Громкость звука. Уровень шума и его источники

Физическая характеристика громкости звука - уровень звукового давления, в децибелах (дБ). «Шум» - это беспорядочное смешение звуков.

Звуки с низкой и высокой частотой кажутся тише, чем среднечастотные той же интенсивности. С учётом этого, неравномерную чувствительность человеческого уха к звукам разных частот модулируют с помощью специального электронного частотного фильтра, получая, в результате нормирования измерений, так называемый эквивалентный (по энергии, "взвешенный") уровень звука с размерностью дБА (дБ(А), то есть - с фильтром "А").

Человек, в дневное время суток, может слышать звуки громкостью от 10-15 дБ  и выше. Максимальный диапазон частот для человеческого уха, в среднем - от 20 до 20 000 Гц (возможный разброс значений: от 12-24 до 18000-24000 герц). В молодости - лучше слышен среднечастотный звук с частотой 3 КГц, в среднем возрасте - 2-3КГц, в старости - 1КГц. Такие частоты, в первые килогерцы (до 1000-3000 Гц - зона речевого общения) - обычны в телефонах и по радио на СВ и ДВ диапазонах. С возрастом, воспринимаемый на слух звуковой диапозон сужается: для высокочастотных звуков - уменьшаясь до 18 килогерц и менее (у пожилых людей, каждые десять лет - примерно на 1000Гц), а для низкочастотных - увеличиваясь от 20 Гц и более.

У спящего человека, основным источником сенсорной информации об окружающей обстановке - становятся уши ("чуткий сон"). Чувствительность слуха, ночью и при закрытых глазах - увеличивается на 10-14 дБ (до первых децибел, по шкале дБА), по сравнению с дневным временем суток, поэтому - громкий, резкий шум с большими скачками громкости, может разбудить спящих людей.

В случае отсутствия на стенах помещений звукопоглощающих материалов (ковров, специальных покрытий), звук будет громче из-за многократного отражения (реверберации, то есть - эха от стен, потолка и мебели), что увеличит уровень шума на несколько децибел.

Шкала шумов (уровни звука, децибел), в таблице

Децибел,  дБА	Характеристика	Источники звука
0	Ничего не слышно
5	Почти не слышно
10	Почти не слышно	тихий шелест листьев
15	Едва слышно	шелест листвы
20	Едва слышно	шепот человека (на расстоянии 1 метр).
25	Тихо	шепот человека (1м)
30	Тихо	шепот, тиканье настенных часов.  Допустимый максимум по нормам для жилых помещений ночью, с 23 до 7 ч.
35	Довольно слышно	приглушенный разговор
40	Довольно слышно	обычная речь.  Норма для жилых помещений днём, с 7 до 23 ч.  Подробнее читать в "Российской газете"
45	Довольно слышно	обычный разговор
50	Отчётливо слышно	разговор, пишущая машинка
55	Отчётливо слышно	Верхняя норма для офисных помещений класса А (по европейским нормам)
60	Шумно	Норма для контор
65	Шумно	громкий разговор (1м)
70	Шумно	громкие разговоры (1м)
75	Шумно	крик, смех (1м)
80	Очень шумно	крик, мотоцикл с глушителем.
85	Очень шумно	громкий крик, мотоцикл с глушителем
90	Очень шумно	громкие крики, грузовой железнодорожный вагон (в семи метрах)
95	Очень шумно	вагон метро (в 7 метрах снаружи или внутри вагона)
100	Крайне шумно	оркестр, вагон метро (прерывисто), раскаты грома Максимально допустимое звуковое давление для наушников плеера (по европейским нормам)
105	Крайне шумно	в самолёте (до 80-х годов ХХ столетия)
110	Крайне шумно	вертолёт
115	Крайне шумно	пескоструйный аппарат (1м)
120	Почти невыносимо	отбойный молоток (1м)
125	Почти невыносимо
130	Болевой порог	самолёт на старте
135	Контузия
140	Контузия	звук взлетающего реактивного самолета
145	Контузия	старт ракеты
150	Контузия, травмы
155	Контузия, травмы
160	Шок, травмы	ударная волна от сверхзвукового самолёта
При уровнях звука свыше 160 децибел - возможен разрыв барабанных перепонок и лёгких,  больше 200 - смерть (шумовое оружие)

Максимально допустимые уровни звука (LАмакс, дБА) - больше "нормальных" на 15 децибел. Например, для жилых комнат квартир допустимый постоянный уровень звука в дневное время - 40 децибелов, а временный максимальный - 55.

