Основні характеристики звуку і шуму

     Звукові коливання на слух мають ще одну якість, крім гучності та висоти, а саме: специфічний відтінок, який називають  тембром. За різним тембром ми легко  розпізнаємо звук голосу різних людей, свист, звучання різних музичних ін струментів тощо, хоч би ці звуки і мали однакову висоту і гучність. Наприклад, « …якщо на фортепіано, а потім на гітарі беруть ноту однакової гучності й однієї висоти (припустимо, «до» першої октави), то дістають звуки, які істотно відрізнятимуться. Ми ніколи не сплутаємо звук фортепіано і гітари. Відрізнити звук одного інструмента від іншого нам допомагає тембр звуку. З чим пов'язаний тембр звуку, з якою особливістю коливань?» [5. с 32].

       Якщо за допомогою техніки  порівняти звукові коливання,  створювані роялем і гітарою,  причому для тієї самої ноти, тобто для звуку однієї висоти, видно, що вони дуже відрізняються  за своїм гармонічним складом.  Обидві звуки складаються з однакових гармонічних коливань (тонів), але в кожному з них ці тони мають різні амплітуди і фази. Найнижчий тон у складному музикальному звукові називають основним, він має таку само частоту, як і складний звук.

     Решта простих тонів що мають удвічі, втричі, вчетверо і т. д. більші частоти називають вищими гармонічними тонами, або обертонами.  
Якість звуку визначається наявністю обертонів – їх кількістю і відносними амплітудами. В різних музичних інструментах відносні амплітуди різних обертонів виявляються неоднаковими. Саме це надає звукові кожного інструмента характерної для нього якості, або тембру. Чим більше в звуковому коливанні обертонів тим багатший тембр звуку. 

                                             2. Шум – «небажаний» звук.

             Механічні коливання з частотою від 20 Гц до 20  кГц,  що  виникають  у

пружному  середовищі, називають звуком. Чіткої різниці між  поняттями  «звук»

та  «шум»  немає.  Звуками,  як  правило,  називають  регулярні   періодичні коливання, а шумом — неперіодичні коливальні процеси. При  проведенні  робіт щодо забезпечення нормальних умов  життя  людини  шумом  вважають  будь-який небажаний звук незалежно від його характеру та  природи  виникнення.        Найбільш важливими параметрами шуму  є  звуковий  тиск,  інтенсивність звука та звукова потужність. У інженерній практиці ці величини  виражають  у

логарифмічних одиницях, що пояснюється двома причинами:

                    .  реакція  вуха   людини   на   різну   гучність   має

                      логарифмічний характер;

                    . діапазон зміни цих  параметрів  надзвичайно  широкий.

                      Розглянемо зазначені параметри  докладне

      Звуковий тиск — це різниця  між  миттєвим  значенням  повного тиску і

статичним тиском у даній точці. Він характеризує зміну густини середовища  в

напрямі поширення коливань.  «Звукови́й тиск — змінний тиск у середовищі, зумовлений поширенням у ньому звукових хвиль. Величина звукового тиску оцінюється силою дії звукової хвилі на одиницю площі й виражається у ньютонах на квадратний метр (1 Н/м²), або Паскалях (Па). Оскільки вухо людини має логарифмічну характеристику реакції на звук, в акустиці часто застосовують вимірювання звукового тиску логарифмічною шкалою у децибелах.

Ця шкала  називається рівнем звукового тиску, за точку відліку цієї шкали приймається найтихіший звук, який може сприйняти вухо людини.» [2 с.154].

  В.І. Коробко в книзі "Золота пропорція й проблеми гармонії систем" (1998 р.) наводить дані, які свідчать про значення золотого перетину для шкали гучності стосовно людського голосу.

Максимальна гучність звуку, що викликає болючі відчуття, дорівнює 130 дб. Якщо розділити цей  інтервал "золотим перетином", що дорівнює 1,618, то одержимо 80 дб, які  характерні для гучності людського  лементу. Якщо тепер 80 дб розділити "золотим  перетином", то одержимо 50 дб, що відповідає гучності людської мови. Нарешті, якщо розділити 50 дб квадратом "золотого перетину" 2,618, то одержимо 20 децибел, що відповідає шепоту людини.

2.1. Характеристики шуму.

      Звуковою  потужністю називають потужність  звука,  який  випромінюється джерелом в усіх напрямах простору, що оточує джерело. У цьому  розумінні  це інтегральна характеристика шуму, який створюється  джерелом.  Зазначимо,  що джерело звука випромінює звукову потужність, а  звуковий  тиск  є  наслідком цього випромінювання. Слух людини сприймає звуковий тиск, а  причиною  цього сприймання є звукова потужність джерела.      

