> Техника, страница 93 > Шум

Шум

Шум, комплекс многочисленных звуков, быстро меняющихся по частоте и силе, или звуков импульсивных (удары), не носящих перио-дич. характера. При восприятии шума невозможно определить на слух высоту звука, как это можно сделать по отношению к чистым тонам и музыкальным звукам. Кривые звуковых колебаний Ш. имеют беспорядочный характер (фигура 1: а и b—запись уличного шума, с—запись ^чистого тона 500 Hz). Энергия звуковых колебаний шума б. или м. равномерно распределена по частоте, однако могут быть Ш., в которых энергия сосредоточена в той или иной ограниченной области частот; так например, Ш. двигателя внутреннего сгорания содержит по преимуществу низкие частоты; наоборот, свист пара, лязг металла при резке или клепке содержат по преимуществу высокие частоты. В состав шума часто входят строго определенные по высоте звуки, которые можно выделить как методами объективного анализа, так и на слух, например сигнальные гудки, звуки электродвигателя. С практической точки зрения шумом часто называют всякий мешающий звук; так, звук переменного тока (частота50 Hz) при телефонной и радиопередаче будет считаться шумом.

Изучение Ш. идет в настоящее время с двух точек зрения. С одной стороны, в наше время шум в городах и промышленных предприятиях становится настолько сильным, что весьма пагубно влияет на нервную систему и орган слуха человека. Изучение состава и силы Ш. является необходимой предпосылкой для организации борьбы с ним. Источниками Ш. являются по преимуществу различные машины. С другой стороны, изучение Ш., даваемого машинами, является прекрасным способом для определения дефектов конструкции и для нахождения путей к устранению этих дефектов.

⁰

Фигура 1.

Кроме того для рационального устройства аппаратов, регистрирующих и улавливающих Ш. необходимо точное знание структуры Ш. (смотрите Звук). Следующие Ш. представляют наибольший практический интерес:

1) уличный Ш. в больших городах; 2) Ш. на з-дах и предприятиях, в частности III. на металлообрабатывающих, машиностроительных и дру- “^L“

гих заводах, на текстильных ф-ках, Ш. в машинописных бюро; 3) Ш. на транспорте (железнодорожном, водном и воздушном); 4) Ш. машин определенного типа (турбин,электродвигателей, генераторов, двигателей внутреннего сгорания); 5) Ш., производимые выстрелами и ами. Исследование Ш. может вестись, с одной стороны,

, с целью выяснения объективными фи-’ зическими метода-

оо/сх_, ми силы шума, кри вой звуковых колебаний, распределения энергии звука по частоте и выделения звуков определенной высоты, входящих в состав Ш., а, с другой,—для определения величины воздействия" Ш. на орган слуха и психику человека I¹, ², ³, ^п].

Исследование Ш. физическими методами. Измерение силы Ш. производится обычными способами звукотехники, например шайбой Ре лея (смотрите Звук) или конденсаторным микрофоном (смотрите) в соединении с усилителем и кружение и тошноту. Запись Ш. может быть осуществлена всеми обычными методами звукозаписи (фонодейк [⁴], акустич. осциллограф [⁵], граммофон, звуковое кино, конденсаторный микрофон с усилителем и шлейфовым осциллографом). Кривые различных III. приведены на фигуре 1—4: фигура 1—уличный Ш., фигура 2—Ш. электродвигателя (по исследованию В. Казанского), фигура 3—сотрясения при испытании авиамоторов, снятые вибрографом, фигура 4—Ш. сердца при недостатках сердечного клапана. Анализ кривой Ш. в целях выделения входящих в состав его звуков с математич. стороны представляет большие трудности, т. к. разложение в ряд Фурье возможно лишь для перио-дич. кривых. Существует ряд методов [⁶, ⁷, ⁸] анализа непериодич. кривых, но они чрезвычайно сложны и практически трудно приложимы. Наиболее простой (но недостаточно строгий) способ заключается в том, что произвольный отрезок кривой принимается условно за период и анализируется обычными методами разложения в ряд Фурье (смотрите Ряды, Фурье тео-

Л

*ιι-

Фигура 2.

ни сн

Фигура 4.

