовая болезнь. Она характеризуется снижением слуха. Ее первоначальные признаки - это звон и резкая боль в ушах, хроническая усталость и постоянные головные боли. В случае, если вы обнаружили у себя такие признаки, настоятельно рекомендуем незамедлительно обращаться к специалисту. Чем раньше вы это сделаете, тем меньше шансов на то, что со временем у вас будет полная или частичная глухота. Обычно пациенты поздно обращаются к врачу и поэтому шумовая болезнь не поддается лечению. Лишь в отдельных случаях специалистам удается восстановить хотя бы половину слуховых возможностей.

Чтобы обезопасить себя, в случае постоянного контакта с шумом необходимо проходить ежегодный медосмотр у специалиста. Это позволит не только обнаружить проблему, но и справиться с ней без последствий. Чтобы быть менее подверженным к высокочастотным звукам, необходимо надевать противошумы. Наиболее распространенным их видом являются беруши.

В случае если вы работаете на промышленном производстве, где обычно уровень шума превышает 90 дБ, рекомендуется приобрести противошумы высокого уровня безопасности. Благодаря им вы сможете обезопасить свой слуховой аппарат и не столкнуться с его заболеваниями. Если же вы живете в многоквартирном доме и ваши соседи любят шуметь, то рекомендуем установить звукоизоляцию. С ней вы навсегда забудете о существовании соседского телевизора.

Подведем итоги

Каждому из нас известно, что такое постоянные шумы. К сожалению, с ними мы сталкиваемся ежедневно и оградить себя от них почти невозможно. В этой статье мы выяснили их разновидности, а также, как именно они влияют на наш организм. Рекомендуем избегать высокочастотных звуковых волн, а в случае, если вы работаете в окружении постоянного шума - использовать противошумы. Будьте здоровы!

Замеры уровня шума

Чтобы понять, является ли уровень шума физической величиной, необходимо понять, что такое децибел, которым измеряется сам звук. Кстати, свое название эта величина получила в честь Александера Грейама Белла, который изобрел телефон, и никакого отношения к уровню звукового давления не имел. Но исторически сложилось именно так.

Уровень шума в Дб

Так вот считается, что децибел – это единица измерения шума. Хотя это не так. Почему? Все дело в том, что измерить звуковую волну можно несколькими параметрами, одна из которых энергия, приходящаяся на величину определенной площади. То есть, измеряется шум, а точнее сказать, его интенсивность действия в ваттах на метр квадратный Вт/м². Но с этой единицей измерения возникают трудности вот какого плана.

Влияние сильного шума

К примеру, интенсивность шума самого тихого разговора равняется 0,000000000001 Вт/м². а вот звук взлетающей ракеты равен 1000 Вт/м². то есть, получается достаточно широкий диапазон, записать который просто неудобно. Поэтому ученными была принята совершенно другая измерительная единица, которая обозначала отношение, где эталоном или номиналом выступал тот самый низкий разговор, который математически можно обозначить как 10 −12 Вт/м 2 . Если сравнивать эту величину с шумом ракетного запуска, то получится, что последний превышает эталонный в 15 раз. Так вот изменение показателя на 10 и стали называть бел. А его десятые доли децибел. То есть, любое изменение интенсивности шума – это отношение его к эталонному показателю.

Важно. Децибелы не являются величиной как, к примеру, вольты или амперы, километры и сантиметры. Для того чтобы это понять, необходимо привести вот какой пример. Если к 1 км прибавить 20 м, то в сумме получится 1,02 км или 1020 м. Если к 10 дБ прибавить столько же, то не получится 20 дБ. По сути, это логарифмическая функция, поэтому при удвоении числа увеличение происходит всего лишь на 0,3. То есть, получится в сумме не 20 дБ, а 13 дБ.

Вот почему выбирая звукоизоляционный материал, необходимо провести замер уровня шума, а затем сравнивать его с показателем материала. И еще один момент. Для сравнения приведем пример. Звукоизоляционные плиты ISOPLAAT, в модельной линейке которых есть панели толщиною 10 и 25 мм. Так вот у первого звукозащита имеет величину 22 дБ, у второго 26 дБ. Это опять к вопросу, почему уровень звука (шума) не определяется прямо пропорционально вспомогательным критериям.

Определить уровень или интенсивность шума достаточно сложно, поэтому измеряют колебания давления звукового потока. При этом можно проследить закономерность, что диапазон звукового давления намного меньше, чем пределы интенсивности. Отсюда вывод: давление растет намного медленнее, чем интенсивность, практически в два раза. То есть, если увеличить показатель звукового давления в два раза, то уровень или интенсивность шума увеличится в четыре раза.

На этом научные разбирательства можно оставить. Переходим к главному вопросу темы – допустимый уровень шума.

Предельно допустимые нормы уровня шума

Для чего введены эти показатели? Все дело, как всегда, упирается в здоровье человека. Существует специальные гигиенические нормы, в которых четко определенно, какой силы должен быть шум (длительного характера), чтобы он не навредил слуховому аппарату человека. Так вот:

  • днем допустимый уровень шума не должен превышать 55 дБ;
  • ночью 40 дБ.

Чтобы легче вам было сориентироваться в различных шумах, предлагаем ознакомиться с таблицей, где описаны всевозможные шумы, а также их величины в децибелах (дБ):

Интенсивность шума

Какой можно сделать вывод, глядя на представленную таблицу? Все шумы, которые мы повседневно слышим, превышают предельно допустимую норму. А ведь это практически все естественные звуки, от которых скрыться очень трудно в нашей повседневной жизни. А есть еще и те, которые мы можем контролировать. К примеру, шум от телевизора или музыкального центра. При сильном звучании вреда больше, чем от удовольствия, которые тот и другой прибор приносят.

  • 70-90 дБ при длительном воздействии резко снижает слух.
  • Свыше 100 дБ может стать причиной полной глухоты.

Как измерить уровень звука (шума)

Существуют определенные предельно допустимые нормы, которые гарантируют защиту людей, проживающих в городах в многоквартирных домах. Так вот в этом документе четко прописано, что предельно допустимый уровень звукового фона ночью не должен превышать 30 дБ. Но если ваш сосед проводит ремонт, и нерадивые мастера работают по ночам, то можно измерить уровень давления издаваемых шумов, чтобы привлечь и соседа, и мастеров к ответственности с выплатой штрафа.

Как это можно сделать, какой для этого необходим прибор? Чтобы это узнать, нужно:

  1. Вызвать специалиста, у которого в наличие есть специальный прибор. Этот прибор в комплекте имеет очень чувствительный микрофон, который записывает звуки и переносит их на монитор, показывающий уровень в децибелах. Такая услуга стоит недешево, как и сам прибор.
  2. Воспользоваться компьютером, планшетом, айфоном и другими гаджетами. Для этого необходимо с интернета скачать специальное приложение. Их несколько. Какие-то платные, какие-то бесплатные. Так как высокой точности определения предельно допустимого звукового давления нет необходимости, то приблизительно проведенный замер уже гарантирует определенный успех в вашем начинании. Так что это самый простой и доступный вариант. Главное, как всегда, разобраться и использовать прибор правильно.


Как провести расчет уровня звука (шума)

Самостоятельно провести расчет уровня шума (его давления), если вы в этом деле неспециалист, невозможно. Почему? Потому что для расчета приходится учитывать достаточно большой ряд всевозможных условий. К примеру:

  1. Определяется сам источник шума, а также всего его характеристики и свойства.
  2. Замеряется шум в каждом помещении по отдельности, для чего используется профессиональный прибор.
  3. Выбираются точки, где будут производиться расчет.


После чего специалисту потребуются и другие данные.

  • Показатели помещения (размеры, из какого материала оно сооружено и так далее).
  • Спектр звукового давления.
  • Есть ли преграды распространения шума и их характеристики.
  • Расстояние от расчетной точки, где будет установлен прибор замера, до звукового источника.

Что входит в расчеты? В принципе, это достаточно объемный и серьезный документ.

  • Сборные данные и их анализ.
  • Список источников.
  • Расчет звукового давления.
  • Расчет звуковой мощности.
  • Полный анализ ситуации.

Совет. Такие расчёты намного легче проводить на стадии проектирования здания, на стадии проведения капитального ремонта или до проведения звукоизоляционных работ.

Заключение

Все, что связано с уровнем шума, с понятием звукового давления, измеряемого в децибелах, необходимо понимать, что и измерение, и расчет проводятся по специальным нормам. Именно их учет и позволяет определить, в какой атмосфере мы проживаем. И если показатели превышают предельно допустимые нормы, то с таким положением придется бороться. Каким образом? Во-первых, для этого рынок предлагает огромный ассортимент различных шумоизоляционных материалов. Во-вторых, эта тема другой статьи.

