Презентація на тему:
ШУМ ТА НАВКОЛИШНЄ СЕРЕДОВИЩЕ

Ю. Посудін. Моніторинг довкілля з основами метрології Лекція 7 ШУМ ТА НАВКОЛИШНЄ СЕРЕДОВИЩЕ Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 7 ACOUSTICAL MONITORING

АКУСТИКА Галузь фізики, що вивчає пружні коливання звукового (20-20000 Гц), ультразвукового ( 20000 Гц) та інфразвукового ( 20 Гц) називається акустикою.

ШУМ

ШУМ Є декілька визначень терміну шум: Перше визначення: шум являє собою звукові коливання, інтенсивність і частота яких змінюються несподівано та аперіодично. Згідно другому визначенню, шум є звук, який накладається на другий звук і взаємодіє з ним, тобто небажаний для нашого слуху звук. У третьому сенсі шум – це будь-який звук, який заважає людині. Наприклад, звуки музики є корисними звуками для музиканта і шумом у другому сенсі для людей, що розмовляють, або шумом у третьому сенсі для людини, яка хоче заснути.

Визначення шуму An expert on noise, K.D. Kryter (1996) in his text, Handbook of Hearing and the Effects of Noise, (New York Academic Press) defined noise as: "acoustic signals which can negatively affect the physiological or psychological well-being of an individual."

ПСИХОАКУСТИКА Міждисциплінарна дисципліна, що вивчає вплив шуму на здоров’я людини, називається психоакустикою

Класифікація шуму Професійний шум (Occupational noise) – шум на робочих місцях Шум у навколишньому середовищі (Environmental noise) – шум в інших місцях (наприклад, побутовий шум, транспорт, спорт, музика тощо).

Розподіл шуму за інтенсивністю Мінімальний за інтенсивністю звук (наприклад, дзижчання бджоли, шелестіння листя) становить Імін = 10-12 Вт/м2, тоді як максимальний (наприклад, ревіння двигуна реактивного літака) дорівнює Імакс = 10 Вт/м2.

Оцінювання інтенсивності звуку Ix Відношення Ix/I0, де I0 є опорна інтенсивність але ΔI = 12 порядків

Бел Логарифм відношення Ix/I0 дає виличину оцінювання інтенсивності звуку, що отриала назву бел на честь А. Белла (Alexander Graham Bell), винахідника телефону: L = log(Ix/I0)

Рівень інтенсивності звуку L = 10lg(Іх/І0) де Іх – інтенсивність звукової хвилі; І0 – мінімальна інтенсивність (для повітря становить 10-12 Вт/м2). Тут L вимірюється в децибелах (дб).

Фізіологічний зміст 1 дб 26 %

Гінес

According to the New York Post Maria Sharapova shouts at 101.2 decibels. For comparison, the sound level of rock concert is 110 decibels.

Еквівалентний рівень звуку

Еквівалентний рівень звуку де L – миттєвий рівень інтенсивності звуку; Т – час усереднення (звичайно, 1, 8 або 24 год).

Еквівалентний рівень звуку Приклад Розглянемо чотири часових інтервали протягом 15 хвилин, протягом яких рівні інтенсивності звуку становили 55, 58, 56 та 70 дб відповідно. Визначити еквівалентний рівень звуку, що утворювався за годину. Розв’язок Відповідно попередній формулі можна записати: Lекв = 10lg( ¼ )(1055/10 + 1058/10 + 1056/10 +1070/10) = 64,5 дб.

Сумарний шум де Li рівень інтенсивності звуку кожного джерела; N – кількість джерел.

Сумарний шум Приклад Окремі вклади в шум п’яти машин становили: 85, 88, 80, 70 та 95 дб. Визначити сумарний шум, що відчувається у місці розташування машин. Розв’язок Використовуючи попереднє рівняння, отримуємо: Lсум = 10lg (1085/10 + 1088/10 + 1080/10 + 1070/10 + 1095/10) = 96,25 дб.

Розподіл шуму за частотою Спектральна густина потужності шуму розподілена за законом 1/f . Так, для білого шуму = 0, для рожевого та блакитного = 1, для коричневого та фіолетового = 2, для чорного 2.

Розподіл шуму за частотою Білий шум Рожевий шум

Розподіл шуму за частотою Коричневий шум Блакитний шум

Розподіл шуму за частотою Фіолетовий шум Сірий шум

Спектральна чутливість слухового аналізатора

Спектральна чутливість слухового аналізатора Наприклад, ми вимірюємо звук з інтенсивністю 10-10 Вт/м2 (20 дб). Якщо частота в одному випадку 50 Гц (зелена лінія), в другому 4000 Гц (коричнева лінія), то в першому випадку ми не відчуваємо звук, тоді як в другому відчуваємо. Якщо звук має складний характер, то за однією інтенсивністю звуку відчуття, що викликаються цим звуком, залежать від того, яка частина спектру знаходиться усередині області чутності, а яка - зовні цієї області.

