Шум
Опубликовано Редактор 18-03-2010 (7279 прочтений)Нередко шум несет важную информацию. Летчик по гулу двигателей определяет, как они работают. Авто- или мотогонщик внимательно прислушивается к звукам, которые издает мотор, шасси, другие части движущегося аппарата, ведь любой посторонний шум может быть предвестником аварии. По шуму, создаваемому по ходу кораблями и подводными лодками, их обнаруживают и пеленгуют. Шум играет существенную роль в акустике, оптике, радиотехнике, радиоастрономии, теории информации, вычислительной технике, медицине...
Что же такое шум? Под ним понимают беспорядочные сложные колебания различной природы: акустические, тепловые, электрические и т.п. Здесь речь идет лишь об акустическом шуме.
Проблема шума возникла очень давно. Уже в древние времена звук колес по булыжной мостовой вызывал у многих бессонницу. Именно поэтому дорогу перед домом посыпали песком или устилали соломой. А может быть, проблема эта возникла еще раньше - когда соседи по пещере начинали ссориться из-за того, что один из них слишком сильно стучал, изготавливая каменный нож или топор?
Шумовое загрязнение окружающей среды все время растет. Если в 1948 году при обследовании жителей крупных зарубежных городов на вопрос, беспокоит ли шум, когда вы находитесь в квартире, утвердительно ответили 23% опрошенных, то в 1961-м - уже 50%. В последнее десятилетие уровень шума в больших городах вырос в 10 - 15 раз.
Шум - один из видов звука, правда, его часто называют "нежелательным звуком".
Напомним, что звук - это колебательное движение частиц любой упругой среды (воздуха, жидкости, твердого тела), распространяющееся в виде волн. Человек слышит звук, когда частота колебаний лежит в пределах 16 - 20000 Гц (1Гц - герц - одно колебание в секунду). Звук с частотой ниже 16 Гц называют инфразвуком, выше 20000 Гц - ультразвуком (до 109 Гц), в диапазоне 109 - 1013 Гц - гиперзвуком.
При распространении звуковой волны, состоящей из сгущений и разрежений воздуха, давление на барабанную перепонку меняется. Это давление можно измерять в ньютонах на квадратный метр (Н/м2), а интенсивность (мощность звука в любой точке - поток энергии, приходящийся на единичную площадку, - выразить, например, в ваттах на квадратный метр (Вт/м2).
Минимальный звук, который человек ощущает, называют порогом слышимости. У разных людей он различен, и поэтому условно за порог слышимости принято звуковое давление, равное 2х10-5 Н/м2 при 1000 Гц, или соответствующая ему интенсивность звука (Рo) 10-12 Вт/м2.
Именно с этими величинами сравнивают измеряемый звук. Например, если недалеко от нас разбегается для взлета реактивный самолет, то интенсивность звука (Р) от его моторов равна 10 Вт/м2, то есть превышает пороговую в 1013 (10 триллионов) раз. Оперировать с такими большими числами неудобно, поэтому принято уровень громкости звука выражать в белах — логарифме отношения измеренной интенсивности Р к эталонной Ро, то есть число белов N равно lgP/Ро. Так, уровень шума реактивного самолета N=lg10/10-12=lg 10-13=13. Получила распространение более мелкая единица измерения: одна десятая часть бела—децибел (1 дБ=0,1 Б). Следовательно, шум, производимый реактивным самолетом, равен 130 децибелам. Единица измерения "бел" названа по имени изобретателя телефона А. Белла (1847—1922).
Наглядное представление о том, как связаны между собой интенсивность звука, звуковое давление и уровень громкости, дает таблица.
Надо помнить, что бел — это логарифм отношения двух одноименных физических величин, и тогда не будут возникать ошибки при сравнении различных звуков по их уровню. Например, если тихий шелест листьев оценивается в 1 Б, а громкий разговор в 6,5 Б, то отсюда не следует, что речь превышает по громкости шелест листьев в 6,5 раза. В соответствии с определением бела получаем, что речь "шумнее" шелеста листьев в 316 000 раз (10-6,5/10-1 = 10-5,5=316 000).
В середине прошлого века немецкий физик и психолог Г. Т. Фехнер установил закон восприятия, который гласит: величина ощущения пропорциональна логарифму величины раздражения. Так что громкость звука оценивается логарифмической зависимостью не случайно.
Восприятие звука зависит не только от его количественных характеристик (звукового давления или интенсивности), но и от его "качества" — частоты. Один и тот же по силе звук на разных частотах отличается по громкости. Некоторые люди не слышат звуков высоких частот. Так, у пожилых верхняя граница восприятия звука понижается до 6000 Гц. Они не слышат, например, писка комара и трелей сверчка, которые издают звуки с частотой около 20 000 Гц. Известный английский физик Д. Тиндаль так описывает одну из своих прогулок с товарищем: "Луга по обеим сторонам дороги кишели насекомыми, которые для моего слуха наполняли воздух своим резким жужжанием, но мой друг ничего этого не слышал — музыка насекомых лежала вне границ его слуха".
На цветной вкладке представлены различные "производители" шума. Иногда рядом с названием источника звука стоят числа, скажем, 100 м, 7 м. Это означает, что сила звука измерялась на указанном удалении от источника; если же рядом с надписью нет числа, значит, измерения сделаны вблизи источника. Напомним, что громкость звука убывает обратно пропорционально квадрату расстояния от источника.
Если значение громкости превышает 80 дБ, то такой шум уже может вредно влиять на здоровье: повышать кровяное давление, вызывать нарушение ритма сердца, а продолжительное воздействие интенсивного шума ведет к глухоте. Очень сильный звук (свыше 180 дБ) в состоянии даже вызвать разрыв барабанной перепонки.
Уменьшение уровня шума улучшает самочувствие рабочих и повышает производительность труда.
| Интенсивность, Вт/м2 | Звуковое давление, H/м2 | Уровень звука, дБ |
| 100000000 | 200000 | 200 |
| 10000 | 2000 | 160 |
| 1 | 20 | 120 |
| 0,0001 | 0,2 | 80 |
| 0,00000001 | 0,002 | 40 |
| 0,000000000001 | 0,00002 | 0 |
С шумом необходимо бороться не только на производстве, но и в быту. Умение соблюдать тишину — показатель культуры человека и его доброго отношения к окружающим. Тишина нужна людям так же, как солнце и свежий воздух.
В. Лишевский
кандидат физико-математических наук
журнал "Наука и жизнь" 1985/7