Шум - это беспорядочное сочетание различных по силе и частоте звуков. Звук как физическое явление представляет собой волнообразное движение в упругой среде, вызываемое колебательными движениями звучащего тела и воспринимаемое органом человека и животных. С физической стороны звук характеризуется уровнем звукового давления, измеряемым в децибелах, и частотой колебаний, выражаемой в герцах (Гц - 1 колебание в секунду). Человек воспринимает звуковые колебания с частотой от 16 до 20 000 Гц. Сила звукового давления полностью не определяет степени его восприятия органом слуха, так как нервный аппарат внутреннего уха, воспринимающий звук, более чувствителен к высокочастотным звукам. Для сравнения степени восприятия различных по частоте звуков введена специальная единица громкости- «фон» (уровень громкости стандартного тона с частотой 1000 Гц, сила звукового давления которого равна 1 дБ).

Измерение уровня шума производят специальными приборами - шумомерами. Определение спектра шума (частот составляющих его звуков и части общей звуковой энергии, приходящейся на отдельные частоты) производят при помощи анализаторов спектра шума.

Шум оказывает на организм человека неблагоприятное воздействие и может вызвать различного рода болезненные состояния, в том числе (см.) и глухоту. Под влиянием шума учащаются и дыхание, повышается расход энергии. Длительное воздействие шума оказывает вредное влияние на ЦНС и психику человека. В результате воздействия шума у человека появляются симптомы переутомления и истощения нервной системы. Со стороны психики наблюдается подавленное настроение, понижение внимания, задерживаются интеллектуальные процессы, повышается нервная возбудимость. Шум снижает работоспособность и производительность труда, препятствует нормальному отдыху и . Под влиянием шума значительной силы наблюдается изменение нормальной деятельности различных органов и систем (изменение секреции желудочного сока, повышение кровяного давления и т. п.).

Мероприятиями по борьбе с шумом в населенных пунктах являются: рациональная планировка, озеленение, упорядочение уличного движения, замена шумных видов городского транспорта менее шумными, запрещение звуковых сигналов транспорта, звукоизоляция жилых зданий, снижение шума встроенного в здания инженерного оборудования (лифты, насосы, двигатели, вентиляторы и т. п.), ограничение бытовых шумов. Мероприятиями по уменьшению или устранению шума на производстве являются: изменение технологического процесса, шумометрический контроль новых видов промышленного оборудования, звукоизоляция производственных помещений с шумными процессами и источников шума, применение звукопоглощающих , надзор за работающим оборудованием. Машины, производящие сильный шум, устанавливают на специальных фундаментах, отделенных от других конструкций воздушными прослойками из эластических материалов. В шумных цехах применяют средства индивидуальной защиты рабочих (см. ). Рабочие шумных цехов проходят предварительное медицинское освидетельствование невропатологом, оториноларингологом и терапевтом. Противопоказаниями являются стойкое понижение слуха, заболевания внутреннего и в некоторых случаях , органические заболевания ЦНС и заболевания .

Требования к уровню шума устанавливают в соответствии с Гигиеническими нормами допустимых уровней звукового давления и уровней звука на рабочих местах № 1004-73 (утверждены Главным санитарным врачом СССР 12/1 1973 г.) и Санитарными нормами допустимого шума в помещениях жилых и общественных зданий и на территории жилой застройки № 872-70.

Шум (шумы) - беспорядочные непериодические колебания различной физической природы.

Интенсивность шума оценивают отношением создаваемого звукового давления к давлению, принятому за единицу сравнения , что соответствует примерно порогу восприятия ухом человека тона с частотой 1000 Гц.

Поскольку отношение звуковых давлений от порога восприятия (2·10 -5 н/м 2) до порога болевого ощущения (20 н/м 2) изменяется в миллионы раз, принято измерять интенсивность шума в логарифмических единицах - децибелах, что значительно сокращает шкалу измерений. В гигиенической практике шкала измерений ограничивается диапазоном от 20 до 140 дБ. Совокупность частот, составляющих шум, называется спектром шума.

По характеру изменения общей интенсивности во времени шум разделяют на стабильный с изменением интенсивности во времени не более 5 дБ и импульсный (ударный) с резким возрастанием и последующим спадом интенсивности.

По ширине спектра различают: шум узкополосный, состоящий из ограниченного числа смежных частот, и широкополосный, включающий почти все частоты слышимого диапазона. По преобладанию интенсивностей в спектре в области частот до 300 Гц шум считают низкочастотным, свыше 1000 Гц - высокочастотным, от 300 до 1000 Гц - среднечастотным. По времени воздействия шума на организм человека различают: продолжительные, действующие в течение 4 часов и более, и шумы кратковременные - менее 4 часов за рабочую смену. Измеряют шум при помощи шумомеров - приборов, которые определяют общую интенсивность шума. Соединенные с ними октавные или более узкие фильтры могут измерять интенсивность в отдельных звуковых диапазонах, благодаря чему определяется спектр того или иного шума.

Источниками шума на производстве является оборудование: машины с электрическим, пневматическим и моторным приводами, подъемно-транспортные механизмы; вспомогательное инженерное оборудование - компрессоры, насосы, вентиляторы, трансформаторы, а также технологические операции по обработке материалов. Наиболее шумными участками производств являются: в машиностроении - обрубные участки литейных цехов, штамповочно-прессовые цехи, цехи испытаний всех видов двигателей, рихтовочно-выколоточные участки подготовительных цехов, сборочные цехи с участками пневматической клепки, шариковые цехи подшипниковых заводов; в металлургической промышленности - метизные производства; в лесной промышленности - деревообрабатывающие цехи; в текстильной промышленности - ткацкие цехи, особенно с челночными станками.

Шумы является биологическим раздражителем, действующим на все органы и системы и главным образом через слуховой анализатор на центральную нервную систему.

Исчерпывающими характеристиками шумов являются уровнеграмма звукового давления шума, показывающая изменение энергии колебательного процесса во времени, и спектрограмма шума, указывающая на распределение энергии колебания по частотному диапазону в данный момент времени.

Орган слуха наиболее чувствителен к высокочастотным звукам (свыше 1000 Гц), которые вызывают наиболее раннее утомление слуха и нарушение взаимоотношения основных процессов в центральной нервной системе. Длительное воздействие шума на организм может приводить к профессиональному снижению слуха (см. Акустическая травма, Тугоухость) и общим расстройствам (гипертония, гипотония, изжога, головные боли и др.), а также обострять хронические заболевания.

Борьба с производственными шумом является общегосударственной задачей.

Действующими в СССР Государственными санитарными нормами по ограничению шума на производстве установлены предельно допустимые уровни шума на рабочих местах, которые следует учитывать при проектировании машин и другого оборудования и при их размещении в производственных помещениях. Не менее важным звеном в профилактике вредного воздействия шума является надзор за действующими машинами и оборудованием, выявление участков и цехов с уровнями шума, значительно превышающими допустимые, и разработка комплекса профилактических мероприятий по снижению шума на рабочих местах.

Наибольший эффект в комплексе профилактики дают технические средства борьбы с шумом, а именно: уменьшение шума в источнике его образования конструктивными, технологическими и эксплуатационными мероприятиями; снижение шума по пути его распространения средствами звукоизоляции и звукопоглощения.

При отсутствии технической возможности снизить шум до безопасных пределов используют средства индивидуальной защиты от шума - противошумы (см.), которые при правильном подборе типа и систематическом пользовании значительно снижают опасность неблагоприятного воздействия шума на организм.

Мероприятиями медицинской профилактики в борьбе с шумом являются предварительные и периодические медосмотры лиц, работающих в условиях шума; в частности, предусмотрен профессиональный отбор (см.) при поступлении на работу и ранняя диагностика возможных расстройств от действия шума.

Правильно разработанный комплекс всех мероприятий (технических, медицинских, организационных) может полностью предотвратить вредное воздействие шума на организм.

ЧТО ТАКОЕ ДЕЦИБЕЛЫ?

Универсальные логарифмические единицы децибелы широко используются при количественных оценках параметров различных аудио и видео устройств в нашей стране и за рубежом. В радиоэлектронике, в частности, в проводной связи, технике записи и воспроизведения информации децибелы являются универсальной мерой.

Децибел - не физическая величина, а математическое понятие

В электроакустике децибел служит по существу единственной единицей для характеристики различных уровней - интенсивности звука, звукового давления, громкости, а также для оценки эффективности средств борьбы с шумами.