А-корекція В зв’язку з цим шумоміри обладнані спеціальними корегуючими пристроями, які дозволяють наблизити їх частотні характеристики до області слухового сприйняття людини. Найбільш близькою до цих вимог є А-корекція; результати вимірювання визначають у децибелах-А (дбА).

А-корекція

Фільтри

ДЖЕРЕЛА ШУМУ Відпочинок: зброя, картинги, моделі аеропланів, рожки, мотоцикли, музика Дома: пилососи, збирання сміття, збирання листя, дриль, кавоварка, іграшки По дорозі: реклама, автомобілі, авіатранспорт, метро Робота: тривожна сигналізація, інструменти, машини, прилади

Іграшки When used in ordinary play, some types of battery-driven toy guns can create noise levels between 110 and 135 dB, corresponding to the noise generated by a heavy truck, a rock concert or an airliner at take-off. Less, but consistent, noise from music boxes or robots (85-95 dB) can also be damaging.

ШУМОВЕ ЗАБРУДНЕННЯ Шумове забруднення (еnvironmental noise) є звуки, що утворюються людьми, тваринами або механізмами та які порушують активність або життєвий баланс живих організмів.

Шумове забруднення Впродовж дня мешканці великих міст змушені терпіти шумові перевантаження на рівні 65 70 дб і більше. Є прямий зв’язок між інтоксикацією шумом і серцевими хворобами. В зонах великих аеропортів, де рівень шумів досягає 100 дб, збільшився продаж снодійних ліків, а діти цих районів гірше засвоюють навчальний матеріал.

В зонах великих аеропортів рівень шумів досягає 100 дб

Шум рективного аеролайнера досягає 150 дб

ТРИВОЖНІ СИСТЕМИ

ШУМОВЕ ЗАБРУДНЕННЯ

Небезпечний шум Звуки, інтенсивність яких перевищує 80 децибел, є небезпечними для людини.

Рівні небезпеки Слабкий рівень 30 дб – шепотіння, тиха бібліотека Помірний 40-50 дб – помірний дощ, спокійна кімната Інтенсивний 60-80 дб – будильник, дорожній рух, пилосос Дуже інтенсивний 90-110 дб – газонокосарка, дриль, рок-музика, автострада, барабани Який викликає болісні відчуття 120-150 дб - відбійний молоток, пожежна сирена, реактивний двигун

Рекомендовані норми шуму 30 35 дб на територіях заповідників; 34 37 дб у спальних приміщеннях (будинки, лікарні, квартири); 56 66 дб у приміщеннях магазинів, заводів тощо.

Оцінювання тривалості дії шуму Шум 90 дб впродовж 8 годин відповідає еквівалентному рівню Lекв = 90 дб Шум 100 дб впродовж 2 годин відповідає еквівалентному рівню Lекв = 94 дб

ШУМОВІ ДОЗИ Втрати слуху відбуваються за: рівнем шуму 90 дб впродовж 8 годин або 100 дб впродовж 2 годин

Industrial Noise Control Occupational Safety & Health Administration (OSHA) has established permissible noise exposure limits to help avoid the standard threshold shifts in working.

Вплив шуму на здоров’я

Шумове забруднення навколишнього середовища Протягом дня мешканці великих міст змушені терпіти шумові перевантаження на рівні 65 70 дб і більше. Є прямий зв’язок між інтоксикацією шумом і серцевими хворобами.

Шумове забруднення Шум величиною 90 дб та більше викликає різноманітні фізіологічні порушення. Верхня межа для людини становить 140 дб, при 160 170 дб відбувається пошкодження барабанної перетинки вуха людини.

Індукований шумом пороговий зсув (ІШПЗ) Для кількісного оцінювання впливу шуму на слух використовують параметр, що характеризує зміну слухової чутливості – індукований шумом пороговий зсув, який визначають шляхом вимірювання порогу слухової чутливості до і після дії шуму.

Індукований шумом пороговий зсув (ІШПЗ)

Індукований шумом пороговий зсув у чоловіків

Індукований шумом пороговий зсув у жінок

Індукований шумом пороговий зсув (ІШПЗ) Вимірювання порогу слухової чутливості до і після дії шуму. Слух здатний відновлюватися після припинення дії шуму на рівнях інтенсивності, що не перевищує 30 дб, вже через 16 24 год.

Індукований шумом пороговий зсув (ІШПЗ) Ряд організацій (The National Institute on Deafness and Other Communication Disorders (NIDCD), National Institutes of Health (NIH) the National Institute on Environmental Health Sciences (NIEHS) and the National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) відзначили, що втрати слуху через шум починаються у значно меншому віці, ніж це було 30 років тому.