рема). Если в состав шума входят какие-либо резко выделяющиеся звуки определенной частоты, то частоты, являющиеся обертонами от основной частоты, соответствующей условному периоду, будут резко усилены по соседству с частотами этих звуков, благодаря чему распределение энергии звука по спектру может быть приблизительно выяснено [⁴]. Анализ Ш. винта моторной лодки под водой по этому методу дан на фигуре 5. Другой способ анализа «спектрального» состава шума заключается в применении методов автоматического анализа звука [⁹, ¹⁰, “]. Исследование этим методом музы-

П=П

юоо

2000

*7

Фигура 5.

кальных звуков дало богатый материал; оказалось, что большинство музыкальных инструментов дает звуки, сопровождаемые шумом (ряд спектров приведен в Спр. ТЭ, т. X, стр. 377—378; там же даны на фигуре 17, 18 анализы Ш. пылесоса и бунзеновской горелки и на фигуре 20—кривая записи звука а). На фигуре 6 дан спектр Ш. мотора Сименс-Юпитер на испытательном стане со специальным пропеллером, а на фиг, 7 — самолета Фоке-Вульф-Мёве в полете [¹²]. Шум на испытатель-

Фигура Я.

катодным вольтметром. Звуковое давление, даваемое Ш. на улицах (Нью Иорк), доходит до 5 бар (5 дин на 1 сд²) и в исключительных случаях до 20 бар; Ш. водопада Ниагары дает ок. 3 бар; Ш. самолета вблизи от пропеллера доходит до 500 бар. Ш., дающие более 1 000 бар (ок. 1 г/см²) звукового давления, являются болезненными для уха и вызывают голово ном стане, где применяются специальные тормозные пропеллеры, значительно богаче высокими призвуками (до 5 000 Hz), чем Ш. в полете. Данные о шуме аэропланов, важные для конструирования звукоулавливателей, приведены в, Спр. ТЭ, т. X, стр. 379. Исследуя спектр Ш. зубчатых колес в передаточной коробке турбин, Аббот [¹³] сделал важные заключения о дефектах конструкции шестерен и, устранив эти дефекты, во много раз ослабил силу HI.; общий HI. после йсправления ослабел со 100 дб. (децибел) до 96 дб. (в 2,5 раза по мощности), ряд громких звуков 125, 190, 340 Hz совершенно исчез, самая громкая компонента 320 Hz (16 бар) ослабела на 13 дб., то есть в 20 раз по мощности. Ш. электромашин последнее время посвящается также много внимания [¹⁹].

быть изменяем посредством потенциометра от 0 до 100 дб. С этим звуком сравниваются по громкости исследуемые звуки или Ш. На том же принципе работает ряд других приборов, например фонометр Бекбши, аудиометр [^г,²] идр. (смотрите Слух). Фонометр типа Баркгаузена разработан ВЭИ. Возможно измерение громкости (в дб. над порогом слышимости) объективным методом, но для этого необходимо, чтобы прибор обладал при разных частотах различной чувствительностью, такой же, как ухо человека. Устройство таких приборов возможно, но даваемые ими результаты верны лишь на том уровне ощущения, для которого подогнана

Исследования, ведущиеся в Всесоюзном электротехническом институте (ВЭИ), показали, что методом анализа Ш. электромашин можно выяснить все источники шума и дать пути к устранению их; фигура 8 показывает спектр Ш. электродвигателя (по исслед. В. Казанского). Ш. самолета см. Спр. ТЭ, т. X, стр. 379. Подробное исследование шума сердца (фигура 4) и легких сделано Тренделенбургом [¹⁴] и дало важные результаты для целей медицинской диагностики."

Исследование Ш. слуховым методом. Объективные методы измерения не дают еще представления о силе звука как ощущения, то есть о его «громкости». [ Очень сильные колебания воздуха с j j частотой выше 20 kHz совершенно не j j ^ слышимы ухом—их «громкость» равна uJ£Eo~ нулю. Ближе подхо- ^И* дят к учету силы ощущения, определяя уровень ощущения S в логарифмич. единицах по отношению к порогу слышимости (смотрите Слух). Однако и уровень ощущения не дает еще точного представления о громкости. При одинаковых уровнях ощущения над порогом низкие звуки кажутся значительно громче, чем высокие, как это показывает фигура 9, где приведены кривые равной громкости по Кингсбери [^г,³]. На фигуре 9: р—давление в барах; по ординатам отложен уровень силы звука в дб., отсчитываемый от

WOO

Фигура 7.

V	20
	/8
$	/6
%	/4
1	12
δ	/0
«о	8
1	6
δ 1	4 2
а	О

ILII

хс

200 300 400300 700 /000, 2000

--^ частот с“ 2

Фигура 8.