      Звуковий тиск та  інтенсивність  звука  є  точковими  характеристиками звукового поля. Вони залежать від розташування  точки  вимірювання  та  умов поширення звукових хвиль. Звукова  потужність  не  залежить  від  зазначених факторів, тому є унікальною мірою шумності даного джерела шуму.

     «Шумове забруднення навколишнього середовища увесь час зростає. Особливо це стосується великих міст. Опитування жителів міст довело, що шум турбує більше 50% опитаних. Причому, в останні десятиліття рівень шуму зріс у 10—15 разів. Неспрятливий вплив шуму на людину залежить не тільки від рівня звукового тиску, а й від частотного діапазону шуму, а також від рівномірності його впливу впродовж часу. Кожне джерело шуму може бути представлене своїми утворюючими тонами у вигляді залежностей рівня звукового тиску від частоти (частотним спектром шуму або просто спектром). Спектри шумів можуть бути лінійчастими (дискретними), суцільними та змішаними. Більшість джерел шуму на підприємствах мають змішаний або суцільний спектр. При оцінці та аналізі шумів, а також при проведенні акустичних розрахунків, весь діапазон частот поділяють на смуги певної ширини. « Смуга частот, у якій відношення верхньої граничної частоти/2 до нижньої/, дорівнює 2, називається октавою. Якщо /2 / ff = v2 = 1,26, то ширина смуги дорівнює 1/3 октави.

        Широкосмугові шуми мають неперервний спектр, ширина якого перевищує 1 октаву, а в спектрі тональних шумів чути окремі тони. 
За часовими характеристиками шуми поділяються на постійні й непостійні. Постійними вважаються такі шуми, рівень звуку яких за восьмигодинний робочий день змінюється в часі не більш, ніж на 5 дБА. Непостійні шуми, рівень звуку яких змінюється за восьмигодинний робочий день більше, ніж на 5 дБА,» [2. с 189] у свою чергу, поділяються на коливальні в часі, переривчасті та імпульсні, які складаються із сигналів тривалістю менше 1 с. 
Людське вухо неоднаково відчуває звуки різних частот. Звуки малої частоти людина сприймає як менш гучні, порівняно зі звуками більшої частоти тієї ж інтенсивності. Тому для оцінки суб'єктивного відчуття гучності шуму введено поняття рівня гучності, який відлічується від умовного нульового порогу. Одиницею рівня гучності є фон. Він відповідає різниці рівнів інтенсивності в 1 дБ еталонного звуку за частоти 1000 Гц. Таким чином, при частоті 1000 Гц рівні гучності (у фонах) збігаються з рівнями звукового тиску (в дБ). Рівень гучності є фізіологічною характеристикою звукових коливань. За допомогою спеціальних фізіологічних досліджень були побудовані криві однакової гучності, за якими можна визначати рівень гучності будь-якого звуку із заданим рівнем звукового тиску. 
                  При дуже високому звуковому тиску може статися розрив барабанної перетинки. Найбільш несприятливими для органів слуху є високочастотні шуми (1000-10000Гц). 

2.2. Негативний вплив  шуму на людину.

           Шум також впливає безпосередньо на різні відділення головного мозку, змінюючи нормальні процеси вищої нервової діяльності. Цей вилив може негативно позначитися навіть раніше, ніж виникнуть проблеми із сприйняттям звуків органами слуху. Характерним впливом шуму є скарги на підвищення втомлюваності, загальну слабкість, роздратування, апатію, послаблення пам'яті, пітливість та інші нездужання. Практикою встановлено «також вплив шуму на органи зору людини - зниження гостроти зору та зниження чутливості розрізнення кольорів. Страждає від шуму також вестибулярний апарат, порушуються функції шлунково-кишкового тракту, підвищується внутрішньочерепний тиск, порушуються процеси обміну в організмі та ін. 
Шум, особливо непостійний (коливальний, переривчастий, імпульсний погіршує здатність до виконання точних робочих операцій, утруднює сприйняття інформації.» [7. с 35].

      Всесвітня організація охорони здоров'я (ВООЗ) відзначає, що найбільш чутливими до впливу шуму є такі операції, як збір інформації, складання і мислення. 
             Несприятливий вплив шуму на працюючу людину призводить до зниження продуктивності праці, створюються передумови для виникнення нещасних випадків та аварій. Все це визначає велике економічне і оздоровче значення заходів по боротьбі з шумом. Нормування шуму для робочих місць регламентується санітарними нормами та державним стандартом. Для постійних шумів нормування ведеться по граничному спектру шуму. «Граничним спектром зветься сукупність нормативних рівнів звукового тиску дев'яти стандартизованих октавних смугах частот із середньогео-метричними частотами 31,5,63,125, 500,1000,2000, 4000,8000 Гц. Кожен граничний спектр позначається цифрою, яка відповідає допустимому рівню звукового тиску (дБ) в октавній полосі із серед-ньогеометричною частотою 1000 Гц.» [7. с 42].