Вплив шуму на здоров’я

ВПЛИВ ШУМУ НА ЗДОРОВ’Я Відповідно до даних (The National Institute on Deafness and Other Communication Disorders) більш, ніж 30 мільйонів американців приречені до регулярної дії небезпечних звуків. Близько 28 мільйонів американців страждають різними рівнями втрати слуху.

Інші проблеми Відомо, що шум також викликає: Збільшення артеріального тиску; Порушення функціонування серцево-судинної системи; Збільшення частоти дихання; Порушення травлення; Негативний вплив на плід впродовж вагітності; Безсоння; Інтенсифікація дії таких факторів як алкоголь, старіння.

Вплив шуму на навколишнє середовище Шум викликає стреси у тваринному світі, порушує баланс між хижаками та жертвами, утруднює комунікацію тварин, особливо з точки зору репродукції та навігації.

ВПЛИВ ШУМУ НА КИТІВ Яскравим прикладом негативної дії шуму є смертельні виходи деяких видів китів, викликані дією військових сонарів.

Захисти себе від шуму Вживання слухових протекторів. Обмеження часу шумової експозиції. Зменшення гучності. Вивчення негативних ефектів, що викликаються шумом. Проходження тестування у аудіолога. Постійний контроль рівня шуму.

ВИМІРЮВАННЯ ШУМУ

Конденсаторний мікрофон Під впливом звукової хвилі діафрагма вигинається, відстань між пластинами і ємність конденсатора відповідно змінюються, що викликає зміну електричного сигналу в системі реєстрації.

П’єзоелектричний мікрофон П’єзоелектричний мікрофон також містить діафрагму, але вона пов’язана з п’єзокристалом, який під впливом звукової хвилі перетворює механічні коливання діафрагми в електричний сигнал.

Електретний мікрофон Електретний мікрофон базується на використанні електрета – діелектрика, що тривало зберігає поляризований стан після зняття зовнішньої дії, яка викликає поляризацію.

ВИМІРЮВАННЯ ШУМУ

Аналізатори частоти шуму Дозволяють оцінити шумовий сигнал на кожній частоті одночасно. Результати аналізу виводяться на дисплей і демонструють залежність рівня інтенсивності звуку від частоти.

Аналізатори шуму

Тип джерела шуму Відстань від джерела Поглинання атмосфери та ґрунту Вітер Температура та температурні градієнти Перешкоди, перепони, будівлі Вологість, опади Фактори, що впливають на поширення шуму

Шумовий бар’єр Шумовий бар’єр – це є зовнішня структура, що захищає певні ділянки від шумового забруднення. Шумові бар’єри є ефективним засобом захисту від шуму транспортних артерій, промислових підприємств та інших джерел шуму.

ЗАПОБІГАННЯ ШУМУ The fourth Wednesday in April has been declared International Noise Awareness Day. As part of International Noise Awareness Day, a "Quiet Diet" is encouraged and is launched by observing 60 seconds of no noise from 2:15 to 2:16 PM.

МОНІТОРИНГ ШУМУ Моніторинг шуму передбачає: планування розташування джерел шуму, врахування та запис побажань та скарг мешканців як під час планування, так й після нього, оцінювання відповідності активності джерел шуму законотворчим нормам та актам, вимірювання рівнів шуму у польових умовах, підрахунки рівнів шуму, картографування розташування джерел шуму, тренінг спеціалістів, використання захисних та шумоізоляційних засобів, підготовка звітів для мешканців або адміністрації регіону, архівування даних.

Моніторинг шуму

ЗВУКОВА ІЗОЛЯЦІЯ Звукова ізоляція R стінки визначається за виразом: R = 10lgІі /Іt, де Іі інтенсивність джерела небажаного звуку; Іt інтенсивність звуку, який проходить через стінку.

Звукова ізоляція Рівень звукової ізоляції дорівнює: R = Le −L0 +10lg(A/Sст) де Le та L0 – рівень тиску звуку у кімнатах, де знаходиться джерело звуку та де звук сприймається відповідно; А – поглинання, Sст площа стінки.

Час реверберації Час реверберації це швидкість, з якою звук загасає до рівня 1/106 початкової інтенсивності (що відповідає зменшенню рівня інтенсивності на 60 дб). Час реверберації пропорційний об’єму V кімнати та обернено пропорційний поглинанню: де Si – площа кожної поверхні, через х, яку проходить звук; αi - коефіцієнт поглинання кожної поверхні

Звукова ізоляція Приклад Дві кімнати відділені одна від одної стіною площею 12 м2. Рівень тиску звуку у кімнатах, де знаходиться джерело звуку та де звук сприймається, становить Le = 110 дб та L0 = 63м дб. Визначити рівень звукової ізоляції стіни, якщо поглинання звуку в другій кімнаті дорівнює А = 3 м2. Розв’язання Використаємо рівняння звукової ізоляції: R = Le – L0 + 10lg(A/S)= 110 дб 63 дб + 10lg(3/12)= 47 10 0,6 = 41 дб.