Децибел - специфическая единица измерений, не схожая ни с одной из тех, с которыми приходится встречаться в повседневной практике. Децибел не является официальной единицей в системе единиц СИ, хотя, по решению Генеральной конференции по мерам и весам, допускается его применение без ограничений совместно с СИ, а Международная палата мер и весов рекомендовала включить его в эту систему.

Децибел - не физическая величина, а математическое понятие.

В этом отношении у децибел есть некоторое сходство с процентами. Как и проценты, децибелы безразмерны и служат для сравнения двух одноименных величин, в принципе самых различных, независимо от их природы. Следует отметить, что термин «децибел» всегда связывают только с энергетическими величинами, чаще всего с мощностью и, с некоторыми оговорками, с напряжением и током.

Децибел (русское обозначение - дБ, международное - dB) составляет десятую часть более крупной единицы - бела 1 .

Бел - это десятичный логарифм отношения двух мощностей. Если известны две мощности Р 1 и Р 2 , то их отношение, выраженное в белах, определяется формулой:

Физическая природа сравниваемых мощностей может быть любой - электрической, электромагнитной, акустической, механической, - важно лишь, чтобы обе величины были выражены в одинаковых единицах - ваттах, милливаттах и т. п.

Напомним вкратце, что такое логарифм. Любое положительное 2 число, как целое, так и дробное, можно представить другим числом в определенной степени.

Так, например, если 10 2 = 100, то 10 называют основанием логарифма, а число 2 - логарифмом числа 100 и обозначают log 10 100=2 или lg 100 = 2 (читается так: «логарифм ста при основании десять равен двум»).

Логарифмы с основанием 10 называются десятичными логарифмами и применяются чаще всего. Для чисел, кратных 10, этот логарифм численно равен количеству нулей за единицей, а для остальных чисел вычисляется на калькуляторе или находится по таблицам логарифмов.

Логарифмы с основанием е = 2,718... называются натуральными. В вычислительной технике обычно применяются логарифмы с основанием 2.

Основные свойства логарифмов:

Разумеется, эти свойства справедливы и для десятичных и натуральных логарифмов. Логарифмический способ представления чисел часто оказывается очень удобным, так как позволяет подменять умножение - сложением, деление - вычитанием, возведение в степень умножением, а извлечение корня - делением.

На практике бел оказался слишком крупной величиной, например, любые отношения мощностей в границах от 100 до 1000 укладываются в пределах одного бела - от 2 Б до 3 Б. Поэтому для большей наглядности решили число, показывающее количество бел, умножать на 10 и полученное произведение считать показателем в децибелах, т. е., например, 2 Б = 20 дБ, 4,62 Б = 46,2 дБ и т. д.

Обычно отношение мощностей выражают сразу в децибелах по формуле:

Действия с децибелами не отличаются от операций с логарифмами.

2 дБ = 1 дБ + 1 дБ → 1,259 * 1,259 = 1,585;
3 дБ → 1,259 3 = 1,995;
4 дБ → 2,512;
5 дБ → 3,161;
6 дБ → 3,981;
7 дБ → 5,012;
8 дБ → 6,310;
9 дБ → 7,943;
10 дБ → 10,00.

Знак → означает «соответствует».

Подобным образом можно составить таблицу и для отрицательных значений децибел. Минус 1 дБ характеризует убывание мощности в 1/0,794 = 1,259 раза, т. е. тоже примерно на 26%.

Запомните, что:

⇒ Если Р 2 =Р 1 т. е. P 2 /P 1 =1 , то N дБ = 0 , так как lg 1=0 .

⇒ Если P 2 > P l , то число децибел положительно.

⇒ Если Р 2 < P 1 , то децибелы выражаются отрицательными числами.

Положительные децибелы часто называют децибелами усиления. Отрицательные децибелы, как правило, характеризуют потери энергии (в фильтрах, делителях, длинных линиях) и называются децибелами затухания или потерь.

Между децибелами усиления и затухания существует простая зависимость: одинаковому числу децибел с разными знаками соответствуют обратные числа отношений. Если, например, отношению Р 2 /Р 1 = 2 → 3 дБ , то –3 дБ → 1/2 , т. е. 1 / Р 2 /Р 1 = Р 1 /Р 2

⇒ Если Р 2 /Р 1 представляет степень десяти, т. е. Р 2 /Р 1 = 10 k , где k - любое целое число (положительное или отрицательное), то NдБ = 10k , так как lg 10 k = k .

⇒ Если Р 2 или Р 1 равно нулю, то выражение для NдБ теряет смысл.

И еще одна особенность: кривая, определяющая значения децибел в зависимости от отношений мощностей, вначале быстро растет, затем ее рост замедляется.

Зная число децибел, соответствующих одному отношению мощностей, можно произвести пересчет для другого - близкого или кратного отношения. В частности, для отношений мощностей, различающихся в 10 раз, число децибел отличается на 10 дБ. Эту особенность децибел следует хорошо понять и твердо запомнить - она является одной из основ всей системы

К достоинствам системы децибел относят:

⇒ универсальность, т. е. возможность использования при оценке различных параметров и явлений;

⇒ огромные перепады преобразуемых чисел - от единиц и до миллионов - отображаются в децибелах числами первой сотни;

⇒ натуральные числа, представляющие степени десяти, выражаются в децибелах числами, кратными десяти;

⇒ взаимообратные числа выражаются в децибелах равными числами, но с разными знаками;

⇒ в децибелах могут быть выражены как отвлеченные, так и именованные числа.

К недостаткам системы децибел относят:

⇒ малую наглядность: для преобразования децибел в отношения двух чисел или выполнения обратных действий требуется проведение расчетов;

⇒ отношения мощностей и отношения напряжений (или токов) пересчитываются в децибелы по разным формулам, что иногда ведет к ошибкам и путанице;

⇒ децибелы могут отсчитываться только относительно не равного нулю уровня; абсолютный нуль, например 0 Вт, 0 В, децибелами не выражается.

Зная число децибел, соответствующих одному отношению мощностей, можно произвести пересчет для другого - близкого или кратного отношения. В частности, для отношений мощностей, различающихся в 10 раз, число децибел отличается на 10 дБ. Эту особенность децибел следует хорошо понять и твердо запомнить - она является одной из основ всей системы.

Сравнение двух сигналов путем сопоставления их мощностей не всегда бывает удобным, так как для непосредственного измерения электрической мощности в диапазоне звуковых и радиочастот требуются дорогие и сложные приборы. На практике при работе с аппаратурой гораздо проще измерять не мощность, которая выделяется на нагрузке, а падение напряжения на ней, а в некоторых случаях - протекающий ток.

Зная напряжение или ток и сопротивление нагрузки, легко определить мощность. Если измерения проводятся на одном и том же резисторе, то:

Этими формулами очень часто пользуются практике, но обратите внимание, что если напряжения или токи измеряются на разных нагрузках, эти формулы не работают и следует использовать другие, более сложные зависимости.

Пользуясь приемом, который был использован при составлении таблицы децибел мощности, можно аналогично определить, чему равен 1 дБ отношения напряжений и токов. Положительный децибел будет равен 1,122, а отрицательный децибел будет равен 0,8913, т.е. 1 дБ напряжения или тока характеризует возрастание или убывание этого параметра примерно на 12% по отношению к первоначальному значению.

Формулы выводились в предположении, что сопротивления нагрузок имеют активный характер и между напряжениями или токами нет фазового сдвига. Строго говоря, следовало бы рассматривать общий случай и учитывать для напряжений (токов) наличие угла сдвига по фазе, а для нагрузок не только активное, но полное сопротивление, включая и реактивные составляющие, однако это существенно только на высоких частотах.

Полезно запомнить некоторые часто встречающиеся на практике значения децибел и характеризующие их отношения мощностей и напряжений (токов), приведенные в табл. 1.

Таблица 1. Часто встречающиеся значения децибел мощности и напряжения

Пользуясь этой таблицей и свойствами логарифмов легко подсчитать, чему соответствуют произвольные значения логарифм. Например, 36 дБ мощности можно представить как 30+3+3, что соответствует 1000*2*2 = 4000. Тот же самый результат мы получим, представив 36 как 10+10+10+3+3 → 10*10*10*2*2 = 4000.

СОПОСТАВЛЕНИЕ ДЕЦИБЕЛ С ПРОЦЕНТАМИ

Ранее отмечалось, что понятие децибел имеет некоторое сходство с процентами. Действительно, так как в процентах выражается отношение какого-то числа к другому, условно принятому за сто процентов, отношение этих чисел также можно представить в децибелах при условии, что оба числа характеризуют мощность, напряжение или ток. Для отношения мощностей:

Для отношения напряжений или токов:

Можно также вывести формулы для пересчета децибел в проценты отношения:

В табл. 2 дан перевод некоторых, наиболее часто встречающихся значений децибел в проценты отношений. Различные промежуточные значения можно найти по номограмме на рис. 1.


