Hladina zvuku: detekcia hluku v decibeloch

Hlukové znečistenie, nežiaduce alebo nadmerné hladiny hluku môžu mať škodlivé účinky na zdravie a kvalita životného prostredia. Zvyčajne sa vyskytuje v mnohých priemyselných zariadeniach a na niektorých iných pracoviskách. Rovnako ako hlukové znečistenie je spojené s cestnou, železničnou a leteckou dopravou a s prácou Vonku.

Meranie a vnímanie hlasitosti

Zvukové vlny sú vibrácie molekúl vzduchu prenášané zo zdroja hluku do ucha. Toto sa zvyčajne opisuje z hľadiska hlasitosti (amplitúdy) a výšok (frekvencie) vlny. Hladina akustického tlaku alebo SPL sa meria v logaritmických jednotkách nazývaných decibely (dB). Normálne ľudské ucho dokáže detekovať tón v rozmedzí od 0 dB (prah sluchu) do 140 dB. Zvuky od 120 dB do 140 dB zároveň spôsobujú bolesť.

Aká je hladina zvuku napríklad v knižnici? Je to asi 35 dB a vo vnútri pohybujúceho sa autobusu alebo metra-asi 85. Stavebné práce budovy môžu generovať SPL až do 105 dB v zdroji. SPL klesá so vzdialenosťou od objektu.

Rýchlosť, pri ktorej Zvuková energia sa prenáša, je tzv intenzita, úmerné štvorcu ultrazvuku. Vzhľadom na logaritmickú povahu decibelovej stupnice predstavuje 10-bodové zvýšenie 10-násobné zvýšenie intenzity zvuku. Do 20 vysiela viac ako 100 krát. 30 dB predstavuje 1000-násobné zvýšenie intenzity.

A na druhej strane, keď sa napätie zdvojnásobí, úroveň hlasitosti zvuku sa zvýši iba o 3 body. Napríklad, ak stavebný vrták spôsobí hluk 90 dB, potom dva identické nástroje pracujúce vedľa seba vytvoria 93 dB. A keď sa spoja dva zvuky, ktoré sa líšia v SPL o viac ako 15 bodov, slabé tóny sa maskujú (alebo prehlušujú) hlasným zvukom. Napríklad, ak vŕtačka 80 dB beží na stavenisku vedľa buldozéra 95 dB, kombinovaná úroveň tlaku týchto dvoch zdrojov sa bude merať ako 95. Menej intenzívny tón z kompresora nebude viditeľný.

Frekvencia zvukovej vlny je vyjadrená v cykloch za sekundu, ale častejšie sa používa hertz (1 cps = 1 Hz). Ľudský ušný bubienok je veľmi citlivý orgán s veľkým dynamickým rozsahom, ktorý je schopný detekovať zvuky pri frekvenciách od 20 Hz (nízka výška tónu) do asi 20 000 Hz (vysoká hladina zvuku). Tonalita ľudského hlasu v normálnej konverzácii nastáva pri frekvenciách od 250 Hz do 2 000 Hz.

Presné meranie hladiny zvuku a vedecký popis sa líši od väčšiny subjektívnych ľudských predstáv a názorov na to. Jednotlivé ľudské reakcie na hluk závisia od výšky aj objemu. Ľudia s normálnym sluchom zvyčajne vnímajú vysokofrekvenčné zvuky hlasnejšie ako nízkofrekvenčné s rovnakou amplitúdou. Z tohto dôvodu elektronické merače hladiny hluku zohľadňujú zmeny vnímanej hlasitosti v závislosti od výšky tónu.

Frekvenčné filtre v meračoch sa používajú na prispôsobenie nameraných hodnôt citlivosti ľudského ucha a relatívnej hlasitosti rôznych zvukov. Napríklad takzvaný a-vážený filter sa zvyčajne používa na diagnostiku okolitej komunity. Merania SPL vykonané s týmto filtrom sú vyjadrené v a-vážených decibeloch alebo dBA.