Неслышный шум  - звуки с частотами менее 16-20 Гц (инфразвук) и более 20 КГц (ультразвук). Низкочастотные колебания в 5-10 герц могут вызывать резонанс, вибрацию внутренних органов и влиять на работу мозга. Низкочастотные акустические колебания усиливают ноющие боли в костях и суставах у больных людей. Источники инфразвука: автомобили, вагоны, гром от молнии и т.д. 

Высокочастотный звук и ультразвук с частотой 20-50 килогерц, воспроизводимый с модуляцией на несколько герц - применяются для отпугивания птиц с аэродромов, животных (собак, например) и насекомых (комаров, мошкары).

На рабочих местах  предельно допустимые, по закону, эквивалентные уровни звука для прерывистого шума: максимальный уровень звука не должен превышать 110 дБА, а для импульсного шума - 125 дБАI. Запрещается даже кратковременное пребывание в зонах с уровнями звукового давления свыше 135 дБ в любой октавной полосе. 

Шум, издаваемый компьютером, принтером и факсом в комнате без звукопоглощающих материалов - может превышать уровень 70 db. Поэтому не рекомендуется размещать много оргтехники в одном помещении. Слишком шумное оборудование должно выноситься за пределы помещения, где располагаются рабочие места. Снизить уровень шума можно, если использовать шумопоглощающие материалы в качестве отделки помещения и занавески из плотной ткани. Помогут и противошумные бируши для ушей. 

Плачь ребёнка, по сравнению с другими звуками такой же громкости - гораздо сильнее действует на психику человека, в качестве раздражителя и стимула к активным физическим действиям (успокоить, накормить и т.д.)

При возведении зданий и сооружений, в соответствии с современными, более жесткими требованиями звукоизоляции, должны применяться технологии и материалы, способные обеспечить надёжную защиту от шума.

Для пожарной сигнализации : уровень звукового давления полезного аудиосигнала, обеспечиваемый оповещателем, должен быть не менее 75 дБА на расстоянии 3 м от оповещателя и не более 120 dba в любой точке защищаемого помещения (п.3.14 НПБ 104-03). 

Сирена большой мощности и корабельный ревун - давит больше 120-130 децибел. 

Спецсигналы  (сирены и "крякалки" - Air Horn), устанавливаемые на служебном транспорте, регламентируются ГОСТ Р 50574 - 2002. Уровень звукового давления сигнального устройства при подаче специального звук. сигнала, на расстоянии 2 метра по оси рупора, должен быть не ниже: 
116 дБ(А) - при установке излучателя звука на крыше транспортного средства; 
122 дБА - при установке излуч-ля в подкапотное пространство автотранспорта. 
Изменения основной частоты должны быть от 150 до 2000 Гц. Продолжительность цикла - от 0,5 до 6,0 с. 

Клаксон гражданского автомобиля, согласно ГОСТ Р 41.28-99 и Правил ЕЭК ООН №28, должен издавать непрерывный и монотонный звук с уровнем акустического давления не более 118 децибел. Такого порядка максимально допустимые значения - и для автосигнализации.

Если городской житель, привыкший к постоянному шуму, окажется на некоторое время в полной тишине (в сухой пещере, например, где уровень шума - менее 20 db), то он вполне может испытать депрессивные состояния вместо отдыха.

Прибор шумометр для измерения уровня звука, шума

Для измерения уровня шума применяется прибор  шумомер  (на фото), который производят в разных модификациях: бытовые (ориентировочная цена - 3-4 т.р, диапазоны измерения: 30-130 дБ, 31,5 Гц - 8 кГц, фильтры А и С), промышленные (интегрирующие и т.д.) Наиболее распространённые модели: SL, октава, svan. Для измерений инфразвуковых и ультразвуковых шумов применяются широкодиапазонные шумометры.

Частотные диапазоны звука

Поддиапазоны спектра звуковых частот, на которые настроены фильтры двух- или трёхполосных акустических систем: низкочастотный - колебания до 400 герц; 
среднечастотный - 400-5000 Гц; 
высокочастотный - 5000-20000Гц

Скорость звука и дальность его распространения

Приблизительная скорость слышимого, среднечастотного звука (частотой порядка 1-2 кГц) и максимальная дальность его распространения в различных средах: 
в воздухе - 344.4 метров в секунду (при температуре 21.1 по шкале Цельсия) и примерно 332 м/с - при нуле градусов; 
в воде - приблизительно 1.5 километра в секунду; 
в дереве твёрдых сортов - порядка 4-5 км/с вдоль волокон и в полтора раза меньше - поперёк. 

При 20 °С., скорость звука в пресной воде равна 1484м/с (при 17° - 1430), в морской - 1490 м/с. 