Рис. 1. Перевод децибел в проценты отношений по номограмме

Таблица 2. Перевод децибел в проценты отношений

Рассмотрим два практических примера, поясняющих перевод процентного отношения в децибелы.

Пример 1. Какому уровню гармоник в децибелах по отношению к уровню сигнала основной частоты соответствует коэффициент нелинейных искажений в 3%?

Воспользуемся рис. 1. Через точку пересечения вертикальной линии 3% с графиком «напряжение» проведем горизонтальную линию до пересечения с вертикальной осью и получим ответ: –31 дБ.

Пример 2. Какому ослаблению напряжения в процентах соответствует его изменение на –6 дБ?

Ответ. На 50% первоначальной величины.

В практических расчетах дробную часть численного значения децибел часто округляют до целого числа, однако при этом в результаты расчетов вносится дополнительная погрешность.

ДЕЦИБЕЛЫ В РАДИОЭЛЕКТРОНИКЕ

Рассмотрим несколько примеров, поясняющих методику использования децибел в радиоэлектронике.

Затухание в кабеле

Потери энергии в линиях и кабелях на единицу длины характеризуются коэффициентом затухания α, который при равном входном и выходном сопротивлениях линии определяется в децибелах:

где U 1 - напряжение в произвольном сечении линии; U 2 - напряжение в другом сечении, отстоящем от первого на единицу длины: 1 м, 1 км и т. д. Например, высокочастотный кабель типа РК-75-4-14 имеет на частоте 100 МГц коэффициент затухания α, = –0,13 дБ/м, кабель витой пары категории 5 на той же частоте имеет затухание порядка –0,2 дБ/м, а у кабеля категории 6 несколько меньше. График затухания сигнала в неэкранированном кабеле витой пары показан на рис. 2.


Рис. 2. График затухания сигнала в неэкранированном кабеле витой пары

Оптоволоконные кабели имеют существенно более низкие величины затухания в диапазоне от 0,2 до 3 дБ при длине кабеля в 1000 м. Все оптические волокна имеют сложную зависимость затухания от длины волны, которая имеет три «окна прозрачности» 850 нм, 1300 нм и 1550 нм. «Окно прозрачности» означает наименьшие потери при максимальной дальности передачи сигнала. График затухания сигнала в оптоволоконных кабелях показан на рис. 3.


Рис. 3. График затухания сигнала в оптоволоконных кабелях

Пример 3. Найти, каким будет напряжение на выходе отрезка кабеля РК-75-4-14 длиной l = 50 м, если ко входу его приложено напряжение 8 В частоты 100 МГц. Сопротивление нагрузки и волновое сопротивление кабеля равны, или, как говорят, согласованы между собой.

Очевидно, что затухание, вносимое отрезком кабеля, составляет K = –0,13 дБ/м * 50 м = –6,5 дБ. Это значение децибел примерно соответствует отношению напряжений 0,47. Значит, напряжение на выходном конце кабеля U 2 = 8 В * 0,47 = 3,76 В.

Этот пример иллюстрирует очень важное положение: потери в линии или кабеле с ростом их длины возрастают чрезвычайно быстро. Для отрезка кабеля длиной в 1 км затухание составит уже –130 дБ, т. е. сигнал будет ослаблен более чем в триста тысяч раз!

Затухание в значительной мере зависит от частоты сигналов - в диапазоне звуковых частот оно будет гораздо меньше, чем в видео диапазоне, но логарифмический закон затухания будет тот же, и при большой длине линии ослабление будет существенным.

Усилители звуковой частоты

В усилители звуковой частоты с целью повышения их качественных показателей обычно вводится отрицательная обратная связь. Если коэффициент усиления устройства по напряжению без обратной связи равен К , а с обратной связью К ОС то число, показывающее, во сколько раз изменяется коэффициент усиления под действием обратной связи, называют глубиной обратной связи . Ее обычно выражают в децибелах. В работающем усилителе коэффициенты К и К ОС определяются экспериментально, если только усилитель не возбуждается при разомкнутой петле обратной связи. При проектировании усилителя сначала вычисляют К , а затем определяют значение К ОС следующим образом:

где β - коэффициент передачи цепи обратной связи, т. е. отношение напряжения на выходе цепи обратной связи к напряжению на ее входе.

Глубина обратной связи в децибелах может быть рассчитана по формуле:

Стереофонические устройства по сравнению с монофоническими должны удовлетворять дополнительным требованиям. Эффект объемного звучания обеспечивается только при хорошем разделении каналов, т. е. при отсутствии проникновения сигналов из одного канала в другой. В практических условиях это требование полностью удовлетворить не удается, и взаимное просачивание сигналов имеет место, главным образом, через узлы, общие для обоих каналов. Качество разделения по каналам характеризуется так называемым переходным затуханием а ПЗ Мерой переходного затухания в децибелах служит отношение выходных мощностей обоих каналов, когда входной сигнал подается только на один канал:

где Р Д - максимальная выходная мощность действующего канала; Р СВ - выходная мощность свободного канала.

Хорошему разделению каналов соответствует переходное затухание 60-70 дБ, отличному –90-100 дБ.

Шум и фон

На выходе любого приемно-усилительного устройства даже при отсутствии полезного входного сигнала можно обнаружить переменное напряжение, которое вызвано собственными шумами устройства. Причины, вызывающие собственные шумы, могут быть как внешними - за счет наводок, плохой фильтрации напряжения питания, так и внутренними, обусловленными собственными шумами радиокомпонентов. Сильнее всего сказываются шумы и, помехи, возникающие во входных цепях и в первом усилительном каскаде, так как они усиливаются всеми последующими каскадами. Собственные шумы ухудшают реальную чувствительность приемника или усилителя.

Количественная оценка шумов осуществляется несколькими способами.

Простейший состоит в том, что все шумы, независимо от причины и места их возникновения, пересчитываются ко входу, т. е. напряжение шумов на выходе (при отсутствии входного сигнала) делится на коэффициент усиления:

Это напряжение, выраженное в микровольтах, и служит мерой собственных шумов. Однако для оценки устройства с точки зрения помех важно не абсолютное значение шумов, а отношение между полезным сигналом и этим шумом (отношение сигнал/шум), так как полезный сигнал должен надежно выделяться на фоне помех. Отношение сигнал/шум обычно выражают в децибелах:

где Р с - заданная или номинальная выходная мощность полезного сигнала вместе с шумом; Р ш - выходная мощность шумов при выключенном источнике полезного сигнала; U c - напряжение сигнала и шумов на нагрузочном резисторе; U Ш - напряжение шумов на том же резисторе. Так получается т.н. «невзвешенное» («unweighted») отношение сигнал/шум.

Часто в параметрах аудиоаппаратуры приводится отношение сигнал/шум, измеренное со взвешивающим фильтром («weighted»). Фильтр позволяет учесть разную чувствительность слуха человека к шуму на разных частотах. Чаще всего используется фильтр типа А, в этом случае в обозначении обычно указывается единица измерения «дБА» («dBA»). Использование фильтра дает обычно лучшие количественные результаты, чем для невзвешенного шума (обычно отношение сигнал/шум получается на 6-9 дБ больше), поэтому (из маркетинговых соображений) производители аппаратуры чаще указывают именно «взвешенное» значение. Подробнее о взвешивающих фильтрах см. ниже в разделе «Шумомеры».

Очевидно, что для успешной эксплуатации устройства отношение сигнал/шум должно быть выше какого-то минимально допустимого значения, которое зависит от назначения и требований, предъявляемых к устройству. Для аппаратуры класса Hi-Fi этот параметр должен быть не менее 75 дБ, для аппаратуры Hi-End - не менее 90 дБ.

Иногда на практике пользуются обратным отношением, характеризуя им уровень шумов относительно полезного сигнала. Уровень шумов выражается тем же числом децибел, что и отношение сигнал/шум, но с отрицательным знаком.

В описаниях приемно-усилительной аппаратуры иногда фигурирует термин уровень фона, который характеризует в децибелах отношение составляющих напряжения фона к напряжению, соответствующему заданной номинальной мощности. Составляющие фона кратны частоте питающей сети (50, 100, 150 и 200 Гц) и при измерении выделяются из общего напряжения помех при помощи полосовых фильтров.