нулевого уровня в 1 бар. Для оценки громкости в настоящее время принято сравнивать громкость Исследуемого звука с громкостью чистого тона с частотою 1 000 Hz. Уровень ощущения тона 1 000 Hz (в дб.), равногромкого с исследуемым, и служит мерой уровня громкости исследуемого звука [³]. Сравнение с тоном 800 Hz дает практически те же результаты. На слуховом принципе устроено большое количество приборов — фонометров для измерения уровня громкости р]. Фонометр Баркгаузена состоит из зуммера (смотрите) с частотой ок. 800 Hz, звук которого м. б. слушаем в телефон и может

их чувствительность (по кривым фигура 9), выше же и ниже этого уровня они начинают давать ошибку. Кроме того этого типа приборы конечно не учитывают образования при сложных звуках комбинационных тонов [³,^п], которые воспринимаются в общей массе звука как увеличение громкости. Для практических целей измерения громкости Ш. определенного типа такого рода приборы весьма удобны, так как позволяют вести измерение автоматически р]. Ниже приведены значения уровня громкости (в дб.) различных Ш.

Самолет (5 метров от пропеллера)..

Удары молотка в стальную плиту.

Мотоцикл без глушителя (вблизи).

Рев льва (в Помещении)..

Завод паровых котлов..

В кабине самолета

Заклепочная машина..

На платформе метрополитена при проходе экспресса

Электрическая сирена..

Пневматическое сверло..

Водопад Ниагара

Уличный шум на центральных улицах (Нью

Иорк, Чикаго)

Поезд по эстакаде (расст. 5 м)..

Автомоб. гудки (расстояние 8 м) j.

Многие заводы

Громкая радиопередача..

Оркестр фортиссимо ..

В вагоне поезда

Мотоцикл с глушителем (вблизи).

Машинописное бюро, шумный ресторан.

Фабричные помещения (малошумные произв.).

Средний уличный шум..

Разговор

Шумное учреждение..

Учреждение среднего типа..

Городская квартира ..

Тихий сад в городе..

Шопот (1—2 м)

Биение сердца, слышимое на небольшом расстоянии

Шелест листьев при слабом ветре.

1154-120

113

102

101

97

904-100

100

97

92

90

88

704-90

88

804-92

744-82

704-80

80

85

ДО 80 75

704-79 ДО 70 504-70 604-65 554-65 ДО 50 254-45 20 20

15

10

На фигуре 10 показано изменение громкости уличного Ш. в течение суток (Нью Иорк), причем отмечены максимальные, средние и минимальные значения. Фигура 11 показывает частотную характеристику громкости уличного шума.

20

Вредное влияние Ш. заключается, во-первых, в их мешающем действии для работы. Ш. затрудняют понимание речи и звуковых сигналов, что ведет к ошибкам и авариям. Но наиболее существенным является действие Ш. на нервную систему и орган слуха. Установлено опытами, что сильный шум вызывает повышение кровяного давления и давления в мозгу, нарушение регулярности и судорожный характер сокращений желудка. При сильном Ш. нервная система находится в напряженном состоянии, человек переживает состояние, близкое к состоянию инстинктивного страха,что пагубно действует на нервную систему, тем более, что в больших городах Ш. не прекращается и ночью и воспринимается человеком во сне f¹].

Влияние Ш. на орган слуха у рабочих шумных производств сказывается весьма сильно. Как показали специальные исследования [^1δ], постепенно прогрессирующее ослабление слуха наблюдается у рабо-чих-котелыциков, рабочих на з-дах кос, в гвоздильных цехах, у испытателей авиамоторов, молотобойцев, ткачей, прядильщиков, отчасти также у машинисток. Рабочие-котельщики со стажем более 15 лет почти все сильно глухи, и многие совершенно теряют слух.

Ослабление Ш. может быть произведено посредством уменьшения сотрясений и вибраций машин, производящих Ш. Подход к этой задаче различен в каждом данном случае. Наир. в цехах испытания двигателей внутреннего сгорания целесообразно устраивать большую заглушенную камеру, в которую выводятся все выхлопные трубы двигателей и в которой вращаются все пропеллеры. Сильно шумя-щие^машины устанавливаются на специальные

О J2 2 4 6 8 /О /2 2 4 6 8 Ю 12 —1мая-+=-2мая -

Полдень

Полночь Фигура 10.