Скорость звука в металлах и других твёрдых телах(приведены величины только самых быстрых, продольных упругих волн): 
в нержавеющей стали - 5.8 километров в секунду. 
Чугун - 4.5 
Лёд - 3-4км/с 
Медь - 4.7 км/с 
Алюминий - 6.3км/с 
Полистирол - 2.4 километров в секунду. 

С повышением температуры и давления, скорость звука в воздухе - возрастает. В жидкостях - обратная зависимость по температуре. 

Скорости распространения упругих продольных волн в массивах горных пород, м/с: 
почва - 200-800 
песок сухой / влажный - 300-1000 / 700-1300 
глина - 1800-2400 
известняк - 3200-5500 

Уменьшают дальность распространения звука, вдоль поверхности земли - высокие преграды (горы, здания и строения), противоположное направление ветра и его скорость, а так же другие факторы (пониженное атмосферное давление, повышенная температура и влажность воздуха). Расстояния, на которых источник громкого шума почти не слышно - обычно, от 100 метров (при наличии высоких преград или в густом лесу), до 300-800 м. - на открытой местности (при попутном среднем ветре - дальность увеличивается до километра и более). С расстоянием "теряются" (быстее гасятся и рассеиваются) более высокие частоты и остаются низкочастотные звуки. Максимальная дальность распространения инфразвука средней интенсивности (человек его не слышит, но воздействие на организм есть) - десятки и сотни километров от источника. 

Интенсивность затухания (коэффициент поглощения) звука средних частот (порядка 1-8 кГц), при нормальном атмосферном давлении и температуре, над землей с невысокой травой, в степи - приблизительно 10-20 дБ на каждые 100 метров. Поглощение пропорционально квадрату частоты акустических волн. 

// комментарий автора сайта KAKRAS.RU 
Если во время грозы вы увидели сильную молнию и через 12 секунд услышали первые раскаты грома - это значит, что молния ударила в четырёх километрах от вас ( 340 * 12 = 4080 м.) В приблизительных расчётах принимается - три секунды на километр расстояния (в воздушном пространстве) до источника звука. 

Линия распространения звуковых волн отклоняется в направлении уменьшения скорости звука (рефракция на градиенте температуры), то есть, солнечным днём, когда воздух у поверхности земли теплее, чем вышележащий - линия распространения звуковых волн изгибается вверх, но если верхний слой атмосферы окажется теплее приземного, то звук пойдёт оттуда обратно вниз и слышно будет лучше. 

Дифракция звука - огибание волнами препятствия, когда его размеры сравнимы с длиной волны или меньше ее. Если намного больше длины волны, то звук отражается (угол отражения равен углу падения), а позади препятствий формируется зона акустической тени. 

Отражения звуковой волны, её рефракция и дифракция - вызывают многократное эхо (реверберацию), что оказывает значительное влияние на слышимость речи и музыки в помещении или за его пределами, что учитывается при звукозаписи, для получения живого звучания (путём размещения в оптимально близких зонах стереокартины малогабаритных микрофонов с острой характеристикой направленности, для записи прямого звука, с последующим сведением и микшированием «сухой» записи процессором в цифру или используя дальние-равноудалённые, хорошо настроенные микрофоны окружения с дополнительной записью отражённых звуков). 

От инфразвука не спасает обычная звукоизоляция.

Бинауральные биения (Binaural Beat Frequency)

Когда правое и левое ухо слышат звуки (например, из наушников плеера, f < 1000 герц, f1 - f2 < 25 Гц) двух различных частот - мозг, в результате обработки этих сигналов, получает третью, разностную частоту биения (бинауральный ритм, который равен арифметической разнице их частоты), "слышимую" как низкочастотные колебания, совпадающие с диапазоном обычных мозговых волн (дельта - до 4 Гц, тета - 4-8Гц, альфа - 8-13Гц, бета - 13-30 Гц). Этот биологический эффект учитывается и используется в студиях звукозаписи - для передачи низких частот, не воспроизводимых напрямую динамиками обычных стереосистем (вследствие конструкционных ограничений), но эти способы и методы, при неумелом применении, могут негативно сказаться на психологическом состоянии и настроении слушателя, так как отличаются от естественного, природного восприятия человеческим ухом шумов и звуков. 

// при бинауральном эффекте "слышны" не три, а два звука: первый - среднеарифметический, по частоте, от двух реальных, и второй - тактовый, смоделированный мозгом. При увеличении разницы частот (>20-30 герц) - звуки распадаются, в восприятии, на исходные, с их фактической частотой, и бин.эффект исчезает. Разница фаз звуковых волн, приходящих на правое и левое ухо - позволяет определять направление на источник звука / шума, громкость и тембр - расстояние до него.