Väčšina ľudí vníma a popisuje zvýšenie hodnoty SPL o 6-10 dBA ako zdvojnásobenie "objemu". iného systému, C je vážená stupnica (dBS), ktorá sa niekedy používa na úrovne šumu nárazov, ako je snímanie, a má tendenciu byť presnejšia ako dBA pre vnímanú hlasitosť zvukov s nízkofrekvenčnými komponentmi.

Hladiny hluku majú tendenciu sa časom meniť, takže namerané údaje sa uvádzajú ako priemerné hodnoty na vyjadrenie celkových hladín zvuku. Existujú niekoľko spôsobov urobiť. Napríklad výsledky série opakovaných meraní hladiny zvuku môžu byť reprezentované ako L 90 = 75 dBA, čo znamená, že hodnoty boli rovné alebo vyššie ako 75 dBA po dobu 90 percent času.

Ďalší blok nazývaný ekvivalentné stupne zvuku (L eq) možno použiť na vyjadrenie priemerného SPL za akékoľvek záujmové obdobie, napríklad osem - hodinový pracovný deň. (L eq je logaritmická, nie aritmetická hodnota, takže v celkovom výsledku prevládajú hlasné udalosti.)

Jednotka hladiny zvuku nazývaná "veľkosť hluku deň-noc" (DNL alebo L dp) berie do úvahy skutočnosť, že ľudia sú v noci citlivejší na tón. K hodnotám SPL nameraným medzi 10. hodinou a 7. hodinou sa teda pridá 10-dBA. Napríklad merania DNL sú veľmi užitočné na opis celkového vystavenia hluku lietadla.

Práca s

Hluk je viac než len nepríjemnosť. Pri určitých úrovniach a trvaní expozície môže spôsobiť fyzické poškodenie ušného bubienka a citlivých vlasových buniek vnútorného ucha a viesť k dočasnej alebo trvalej strate sluchu.

Zvyčajne sa nevyskytuje pri SPL Pod 80 dBA (osemhodinové úrovne expozície sa najlepšie udržiavajú na nie viac ako 85). , Ale väčšina ľudí, ktorí sú opakovane vystavení viac ako 105 dBA, bude mať do istej miery trvalú stratu sluchu. Okrem toho môže nadmerné vystavenie hluku tiež zvýšiť krvný tlak a pulz, spôsobiť podráždenosť, úzkosť a duševnú únavu, pretože rovnako ako narušiť spánok, odpočinok a osobná komunikácia.

Kontrola znečistenia hlukom

Preto je dôležité na pracovisku av spoločnosti zachovať maximálne ticho. Nariadenia a zákony o kontrole hluku prijaté na miestnej, regionálnej a národnej úrovni môžu byť účinné pri zmierňovaní negatívnych účinkov znečistenia hlukom.

Environmentálny a priemyselný hum je regulovaný v súlade so zákonom o bezpečnosti a ochrane zdravia pri práci a Zákonom o boji proti nemu. V súlade s týmito zákonmi stanovila správa bezpečnosti a ochrany zdravia pri práci kritériá priemyselného hluku s cieľom uložiť obmedzenia intenzita zvuku vplyvu a trvania, počas ktorého je možné toto napätie vyriešiť.

Ak je osoba vystavená rôznym hladinám hluku v rôznych časových intervaloch počas dňa, celkový účinok alebo dávka (D) hluku sa získa z pomeru,

kde C je skutočný čas a T je prijateľné na akejkoľvek úrovni. Pri použití tohto vzorca sa maximálna možná denná dávka hluku bude rovnať 1 a akýkoľvek vplyv zhora je neprijateľný.

Maximálna hladina zvuku

Kritériá pre vnútorný hluk sú zhrnuté v troch súboroch špecifikácií, ktoré boli získané zhromažďovaním subjektívnych úsudkov od veľkej vzorky ľudí v rôznych špecifických situáciách. Vyvinuli sa do šumových kritérií (NC) a preferovaných tónových kriviek (PNC), ktoré stanovujú limity úrovne zavedenej do prostredie. Krivky NC, vyvinuté v roku 1957, sú zamerané na zabezpečenie pohodlného pracovného alebo obytného priestoru stanovením maximálnej prípustnej hladiny zvuku v oktávových pásmach v celom zvukovom spektre.