Отношение сигнал/шум не позволяет, однако, судить о том, какая часть шумов обусловлена непосредственно элементами схемы, а какая внесена в результате несовершенства конструкции (наводки, фон). Для оценки шумовых свойств радиокомпонентов вводится понятие коэффициента (фактора) шума . Коэффициент шума оценивается по мощности и также выражается в децибелах. Характеризовать этот параметр можно следующим образом. Если на входе устройства (приемника, усилителя) одновременно действуют полезный сигнал мощностью Р с и шумы мощностью Р ш , то отношение сигнал/шум на входе будет (Р с /Р ш )вх После усиления отношение (Р с /Р ш )вых окажется меньше, так как к входным шумам добавятся и усиленные собственные шумы усилительных каскадов.

Коэффициентом шума называют выраженное в децибелах отношение:

где К р - коэффициент усиления по мощности.

Следовательно, коэффициент шума представляет отношение мощности шумов на выходе к усиленной мощности шумов, действующих на входе.

Значение Рш.вх определяется расчетным путем; Рш.вых измеряется, а К р обычно. известно из расчета или после измерения. Идеальный с точки зрения шумов усилитель должен усиливать только полезные сигналы и не должен вносить дополнительные шумы. Как следует из уравнения, для подобного усилителя коэффициент шума F Ш = 0 дБ .

Для транзисторов и ИС, предназначенных для работы в первых каскадах усилительных устройств, коэффициент шума регламентируется и приводится в справочниках.

Напряжение собственных шумов определяет и другой важный параметр многих усилительных устройств - динамический диапазон.

Динамический диапазон и регулировки

Динамическим диапазоном называется выраженное в децибелах отношение максимальной неискаженной выходной мощности к ее минимальному значению, при котором, еще обеспечивается допустимое отношение сигнал/шум:

Чем меньше уровень собственных шумов и чем выше неискаженная выходная мощность, тем шире динамический диапазон.

Аналогичным образом определяется и динамический диапазон источников звука - оркестра, голоса, только здесь минимальная мощность звука определяется шумовым фоном. Чтобы устройство могло передать без искажений как минимальную, так и максимальную амплитуды входного сигнала, его динамический диапазон должен быть не меньше динамического диапазона сигнала. В случаях, когда динамический диапазон входного сигнала превышает динамический диапазон устройства, его искусственно сжимают. Так поступают, например, при звукозаписи.

Эффективность действия ручного регулятора громкости проверяется при двух крайних положениях регулятора. Сначала при регуляторе в положении максимальной громкости на вход усилителя звуковой частоты подается напряжение частотой 1 кГц такой величины, чтобы на выходе усилителя установилось напряжение, соответствующее некоторой заданной мощности. Затем ручку регулятора громкости переводят на минимальную громкость, а напряжение на входе усилителя поднимают до тех пор, пока напряжение на выходе снова не станет равным первоначальному. Отношение входного напряжения при регуляторе в положении минимальной громкости к входному напряжению при максимальной громкости, выраженное в децибелах, является показателем работы регулятора громкости.

Приведенными примерами далеко не исчерпываются практические случаи приложения децибел к оценке параметров радиоэлектронных устройств. Зная общие правила, применения этих единиц, можно понять, как они используются в других, не рассмотренных здесь условиях. Встретившись с незнакомым термином, определенным в децибелах, следует отчетливо представить, отношению каких двух величин он соответствует. В одних случаях это понятно из самого определения, в других случаях связь между составляющими сложнее, и, когда нет четкой ясности, следует обратиться к описанию методики измерения во избежание серьезных ошибок.

Оперируя с децибелами, следует всегда обращать внимание на то, отношению каких единиц - мощности или напряжения - соответствует каждый конкретный случай, т. е. какой коэффициент - 10 или 20 - должен стоять перед знаком логарифма.

ЛОГАРИФМИЧЕСКИЙ МАСШТАБ

Логарифмическая система, в том числе и децибелы, часто применяется при построении амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) - кривых, изображающих зависимость коэффициента передачи различных устройств (усилителей, делителей, фильтров) от частоты внешнего воздействия. Для построения частотной характеристики расчетным или опытным путем определяется ряд точек, характеризующих выходное напряжение или мощность при неизменном входном напряжении на разных частотах. Плавная кривая, соединяющая эти точки, характеризует частотные свойства устройства или системы.

Если по оси частот численные значения откладывать в линейном масштабе, т. е. пропорционально их фактическим значениям, то такая частотная характеристика окажется неудобной для пользования и не будет наглядной: в области низших частот она сжата, а высших - растянута.

Частотные характеристики строятся обычно в так называемом логарифмическом масштабе. По оси частот в удобном для работы масштабе откладываются величины, пропорциональные не самой частоте f , а логарифму lgf/f o , где f о - частота, соответствующая началу отсчета. Против отметок на оси надписываются значения f . Для построения логарифмических АЧХ используют специальную логарифмическую миллиметровую бумагу.

При проведении теоретических расчетов обычно пользуются не просто частотой f , а величиной ω = 2πf которую называют круговой частотой.

Частота f о , соответствующая началу отсчета, может быть сколь угодно малой, но не может быть равной нулю.

По вертикальной оси откладываются в децибелах либо в относительных числах отношения коэффициентов передачи при различных частотах к его максимальному либо среднему значению.

Логарифмический масштаб позволяет на небольшом отрезке оси отобразить широкий диапазон частот. На такой оси одинаковым отношениям двух частот соответствуют равные по длине участки. Интервал, характеризующий рост частоты в десять раз, называют декадой ; двукратному отношению частот соответствует октава (этот термин заимствован из теории музыки).

Частотный диапазон с граничными частотами f H и f В занимает в декадах полосу f B /f H = 10m , где m - число декад, а в октавах 2 n , где n - число октав.

Если полоса в одну октаву слишком широка, то можно применять интервалы с меньшим отношением частот в пол-октавы или трети октавы.

Средняя частота октавы (полуоктава) не равна среднему арифметическому от нижней и верхней частот октавы, а равна 0,707 f В .

Частоты, найденные подобным образом, называют среднеквадратичными.

Для двух соседних октав средние частоты также образуют октавы. Пользуясь этим свойством, можно по желанию один и тот же логарифмический ряд частот считать либо границами октав, либо их средними частотами.

На бланках с логарифмической сеткой средняя частота делит октавный ряд пополам.

На оси частот в логарифмическом масштабе на каждую треть октавы приходятся равные отрезки оси, каждый длиной в одну треть октавы.

При испытаниях электроакустической аппаратуры и проведении акустических измерений рекомендуется применять ряд предпочтительных частот. Частоты этого ряда являются членами геометрической прогрессии со знаменателем 1,122. Для удобства значения некоторых частот округлены в пределах ±1%.

Интервал между рекомендованными частотами составляет одну шестую октавы. Сделано это не случайно: ряд содержит достаточно большой набор частот для разных видов измерений и вбирает ряды частот с интервалами в 1/3, 1/2 и целую октаву.

И еще одно важное свойство ряда предпочтительных частот. В некоторых случаях в качестве основного интервала частот используется не октава, а декада. Так вот, предпочтительный ряд частот в равной мере можно рассматривать и как двоичный (октавный), и как десятичный (декадный).

Знаменатель прогрессии, на основе которой построен предпочтительный ряд частот, численно равен 1дБ напряжения, или 1/2 дБ мощности.

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИМЕНОВАННЫХ ЧИСЕЛ В ДЕЦИБЕЛАХ

До сих пор мы полагали, что и делимое и делитель под знаком логарифма имеют произвольную величину и для выполнения децибельного пересчета важно знать только их отношение независимо от абсолютных значений.

В децибелах можно выражать также конкретные значения мощностей, а также напряжений и токов. Когда величина одного из членов, стоящих под знаком логарифма в рассмотренных ранее формулах задана, второй член отношения и числа децибел будут однозначно определять друг друга. Следовательно, если задаться какой-либо эталонной мощностью (напряжением, током) в качестве условного уровня сравнения, то другой мощности (напряжению, току), сопоставляемой с ней, будет соответствовать строго определенное число децибел. Нулю децибел в этом случае отвечает мощность, равная мощности условного уровня сравнения, так как при N P = 0 Р 2 =Р 1 поэтому этот уровень обычно называют нулевым. Очевидно, что при разных нулевых уровнях одна и та же конкретная мощность (напряжение, ток) будут выражаться разными числами децибел.

где Р - мощность, подлежащая преобразованию в децибелы, а Р 0 - нулевой уровень мощности. Величина Р 0 ставится в знаменателе, при этом положительными децибелами выражаются мощности Р > Р 0 .

Условный уровень мощности, с которым производится сравнение, в принципе может быть любым, однако не каждый был бы удобен для практического использования. Чаще всего за нулевой уровень выбирается мощность в 1 мВт, рассеиваемая на резисторе сопротивлением 600 Ом. Выбор этих параметров произошел исторически: первоначально децибел как единица измерения появился в технике телефонной связи. Волновое сопротивление воздушных двухпроводных линий из меди близко к 600 Ом, а мощность в 1 мВт развивает без усиления высококачественный угольный телефонный микрофон на согласованном сопротивлении нагрузки.

