Hladina zvuku: detekce šumu v decibelech

Hlukové znečištění, nežádoucí nebo nadměrné hladiny zvuku mohou mít škodlivé účinky na lidské zdraví a kvalita životního prostředí. Obvykle se vyskytuje v mnoha průmyslových zařízeních a na některých dalších pracovištích. Stejně jako hlukové znečištění je spojeno s automobilovým, železničním a letovým provozem as venkovními pracemi.

Měření a vnímání hlasitosti

Zvukové vlny jsou vibrace molekul vzduchu přenášené ze zdroje hluku do ucha. To je obvykle popsáno z hlediska hlasitosti (amplitudy) a výšek (frekvence) vlny. Hladina akustického tlaku neboli SPL se měří v logaritmických jednotkách zvaných decibely (db). Normální lidské ucho dokáže detekovat tón v rozmezí od 0 dB (práh sluchu) do 140 dB. V tomto případě zvuky od 120 dB do 140 dB způsobují bolest.

Jaká úroveň zvuku je například v knihovně? Je to asi 35 dB a uvnitř jedoucího autobusu nebo vlaku metra je to asi 85. Stavební práce budovy mohou generovat SPL až 105 db ve zdroji. SPL se snižují s odstupem od položky.

Rychlost přenosu zvuková energie, nazývá se intenzita úměrná druhé mocnině UZD. Vzhledem k logaritmické povaze decibelové stupnice představuje zvýšení o 10 bodů 10násobné zvýšení intenzity zvuku. O 20 více než 100krát. A při 30 dB představuje 1000násobné zvýšení intenzity.

A na druhou stranu, když se napětí zdvojnásobí, úroveň hlasitosti zvuku se zvýší pouze o 3 body. Například pokud stavební vrták způsobí hluk 90 dB, pak dva identické nástroje pracující vedle sebe vytvoří 93 dB. A když se spojí dva zvuky, které se na SPL liší o více než 15 bodů, slabé tóny jsou maskovány (nebo umlčeny) hlasitým zvukem. Pokud například na staveništi běží 80 dB vrták vedle 95 buldozeru, bude kumulativní úroveň tlaku těchto dvou zdrojů měřena jako 95. Méně intenzivní tón z kompresoru nebude patrný.

Frekvence zvukové vlny je vyjádřena v cyklech za sekundu, ale častěji se používá Hertz (1 cps = 1 Hz). Lidský ušní bubínek je velmi citlivý orgán s velkým dynamickým rozsahem, který dokáže detekovat zvuky při frekvencích od 20 Hz (nízká výška) do přibližně 20 000 Hz (vysoká úroveň zvuku). Klíč lidského hlasu v běžné konverzaci se vyskytuje při frekvencích mezi 250 Hz a 2000 Hz.

Přesné měření hladiny zvuku a vědecký popis se liší od většiny subjektivních lidských reprezentací a názorů na něj. Individuální reakce člověka na hluk závisí jak na výšce, tak na hlasitosti. Lidé s normálním sluchem obvykle vnímají vysokofrekvenční zvuky hlasitěji než nízkofrekvenční zvuky stejné amplitudy. Z tohoto důvodu elektronické měřiče hladiny hluku zohledňují změny vnímaného objemu v závislosti na výšce tónu.

Frekvenční filtry v měřičích slouží k přizpůsobení odečtů citlivosti lidského ucha a relativní hlasitosti různých zvuků. Například takzvaný a-vážený filtr se obvykle používá k diagnostice okolní komunity. Měření SPL provedená tímto filtrem jsou vyjádřena v decibelech vážených A nebo DBA.

Většina lidí vnímá a popisuje zvýšení hodnoty SPL o 6-10 dba jako zdvojnásobení "hlasitosti". Jiný systém, Stupnice C-vážená (DBS), někdy používaná pro úrovně nárazového šumu, jako je střelba, a má tendenci být přesnější než DBA pro vnímanou hlasitost zvuků s nízkofrekvenčními komponentami.

Hladiny hluku se obvykle mění s časem, takže data měření jsou prezentována jako průměrné hodnoty pro vyjádření celkových hladin zvuku. Je několik způsobů udělejte to. Například výsledky řady opakovaných měření hladiny zvuku mohou být reprezentovány jako L 90 = 75 dBA, což znamená, že veličiny byly stejné nebo vyšší než 75 dba po dobu 90 procent času.

Další blok s názvem ekvivalentní stupně zvuku (l eq) lze použít k vyjádření průměrné SPL v jakémkoli sledovaném období, například osmihodinové pracovní den. (L eq je logaritmická, nikoli aritmetická hodnota, takže obecnému výsledku dominují vysoce profilované události.)