    Шум — один з видів звуку, який називають  «небажаним» звуком. Як відомо з  фізики, процес поширення коливального руху в середовищі називається звуковою хвилею, а область середовища, в якій поширюються звукові хвилі — звуковим полем. Розрізняють такі види шуму:

* ударний (штампування,  кування);

* механічний (тертя,  биття);

* аеродинамічний (в апаратах і трубопроводах  при великих швидкостях руху повітря).

    Зменшення рівня шуму поліпшує самопочуття  людини і підвищує продуктивність праці. З шумом необхідно боротися як на виробництві, так і в побуті. Уміння дотримуватися тиші — показник культури людини і її доброзичливого ставлення до навколишніх. Тиша потрібна людям так само, як сонце і свіже повітря.   

Людина  живе в середовищі, фактор шуму якої грає не останню роль у його житті.  Дослідженнями  доведено,  що  під  впливом  шуму,  навіть   помірної інтенсивності, погіршується працездатність, особливо  при  розумовій  праці.

      Негативний  вплив шуму тим сильніше, чим вище  його  тональність,  тривалість впливу  й  неоднорідність  спектрального  складу  в  результаті   імпульсних складових й окремих включень чистого тону.

      Тривалий вплив сильного шуму з рівнем від 90 дБ і вище може  викликати

в людини порушення слуху, розлад нервової системи  й  сприяти  захворюванням серцево-судинної системи. В останні роки з'явився навіть спеціальний  термін «шумова  хвороба».

      Лукрецій  Кар (І століття н.е.) : «Шкідливого багато нам в вуха іде». Ф.Інгерслев  (президент VI Міжнародного конгресу з акустики, ХХ                                                               століття н.е.) : «Шум - це яд». «Шум - це відходи цивілізації. Так зведемо ж ці відходи до мінімуму !» «Тишины хочу, тишины. Нервы, что ли, обожжены ?» Вознесенський.

        Усі ці висловлювання вірні. Шум - це дуже шкідливе явище. Він дуже негативно впливає на людину. З цього приводу проведено численні досліди. Один дуже цікавий дослід було проведено в Германії. Людей помістили в звуконепроникну кімнату. У них після дня праці в цих умовах спостерігалось погіршення настрою і самопочуття. Отже, відсутність шуму теж є шкідливим чинником. Тому рівень шуму не повинен виходити за певні рамки.

      «Рівень шуму у звичайній дискотеці не менший, ніж поблизу величезного авіалайнера, який готується злетіти, повідомляє британський науковий журнал «Нью Саєнтитс». Перевіривши слух 1800 молодих німців із Дюссельдорфа віком  
від 18 до 24 років, дослідники одержали вражаючі результати : кожний десятий з них страждає втратою слуху, який не можна відновити.» [8. с 145].

      Крім  того, у кожного четвертого спостерігається розлад функцій слуху.  
            Дивують й інші результати : десята частина молодих людей 16 - 18 років  
через серйозні пошкодження внутрішнього вуха розуміють людську мову середньої гучності з труднощами. Їм доводиться напружувати увагу, стежити  
за рухом губ, а то й здогадуватися про зміст сказаного за обривками слів.  
Особливо глушить тінейджерів «техно» - дикий шум, що мало асоціюється з  
музикою, децибели якого значно перевищують навіть гуркіт ковальського цеху Ткачихи, ковалі, водії поїздів у метро і обслуговуючий персонал  
аеродромів - постійні клієнти лікарів, що займаються відновленням слуху. Що  
поробиш такі професії. Зараз до цих пацієнтів стали активно приєднуватись  
школярі та студенти. Що поробиш - така мода : «…хлопці й дівчата з навушниками від плеєра - діло звичайне. І все ж таки щось  
треба робити, якщо ми не хочемо, щоб у нового покоління був «відбитий»  
слух. Адже у ткацькому цеху рівень шуму - 90 - 100 децибел, на  
дискотеці - 80 - 100 дБ. Сила звуку плеєра може досягати 114 дБ - зовсім  
небагато до 120 дБ (шуму злітаючого літака), коли починається больовий  
поріг.» [8. с 134].