Шумановский резонанс

В тех местах ионосферы, куда бьют электромагнитные волны достаточной мощности, при устоявшемся (с высокой добротностью сигнала) резонансе Шумана, особенно, на частотах первых его гармоник - появившиеся, при этом, плазменные сгустки начинают излучать инфразвуковые акустические (звуковые) волны. Конкретные ионосферные излучатели существуют до тех пор, пока продолжаются разряды молний в инициирующем грозовом очаге - примерно, до первых десятков минут. Для восьмигерцовой частоты, эти излучающие точки расположены на противоположной стороне земного шара, от источника электромагн. волн. На 14-герцовой - по треугольнику. Локальные, сильно ионизированные области в нижних слоях ионосферы (спорадический слой Еs) и плазменные отражатели - могут быть взаимосвязаны или пространственно совпадать.

Как сохранить свой слух

Длительное воздействие шума с уровнем более 80-90 децибелл может привести к частичной или полной потере слуха (на концертах, мощность акустических систем - может достигать десятков киловатт). Так же, при этом могут произойти патологические изменения в сердечно-сосудистой и нервной системе. Безопасны только звуки громкостью до 35 дБ.

Реакцией на длительное и сильное шумовое воздействие является «тиннитус» - звон в ушах, "шум в голове", который может перерасти в прогрессирующее снижение слуха. Характерно для возрастов старше 30 лет, при ослабленном организме, стрессах, злоупотреблении алкоголем и курении. В простейшем случае, причиной ушного шума или тугоухости может быть серная пробка в ухе, которая легко удаляется врачём-специалистом (промыванием или извлечением). Если воспалён слуховой нерв - это можно вылечить, тоже сравнительно легко (лекарствами, акупунктурой). Пульсирующий шум - более тяжёлый для лечения случай (возможные причины: сужение кровеносных сосудов при атеросклерозе или опухолях, а так же - подвывих шейных позвонков).

Чтобы уберечь слух :
• не увеличивать громкость звука в наушниках плеера, пытаясь заглушить внешний шум (в метро или на улице). При этом увеличивается и электромагнитное излучение на мозг от динамика наушника; 
• в шумном месте, для защиты органов слуха - использовать противошумные мягкие "беруши", вкладыши или наушники (шумопонижение эффективнее на высоких частотах звука). Их надо подгонять индивидуально под ухо. В полевых условиях - используют и лампочки от карманного фонаря (они не всем, но подходят по размеру). В стрелковом спорте применяют индивидуально отлитые "активные беруши" с электронной начинкой, пе цене - как телефон. Хранить их надо в упаковке. Лучше выбирать берши, сделанные из гипоаллергенного полимера, имеющие хороший SNR (шумоподавление), на уровне от 30 дБ и больше. При резких перепадах давления (в самолёте), для его выравнивания и уменьшения боли - нужно использовать специальные бируши с микроотверстиями; 
• в помещениях применять шумоизолирующие экологичные материалы для снижения шума; 
• при подводном погружении, чтобы не произошёл разрыв барабанной перепонки - вовремя продуваться (проводить продувание ушей зажав нос или глотательным движением). Сразу после дайвинга - нельзя на самолёт. Прыгая с парашютом - так же надо своевременно выравнивать давление, чтобы не получить баротравму. Последствия баротравмы: шум и звон в ушах (субъективный «тиннитус»), снижение слуха, боль в ухе, тошнота и головокружение, в тяжёлых случаях - потеря сознания. 
• с простудой и насморком, когда заложен нос и гайморовы пазухи, недопустимы резкие перепады давления: ныряние (гидростатическое давл-е - 1 атмосфера на 10 метров глубины погружения в воду, то есть: две - на десяти, три - на отметке 20 м. и т.д.), парашютные прыжки (0,01 атм. на 100 м. высоты, быстро увеличивается, с ускорением). 
// примерно семь с половиной миллиметров ртутного столба барометра - на каждые сто метров, по высоте. 
• давать своим ушам отдыхать от громкого шума. 

Приёмы, применяемые, обычно, для выравнивания давления с обеих сторон барабанной перепонки уха : глотание, зевание, продувание с закрытым носом. Артиллеристы, производя выстрел - открывают рот или закрывают уши ладонями рук. 

Частые причины снижения слуха : попадание в уши воды, инфекции (в том числе и органов дыхания), травмы и опухоли, образование серной пробки и её набухание при контакте с водой, длительное пребывание в шумной обстановке, баротравма при резком перепаде давления, воспаление среднего уха - отит (скопление жидкости за барабанной перепонкой). 

Ушные болезни лечит врач-отоларинголог.