Jednotka hladiny zvuku zvaná velikost šumu "den-noc" (DNL nebo L DP) bere v úvahu skutečnost, že lidé jsou citlivější na tón v noci. Takže 10-dBA se přidá k SPL hodnot měřených v rozmezí od 10 hodin do 7 hodin ráno. Například měření DNL jsou velmi užitečná pro popis celkové expozice hluku letadel.

Práce s efekty

Hluk je víc než jen obtěžování. Při určitých úrovních a trvání expozice může způsobit fyzické poškození ušního bubínku a citlivých vlasových buněk vnitřního ucha a vést k dočasné nebo trvalé ztrátě sluchu.

Obvykle se nevyskytuje u SPL pod 80 dba (osmihodinové úrovně vlivu je lepší udržovat ne více než 85). Ale většina lidí znovu vystavených více než 105 dba bude mít do jisté míry trvalou ztrátu sluchu. Kromě toho může nadměrný účinek hluku také zvýšit krevní tlak a srdeční frekvenci, způsobit podrážděnost, úzkost a duševní únavu a také narušit spánek, odpočinek a osobní komunikace.

Kontrola znečištění hlukem

Proto je důležité udržovat maximální ticho na pracovišti a ve společnosti. Předpisy a zákony proti hluku přijaté na místní, regionální a národní úrovni mohou být účinné při zmírňování negativních účinků znečištění hlukem.

Environmentální a průmyslový hukot je regulován zákonem o bezpečnosti a zdraví při práci a zákonem o boji proti němu. V souladu s těmito akty stanovila správa bezpečnosti a ochrany zdraví při práci kritéria pro průmyslový hluk, aby zavedla omezení na intenzita zvuku expozice a doba trvání, po kterou lze toto napětí vyřešit.

Pokud je osoba vystavena různým hladinám hluku v různých časových intervalech během dne, je celkový účinek nebo dávka (d) šumu odvozena z poměru,

kde C je skutečný čas a T je přípustné na jakékoli úrovni. Při použití tohoto vzorce bude nejvyšší možná denní dávka hluku 1 a jakákoli expozice nad je nepřípustná.

Maximální úroveň zvuku

Kritéria pro hluk v místnosti jsou shrnuta ve třech sadách specifikací, které byly získány shromážděním subjektivních úsudků z velkého vzorku lidí v různých konkrétních situacích. Ty se vyvinuly do šumových kritérií (NC) a preferovaných tónových křivek (PNC), které stanovují limity úrovně vložené do životní prostředí. Křivky NC vyvinuté v roce 1957 mají za cíl poskytnout pohodlnou pracovní nebo obytnou sféru stanovením maximální přípustné úrovně zvuku v oktávových pásmech v celém zvukovém spektru.

Kompletní sada 11 křivek definuje hlučná kritéria pro širokou škálu situací. Grafy PNC vyvinuté v roce 1971 přidávají omezení nízkofrekvenčního hučení a vysokofrekvenčního syčení. Proto jsou upřednostňovány před starším standardem NC. Shrnuto v křivkách, tato kritéria poskytují cíle pro navrhování úrovní hluku pro různé nápady. Součástí specifikace práce nebo stanoviště je odpovídající křivka PNC. V případě, že hladina překročí limity PNC, mohou být materiály pohlcující zvuk zavedeny do životního prostředí potřeby shody standard.

Nízká hlučnost může být překonána dodatečným absorpčním materiálem, jako jsou těžké závěsy nebo kryté dlaždice. Tam, kde může být nízká úroveň identifikovatelného hluku rušivá nebo kde může být důležité soukromí konverzací v sousedních kancelářích a přijímacích místnostech, mohou být nežádoucí zvuky maskovány. Malý zdroj bílého šumu, jako je statický vzduch umístěný v místnosti, může maskovat konverzaci ze sousedních místností, aniž by byl smrtelnou hladinou zvuku pro uši lidí pracujících v okolí.

Tento typ zařízení se často používá v ordinacích lékařů a dalších odborníků. Další metodou snižování hluku je použití ochrany sluchu, která se nosí na uších stejným způsobem jako sluchátka. Použitím komerčně dostupných ochranných pomůcek lze dosáhnout snížení úrovně tónu v rozmezí obvykle od 10 dB při 100 Hz do více než 30 dB pro frekvence nad 1 tisíc. Hz.

Určete hladinu zvuku

Omezení vnějšího hluku jsou také důležitá pro pohodlí člověka. Stavba budovy poskytne určitou ochranu před vnějšími zvuky, pokud dům splňuje minimální standardy a pokud je hladina hluku v přijatelných mezích.

Tato omezení jsou obvykle uvedena pro konkrétní období dne, například během denního světla, ve večerních hodinách a v noci během spánku. Vzhledem k lomu v atmosféře způsobenému inverzí teploty v noci mohou být relativně hlasité zvuky vydávány z poměrně vzdálené dálnice, letiště nebo železnice.

