Нежелательный или чрезмерный шум — это не просто раздражение. Он оказывает негативное влияние на здоровье человека, дикую природу и качество окружающей среды. Это и есть шумовое загрязнение. Оно исходит от промышленных предприятий и рабочих мест. Также оно исходит от автомагистралей, поездов и самолетов. Строительство на открытом воздухе усугубляет проблему.
Измерение и обнаружение уровня громкости
Громкость — это не просто громкость. Речь идет о том, как люди воспринимают звук. Единицей измерения уровня звукового давления является децибел (дБ).
Какой уровень громкости является слишком высоким?
Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) установила рекомендации. Уровень шума на открытом воздухе днем должен оставаться ниже 55 децибел. Ночью уровень шума не должен превышать 45 децибел. Внутренние уровни должны быть низкими.
«Воздействие громкого шума может привести к потере слуха. Оно также может повысить риск сердечных заболеваний и нарушений сна».
Почему важна осведомленность?
Низкочастотные звуки кажутся громче высокочастотных. Это связано с тем, что человеческое ухо более чувствительно к определенным частотам. Взвешенная шкала децибел (дБА) корректирует это. Она отражает то, как люди фактически слышат звук.
Откуда исходит шум?
Промышленные объекты создают значительный шум. Некоторые рабочие места могут быть шумными. Дороги и железные дороги постоянно гудят. Самолеты издают громкие звуки. Строительные площадки являются временными, но концентрированными источниками шума.
Как это влияет на здоровье?
Шумовое загрязнение может вызывать стресс. Выброс кортизола. Этот гормон повышает кровяное давление. Длительное воздействие может вызвать сердечно-сосудистые проблемы. Нарушается сон. Это может повлиять на когнитивные функции. Страдает и дикая природа. Помехи в брачных призывах. Нарушаются паттерны кормления.
Какая отрасль наиболее затронута?
Трафик является наиболее важным источником. Автомобильное движение обширно. Железные дороги играют важную роль в городских районах. Шум от самолетов концентрируется вблизи аэропортов. Промышленное производство увеличивает нагрузку. Строительство было прерывистым, но интенсивным.
Почему так трудно решить эту проблему?
Звук легко передается. Он проходит через здания. Его трудно сдержать. Существуют правила, но их соблюдение непоследовательно. Осведомленность общественности слаба. Многие люди считают, что шум — это данность. Такое принятие позволяет проблеме продолжаться.
Что можно сделать?
Тихие технологии могут помочь. Электрические автомобили снижают дорожный шум. Более тихие конструкции самолетов могут снизить воздействие авиации. Звукоизолирующие стены вдоль автомагистралей блокируют звук. В промышленных предприятиях можно использовать глушители. Сотрудникам требуется защита органов слуха. Градостроительство может создавать тихие зоны.
Чем различаются правила в разных частях мира?
В некоторых странах действуют строгие правила в отношении шума. Некоторые люди более терпимы. Внедрение носит широкий характер. В некоторых местах жалобы игнорировались. В других случаях налагаются суровые штрафы. Это противоречие создает лоскутное одеяло защиты.
Скрытые затраты на шум
Это больше, чем просто раздражение. Речь идет о здоровье. Речь идет об окружающей среде. Игнорирование этой проблемы имеет серьезные последствия. В следующем разделе рассматриваются некоторые технологии, которые разрабатываются для борьбы с шумовым загрязнением.
Как на самом деле работают уровни шума
Звук — это не просто «шум». Это физическое напряжение. Воздушные колебания распространяются от источника звука к ушам. Обычно мы описываем это через громкость (или амплитуду) и высоту тона (или частоту). Громкость измеряется в децибелах (дБ). Шкала логарифмическая. Это означает, что она не растет линейно.
Человеческое ухо обладает невероятными возможностями. Оно может обнаруживать звуки от порога слышимости 0 дБ до примерно 140 дБ. Звуки выше 120 децибел достигают болевого порога. Ваши уши могут выдерживать широкий спектр. Однако окружающая среда редко остается статичной.
Тихий уровень звука в библиотеке составляет 35 децибел. Вагоны метро издают звук на уровне 85 децибел. На строительных площадках источники звука могут достигать 105 децибел. По мере удаления от источника звук становится тише.
Но самое важное — это энергия, стоящая за звуком. Интенсивность звука пропорциональна квадрату уровня звукового давления. Шкала децибел логарифмическая, поэтому меньшие числа представляют собой большие скачки энергии.
- Увеличение на 10 дБ означает десятикратное увеличение интенсивности.
- Скачок на 20 дБ дает интенсивность в 100 раз больше.
- 30 дБ означает интенсивность в 1000 раз больше.
Удвоение интенсивности увеличивает уровень всего на 3 дБ. Для уха это кажется небольшим изменением, но физические свойства удваиваются. Пример: 90 децибел. Добавьте рядом еще один такой же перфоратор. Вы не получите даже 180 децибел. Он излучает 93 децибела.
