Природа звука, инфразвука и ультразвука

Звук — это упругие волны, распространяющиеся в газах, жид­костях и твердых телах и воспринимаемые ухом человека и живот­ных. На рис. 12.3 приведены различные источники, создающие и уровни звукового давления, измеряемые в децибелах (дБ). Внизу под рисунком приведена шкала громкости звука.

Область слухового восприятия человека по частоте находится в диапазоне 16...2000 Гц. Слышимый диапазон делится условно на три тона: 20...300 Гц — низкий; 300...3000 Гц — средний; 3000...20ООО Гц — высокий.

Звук с частотами до 16 Гц называют инфразвуком — это неслы­шимые человеческим ухом упругие волны низкой частоты. Звук с частотами 2*10⁴... 10⁹ Гц называют ультразвуком, а 10⁹...10¹³Гц — гиперзвуком. Наука о звуке называется акустикой.

Звук распространяется в воздухе со скоростью 340 м/с, в воде — 1500 м/с, в стали — 5000 м/с. Поэтому необходимо знать, что:

звуковое давление измеряется в динах на 1 см² или г/с² * см;

колебательная скорость движения частиц воздуха измеряется в см в секунду;

акустическое сопротивление среды — это отношение звуково­го давления к колебательной скорости;

звуковой энергией является сила звука, т.е. звуковая энергия, проходящая в 1 с через площадь в 1 см².

Следует отметить, что наше ухо является необычайно тонким и в то же время выносливым органом восприятия звука. Ночью, в полной тишине, мы отчетливо слышим писк комара или шелест листьев, но если в это время вблизи произойдет выстрел из ору­дия, то наше ухо не выйдет из строя и не будет повреждено, хотя звуковое давление при выстреле из орудия в миллион раз выше давления, вызываемого движением крыльев комара. Шум же, воз­никающий от полета комара, лежит почти что на пороге слухового восприятия.

Граница нашего восприятия звуковых давлений называется зву­ковым порогом, или порогом слухового восприятия. Звуковое дав­ление на пороге воспринимается ухом как едва слышимый звук. Если же увеличивать звуковое давление, то можно дойти до гра­ницы, называемой болевым порогом. Эта граница определяется появлением боли в ушах, а при весьма сильных звуках наблюдает­ся кровотечение из ушей и чувство головокружения и тошноты.

При восприятии звуков разных частот происходят различные звуковые давления. Наше ухо обладает чувствительностью к вос­приятию периодических избыточных давлений в воздухе в интер­вале от 800 до 6000 колебаний в секунду.

Сокращенно в акустике принято одно колебание в секунду называть герцем (Гц). Для частоты в 1000 Гц, принятой в качестве эталона для всевозможных акустических исследований, установ­лено, что звуковое давление на пороге слышимости равно 2-10^-4 г/с²*см. Звуковое давление в 1 г/с²*см принято называть баром. Следовательно, звуковое давление у слухового порога для частоты в 1000 Гц равно 2 • 10^-4 бар. Низкие частоты имеют значи­тельно более высокое давление у слухового порога.

В окружающей среде источником инфразвука могут быть земле­трясения, ураганы, морские штормы и др. Воздействию инфразву­ка человек подвергается на производстве, где он работает, и на транспорте при его движении. Инфразвуковые волны возникают при работе компрессоров, дизельных двигателей, электровозов, систем кондиционирования воздуха и других машин и механизмов. При больших амплитудах инфразвук ощущается как боль в ушах.

Физиологически наиболее активным для человека является диапазон частот от 2 до 17 Гц. Из-за резонансных явлений инфра­звука проявляются нервно-психические явления, наблюдаемые у человека. На человека могут оказывать существенное воздействие даже очень слабые инфразвуки, в особенности если они носят длительный характер. По мнению некоторых ученых, даже не очень интенсивные инфразвуки являются главным виновником нервной усталости жителей крупных городов.

Ультразвук тоже неслышим человеческим ухом. Он содержится в шуме ветра и моря, издается и воспринимается рядом живот­ных: летучими мышами, рыбами, насекомыми и др.; присутству­ет в шуме машин.

Ведущая роль в защите человека от воздействия ультразвука и инфразвука принадлежит гигиеническим нормативам. Нормиро­вание ультразвука на рабочих местах начато с 1976 г. Источником ультразвука является производственное оборудование, в котором генерируются ультразвуковые колебания, участвующие в техно­логическом процессе, где ультразвук возникает как сопутствую­щий фактор. Нормирование начинается с более низких частот, чтобы учесть постепенный переход от звуковых к ультразвуковым колебаниям. ГОСТ 12.1.001 — 89 устанавливает допустимые уров­ни ультразвука на рабочих местах, дБ при частоте:

12500 Гц…………………………………………………………………………………80

16000 Гц…………………………………………………………………………………90

20000 Гц………………………………………………………………………………..100

25000 Гц………………………………………………………………………………..105

31500 Гц………………………………………………………………………………..110

Инфразвук нормируется и регламентируется при частоте:

2 Гц…………………………………………………………………………………...110,0

4 Гц…………………………………………………………………………………...108,0

8 Гц…………………………………………………………………………………...106,5

16 Гц …………………………………………………………………………………105,0

31,5 Гц………………………………………………………………………………..102,0