Η ηχορύπανση, τα ανεπιθύμητα ή υπερβολικά επίπεδα ήχου μπορεί να έχουν επιβλαβείς επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία και στην ποιότητα του περιβάλλοντος. Εμφανίζεται συνήθως σε πολλές βιομηχανικές εγκαταστάσεις και σε ορισμένους άλλους χώρους εργασίας. Καθώς και η ηχορύπανση που σχετίζεται με την οδική, σιδηροδρομική και εναέρια κυκλοφορία και υπαίθριες δραστηριότητες.
Μέτρηση και αντίληψη της έντασης
Τα ηχητικά κύματα είναι δονήσεις μορίων αέρα που μεταφέρονται από μια πηγή θορύβου στο αυτί. Συνήθως περιγράφεται ως προς την ένταση (πλάτος) και το βήμα (συχνότητα) του κύματος. Το επίπεδο ηχητικής πίεσης ή SPL μετριέται σε λογαριθμικές μονάδες που ονομάζονται ντεσιμπέλ (dB). Το φυσιολογικό ανθρώπινο αυτί μπορεί να ανιχνεύσει έναν τόνο που κυμαίνεται από 0 dB (κατώφλι ακοής) έως 140 dB. Ταυτόχρονα, ήχοι από 120 dB έως 140 dB προκαλούν πόνο.
Ποιο είναι το επίπεδο ήχου, για παράδειγμα, στη βιβλιοθήκη; Είναι περίπου 35 dB, ενώ μέσα σε ένα κινούμενο λεωφορείο ή τρένο μετρό είναι περίπου 85. Οικοδομικές εργασίεςΤα κτίρια μπορούν να παράγουν έως και 105 dB SPL στην πηγή. Το SPL μειώνεται με την απόσταση από το θέμα.
Η ταχύτητα με την οποία μεταδίδεται η ηχητική ενέργεια ονομάζεται ένταση, ανάλογη του τετραγώνου του SPL. Λόγω της λογαριθμικής φύσης της κλίμακας ντεσιμπέλ, μια αύξηση 10 σημείων αντιπροσωπεύει μια 10πλάσια αύξηση στην ένταση του ήχου. Στα 20, εκπέμπει 100 φορές περισσότερο. Και τα 30dB αντιπροσωπεύουν 1000x αύξηση στην ένταση.
Από την άλλη πλευρά, όταν η ένταση διπλασιάζεται, το επίπεδο έντασης του ήχου αυξάνεται μόνο κατά 3 πόντους. Για παράδειγμα, εάν ένα οικοδομικό τρυπάνι παράγει θόρυβο 90 dB, τότε δύο πανομοιότυπα εργαλεία που λειτουργούν δίπλα-δίπλα θα δημιουργήσουν 93 dB. Και όταν συνδυάζονται δύο ήχοι που διαφέρουν περισσότερο από 15 πόντους στο SPL, οι αδύναμοι τόνοι καλύπτονται (ή πνίγονται) από τον δυνατό ήχο. Για παράδειγμα, εάν ένα τρυπάνι λειτουργεί στα 80 dB σε ένα εργοτάξιο δίπλα σε μια μπουλντόζα στα 95, το συνδυασμένο επίπεδο πίεσης αυτών των δύο πηγών θα μετρηθεί ως 95. Ένας λιγότερο έντονος τόνος από τον συμπιεστή δεν θα είναι αντιληπτός.
Η συχνότητα ενός ηχητικού κύματος εκφράζεται σε κύκλους ανά δευτερόλεπτο, αλλά το hertz χρησιμοποιείται πιο συχνά (1 cps=1 Hz). Η ανθρώπινη τυμπανική μεμβράνη είναι ένα εξαιρετικά ευαίσθητο όργανο με μεγάλο δυναμικό εύρος, ικανό να ανιχνεύει ήχους σε συχνότητες που κυμαίνονται από 20 Hz (χαμηλό τόνο) έως περίπου 20.000 Hz (υψηλό τόνο). Η τονικότητα της ανθρώπινης φωνής στην κανονική συνομιλία εμφανίζεται σε συχνότητες από 250 Hz έως 2000 Hz.
Η ακριβής μέτρηση της στάθμης του ήχου και η επιστημονική περιγραφή διαφέρουν από τις περισσότερες υποκειμενικές ανθρώπινες αντιλήψεις και απόψεις σχετικά με αυτό. Οι μεμονωμένες ανθρώπινες αντιδράσεις στον θόρυβο εξαρτώνται τόσο από τον τόνο όσο και από την ένταση. Τα άτομα με φυσιολογική ακοή συνήθως αντιλαμβάνονται ήχους υψηλής συχνότητας πιο δυνατούς από ήχους χαμηλής συχνότητας του ίδιου πλάτους. Για το λόγο αυτό, οι ηλεκτρονικοί μετρητές θορύβου λαμβάνουν υπόψη τις αλλαγές στην αντιληπτή ένταση με το βήμα.