Для случая, когда Р 0 = 1 мВт=10 –3 Вт: P р = 10 lg P + 30

Тот факт, что децибелы представляемого параметра отчитываются относительно определенного уровня, подчеркивают термином «уровень»: уровень помех, уровень мощности, уровень громкости

Пользуясь этой формулой, легко найти, что относительно нулевого уровня 1 мВт мощность 1 Вт определяется как 30 дБ, 1 кВт как 60 дБ, а 1 МВт - это 90 дБ, т. е. практически все мощности, с которыми приходится встречаться, укладываются в пределах первой сотни децибел. Мощности, меньшие 1 мВт, будут выражаться отрицательными числами децибел.

Децибелы, определенные относительно уровня 1 мВт, называют децибел-милливаттом и обозначают дБм или dBm. Наиболее распространенные значения нулевых уровней сведены в таблицу 3.

Аналогичным образом можно представить формулы для выражения в децибелах напряжений и токов:

где U и I - напряжение или ток, подлежащие преобразованию, a U 0 и I 0 - нулевые уровни этих параметров.

Тот факт, что децибелы представляемого параметра отчитываются относительно определенного уровня, подчеркивают термином «уровень»: уровень помех, уровень мощности, уровень громкости.

Чувствительность микрофонов , т. е. отношение выходного электрического сигнала к звуковому давлению, действующему на диафрагму, часто выражают в децибелах, сравнивая мощность, развиваемую микрофоном на номинальном нагрузочном сопротивлении, со стандартным нулевым уровнем мощности P 0 =1 мВт . Этот параметр микрофона носит название стандартного уровня чувствительности микрофона . Типовыми условиями испытания принято считать звуковое давление 1 Па частотой 1 кГц, нагрузочное сопротивление для динамического микрофона - 250 Ом.

Таблица 3. Нулевые уровни для измерения именованных чисел

Обозначение Описание
междунар. русское
dBс дБн опорным является уровень несущей частоты (англ. carrier) или основной гармоники в спектре; например, «уровень искажений составляет –60 дБн».
dBu дБu опорное напряжение 0,775 В, соответствующее мощности 1 мВт на нагрузке 600 Ом; например, стандартизованный уровень сигнала для профессионального аудио оборудования составляет +4 дБu, то есть 1,23 В.
dBV дБВ опорное напряжение 1 В на номинальной нагрузке (для бытовой техники обычно 47 кОм); например, стандартизованный уровень сигнала для бытового аудио оборудования составляет –10 дБВ, то есть 0,316 В
dBμV дБмкВ опорное напряжение 1мкВ; например, «чувствительность приёмника составляет –10дБмкВ».
dBm дБм опорная мощность 1мВт, соответствующая мощности 1 милливатт на номинальной нагрузке (в телефонии 600 Ом, для профессиональной техники обычно 10 кОм для частот менее 10МГц, 50 Ом для высокочастотных сигналов, 75 Ом для телевизионных сигналов); например, «чувствительность сотового телефона составляет –110 дБм»
dBm0 дБм0 опорная мощность в дБм в точке нулевого относительного уровня. dBm - опорное напряжение соответствует тепловому шуму идеального резистора сопротивлением 50 Ом при комнатной температуре в полосе 1 Гц. Например, «уровень шума усилителя составляет 6 дБм0»
dBFS
(англ. Full Scale - «полная шкала») опорное напряжение соответствует полной шкале прибора; например, «уровень записи составляет –6 dBfs»
dBSPL
(англ. Sound Pressure Level - «уровень звукового давления») - опорное звуковое давление 20 мкПа, соответствующее порогу слышимости; например, «громкость 100 dBSPL».
dBPa - опорное звуковое давление 1 Па или 94 дБ звуковой шкалы громкости dBSPL; например, «для громкости 6 dBPa микшером установили +4 dBu, а регулятором записи –3 dBFS, искажения при этом составили –70 dBc».
dBA, dBB,
dBC, dBD
опорные уровни выбраны в соответствии с частотными характеристиками стандартных «весовых фильтров» типа A, B, C или D cоответственно (фильтры отражают кривые равной громкости для разных условий, см. ниже в разделе «Шумомеры»)

Мощность, развиваемая динамическим микрофоном, естественно, чрезвычайно мала, гораздо меньше 1 мВт, и уровень чувствительности микрофона поэтому выражается отрицательными децибелами. Зная стандартный уровень чувствительности микрофона (он приводится в паспортных данных), можно вычислить его чувствительность в единицах напряжения.

В последние годы для характеристики электрических параметров радиоаппаратуры стали применять в качестве нулевых уровней и другие величины, в частности 1 пВт, 1 мкВ, 1 мкВ/м (последний - для оценки напряженности поля).

Иногда возникает необходимость пересчитать известный уровень мощности P Р или напряжения P U , заданные относительно одного нулевого уровня Р 01 (или U 01 ) на другой Р 02 (или U 02 ). Сделать это можно по следующей формуле:

Возможность представления в децибелах как отвлеченных, так и именованных чисел приводит к тому, что одно и то же устройство может характеризоваться разными числами децибел. Эту двойственность децибел надо иметь в виду. Защитой от ошибок тут может служить ясное понимание природы определяемого параметра.

Во избежание путаницы желательно указывать опорный уровень явно, например –20 дБ (относительно 0.775 B).

При пересчёте уровней мощностей в уровни напряжений и обратно надо обязательно учитывать сопротивление, являющиеся стандартным для данной задачи. В частности, дБВ для 75-омной ТВ-цепи соответствует (дБм–11дБ); дБмкВ для 75-омной ТВ-цепи соответствует (дБм+109дБ).

ДЕЦИБЕЛЫ В АКУСТИКЕ

До сих пор, говоря о децибелах, мы оперировали электрическими терминами - мощностью, напряжением, током, сопротивлением. Между тем логарифмические единицы широко применяют и в акустике, где они являются наиболее часто применяемой единицей при количественных оценках звуковых величин.

Звуковое давление р представляет избыточное давление в среде по отношению к постоянному давлению, существующему там до появления звуковых волн (единица измерения - паскаль (Па)).

Примером приемников звукового давления (или градиента звукового давления) может служить большинство типов современных микрофонов, которые преобразуют это давление в пропорциональные электрические сигналы.

Интенсивность звука связана со звуковым давлением и колебательной скоростью частиц воздуха простой зависимостью:

J=pv

Если звуковая волна распространяется в свободном пространстве, где нет отражения звука, то

v=p/(ρc)

здесь ρ - плотность среды, кг/м3; с - скорость звука в среде, м/с. Произведение ρc характеризует среду, в которой происходит распространение звуковой энергии, и называется ее удельным акустическим сопротивлением . Для воздуха при нормальном атмосферном давлении и температуре 20° С ρc =420 кг/м2*с; для воды ρc = 1,5*106 кг/м2*с.

Можно записать, что:

J=р 2 / (ρс)

все, что говорилось о преобразовании в децибелы электрических величин, в равной мере относится и к акустическим явлениям

Если сопоставить эти формулы с формулами, выведенными ранее для мощности. тока, напряжения и сопротивления, то легко обнаружить аналогию между отдельными понятиями, характеризующими электрические и акустические явления, и уравнениями, описывающими количественные зависимости между ними.

Таблица 4. Связь между электрическими и акустическими характеристиками

Аналогом электрической мощности являются акустическая мощность и интенсивность звука; аналогом напряжения служит звуковое давление; электрический ток соответствует колебательной скорости, а электрическое сопротивление - удельному акустическому сопротивлению. По аналогии с законом Ома для электрической цепи можно говорить об акустическом законе Ома. Следовательно, все, что говорилось о преобразовании в децибелы электрических величин, в равной мере относится и к акустическим явлениям.

Применение децибел в акустике очень удобно. Интенсивности звуков, с которыми приходится иметь дело в современных условиях, могут различаться в сотни миллионов раз. Такой огромный диапазон изменений акустических величин создает большие неудобства при сопоставлении их абсолютных значений, а при использовании логарифмических единиц эта проблема снимается. Кроме того, установлено, что громкость звука при оценке ее на слух возрастает примерно пропорционально логарифму интенсивности звука. Таким образом, уровни этих величин, выраженные в децибелах, довольно близко соответствуют громкости, воспринимаемой ухом. Для большинства людей с нормальным слухом изменение громкости звука частотой 1 кГц ощущается при изменении интенсивности звука примерно на 26%, т. е. на 1 дБ.