Kompletná sada 11 kriviek definuje kritériá hluku pre širokú škálu situácií. Grafy PNC, vyvinuté v roku 1971, pridávajú obmedzenia nízkofrekvenčného hučania a vysokofrekvenčného syčania. Preto sú vhodnejšie ako starší štandard NC. Zhrnuté na krivkách, tieto kritériá poskytujú ciele návrhu hladiny hluku pre rôzne nápady. Časť práce alebo špecifikácia biotopu je zodpovedajúca krivka PNC. V prípade, že hladina prekročí limity PNC, materiály pohlcujúce zvuk môžu byť zavedené do životného prostredia ako potrebné splniť štandard.

Nízku hladinu hluku je možné prekonať použitím dodatočného absorpčného materiálu, ako sú ťažké závesy alebo dlaždice v uzavretých priestoroch. Tam, kde nízka úroveň identifikovateľného hluku môže rušiť alebo kde môže byť dôležité súkromie konverzácií v priľahlých kanceláriách a priestoroch recepcie, môžu byť nežiaduce zvuky maskované. Malý zdroj bieleho šumu, napríklad statický vzduch umiestnený v miestnosti, môže maskovať konverzáciu zo susedných kancelárií bez toho, aby bol smrteľnou úrovňou zvuku pre uši ľudí pracujúcich v okolí.

Tento typ zariadenia sa často používa v kanceláriách lekárov a iných odborníkov. Ďalšou metódou redukcie hluku je použitie ochrany sluchu, ktorá sa nosí na ušiach rovnako ako slúchadlá. Použitím komerčne dostupných ochranných zariadení je možné dosiahnuť zníženie úrovne tónu v rozsahu zvyčajne od 10 dB pri 100 Hz do viac ako 30 dB pre frekvencie nad 1 tisíc. Hz.

Určite hladinu zvuku

Obmedzenia vonkajšieho hluku sú tiež dôležité pre ľudské pohodlie. Konštrukcia budovy poskytne určitú ochranu pred vonkajšími zvukmi, ak dom spĺňa minimálne normy a ak je hladina hluku v prijateľných medziach.

Tieto obmedzenia sú zvyčajne špecifikované pre určité obdobia dňa, napríklad počas denného svetla, večer a v noci počas spánku. V dôsledku lomu v atmosfére spôsobeného inverziou teploty v noci je možné vydávať pomerne hlasné zvuky z pomerne vzdialenej diaľnice, letiska alebo železnice.

Jednou zo zaujímavých metód kontroly hluku je výstavba protihlukových bariér pozdĺž diaľnice, ktorá ju oddeľuje od priľahlých obytných oblastí. Účinnosť takýchto štruktúr je obmedzená difrakciou zvuku viac pri nízkych frekvenciách, ktoré prevládajú na cestách a sú vlastné veľkým vozidlám. Aby boli účinné, musia byť čo najbližšie k zdroju alebo pozorovateľovi hluku, čím sa maximalizuje difrakcia potrebná na to, aby sa zvuk dostal k pozorovateľovi. Ďalšia požiadavka na tento typ bariérou je, že musí tiež obmedziť počet hladín hluku, aby sa dosiahlo výrazné zníženie hluku.

Definícia a príklady

Decibel (dB) sa používa na meranie hladiny zvuku, ale je tiež široko používaný v elektronike, signáloch a komunikáciách. DB je logaritmický spôsob opisu dotyčnice. Postoj sa môže prejaviť ako výkon, akustický tlak, napätie alebo intenzita alebo niekoľko ďalších vecí. Neskôr spojíme dB s telefónom a zvukom (kvôli hlasitosti). Najprv však, aby sme získali predstavu o logaritmických výrazoch, pozrime sa na niektoré čísla.

Môžeme napríklad predpokladať, že existujú dva reproduktory, z ktorých prvý reprodukuje zvuk s výkonom P 1 a druhý hlasnejšiu verziu rovnakého tónu s výkonom P 2, ale všetko ostatné (ako ďaleko, frekvencia) zostáva rovnaké.