Φίλτρα συχνότητας στους μετρητές χρησιμεύουν για να ταιριάζουν οι μετρήσεις με την ευαισθησία του ανθρώπινου αυτιού και τη σχετική ένταση των διαφόρων ήχων. Το λεγόμενο φίλτρο A-weighted, για παράδειγμα, χρησιμοποιείται συνήθως για τη διάγνωση της γύρω κοινότητας. Οι μετρήσεις SPL που πραγματοποιούνται με αυτό το φίλτρο εκφράζονται σε ντεσιμπέλ με στάθμιση A ή dBA.
Οι περισσότεροι άνθρωποι αντιλαμβάνονται και περιγράφουν μια αύξηση 6-10 dBA στο SPL ως διπλασιασμό της "δυνατότητας". Ένα άλλο σύστημα, η κλίμακα C-weighted (dBS), χρησιμοποιείται μερικές φορές για επίπεδα θορύβου πρόσκρουσης όπως η λήψη και τείνει να είναι πιο ακριβές από το dBA για την αντιληπτή ένταση των ήχων με στοιχεία χαμηλής συχνότητας.
Τα επίπεδα θορύβου τείνουν να αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου, επομένως τα δεδομένα μετρήσεων παρουσιάζονται ως μέσοι όροι για να εκφράσουν τα συνολικά επίπεδα ήχου. Υπάρχουν διάφοροι τρόποι για να γίνει αυτό. Για παράδειγμα, μια σειρά επαναλαμβανόμενων μετρήσεων στάθμης ήχου θα μπορούσε να αναφερθεί ως L 90=75 dBA, που σημαίνει ότι οι τιμές ήταν ίσες ή μεγαλύτερες από 75 dBA για το 90 τοις εκατό του χρόνου.
Μια άλλη μονάδα που ονομάζεται μοίρες ισοδύναμου ήχου (L eq) μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την έκφραση του μέσου όρου SPL σε οποιαδήποτε περίοδο ενδιαφέροντος, όπως μια εργάσιμη ημέρα οκτώ ωρών.(Το L eq είναι μια λογαριθμική τιμή, όχι μια αριθμητική τιμή, επομένως τα δυνατά συμβάντα κυριαρχούν στο συνολικό αποτέλεσμα.)
Μια μονάδα στάθμης ήχου που ονομάζεται Τιμή θορύβου ημέρας-νύχτας (DNL ή Ldn) λαμβάνει υπόψη το γεγονός ότι οι άνθρωποι είναι πιο ευαίσθητοι στον τόνο τη νύχτα. Έτσι, 10-dBA προστίθεται στις τιμές SPL που μετρώνται μεταξύ 10 π.μ. και 7 π.μ. Για παράδειγμα, οι μετρήσεις DNL είναι πολύ χρήσιμες για την περιγραφή της συνολικής έκθεσης στο θόρυβο του αεροσκάφους.
Εργασία με εφέ
Ο θόρυβος είναι κάτι περισσότερο από απλή ενόχληση. Σε ορισμένα επίπεδα και διάρκεια έκθεσης, μπορεί να προκαλέσει φυσική βλάβη στο τύμπανο και ευαίσθητα τριχωτά κύτταρα στο εσωτερικό αυτί, με αποτέλεσμα προσωρινή ή μόνιμη απώλεια ακοής.
Συνήθως δεν εμφανίζεται σε SPL κάτω από 80 dBA (τα επίπεδα επιρροής οκτώ ωρών είναι καλύτερα να διατηρούνται κάτω από 85). Αλλά οι περισσότεροι άνθρωποι που εκτίθενται επανειλημμένα σε περισσότερα από 105 dBA θα έχουν κάποιο βαθμό μόνιμης απώλειας ακοής. Επιπλέον, η υπερβολική έκθεση στον θόρυβο μπορεί επίσης να αυξήσει την αρτηριακή πίεση και τον καρδιακό ρυθμό, να προκαλέσει ευερεθιστότητα, άγχος και πνευματική κόπωση και να παρεμποδίσει τον ύπνο, τη χαλάρωση και την οικειότητα.
