Hlukové znečištění, nežádoucí nebo nadměrné hladiny zvuku mohou mít škodlivé účinky na lidské zdraví a kvalitu životního prostředí. Běžně se vyskytuje v mnoha průmyslových zařízeních a některých dalších pracovištích. Stejně jako hlukové znečištění spojené se silniční, železniční a leteckou dopravou a venkovními aktivitami.
Měření a vnímání hlasitosti
Zvukové vlny jsou vibrace molekul vzduchu přenášené ze zdroje hluku do ucha. Obvykle se popisuje jako hlasitost (amplituda) a výška (frekvence) vlny. Hladina akustického tlaku neboli SPL se měří v logaritmických jednotkách zvaných decibely (dB). Normální lidské ucho dokáže detekovat tón v rozsahu od 0 dB (prah slyšení) do 140 dB. Zvuky od 120 dB do 140 dB zároveň způsobují bolest.
Jaká je úroveň zvuku, například v knihovně? Je to asi 35 dB, zatímco uvnitř jedoucího autobusu nebo vlaku metra je to asi 85. Stavební prácebudovy mohou generovat až 105 dB SPL u zdroje. SPL klesá se vzdáleností od objektu.
Rychlost, kterou se zvuková energie přenáší, se nazývá intenzita, úměrná druhé mocnině SPL. Vzhledem k logaritmické povaze decibelové stupnice představuje zvýšení o 10 bodů 10násobné zvýšení intenzity zvuku. Při 20 vysílá 100x více. A 30dB představuje 1000x zvýšení intenzity.
Na druhou stranu, když se napětí zdvojnásobí, úroveň hlasitosti zvuku se zvýší pouze o 3 body. Pokud například stavební vrtačka produkuje 90 dB hluku, pak dva stejné nástroje pracující vedle sebe vytvoří 93 dB. A když se spojí dva zvuky, které se v SPL liší o více než 15 bodů, slabé tóny jsou maskovány (nebo přehlušeny) hlasitým zvukem. Pokud například vrtačka běží na 80 dB na staveništi vedle buldozeru při 95, bude kombinovaná hladina tlaku těchto dvou zdrojů naměřena jako 95. Méně intenzivní tón z kompresoru nebude patrný.
Frekvence zvukové vlny se vyjadřuje v cyklech za sekundu, ale častěji se používá hertz (1 cps=1 Hz). Lidský bubínek je vysoce citlivý orgán s velkým dynamickým rozsahem, který je schopen detekovat zvuky o frekvencích od 20 Hz (nízké tóny) do přibližně 20 000 Hz (vysoké tóny). Tonalita lidského hlasu při běžné konverzaci se vyskytuje na frekvencích od 250 Hz do 2000 Hz.
Přesné měření hladiny zvuku a vědecký popis se liší od většiny subjektivních lidských představ a názorů na to. Jednotlivé lidské reakce 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 hluku berou v úvahu změny vnímané hlasitosti s výškou tónu.
Frekvenční filtry v měřičích slouží k přizpůsobení naměřených hodnot citlivosti lidského ucha a relativní hlasitosti různých zvuků. K diagnostice okolní komunity se běžně používá například tzv. A-weighted filtr. Naměřené hodnoty SPL provedené pomocí tohoto filtru jsou vyjádřeny v A-vážených decibelech nebo dBA.
Většina lidí vnímá a popisuje zvýšení SPL o 6–10 dBA jako zdvojnásobení „hlasitosti“. Jiný systém, škála C-weighted (dBS), se někdy používá pro úrovně nárazového hluku, jako je střelba, a má tendenci být přesnější než dBA pro vnímanou hlasitost zvuků s nízkofrekvenčními složkami.
Úrovně hluku mají tendenci se v průběhu času měnit, takže naměřená data jsou prezentována jako průměry pro vyjádření celkových hladin zvuku. Existuje několik způsobů, jak to udělat. Například série opakovaných měření hladiny zvuku mohla být hlášena jako L 90=75 dBA, což znamená, že hodnoty byly po 90 procent času rovné nebo vyšší než 75 dBA.
Jiná jednotka nazývaná stupně zvukového ekvivalentu (L eq) může být použita k vyjádření průměrného SPL za jakékoli období zájmu, jako je například osmihodinový pracovní den.(L eq je logaritmická hodnota, nikoli aritmetická hodnota, takže celkovému výsledku dominují hlasité události.)
Jednotka hladiny zvuku zvaná Denní a noční hodnota hluku (DNL nebo Ldn) bere v úvahu skutečnost, že lidé jsou citlivější na tón v noci. K hodnotám SPL naměřeným mezi 10:00 a 7:00 se tedy přidá 10 dBA. Například měření DNL jsou velmi užitečná při popisu celkové expozice hluku letadla.
