Шум в селитебной зоне

Общее понятие о шуме

Шумы относятся к числу вредных для человека загрязнений окружающей среды. Представление о шуме включает всякие неприятные или нежелательные звуковые воздействия, мешающие восприятию полезных сигналов, нарушающие тишину, оказывающие вредное или раздражающее влияние на организм человека, снижающие его работоспособность.

Шум – это беспорядочное сочетание звуков различной частоты и интенсивности.

Звук – колебания частиц воздушной среды, которые воспринимаются органами слуха человека в направлении их распространения. Звук как физический процесс представляет собой волновое движение упругой среды. Ощущает человек механические колебания с частотами от 20 до 20 000 Гц.

С возрастом этот диапазон суживается, особенно за счет понижения слышимости высоких тонов, до частот 12 000 Гц и даже 6000–8000 Гц.

Ультразвуковой диапазон – свыше 20 кГц, инфразвук – меньше 20 Гц, устойчивый слышимый звук – 1000–3000 Гц.

Физические характеристики шума:

1) интенсивность звука, J (Вт/м²);

2) звуковое давление, P (Па);

3) частота, f (Гц).

При распространении звуковых волн имеет место перенос звуковой энергии, величина которого определяется интенсивностью звука.

Интенсивность звука – звуковая мощность на единицу площади, передаваемая в направлении распространения звуковой волны, количество энергии, переносимое звуковой волной за 1 с через площадь в 1 м², перпендикулярно распространению звуковой волны. J – интенсивность в точке измерения (Вт/м²).

Интенсивность звука связана со звуковым давлением выражением.

I=VP,

где P – среднеквадратичное звуковое давление;

V – среднеквадратичное значение колебательной скорости частиц в звуковой волне.

Звуковое давление – дополнительное давление воздуха, которое возникает при прохождении через него звуковой волны. Звуковое давление – переменная составляющая давления воздуха, возникающая вследствие колебаний источника звука, накладывающаяся на атмосферное давление.

Минимальное звуковое давление и минимальная интенсивность звуков, едва различимых слуховым аппаратом человека, называются пороговыми.

Чувствительность слухового аппарата человека наибольшая в диапазоне 2000–5000 Гц. Эталонный звук – звук частотой 1000 Гц. При этой частоте порог слышимости по интенсивности 10–12 Вт/м², а соответствующее ему звуковое давление р₀– 210 Па. Порог болевого ощущения I_тах =10 Вт/м². Различие в 1013 раз.

Учитывая протяженный частотный диапазон (20–20 000 Гц) при оценке источника шума, используется логарифмический показатель, который называется уровнем интенсивности (дБ).

Уровень звука обычно выражают в дБ.

При расчетах и нормировании используется такой показатель, как уровень звукового давления (дБ).

P – звуковое давление в точке измерения (Па);

P₀ – пороговое значение 2 x 10^–5 (Па).

При распространении звуковых волн в воздухе в каждой точке звукового поля возникают попеременные сжатие и разрежение, что приводит к изменению давления в среде по сравнению с атмосферным (статическим) давлением. Разность между атмосферным давлением и давлением в данной точке звукового поля называется звуковым давлением P (Па).

Звуковое давление, воспринимаемое ухом человека, может меняться от порога слышимости до болевого порога в 10E + 10 раз. При этом ощущение степени изменения звукового давления (субъективное восприятие человеком) согласно психофизическому закону Вебера – Фехнера почти совпадает с логарифмической кривой. Поэтому в акустике для оценки звуковых воздействий на человека принято использовать не абсолютные величины изменения звукового давления, а относительные – логарифмические.

Принято измерять и оценивать относительные уровни интенсивности звука и звукового давления по отношению к пороговым значениям, выраженным в логарифмической форме.

Уровень интенсивности: LI = 10 lg I / 10.

Уровень звукового давления: Lp = 20 lg P / P₀.

Слышимый диапазон составляет 0–140 дБ.

Характеристикой непосредственно источника шума является его звуковая мощность (P) – общее количество звуковой энергии, излучаемой в окружающее пространство в секунду.

Уровень звуковой мощности источника шума LP = 10 lg P / P₀, где Р₀ – пороговая величина, равная 10–12 Вт.

Интенсивность звукового давления в слуховом диапазоне варьирует от 0 до 140 (дБ), что соответствует физическим пределам давления от 2 x 10^–5 до 102 Па (1 Па соответствует 1 н/м²).