Rozdiel v decibeloch medzi nimi je definovaný ako

10 log (P ₂ / P ₁) dB, kde log je pre základňu 10.

Ak druhý produkuje dvakrát toľko energie ako prvý, rozdiel je v dB

10 log (P ₂ / P ₁) = 10 log 2 = 3 dB,

ako je znázornené na grafe, ktorý zobrazuje 10 log (P ₂ / P ₁) vs. P ₂ / P ₁. Ak chcete pokračovať v príklade, ak má druhý 10-krát väčší výkon ako prvý, rozdiel v dB bude:

10 log (P ₂ / P ₁) = 10 log 10 = 10 dB.

Keby mal druhý miliónkrát rovnakú silu, rozdiel v dB by bol

10 log (P ₂ / P ₁) = 10 log 1 000 000 = 60 dB.

Tento príklad ukazuje jednu vlastnosť decibelových stupníc, ktorá je užitočná pri diskusii o zvuku. Môžu opísať veľmi veľké vzťahy pomocou čísel skromnej veľkosti. Ale je to nevyhnutné venovať pozornosť, že decibel predstavuje pomer. To znamená, že nebude povedané, koľko energie vyžaruje ktorýkoľvek z reproduktorov, iba z rozdielu. A tiež stojí za to venovať pozornosť koeficientu 10 v definícii, ktorý označuje decibely v decibeloch.

Akustický tlak a dB

Frekvencia sa zvyčajne meria pomocou mikrofónov a reagujú (približne) proporcionálne na tlak s. Teraz sa sila zvukovej vlny za iných rovnakých podmienok rovná druhej mocnine tlaku. Podobne elektrická energia v rezistore ide ako násobené napätie. Logaritmus štvorca je iba 2 log x, takže pri prevode tlaku na decibely sa zavádza faktor 2. V dôsledku toho je rozdiel v stupni akustického tlaku medzi dvoma úrovňami zvukov S p 1 A p 2 je:

20 log (p ₂ / p ₁) dB = 10 log (p ₂² / p ₁²) dB = 10 log (P ₂ / P ₁) dB.

Čo sa stane, keď sa zvukový výkon zníži na polovicu?

Logaritmus 2 je 0,3, takže 1/2 je 0,3. Ak sa teda výkon zníži 2-krát, hladina zvuku sa zníži o 3 dB. A ak túto operáciu vykonáte znova, akustika sa zníži o ďalšie 3 dB.

Veľkosť decibelov

Vyššie môžete vidieť, že zníženie výkonu o polovicu znižuje tlak na root 2 a úroveň hlasitosti zvuku o 3 dB.

Prvou vzorkou je biely šum (zmes všetkých počuteľných frekvencií). Druhá vzorka je rovnaký tón s napätím zníženým o druhú odmocninu 2. Jeho inverzná hodnota je približne 0,7, takže 3 dB zodpovedá poklesu napätia alebo tlaku na 70%. Zelená čiara zobrazuje trysku ako funkciu času. Červená načrtáva nepretržitý exponenciálny pokles. Stojí za zmienku, že napätie klesá o 50% pre každú druhú vzorku.

Zvukové súbory a flash animácie John Tann a George Hatzidimitris.

Aký veľký je decibel?

V nasledujúcej sérii sa po sebe nasledujúce vzorky znížia iba o jeden bod.

Čo robiť, ak je rozdiel menší ako decibel?

Hladiny zvuku sa zriedka udávajú s desatinnými miestami. Dôvodom je, že tie, ktoré sa líšia o menej ako 1 dB, je ťažké rozlíšiť.

A môžete si tiež všimnúť, že posledný príklad je tichší ako prvý, ale je ťažké vidieť rozdiel medzi po sebe idúcimi pármi. 10 * log 10 (1,07) = 0,3. Preto na zvýšenie hladiny zvuku o 0,3 dB je potrebné zvýšiť výkon o 7% alebo napätie o 3,5%.