Шум - это... Определение, классификация и источники шумов

На бытовом уровне шум – это звук, не несущий полезной информации. Хотя для любого из нас полезность – понятие относительное. Для пассажира такси непонятные звуки под капотом могут быть всего лишь шумом, но водителю они сигнализируют о возможной неисправности машины. Давайте определим, что такое шум, и узнаем как можно больше об этом физическом явлении.

Что такое шум?

Для любого физика шум – это колебательный процесс. Его возможно изобразить на бумаге, как чередование волн плотности: волны сгущения меняются местами с волнами разрежения. Этот процесс возможен лишь в упругой среде: звуковые колебания в вакууме, к примеру, не распространяются. Если тела совершают свои вибрации не в установленном порядке, человеческий слух воспринимает данные звуки как шум.

Параметры шума

У всех звуков имеется собственный, уникальный набор параметров, благодаря которому мы можем их опознать. Звуковые колебания можно измерить по:

• силе звука, напрямую зависящей от давления, которое производит звуковая волна;
• частоте звука. Чем выше частота колебаний, тем выше звук, который мы слышим.

Для звука вообще и для шума в частности ученые создали собственный параметр измерения – «бел». Эта единица была названа в честь Александра Белла – известного изобретателя телефонной связи.

Слух и шум

Для человеческого уха все источники шума лежат в диапазоне от 45 до 11 000 Гц. Если использовать музыкальный термин, то все разнообразие звуков (в том числе и шума) вошло в девять октавных полос.

Наши органы слуха не в состоянии отличить различить весь диапазон звуковых колебаний – слишком он велик. Но эволюцией предусмотрена инстинктивная реакция не на сам шум, а на его изменение. Именно поэтому человеческое ухо научилось различать кратность изменения звуковой волны.

Чтобы классификация шумов была адекватной и поддавалась научной оценке, изменение звукового давления выражаются в логарифмических единицах. Так гораздо удобнее изображать звуковые процессы графически. Обычно используется единица измерения шума – децибел, которая составляет одну десятую бела. Диапазон изменения звукового давления от порога слышимости до болевых ощущений, которые вызывает шум, составляет миллионы дБ.

Виды шума

Для технических описаний все шумы можно разделить по временным и спектральным параметрам. По характеру спектральных полос шум различают:

• широкополосный (ширина непрерывного спектра превышает ширину октавы);
• тональный (превышение шума в одной третьоктавной полосе по сравнению с остальными более чем на 10 дБ).

Классификация шумов может происходить и по временным характеристикам. Постоянный шум меняет свою частоту не более чем на 5 дБА. Непостоянные звуковые колебания обладают большей амплитудой изменений и подразделяются на:

• колеблющиеся – непрерывные изменения во времени;
• прерывистые – изменения происходят ступенчасто, имеются интервалы постоянного шума одна и более секунды;
• импульсные – чередование шума и тишины

Замер уровня шума измеряется специальными приборами - шумомерами.

Как работает шумомер

Прибор для измерения шума имеет достаточно простое устройство: к небольшому микрофону подключен вольтметр, отградуированный в децибелах, и электрические фильтры. Звуковой сигнал воспринимается микрофоном и переводится им в электрический импульс, равный по силе и частоте исходной волне. Прирост электрического поля фиксируется вольтметром и отображается на дисплее. По своим характеристикам прибор для измерения шума должен быть «на одной звуковой волне» с человеческим слухом. Такое простое устройство служит надежным индикатором шумовой загрязненности в домашних условиях или на производстве.

Источники шума и сравнительные уровни шума

Современный технологичный мир содержит множество источников шума. Это: различные виды транспорта, звуки работы каких либо устройств или оборудования, звуковая аппаратура и так далее.

Все звуки, услышанные нами за день, сливаются в какофонию, которую мы и воспринимаем как шум. В домашних условиях шум в разы меньше, чем на производстве (даже если ваш сосед – поклонник неудобоваримых громких звуков, которые он называет песнями). Промышленные источники на сегодняшний день являются главными «виновниками»» шумового засорения земли. Среди основных «злодеев» – металлургическая, горноперерабатывающая, угольная, нефтехимическая, оборонная промышленность. Меньше всего звуков слышат работники, обслуживающие пищевую промышленность.

Некоторые технологические процессы на производстве, например на предприятиях, производящих железобетонные конструкции, испытательных полигонах или стрельбищах, космодромах, могут являться источниками шума, доходящего до 120 дБА.

Допустимый уровень шума определяется стандартами ГОСТ 12.1.003-83. ССБТ. Нормирование шумового загрязнения проводится по допустимому спектру уровней шума и дБа. Данный метод помогает установить предельно допустимый уровень шумового воздействия в девяти октавных полосах.