Έλεγχος ηχορύπανσης
Ως εκ τούτου, είναι σημαντικό να διατηρείτε τη μέγιστη σιωπή στο χώρο εργασίας και στην κοινωνία. Οι κανονισμοί και οι νόμοι για τον θόρυβο που θεσπίζονται σε τοπικό, περιφερειακό και εθνικό επίπεδο μπορούν να είναι αποτελεσματικοί στον μετριασμό των αρνητικών επιπτώσεων της ηχορύπανσης.
Περιβαλλοντικά καιΤο βιομηχανικό βουητό ρυθμίζεται βάσει του νόμου περί ασφάλειας και υγείας στην εργασία και του νόμου εναντίον του. Σύμφωνα με αυτούς τους κανονισμούς, η Υπηρεσία Ασφάλειας και Υγείας στην Εργασία καθόρισε κριτήρια για τον βιομηχανικό θόρυβο για να επιβάλει όρια στην ένταση της έκθεσης στον ήχο και στη διάρκεια για την οποία μπορεί να επιτρέπεται αυτή η ένταση.
Εάν ένα άτομο εκτεθεί σε διαφορετικά επίπεδα θορύβου σε διαφορετικές ώρες κατά τη διάρκεια της ημέρας, η συνολική έκθεση ή η δόση (D) του θορύβου λαμβάνεται από την αναλογία,
όπου C είναι ο πραγματικός χρόνος και T ο επιτρεπόμενος χρόνος σε οποιοδήποτε επίπεδο. Χρησιμοποιώντας αυτόν τον τύπο, η πιο δυνατή ημερήσια δόση θορύβου θα ήταν 1 και οποιαδήποτε έκθεση πάνω από αυτή θα ήταν απαράδεκτη.
Μέγιστο επίπεδο ήχου
Τα κριτήρια για το θόρυβο σε εσωτερικούς χώρους συνοψίζονται σε τρία σετ προδιαγραφών που προέκυψαν με τη συλλογή υποκειμενικών κρίσεων από ένα μεγάλο δείγμα ανθρώπων σε διάφορες συγκεκριμένες καταστάσεις. Αυτά έχουν εξελιχθεί σε κριτήρια θορύβου (NC) και προτιμώμενες καμπύλες τόνου (PNC), που θέτουν όρια στο επίπεδο που εισάγεται στο περιβάλλον. Οι καμπύλες NC, που αναπτύχθηκαν το 1957, στοχεύουν να παρέχουν ένα άνετο περιβάλλον εργασίας ή διαβίωσης καθορίζοντας τη μέγιστη επιτρεπόμενη στάθμη ήχου σε ζώνες οκτάβων σε ολόκληρο το φάσμα ήχου.
Ένα πλήρες σύνολο 11 καμπυλών ορίζει κριτήρια θορύβου για ένα ευρύ φάσμα καταστάσεων. Τα γραφικά PNC, που αναπτύχθηκαν το 1971, προσθέτουν όρια στο βουητό χαμηλής συχνότητας και στο σφύριγμα υψηλής συχνότητας. Ως εκ τούτου, προτιμώνταιπαλαιότερο πρότυπο NC. Συνοψισμένα στις καμπύλες, αυτά τα κριτήρια παρέχουν σχεδιαστικούς στόχους για τα επίπεδα θορύβου για διάφορες ιδέες. Μέρος της προδιαγραφής εργασίας ή οικοτόπου είναι η αντίστοιχη καμπύλη PNC. Σε περίπτωση που η στάθμη υπερβαίνει τα όρια PNC, ενδέχεται να εισαχθούν στο περιβάλλον υλικά απορρόφησης ήχου, ανάλογα με τις ανάγκες για συμμόρφωση με τα πρότυπα.
Τα χαμηλά επίπεδα θορύβου μπορούν να ξεπεραστούν με πρόσθετο απορροφητικό υλικό, όπως βαριές κουρτίνες ή πλακάκια εσωτερικού χώρου. Όπου τα χαμηλά επίπεδα αναγνωρίσιμου θορύβου μπορεί να αποσπούν την προσοχή ή όπου το απόρρητο των συνομιλιών σε παρακείμενα γραφεία και χώρους υποδοχής μπορεί να είναι σημαντικό, οι ανεπιθύμητοι ήχοι μπορεί να καλύπτονται. Μια μικρή πηγή λευκού θορύβου, όπως ο στατικός αέρας, που τοποθετείται σε ένα δωμάτιο μπορεί να κρύψει τη συνομιλία από τα κοντινά γραφεία χωρίς να αποτελεί θανατηφόρο επίπεδο ήχου στα αυτιά των ανθρώπων που εργάζονται κοντά.