Práce s efekty
Hluk je víc než jen obtěžování. Při určitých úrovních a trvání expozice může způsobit fyzické poškození ušního bubínku a citlivých vláskových buněk ve vnitřním uchu, což vede k dočasné nebo trvalé ztrátě sluchu.
Obvykle se nevyskytuje při SPL pod 80 dBA (osmihodinové úrovně vlivu je nejlepší udržovat pod 85). Ale většina lidí opakovaně vystavených více než 105 dBA bude mít určitý stupeň trvalé ztráty sluchu. Nadměrné vystavování se hluku může navíc také zvýšit krevní tlak a srdeční frekvenci, způsobit podrážděnost, úzkost a duševní únavu a narušit spánek, relaxaci a intimitu.
Omezování znečištění hlukem
Proto je důležité zachovávat na pracovišti i ve společnosti maximální ticho. Hlukové předpisy a zákony přijaté na místní, regionální a národní úrovni mohou být účinné při zmírňování negativních účinků hlukového znečištění.
Environmentální aprůmyslové hučení je upraveno zákonem o bezpečnosti a ochraně zdraví při práci a zákonem proti němu. Podle těchto předpisů Úřad pro bezpečnost a ochranu zdraví při práci stanovil kritéria pro průmyslový hluk, aby stanovila limity intenzity expozice zvuku a dobu, po kterou může být tato intenzita povolena.
Pokud je osoba vystavena různým úrovním hluku v různých časech během dne, celková expozice nebo dávka (D) hluku se získá z poměru,
kde C je skutečný čas a T je povolený čas na jakékoli úrovni. Při použití tohoto vzorce by nejvyšší možná denní dávka hluku byla 1 a jakákoli vyšší expozice by byla nepřijatelná.
Maximální hladina zvuku
Kritéria pro vnitřní hluk jsou shrnuta do tří sad specifikací, které byly získány sběrem subjektivních úsudků od velkého vzorku lidí v různých specifických situacích. Ty se vyvinuly do Noise Criteria (NC) a Preferred Tone Curves (PNC), které stanovují limity pro úroveň vnesenou do prostředí. NC křivky, vyvinuté v roce 1957, mají za cíl poskytnout pohodlné pracovní nebo životní prostředí specifikací maximální povolené hladiny zvuku v oktávových pásmech napříč celým zvukovým spektrem.
Kompletní sada 11 křivek definuje kritéria hluku pro širokou škálu situací. PNC grafika, vyvinutá v roce 1971, přidává limity nízkofrekvenčnímu brumu a vysokofrekvenčnímu syčení. Proto jsou preferoványstarší NC standard. Shrneme-li na křivkách, tato kritéria poskytují návrhové cíle pro hladiny hluku pro různé nápady. Součástí specifikace práce nebo stanoviště je odpovídající křivka PNC. V případě, že hladina překročí limity PNC, mohou být do prostředí zaneseny materiály pohlcující zvuk, aby byly splněny normy.
Nízké hladiny hluku lze překonat pomocí dodatečného absorpčního materiálu, jako jsou těžké závěsy nebo vnitřní obklady. Tam, kde může být nízká úroveň identifikovatelného hluku rušivá nebo kde může být důležité soukromí konverzací v přilehlých kancelářích a recepcích, mohou být nežádoucí zvuky maskovány. Malý zdroj bílého šumu, jako je statický vzduch, umístěný v místnosti může maskovat konverzaci z okolních kanceláří, aniž by byl smrtelnou hladinou zvuku pro uši lidí pracujících poblíž.
Tento typ zařízení se často používá v ordinacích lékařů a dalších odborníků. Dalším způsobem snížení hluku je použití chráničů sluchu, které se nosí přes uši stejně jako chrániče sluchu. Použitím komerčně dostupných chráničů lze dosáhnout snížení tónu v rozsahu typicky od 10 dB při 100 Hz do více než 30 dB pro frekvence nad 1 000 Hz.
Zjistit úroveň zvuku
Limity venkovního hluku jsou také důležité pro lidské pohodlí. Konstrukce budovy poskytne určitou ochranu před vnějšími zvuky, pokud budova splňuje minimální standardy a pokudhladina hluku je v přijatelných mezích.
Tyto limity jsou obvykle specifikovány pro určitá období dne, například během denního světla, večer a v noci při spánku. V důsledku lomu v atmosféře způsobeného teplotní inverzí v noci mohou být z poměrně vzdálené dálnice, letiště nebo železnice vydávány poměrně hlasité zvuky.