Jednou ze zajímavých metod kontroly hluku je výstavba hlukových bariér podél trati, která ji odděluje od okolních obytných oblastí. Účinnost takových struktur je omezena difrakcí zvuku Více při nízkých frekvencích, které převládají na silnicích a jsou vlastní větším vozidlům. Aby byly účinné, musí být co nejblíže zdroji nebo pozorovateli šumu, čímž maximalizují difrakci potřebnou k dosažení zvuku pozorovatele. Další požadavek na tohoto typu bariérou je také omezit množství úrovní zvuku, aby bylo dosaženo významného snížení hluku.

Definice a příklady

Decibel (db) se používá k měření hladiny zvuku, ale je také široce používán v elektronice, signálech a komunikaci. DB-logaritmický způsob popisu dotyku. Postoj se může projevit jako výkon, zvukový tlak, napětí nebo intenzita, nebo několik dalších věcí. Později spojíme dB s telefonem a zvukem (kvůli hlasitosti). Ale nejprve, abychom získali představu o logaritmických výrazech, podívejme se na některá čísla.

Lze například předpokládat, že existují dva reproduktory, z nichž první produkuje zvuk se silou P 1 a druhý hlasitější verzi stejného tónu s výkonem P 2, ale všechno ostatní (jak daleko, frekvence) zůstává stejné.

Rozdíl v decibelech mezi nimi je dán

10 log (P ₂ / P ₁) db, kde log pro základnu 10.

Pokud druhý produkuje dvakrát tolik energie než první, je rozdíl v dB

10 log (P ₂ / P ₁) = 10 log 2 = 3 dB,

jak je znázorněno v grafu, který zobrazuje 10 log (P ₂ / P ₁) vs P ₂ / P ₁. Pro pokračování příkladu, pokud má druhý 10krát větší výkon než první, bude rozdíl v dB:

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

Pokud by druhá měla stejnou sílu milionkrát, rozdíl v dB by byl

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

Tento příklad ukazuje jednu vlastnost decibelových stupnic, která je užitečná při diskusi o zvuku. Mohou popsat velmi velké vztahy pomocí čísel skromné velikosti. Ale nutné všimnout si, co decibel zobrazuje poměr. To znamená, že nebude řečeno, jaký výkon některý z reproduktorů vyzařuje, pouze z rozdílu. A také stojí za to věnovat pozornost faktoru 10 v definici, která označuje decibely v decibelech.

Akustický tlak a DB

Frekvence se obvykle měří pomocí mikrofonů a reagují (přibližně) úměrně tlaku, s. Nyní se výkon zvukové vlny za jiných stejných podmínek rovná čtverci hlavy. Podobně elektrický výkon v rezistoru jde jako střídavé napětí. Logaritmus čtverce je pouze 2 log X, takže při převodu tlaku na decibely se zadá faktor 2. Proto je rozdíl ve stupni akustické hlavy mezi dvěma úrovněmi zvuků s p 1 a p 2:

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

Co se stane, když dojde ke snížení výkonu zvuku na polovinu?

Logaritmus 2 je 0,3, takže 1/2 je 0,3. Pokud je tedy výkon snížen dvakrát, hladina zvuku se sníží o 3 dB. A pokud tuto operaci provedete znovu, akustika klesne o další 3 dB.

Velikost decibelu

Výše lze pozorovat, že snížení výkonu o polovinu snižuje tlak na kořen 2 a hlasitost zvuku o 3 dB.

Prvním vzorkem je bílý šum (směs všech slyšitelných frekvencí). Druhý vzorek je stejný tón s napětím sníženým o faktor druhé odmocniny 2. Jeho inverzní hodnota je přibližně 0,7, takže 3 dB odpovídá snížení napětí nebo tlaku na 70%. Zelená čára ukazuje trysku jako funkci času. Červená nastiňuje nepřetržitý exponenciální pokles. Je třeba věnovat pozornost poklesu napětí o 50% U každého druhého vzorku.

Zvukové soubory a flash animace John Tann a George Hatzidimitris.

Jak velký je decibel?

V následujících sériích jsou sekvenční vzorky sníženy pouze o jeden bod.

Co když je rozdíl menší než decibel?

Hladiny zvuku jsou zřídka uvedeny s desetinnými místy. Důvodem jsou rozdíly menší než 1 db je obtížné rozlišit.

A lze si také všimnout, co je poslední příklad je tišší než první, ale je těžké vidět rozdíl mezi po sobě jdoucími páry. 10 * log 10 (1,07) = 0,3. Pro zvýšení hladiny zvuku o 0,3 dB je proto nutné zvýšit výkon o 7% nebo napětí o 3,5%.