В акустике по аналогии с электротехникой определение децибел базируется на отношении двух мощностей:

где J 2 и J 1 - акустические мощности двух произвольных источников звука.

Подобным же образом в децибелах выражается отношение двух интенсивностей звука:

Последнее уравнение справедливо только при условии равенства акустических сопротивлений, другими словами, постоянства физических параметров среды, в которой распространяются звуковые волны.

Децибелы, определенные по приведенным выше формулам, не связаны с абсолютными значениями акустических величин и применяются для оценки затухания звука, например эффективности звуковой изоляции и систем подавления и заглушения шумов. Подобным образом выражаются и неравномерности частотных характеристик, т. е. разность максимального и минимального значений в заданном диапазоне частот различных излучателей и приемников звука: микрофонов, громкоговорителей и пр. Отсчет при этом обычно ведется от среднего значения рассматриваемой величины, либо (при работе в звуковом диапазоне) относительно значения при частоте 1 кГц.

В практике акустических измерений, однако, как правило, приходится иметь дело со звуками, значения которых должны быть выражены конкретными числами. Аппаратура для проведения акустических измерений сложнее аппаратуры для электрических измерений, а по точности существенно уступает ей. С целью упрощения техники измерений и снижения погрешности в акустике отдается предпочтение измерениям относительно эталонных, калиброванных уровней, величины которых известны. С этой же целью для измерения и исследования акустических сигналов их преобразуют в электрические.

Абсолютные значения мощностей, интенсивностей звуков и звуковых давлений также могут быть выражены в децибелах, если в приведенных выше формулах задаваться значениями одного из членов под знаком логарифма. Международным соглашением уровнем отсчета интенсивности звука (нулевым уровнем) принято считать J 0 = 10 –12 Вт/м 2 . Эту ничтожную интенсивность, под действием которой амплитуда колебаний барабанной перепонки меньше размеров атома, условно принято считать порогом слышимости уха в области частот наибольшей чувствительности слуха. Ясно, что все слышимые звуки выражаются относительно этого уровня только положительными децибелами. Фактический порог слышимости для людей с нормальным слухом немного выше и равен 5-10 дБ.

Для представления интенсивности звука в децибелах относительно заданного уровня используют формулу:

Значение интенсивности, вычисленное по этой формуле, принято называть уровнем интенсивности звука .

Подобным образом можно выразить и уровень звукового давления:

Чтобы уровни интенсивности звука и звукового давления в децибелах численно выражались одной величиной, в качестве нулевого уровня звукового давления (порога звукового давления) должно быть принято значение:

Пример. Определим, какой уровень интенсивности в децибелах создает оркестр со звуковой мощностью 10 Вт на расстоянии r = 15 м.

Интенсивность звука на расстоянии r = 15 м от источника составит:

Уровень интенсивности в децибелах:

Тот же результат будет получен, если преобразовать в децибелы не уровень интенсивности, а уровень звукового давления.

Так как в месте приема звука уровень интенсивности звука и уровень звукового давления выражаются одинаковым числом децибел, на практике часто применяется термин «уровень в децибелах» без указания, к какому именно параметру эти децибелы относятся.

Определив уровень интенсивности в децибелах в какой-либо точке пространства на расстоянии r 1 от источника звука (расчетным или опытным путем), нетрудно вычислить уровень интенсивности на расстоянии r 2 :

Если на приемник звука одновременно воздействуют два или несколько источников звука и известна интенсивность звука в децибелах, создаваемая каждым из них, то для определения результирующей величины децибелы следует обратить в абсолютные значения интенсивности (Вт/м2), сложить их, и эту сумму снова преобразовать в децибелы. Складывать сразу децибелы в этом случае нельзя, так как это соответствовало бы произведению абсолютных значений интенсивностей.

Если имеется n несколько одинаковых источников звука с уровнем каждого L J , то их суммарный уровень будет:

Если уровень интенсивности одного источника звука превышает уровни остальных на 8-10 дБ и более, можно учитывать только один этот источник, а действием остальных пренебречь.

Помимо рассмотренных акустических, уровней иногда можно встретить и понятие уровня звуковой мощности источника звука, определяемого по формуле:

где Р - звуковая мощность характеризуемого произвольного источника звука, Вт; Р 0 - начальная (пороговая) звуковая мощность, величина которой берется обычно равной P 0 =10 –12 Вт.

УРОВНИ ГРОМКОСТИ

Чувствительность уха к звукам разных частот различна. Зависимость эта довольно сложна. При небольших уровнях интенсивности звука (примерно до 70 дБ) максимальная чувствительность составляет 2-5 кГц и убывает с повышением и понижением частоты. Поэтому звуки одинаковой интенсивности, но разных частот будут казаться на слух разными по громкости. С ростом силы звука частотная характеристика уха выравнивается и при больших уровнях интенсивности (80 дБ и выше) ухо реагирует приблизительно одинаково на звуки разных частот звукового диапазона. Из этого следует, что интенсивность звука, которая измеряется специальными широкополосными приборами, и громкость, которая фиксируется ухом, - понятия не равнозначные.

Уровень громкости звука любой частоты характеризуется величиной уровня равного по громкости звука частотой 1 кГц

Уровень громкости звука любой частоты характеризуется величиной уровня равного по громкости звука частотой 1 кГц. Уровни громкости характеризуются так называемыми кривыми равных громкостей, каждая из которых показывает, какой уровень интенсивности на разных частотах должен развить источник звука, чтобы создать впечатление равной громкости с тоном 1 кГц заданной интенсивности (рис. 4).


Рис. 4. Кривые равной громкости

Кривые равной громкости представляют по существу семейство частотных характеристик уха в децибельном масштабе для разных уровней интенсивности. Отличие их от обычных АЧХ состоит лишь в способе построения: «завал» характеристики, т. е. снижение коэффициента передачи, здесь изображен повышением, а не понижением соответствующего участка кривой.

Единице, характеризующей уровень громкости, во избежание путаницы с децибелами интенсивности и звукового давления присвоено особое наименование - фон .

Уровень громкости звука в фонах численно равен уровню звукового давления в децибелах чистого тона с частотой 1 кГц, равного с ним по громкости.

Другими словами, один фон - это 1 дБ звукового давления тона частотой 1 кГц с поправкой на частотную характеристику уха. Между двумя, этими единицами нет постоянного соотношения: оно меняется в зависимости от уровня громкости сигнала и его частоты. Только для токов частотой 1 кГц численные значения для уровня громкости в фонах и уровня интенсивности в децибелах совпадают.

Если обратиться к рис. 4 и проследить ход одной из кривых, например, для уровня 60 фон, то нетрудно определить, что для обеспечения равной громкости с тоном 1 кГц на частоте 63 Гц требуется интенсивность звука 75 дБ, а на частоте 125 Гц только 65 дБ.

В высококачественных усилителях звуковой частоты применяются ручные регуляторы громкости с тонкомпенсацией, или, как их еще называют, компенсированные регуляторы. Такие регуляторы одновременно с регулировкой величины входного сигнала в сторону уменьшения обеспечивают подъем частотной характеристики в области низших частот, благодаря чему для слуха создается неизменный тембр звучания при различных громкостях воспроизведения звука.

Исследованиями установлено также, что изменение громкости звука вдвое (по оценке на слух) примерно эквивалентно изменению уровня громкости на 10 фон. Эта зависимость положена в основу оценки громкости звука. За единицу громкости, называемую сон , условно принят уровень громкости 40 фон. Удвоенной громкости, равной двум сон, соответствует 50 фон, четырем сон - 60 фон и т. д. Пересчет уровней громкости в единицы громкости облегчается графиком на рис. 5.


Рис. 5. Связь между громкостью и уровнем громкости

Большинство звуков, с которыми приходится иметь дело в повседневной жизни, имеют шумовой характер. Характеристика громкости шумов на основе сопоставления с чистыми тонами 1 кГц проста, но приводит к тому, что оценка шума на слух может расходиться с показаниями измерительных приборов. Объясняется это тем, что при равных уровнях громкости шума (в фонах) наиболее раздражающее действие на человека оказывают составляющие шума в диапазоне 3-5 кГц. Шумы могут восприниматься как равно неприятные, хотя их уровни громкости не равны.

Раздражающее действие шума более точно оценивается другим параметром, так называемым уровнем воспринимаемого шума . Мерой воспринимаемого шума служит уровень звука равномерного шума в октавной полосе со средней частотой 1 кГц, который в заданных условиях оценивается слушателем как одинаково неприятный с измеряемым шумом. Уровни воспринимаемого шума характеризуются единицами PNdB или РNдБ. Расчет их ведется по специальной методике.