Какие бывают шумы

Ученые не могли пройти мимо всего разнообразия звуковых раздражителей и придумали различные классификации того, что такое шум. Физика изучает эти звуковые явления и классифицирует их для удобства изучения. С некоторыми видами шума мы уже ознакомились ранее. Вот еще несколько вариантов ранжировки различных звуковых явлений по природе возникновения:

• механические – звуки, возникающие при работе различных механизмов;
• аэродинамические. Сюда входят шумы, возникающие при взлете самолета;
• гидравлические. Эти шумы мы слышим при неисправностях в родной водопроводной системе: резкий перепад давления в системе может вызвать гидроудар, который воспринимается как резкий, неприятный шум;
• электромагнитные. Возникают при работе одноименных устройств и приспособлений.

В отдельную категорию можно выделить «цветную» классификацию шума. Так, «белым» шумом техники называют стационарный звуковой поток, у которого спектральные составляющие равномерно распределены по всему диапазону. Остальные шумы техники относят к цветным. Такая аналогия возникла при сопоставлении спектра звуковых волн со спектральными полосами видимого света. Так, «розовый» шум часто присутствует в сердечном ритме, в излучении космоса, в электронных или механических устройствах. «Оранжевый» шум соответствует частотам музыкальных нот. «Красный шум» – это мелодия различных естественных водоемов Земли. Ну а «зеленые» шумы издаются всеми зелеными растениями нашей планеты.

Шумы вокруг нас

Каждый день все люди, способные различать звуки, сталкиваются с различными видами звуковых колебаний. Навскидку можно определить силу звука, который издают различные источники шума, окружающие нас в повседневной жизни.

• Обычный разговор: 40—45 дБ.
• Шум работы в офисе, кабинете врача, юриста: 50—60дБ.
• Звуки улицы: голоса прохожих, потоки транспорта: 70—80 дБ.
• Шумы на фабрике (тяжпром): 70—110 дБ.
• Старт современного авиалайнера: 120 дБ.
• Максимальная громкость вувузелы: 130 дБ.

Человеческий организм довольно быстро приспосабливается к шуму. Достаточно сказать, что тот звуковой фон, который для нас стал привычным, наши предки расценили бы как нестерпимую звуковую какофонию. Но и выдерживать постоянную шумовую нагрузку человеческий организм не в состоянии. Шумы звукового диапазона притупляют реакцию человека на поступающие извне сигналы. Это приводит к снижению скорости адекватного реагирования и увеличению ошибок при выполнении определенных видов работ.

Шум – это причина угнетения центральной нервной системы. Постоянный звуковой поток вызывает заметные изменения частоты пульса и дыхания, нарушает обмен веществ. Шумовое воздействие приводит к возникновению целого ряда сердечнососудистых заболеваний, гипертонии и язвы желудка. При воздействии «высоких» шумов громкостью выше 140 дБ возможна контузия, разрыв барабанной перепонки. Шум громкостью выше 160 дБ вызывает кровоизлияние в мозг со смертельным исходом.

Шум и природа

Шумовое загрязнение представляет опасность не только для человека. Научные исследования подтверждают, что мощные двигатели современных кораблей и подводных лодок дезориентируют водных обитателей, которые пользуются гидролокационным способом для поиска пищи и общения. Особенно страдают от постоянных колебаний звукового фона океана дельфины и некоторые виды китовых. Возможно, что достоверные, но необъяснимые случаи коллективного суицида китов как-то связаны с нарушением их ориентационных навыков. В ряде случаев массовое выбрасывание китов на берег было зафиксировано рядом с местами, где проходили военные учения, а значит – шумовые загрязнения в этом регионе были чрезвычайно высокими.

Шум и космос

Как было сказано ранее, шум не может возникнуть в неупругой среде. А космический вакуум - самая неупругая среда из всех возможных. Тем не менее, в 2006 году исследователи НАСА обнаружили эффект, названный впоследствии «космическим шумом». Разумеется, обнаруженный эффект – не шум в обычном понимании этого слова. Так были названы таинственные радиоволны, пронизывающие все пространство Вселенной. Их частота, сила и амплитуда колебания настолько совпадали с известными источниками звуков, что ученые, не колеблясь, записали радиоволны в разряд шумов.

Космический шум – это радиоволны, излучаемые звездами, отдаленными от нас миллиардами световых лет. Альтернативными источниками шумового явления могут стать вспышки сверхновых волн, турбулентность газовых туманностей и прочее. Любой космический процесс сопровождается выделением в вакуум радиоволн, которые можно изучить и классифицировать. Благодаря явлению космического шума мы можем узнать, как образовывались звезды и какая судьба, в конце концов, ожидает нашу Вселенную.