*1 ! I	а грамма ости	маме	ш		-1
в/Зч					_-ί		Среднее	зтче	ш
1 6 4ч		Луди MUHL	эгрс м. ejt	мм ЮМ.	а <осгг?и
L
1			т

°юо юоо Hz toooo

Фигура 11.

фундаменты из^эластичного материала м ас-кол и т а (композиция войлока и пробки) ^ отделенные от других частей здания воздушным промежутком (фигура 12). Электродвигатели устанавливаются на эластичных подкладках (фигура 13; М—масколит, Р−резина), сильно ослабляющих шум [^1в, ¹⁷]. Весьма существенное значение имеет конструкция здания: так, в железобетонных строениях_ьцзвук передается из I

одного помещения в другое очень ,сильно, в кирпичных—звукоизоляция значительно лучше. (Данные о звукоизоляции и, _ьзвукопогло-щении см. Спр. ТЭ, т.Х,етр.391.)Значи- _{ФИГв 12}, тельную помощь может оказать закрытие стен, пола и потолка звукопоглощающими веществами.

Опыты в США [Ч показали, что этим способом силу Ш. можно уменьшить почти в десять раз (на 6-7-11 дб.). Закрыва-1 ние окон дает боль-f-шое ослабление городского Ш. (на 15-f- ЩИПНИ

Конструи- ’ЦЦ

Фигура 13.

20 дб.).

руются специальные i оконные глушители, jg^_Bпропускающие воз-дух и задерживающие звук. Шум резко ослабевает в высоких этажах, лежащих выше уровня окружающих домов. Большое значение имеют способы ослабления Ш. различных транспортных средств (самолетов, автомобилей, ж.-д. поездов, трамваев, конных повозок); однако литература по этому вопросу почти отсутствует.

Борьба с Ш. м Вопрос о борьбе с .р Ш. встает во всю ширину в связи со строительством в СССР больших городов и гигантских з-дов. Борьба с шумом должна вестись прежде всего по линии конструктивных усовершенствований, в целях ослабления Ш., издаваемого различными машинами; весьма существен

ную роль играют также мероприятия по линии строительной акустики (смотрите). Весьма существенную роль играют мероприятия по линии законодательного и административного запрещения и регулирования. Комиссия по борьбе с Ш. в Нью Норке (наиболее шумном современном городе) достигла в этом отношении значительных успехов [¹⁸]. Подобная же работа ведется в Берлине, Лондоне и Москве.

Лит.: i) Методы исследования шумов, Сборник статей под ред. С. Ржевкина, M., 1933; а) К е и Г., Шум и способы его измерения, «Успехи физич. наук», M., 1932, т. 12, стр. 415; ³) Р ж е в к и н С., Слух, «ТЭ», т. 21; 4) M i 1 1 е г D., Science of Musical Sounds, N. Y., 1922; ⁵j Казанский В., Акустический осциллограф, «Журн. прикл. физ.», 1927; «) Corse and Shearer, Fourier’s Analysis, L., 1915; ?) Bernstein N., Analyse aperiodischer trigonometrischer Reihen, «Ztschr. f. angew. Math, und Mech.», B., 1927, B. 7, p. 476; ⁸) В и т-текер и Робинзон, Математическая обработка результатов наблюдений, М.—Л., 1933; ») Moore Е. а. С и г t i s A., «Bell Syst. Technical Journ.», N. Y., .1927, γ. 5, p. 216; ю) G г ii t ζ m a c h e r M., «Ztschr, f. techn. Phys.», Lpz., 1927, B. 8, p. 506; u) P ж e в к и н С., Слух и речь, M., 1928; 12) E i s n e r F, R e h Hi H. u. Schuchmann H., «Elektr. Nachrichten-Teehnik», B., 1932, B. 9, p. 323; is) A b b о t E., ♦Journ. Acoust. Soc.», 1932, y. 3, p. 445; 1⁴) Trendelenburg F. u. Posner К., «Wiss. Veroff. Siemens - Konz.», 1929; is) T e m к и н Я., Профессиональная глухота, М., 1931; i·) Л и ф ш и ц С., Акустика зданий, М., 1931; i?) Е а-so n A., The Prevention of Vibration a. Noise, Oxford, 1923; is) City Noise, editet by U. S. Public Health Depart.,

N. Y., 1931; 1⁹) «Journ. of the American Institute of Electrical Engineers», N. Y., 1931, v. 50, p. 340—352 (ряд статей). С. Ржевкин.