Jednou ze zajímavých metod omezování hluku je výstavba protihlukových stěn podél dálnice, která ji odděluje od přilehlých obytných čtvrtí. Účinnost takových struktur je omezena difrakcí zvuku spíše na nízkých frekvencích, které převládají na silnicích a jsou vlastní velkým vozidlům. Aby byly účinné, musí být co nejblíže zdroji nebo pozorovateli hluku, čímž se maximalizuje difrakce potřebná k tomu, aby se zvuk dostal k pozorovateli. Dalším požadavkem na tento typ bariéry je, že musí také omezit počet hladin zvuku, aby bylo dosaženo výrazného snížení hluku.
Definice a příklady
Decibel (dB) se používá k měření hladiny zvuku, ale je také široce používán v elektronice, signálech a komunikacích. DB - logaritmický způsob popisu tečnosti. Poměr se může projevit jako výkon, akustický tlak, napětí nebo intenzita nebo několik dalších věcí. Později si dB spojíme s telefonem a zvukem (ve vztahu k hlasitosti). Ale nejprve, abychom získali představu o logaritmických výrazech, podívejme se na některá čísla.
Například můžeme předpokládat, že jsou zde dva reproduktory,první z nich hraje zvuk o síle P 1 a druhý hlasitější verzi stejného tónu o síle P 2, ale vše ostatní (jak daleko, frekvence) zůstává stejné.
Rozdíl v decibelech mezi nimi je definován jako
10 log (P 2 / P 1) dB, kde log je pro základ 10.
Pokud druhý produkuje dvakrát více energie než první, rozdíl je v dB
10 log (P 2 / P 1)=10 log 2=3 dB,
jak je znázorněno v grafu, který vykresluje 10 log (P 2 / P 1) vs P 2 / P 1. Abychom pokračovali v příkladu, pokud má druhý 10krát větší výkon než první, rozdíl v dB by byl:
10 log (P 2 / P 1)=10 log 10=10 dB.
Kdyby měl druhý milionkrát stejnou sílu, 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 diskuzi o zvuku. Dokážou popsat velmi rozsáhlé vztahy pomocí skromných čísel. Ale musíte dávat pozor, že decibel představuje poměr. To znamená, že nebude řečeno, jaký výkon který z reproduktorů vydává, pouze podle rozdílu. A také věnujte pozornost faktoru 10 v definici, což znamená deci v decibelech.
Akustický tlak a dB
Frekvence se obvykle měří pomocí mikrofonů a ty reagují (přibližně) úměrně tlaku, s. Nyní síla zvukové vlny na jinéza stejných podmínek se rovná čtverci hlavy. Podobně elektrický výkon v rezistoru jde jako násobené napětí. Logaritmus druhé mocniny je pouze 2 log x, takže při převodu tlaku na decibely je zaveden faktor 2. Rozdíl ve stupni akustického tlaku mezi dvěma hladinami zvuků s p 1 a p 2 je tedy:
20 log (p 2 / p 1) dB=10 log (p 22 / p 1 2) dB=10 log (P 2 / P 1) dB.
Co se stane, když se akustický výkon sníží na polovinu?
Logaritmus 2 je 0,3, takže 1/2 je 0,3. Pokud se tedy výkon sníží dvakrát, hladina zvuku se sníží o 3 dB. A pokud tuto operaci provedete znovu, akustika se sníží o další 3 dB.
Velikost decibelů
Výše můžete vidět, že snížení výkonu na polovinu snižuje tlak na kořen 2 a hladinu zvuku o 3 dB.
První vzorek je bílý šum (směs všech slyšitelných frekvencí). Druhý vzorek je stejný tón s napětím sníženým o faktor druhé odmocniny 2. Jeho reciproká hodnota je přibližně 0,7, takže 3 dB odpovídá snížení napětí nebo tlaku až o 70 %. Zelená čára ukazuje trysku jako funkci času. Červená znázorňuje nepřetržitý exponenciální pokles. Pamatujte, že napětí klesne o 50 % s každým druhým vzorkem.
Zvukové soubory a flash animace od Johna Tanna a George Hatsidimitrise.
Jak velký je decibel?
Bv následující sérii se po sobě jdoucí vzorky sníží pouze o jeden bod.
Co když je rozdíl menší než decibel?
Úrovně zvuku se zřídka uvádějí na desetinná místa. Důvodem je, že ty, které se liší o méně než 1 dB, je obtížné rozlišit.
A také můžete vidět, že poslední příklad je tišší než první, ale je těžké vidět rozdíl mezi po sobě jdoucími páry. 10log 10 (1,07)=0,3. Chcete-li tedy zvýšit hladinu zvuku o 0,3 dB, musíte zvýšit výkon o 7 % nebo napětí o 3,5 %.