Если давление P₀ = 2 x 10^–5 Па представляет порог слышимости, то уровень звукового давления 102 Па (140 дБ) вызывает у человека болевое ощущение, а дальнейшее увеличение давления грозит разрушением слухового аппарата. Каждому увеличению уровня звука на 10 дБ соответствует возрастание звукового давления на порядок, т. е. в 10 раз.

Таблица 16

Характеристика восприятия звука органом слуха человека

Так как органы слуха человека обладают неодинаковой чувствительностью к звуковым колебаниям различной частоты, весь диапазон частот на практике разбит на октавные полосы. Диапазон звуковых частот подразделяется на октавные полосы, характерные тем, что у них верхние частоты вдвое больше нижних граничных частот. Соответственно удваиваются средние частоты смежных полос при переходе к более высоким частотам. Их принято называть среднегеометрическими частотами.

Весь спектр разбит на восемь октавных полос: 45–90; 90–180; 180–360,5600–11 200.

Среднегеометрические частоты октавных полос: 63,125, 250…, 8000.

Октава – полоса частот с границами f1 – f2, где f2 / f1 = 2.

Среднегеометрическая частота fСТ = 63, 125, 250, 500, …

Спектры бывают дискретными, сплошными, тональными.

Шум в диапазоне 20–400 Гц называется низкочастотным, от 400 до 1000 Гц – среднечастотным, более 1000 Гц – высокочастотным. Шум, в котором представлены различные звуковые частоты, считается широкополосным, а если прослушивается звук определенной частоты – тональным. При тональном шуме, который труднее переносится человеком, чем широкополосный, уровень звукового давления на одной из частот октавной полосы превышает уровни на других частотах этой полосы на 6 дБ или более.

По степени стабильности звучания различают постоянный, прерывистый, непостоянный и импульсный шумы.

Постоянный шум характерен колебаниями давления во времени не более 5 дБ.

Прерывистый шум – разновидность постоянного, прерываемого паузами и звучащего между ними не менее 1 с.

Непостоянный шум – шум, интенсивность которого меняется во времени более чем на 5 дБ.

Импульсный шум – непостоянный шум с мгновенными (менее 1 с) изменениями звукового давления.

Звуковой комфорт – 20 дБ; шум проезжей части улицы – 60 дБ; интенсивное движение – 80 дБ; работа пылесоса – 75–80 дБ; шум в метро – 90–100 дБ; концерт – 120 дБ; взлет самолета – 145–150 дБ; взрыв атомной бомбы – 200 дБ.

Характер шума в жилой зоне

Шум в жилой зоне имеет особенно существенное значение для большинства городского населения. Шумовой режим городских территорий определяется воздействием целого ряда источников внешнего шума. К таким источникам прежде всего относятся средства автомобильного, железнодорожного и воздушного транспорта, ряд промышленных предприятий и установок, а также другие шумовые воздействия, связанные с различными видами жизнедеятельности населения.

Источники этого шума можно подразделить на три группы:

1) внемикрорайонные;

2) микрорайонные (квартальные);

3) внутридомовые.

К источникам шума вне микрорайонов относятся транспорт города, транспорт внешний (авиация, железная дорога, водный транспорт), промышленные предприятия, учреждения культуры, искусства, отдыха. К источникам шума в микрорайонах относятся транспортные средства, трудовые процессы, спортивные и игровые площадки, детские ясли-сады, школы.

Шум автотранспорта

Шум автотранспорта является интенсивным, широкополосным, непостоянным. Он, как и шум других средств городского транспорта, является наиболее значимым, так как его генерирует огромное число источников транспортных средств, мигрирующих по всей территории в любое время суток. Интенсивность транспортных потоков на городских магистралях достигает сотен тысяч единиц транспортных средств в час. По данным И. Л. Карагодиной и соавт. (1972) с ростом интенсивности транспортного движения примерно на 1 дБ в год возрастает уровень шума в крупных городах.

Шум грузовых машин большой мощности наряду с низкочастотными составляющими имеет интенсивные высокочастотные компоненты (до 87 дБ на частоте 2000 Гц), шум легковых машин отличается преобладанием низких частот (пик 90 дБ на частоте 125 Гц). Низкие и средние частоты доминируют в шуме автобусов и грузовиков небольшой мощности.