Αυτός ο τύπος συσκευής χρησιμοποιείται συχνά στα γραφεία γιατρών και άλλων επαγγελματιών. Μια άλλη μέθοδος μείωσης του θορύβου είναι η χρήση προστατευτικών ακοής, τα οποία φοριούνται πάνω από τα αυτιά με τον ίδιο τρόπο όπως οι ωτοασπίδες. Με τη χρήση προστατευτικών που διατίθενται στο εμπόριο, μπορεί να επιτευχθεί μείωση του τόνου στο εύρος συνήθως από 10 dB στα 100 Hz έως πάνω από 30 dB για συχνότητες πάνω από 1.000 Hz.
Εντοπισμός επιπέδου ήχου
Τα όρια εξωτερικού θορύβου είναι επίσης σημαντικά για την ανθρώπινη άνεση. Η κατασκευή ενός κτιρίου θα παρέχει κάποια προστασία από εξωτερικούς ήχους εάν το κτίριο πληροί ελάχιστες προδιαγραφές και εάντο επίπεδο θορύβου είναι εντός αποδεκτών ορίων.
Αυτά τα όρια καθορίζονται συνήθως για ορισμένες περιόδους της ημέρας, όπως κατά τη διάρκεια της ημέρας, το βράδυ και τη νύχτα κατά τον ύπνο. Λόγω της διάθλασης στην ατμόσφαιρα που προκαλείται από την αναστροφή της θερμοκρασίας τη νύχτα, μπορούν να εκπέμπονται σχετικά δυνατοί ήχοι από έναν μάλλον μακρινό αυτοκινητόδρομο, αεροδρόμιο ή σιδηρόδρομο.
Μία από τις ενδιαφέρουσες μεθόδους ελέγχου του θορύβου είναι η κατασκευή ηχοφραγμών κατά μήκος του αυτοκινητόδρομου, που τον χωρίζουν από παρακείμενες κατοικημένες περιοχές. Η αποτελεσματικότητα τέτοιων δομών περιορίζεται από τη διάθλαση του ήχου περισσότερο σε χαμηλές συχνότητες, που επικρατούν στους δρόμους και είναι εγγενείς στα μεγάλα οχήματα. Για να είναι αποτελεσματικά, πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά στην πηγή ή τον παρατηρητή του θορύβου, μεγιστοποιώντας έτσι την περίθλαση που απαιτείται για να φτάσει ο ήχος στον παρατηρητή. Μια άλλη απαίτηση για αυτόν τον τύπο φραγμού είναι ότι πρέπει επίσης να περιορίζει τον αριθμό των επιπέδων ήχου προκειμένου να επιτευχθεί σημαντική μείωση του θορύβου.
Ορισμός και παραδείγματα
Το Decibel (dB) χρησιμοποιείται για τη μέτρηση των επιπέδων ήχου, αλλά χρησιμοποιείται επίσης ευρέως στα ηλεκτρονικά, τα σήματα και τις επικοινωνίες. DB - λογαριθμικός τρόπος περιγραφής της εφαπτομένης. Ο λόγος μπορεί να εκδηλωθεί ως ισχύς, ηχητική πίεση, τάση ή ένταση ή πολλά άλλα πράγματα. Αργότερα συσχετίζουμε τα dB με το τηλέφωνο και τον ήχο (σε σχέση με την ένταση). Αλλά πρώτα, για να πάρετε μια ιδέα για τις λογαριθμικές εκφράσεις, ας δούμε μερικούς αριθμούς.
Για παράδειγμα, μπορούμε να υποθέσουμε ότι υπάρχουν δύο ηχεία,το πρώτο από τα οποία παίζει έναν ήχο με ισχύ P 1 και το άλλο μια πιο δυνατή εκδοχή του ίδιου τόνου με ισχύ P 2, αλλά όλα τα άλλα (πόσο μακριά, συχνότητα) παραμένουν ίδια.
Η διαφορά ντεσιμπέλ μεταξύ τους ορίζεται ως
10 ημερολόγιο (P 2 / P 1) dB όπου το ημερολόγιο είναι για τη βάση 10.
Αν το δεύτερο παράγει διπλάσια ενέργεια από το πρώτο, η διαφορά είναι σε dB
10 αρχείο καταγραφής (P 2 / P 1)=10 log 2=3 dB,
όπως φαίνεται στο γράφημα που απεικονίζει 10 ημερολόγιο (P 2 / P 1) έναντι P 2 / P 1. Για να συνεχίσουμε το παράδειγμα, εάν το δεύτερο έχει 10 φορές τη δύναμη του πρώτου, η διαφορά σε dB θα ήταν:
10 αρχείο καταγραφής (P 2 / P 1)=10 log 10=10 dB.