Дальнейшим развитием системы оценки шумов являются так называемые эффективные уровни воспринимаемого шума, выражаемые в ЕРNдБ. Система ЕРNдБ позволяет комплексно оценивать характер воздействующего шума: частотный состав, дискретные составляющие в его спектре, а также продолжительность шумового воздействия.

По аналогии с единицей громкости сон введена единица шумности - ной .

За один ной принята шумность равномерного шума в полосе 910-1090 Гц при уровне звукового давления 40 дБ. В остальном нои сходны с сонами: рост шумности вдвое соответствует росту уровня воспринимаемого шума на 10 РNдБ, т. е. 2 ной = 50 РNдБ, 4 ной = 60 РNдБ и т. д.

Работая с акустическими понятиями, следует иметь в виду, что интенсивность звука представляет объективное физическое явление, которое может быть точно определено и измерено. Оно реально существует независимо от того, слышит его кто-нибудь или нет. Громкость звука определяет эффект, который звук производит на слушателя, и является, поэтому, чисто субъективным понятием, так как зависит от состояния органов слуха человека и его личных свойств к восприятию звука.

ШУМОМЕРЫ

Для измерения всевозможных шумовых характеристик применяют специальные приборы - шумомеры. Шумомер представляет автономный переносный прибор, позволяющий измерять непосредственно в децибелах уровни интенсивности звука в широких пределах относительно стандартных уровней.

Шумомер (рис. 6) состоит из высококачественного микрофона, широкополосного усилителя, переключателя чувствительности, меняющего усиление ступенями по 10 дБ, переключателя частотных характеристик и графического индикатора, который обычно обеспечивает несколько вариантов представления измеряемых данных - от цифр и таблицы до графика.


Рис. 6. Портативный цифровой шумомер

Современные шумомеры весьма компактны, что позволяет производить измерения и в труднодоступных местах. Из отечественных шумомеров можно назвать прибор компании «Октава-Электродизайн» «Октава-110А» (http://www.octava.info/?q=catalog/soundvibro/slm) .

Шумомеры позволяют определять как общие уровни интенсивностей звука при измерениях с линейной частотной характеристикой, так и уровни громкости звука в фонах при измерениях с частотными характеристиками, сходными с характеристиками человеческого уха. Диапазон измерений уровней звуковых давлений находится обычно в пределах от 20-30 до 130-140 дБ относительно стандартного уровня звукового давления 2*10–5 Па. С помощью сменных микрофонов уровень измерений может быть расширен до 180 дБ.

В зависимости от метрологических параметров и технических характеристик отечественные шумомеры подразделяются на первый и второй классы.

Частотные характеристики всего тракта шумомера, включая микрофон, стандартизированы. Всего имеется пять частотных характеристик. Одна из них линейна в пределах всего рабочего диапазона частот (условное обозначение Лин ), четыре другие приближенно повторяют характеристики уха человека для чистых тонов при разных уровнях громкости. Они названы первыми буквами латинского алфавита А, В, С и D . Вид этих характеристик показан на рис. 7. Переключатель частотных характеристик не зависит от переключателя пределов измерений. Для шумомеров первого класса обязательны характеристики А, В, С и Лин . Частотная характеристика D - дополнительная. Шумомеры второго класса должны иметь характеристики А и С ; применение остальных допускается.


Рис. 7. Стандартные частотные характеристики шумомеров

Характеристика А имитирует ухо примерно на уровне 40 фон. Эта характеристика используется при измерении слабых шумов - до 55 дБ и при замерах уровней громкости. В практических условиях чаще всего пользуются частотной характеристикой с коррекцией А . Объясняется это тем, что, хотя восприятие звука человеком гораздо сложнее простой частотной зависимости, определяющей характеристику А , во многих случаях результаты измерений прибором хорошо согласуются с оценкой шума на слух при небольших уровнях громкости. Многими стандартами - отечественными и зарубежными - оценку шумов рекомендуется проводить по характеристике А независимо от фактического уровня интенсивности звука.

Характеристика В повторяет характеристику уха на уровне 70 фон. Она применяется при измерении шумов в пределах 55-85 дБ.

Характеристика С равномерна в диапазоне 40-8000 Гц. Этой характеристикой пользуются при измерении значительных уровней громкости - от 85 фон и выше, при измерениях уровней звукового давления - независимо от пределов измерения, а также при подключениях к шумомеру устройств для измерения спектрального состава шума в тех случаях, когда шумомер не имеет частотной характеристики Лин .

Характеристика D - вспомогательная. Она представляет усредненную характеристику уха примерно на уровне 80 фон с учетом повышения его чувствительности в полосе от 1,5 до 8 кГц. При пользовании этой характеристикой показания шумомера более точно, чем по другим характеристикам, соответствуют уровню воспринимаемого шума человеком. Эта характеристика применяется главным образом при оценке раздражающего действия шума большой интенсивности (самолетов, быстроходных машин и т. п.).

В составе шумомера имеется также переключатель Быстро - Медленно - Импульс , управляющий временными характеристиками прибора. Когда переключатель установлен в положение Быстро , прибор успевает следить за быстрыми изменениями уровней звука, в положении Медленно прибор показывает среднее значение измеряемого шума. Временная характеристика Импульс применяется при регистрации коротких звуковых импульсов. Некоторые типы шумомеров содержат также интегратор с постоянной времени 35 мс, имитирующий инерционность звуковосприятия человека.

При пользовании шумомером результаты измерений будут различаться в зависимости от установленной частотной характеристики. Поэтому при записи показаний для исключения путаницы указывается и вид характеристики, при которой производились измерения: дБ (А ), дБ (В ), дБ (С ) или дБ (D ).

Для калибровки всего тракта микрофон - измеритель в комплект шумомера обычно входит акустический калибратор, назначение которого - создавать равномерный шум определенного уровня.

Согласно действующей в настоящее время инструкции «Санитарные нормы допустимого шума в помещениях жилых и общественных зданий и на территории жилой застройки» нормируемыми параметрами постоянного или прерывистого шума являются уровни звуковых давлений (в децибелах) в октавных полосах частот со средними частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц. Для непостоянного шума, например шума от проезжающего транспорта, нормируемым параметром является уровень звука в дБ(А ).

Установлены следующие суммарные уровни звука, измеренные по шкале А шумомера: жилые помещения - 30 дБ, аудитории и классы учебных заведений - 40 дБ, территории жилой застройки и площадки отдыха - 45 дБ, рабочие помещения административных зданий - 50 дБ (А ).

Для санитарной оценки уровня шума в показания шумомера вносятся поправки от –5 дБ до +10 дБ, которые учитывают характер шума, суммарное время его действия, время суток и месторасположение объекта. Например, в дневное время норма допустимого шума в жилых помещениях с учетом поправки составляет 40 дБ.

В зависимости от спектрального состава шума ориентировочная норма предельно допустимых уровней, дБ, характеризуется следующими цифрами:

Высокочастотный от 800 Гц и выше 75-85
Среднечастотный 300-800 Гц 85-90
Низкочастотный ниже 300 Гц 90-100

При отсутствии шумомера ориентировочную оценку уровней громкости различных шумов можно проводить с помощью таблицы. 5.

Таблица 5. Шумы и их оценка

Оценка громкости
на слух 		Уровень
шума, дБ 		Источник и место измерения шума
Оглушительный 160 Повреждение барабанной перепонки.
140-170 Реактивные двигатели (вблизи).
140 Предел терпимости к шуму.
130 Болевой порог (звук воспринимается как боль); поршневые авиадвигатели(2-3 м).
120 Гром над головой.
110 Быстроходные мощные двигатели (2-3 м); клепальная машина (2-3 м); очень шумный цех.
Очень громкий 100 Симфонический оркестр (пики громкости); деревообрабатывающие станки (на рабочем месте)
90 Уличный громкоговоритель; шумная улица; металлорежущие станки (на рабочем месте).
80 Радиоприемник громко (2 м)
Громкий 70 Салон автобуса; крик; свисток милиционера (15 м); улица средней шумности; шумный офис; зал большого магазина
Умеренный 60 Спокойный разговор (1 м).
50 Легковая машина (10-15 м); спокойный офис; жилое помещение.
Слабый 40 Шепот; читальный зал.
60 Шелест бумаги.
20 Больничная палата.
Очень слабый
10 Тихий сад; студия радиоцентра.
0 Порог слышимости
1 А. Белл - американский учёный, изобретатель и бизнесмен шотландского происхождения, основоположник телефонии, основатель компании Bell Telephone Company, определившей развитие телекоммуникационной отрасли в США.
2 Логарифмы отрицательных чисел являются комплексными числами и далее рассматриваться не будут.