Источниками шума в движущемся автомобиле являются поверхности силового агрегата, системы впуска и выпуска, агрегаты трансмиссий, колеса в контакте с дорожным покрытием, колебания подвески и кузова, взаимодействие кузова с потоком воздуха. В шумовых характеристиках проявляются общий технический уровень и качество автомобиля и дороги.

Шум, издаваемый автомобилем, возрастает на 8–10 дБ при увеличении от минимума до максимума числа оборотов двигателя, на 2 дБ – у дизельных двигателей и на 10–15 дБ – у карбюраторных двигателей при увеличении нагрузки.

Транспортные факторы (интенсивность, состав, скорость движения, эксплуатационное состояние автомобилей, вид перевозимых грузов) оказывают наибольшее влияние на уровень шума. Немалое значение имеют и дорожные факторы. Для грузовых машин наибольший шум создает двигатель, особенно когда ему приходится работать на пониженных передачах. Но для легковых машин важнее шум качения. Конечно, вряд ли можно ожидать, что в целях сокращения шума будут ограничивать мощность грузовиков или снижать сцепление шин с покрытием, уменьшая этим безопасность движения на высоких скоростях. Проведенные в ФРГ исследования не выявили особого преимущества пористых или очень гладких покрытий, хотя по данным МАДИ шероховатые покрытия, особенно в мокром состоянии, могут увеличивать шум на 5–7,5 дБ.

Общий уровень шума автотранспортных средств (легкового автомобиля – 83–86 дБ, автобуса – 82–90 дБ, небольшого грузовика – 85–86 дБ, мощного грузовика – до 92 дБ) весьма значителен.

Интенсивность уличного шума, в связи с тем что транспортный шум является непостоянным, зависит от интенсивности транспортных потоков. Эта зависимость была изучена И. Л. Карагодиной, Г. Л. Осиповым, И. А. Шишкиным (1972).

Материалы исследований свидетельствуют, что при увеличении интенсивности потока расчетный и эквивалентный уровни шума возрастают от 70–71 дБ при потоке 100 экипажей в час до 76–77 дБ при потоке 1000 экипажей в час, до 82 дБ при потоке 10 000 экипажей в час. При плохом состоянии проезжей части уровень шума соответственно возрастает.

Шум от городского электротранспорта также достигает значительных уровней: до 71–74 дБ – от троллейбусов, до 85–90 дБ – от трамваев. Шум троллейбусов преимущественно низкочастотный; шум трамвая характеризуется высокими уровнями на средних частотах.

Наземные линии метрополитена являются источниками среднечастотного непостоянного шума с уровнем звука в 7 м от оси пути состава 80–85 дБ.

Шум городского транспорта характерен суточными колебаниями интенсивности в связи с изменением плотности и состава транспортных потоков.

Шум железнодорожного транспорта. Во время движения состава среднечастотный шум генерируется при работе двигателя и ходовой части локомотива, а также в результате движения вагонных тележек, ударов и дребезжания деталей тормозных систем и сцепки вагонов.

Шум тепловоза составляет 100–110 дБ у выхлопной трубы и 83–89 дБ на расстоянии 50 м, шум околовагонных колес при скорости 70–80 км/ч достигает 125–130 дБ. Уровни звука поездов (грузовых, пассажирских, электрических) при скорости движения 50–60 км/ч равны 90–92 дБ. На границе грузовых, сортировочных станций, депо уровни звука достигают 90–101 дБ.

Авиационный транспортный шум распространяется на жилую территорию в результате недостаточного удаления аэропортов и в случаях, когда направления взлета и захода на посадку пересекают жилую территорию.

Одними из наиболее мощных источников шума являются вертолеты и самолеты, особенно сверхзвуковые. Значителен шум турбиновинтовых реактивных самолетов: взлет самолета – 145–150 дБ. При этом в жилой зоне некоторых городов создается значительная интенсивность звука – от 80 до 100 дБ А (г. Минеральные воды, Сыктывкар, Новосибирск, Екатеринбург). Шум создается также при прогреве моторов и рулении (до 70–90 дБ в г. Сыктывкаре на расстоянии 1 км от взлетно-посадочной полосы).

Шумы самолетов обычно низкочастотные, но в широкополосном спектре шума реактивных самолетов высокие уровни звукового давления генерируются в области частот до 2000 Гц.

На интенсивность шума и площадь распространения существенное влияние оказывают метеорологические условия (скорость ветра, распределение температуры воздуха по высоте, облака и осадки).