Αν το δεύτερο είχε την ίδια δύναμη ένα εκατομμύριο φορές, η διαφορά dB θα ήταν
10 αρχείο καταγραφής (P 2 / P 1)=10 ημερολόγιο 1 000 000=60 dB.
Αυτό το παράδειγμα δείχνει ένα χαρακτηριστικό της κλίμακας ντεσιμπέλ που είναι χρήσιμο όταν συζητάμε τον ήχο. Μπορούν να περιγράψουν πολύ μεγάλες σχέσεις χρησιμοποιώντας αριθμούς μέτριου μεγέθους. Αλλά πρέπει να προσέξετε ότι το ντεσιμπέλ αντιπροσωπεύει την αναλογία. Δηλαδή, δεν θα ειπωθεί πόση ισχύ εκπέμπει κάποιο από τα ηχεία, μόνο από τη διαφορά. Και επίσης δώστε προσοχή στον παράγοντα 10 στον ορισμό, που σημαίνει deci σε ντεσιμπέλ.
Ακουστική πίεση και dB
Η συχνότητα μετριέται συνήθως με μικρόφωνα και ανταποκρίνονται (περίπου) ανάλογα με την πίεση, s. Τώρα η δύναμη του ηχητικού κύματος σε άλλαυπό τις ίδιες συνθήκες ισούται με το τετράγωνο του κεφαλιού. Ομοίως, η ηλεκτρική ισχύς σε μια αντίσταση πηγαίνει όπως η τάση πολλαπλασιάζεται. Ο λογάριθμος του τετραγώνου είναι μόνο 2 log x, επομένως κατά τη μετατροπή της πίεσης σε ντεσιμπέλ εισάγεται ένας συντελεστής 2. Επομένως, η διαφορά στο βαθμό ακουστικής πίεσης μεταξύ δύο επιπέδων ήχων με p 1 και p 2 είναι:
20 ημερολόγιο (p 2 / p 1) dB=10 ημερολόγιο (p 22 / p 1 2) dB=10 ημερολόγιο (P 2 / P 1) dB.
Τι συμβαίνει όταν η ισχύς του ήχου μειωθεί στο μισό;
Ο λογάριθμος του 2 είναι 0,3, άρα το 1/2 είναι 0,3. Έτσι, εάν η ισχύς μειωθεί κατά 2 φορές, τότε η στάθμη του ήχου θα μειωθεί κατά 3 dB. Και αν κάνετε ξανά αυτήν τη λειτουργία, τότε η ακουστική θα μειωθεί κατά άλλα 3 dB.
Μέγεθος ντεσιμπέλ
Μπορείτε να δείτε παραπάνω ότι η μείωση στο μισό της ισχύος μειώνει την πίεση στη ρίζα 2 και το επίπεδο ήχου κατά 3 dB.
Το πρώτο δείγμα είναι ο λευκός θόρυβος (ένα μείγμα όλων των ακουστικών συχνοτήτων). Το δεύτερο δείγμα είναι ο ίδιος τόνος με την τάση μειωμένη κατά συντελεστή της τετραγωνικής ρίζας 2. Η αντίστροφή του είναι περίπου 0,7, άρα 3 dB αντιστοιχούν σε μείωση τάσης ή πίεσης έως και 70%. Η πράσινη γραμμή δείχνει το ακροφύσιο ως συνάρτηση του χρόνου. Το κόκκινο σκιαγραφεί μια συνεχή εκθετική πτώση. Σημειώστε ότι η τάση πέφτει κατά 50% για κάθε δεύτερο δείγμα.
Αρχεία ήχου και flash animation από τους John Tann και George Hatsidimitris.
Πόσο μεγάλο είναι ένα ντεσιμπέλ;
Βστην ακόλουθη σειρά, τα διαδοχικά δείγματα μειώνονται μόνο κατά μία μονάδα.
Τι γίνεται αν η διαφορά είναι μικρότερη από ένα ντεσιμπέλ;
Τα επίπεδα ήχου σπάνια δίνονται με δεκαδικά ψηφία. Ο λόγος είναι ότι αυτά που διαφέρουν λιγότερο από 1 dB είναι δύσκολο να διακριθούν.
Και μπορείτε επίσης να δείτε ότι το τελευταίο παράδειγμα είναι πιο αθόρυβο από το πρώτο, αλλά είναι δύσκολο να δείτε τη διαφορά μεταξύ διαδοχικών ζευγών. 10log 10 (1,07)=0,3. Επομένως, για να αυξήσετε το επίπεδο ήχου κατά 0,3 dB, πρέπει να αυξήσετε την ισχύ κατά 7% ή την τάση κατά 3,5%.