Маскирование также играет свою роль. Когда вы комбинируете два звука, разница между которыми составляет более 15 дБ, более тихий звук теряется. Он «затопляется». Если использовать дрель на 80 дБ вместе с бульдозером на 95 дБ, общий уровень будет 95 дБ. Звук компрессора исчезнет. Слышны только самые сильные источники.
Высота тона и восприятие
Частота измеряется в герцах (Гц). Один цикл в секунду соответствует одному герцу. Человеческая барабанная перепонка имеет широкий динамический диапазон. Она улавливает басы до 20 Гц и высокие частоты до 20 000 Гц.
Обычная речь происходит в диапазоне от 250 Гц до 2000 Гц.
Но наука измеряет не только то, что слышат уши; она измеряет то, как уши воспринимают звук. Человеческое восприятие субъективно. Звуки высокой частоты кажутся громче звуков низкой частоты, даже если их амплитуды одинаковы. Сирена звучит более тревожно, чем двигатель удаленного грузовика, хотя уровни в децибелах совпадают.
Чтобы решить этот конфликт, дизайнеры используют взвешенные фильтры. Фильтр с А-взвешиванием (дБА) корректирует измерения в соответствии с чувствительностью человека. Он ослабляет диапазон низких частот. При рассмотрении норм шума, опубликованных властями, они обычно указываются в дБА. Большинство людей считают увеличение на 6–10 дБА удвоением «громкости».
Существует также шкала с С-взвешиванием (дБС). Она используется для оценки ударных звуков, таких как выстрелы и взрывы. Звуки с более низким частотным содержанием оцениваются более точно. Измерители с А-взвешиванием могут упускать чисто физические эффекты от событий с преобладанием низких частот.
Измерение уровней шума
Шум не является непрерывным. Он меняется. Так как же его следует оценивать? Усреднять. Но нельзя просто складывать числа. Шумные события доминируют в восприятии.
Один из способов — L90. Это значение превышает уровень шума в 90% времени. Значение L90 75 дБА означает, что шум составляет не менее 75 дБА большую часть периода измерения.
Затем есть Leq или эквивалентный непрерывный уровень шума. Это логарифмическое среднее значение за определенный период времени, например, за 8-часовой рабочий день. Вы получаете число, которое представляет общую поглощенную энергию.
DNL (Day and Night Level, уровень дня и ночи) — это стандарт, используемый властями. Это означает, что мы не любим шум больше ночью. За звуки, измеренные с 22:00 до 7:00, налагается штраф в 10 дБА. Поэтому DNL является наиболее популярным показателем воздействия шума от аэропортов. Он отражает не только время, необходимое для засыпания, но и дискомфорт, вызванный прерыванием сна.
Биологические затраты
Измеряем звук. Мы количественно оцениваем воздействие. Но организму все равно на наши индикаторы. Ему нет дела.
Звук высокой интенсивности не просто вызывает повреждение. Он разрушает. Маленькие волосковые клетки во внутреннем ухе хрупки. Как только они утрачены, они не восстанавливаются. Однократное воздействие звука на 140 децибел может вызвать немедленную и необратимую потерю слуха. Это не просто шум в ушах или снижение слуха. Это проблема изоляции.
Нормы безопасности на рабочем месте основаны на этой биологии. OSHA и NIOSH имеют строгие ограничения на время воздействия шума выше 85 децибел. Правила просты. За каждые 3–5 дБ, превышающих предел, безопасное время воздействия уменьшается вдвое.
Это также относится к диким животным. Морские млекопитающие полагаются на звук для навигации и охоты. Шум судов заглушает их звонки. Козка свай создает подводные ударные волны. Эти звуки беспокоят виды, которые эволюционировали в акустических средах. «Фоновый» шум человеческой промышленности переписывает звуковой ландшафт природы.
Громкость — не единственная проблема. Это ценность тишины.
Это больше, чем просто неудобство. Если громкость и продолжительность воздействия достаточно высоки, шум становится физической атакой на организм. Он может повредить барабанную перепонку. Он разрушает чувствительные волосковые клетки внутреннего уха. Результатом является шумовая потеря слуха.
Этот ущерб обычно не возникает при уровнях ниже 80 дБА. Однако эксперты рекомендуют ограничивать воздействие в течение 8 часов уровнем ниже 85 дБА. Многократное превышение уровня в 105 дБА почти наверняка приведет к необратимой потере слуха.
Скрытые риски для здоровья от чрезмерного шума
Повреждения ограничиваются не только ушами. Длительное воздействие шума может повысить артериальное давление. Учащается пульс. Появляется беспокойство, за которым следуют тревога и умственное истощение. Это влияет на сон. То же самое касается развлечений и базового личного общения.
Дети особенно уязвимы. Люди, живущие в шумных районах, сталкиваются со стрессом. Происходит потеря памяти. Время концентрации внимания сокращается.
«Поэтому предотвращение шумового загрязнения крайне важно на рабочем месте и в обществе».
Речь идет не только о комфорте. Это относится к общественному здравоохранению.
Когда звук становится экзистенциальной угрозой
Дикая природа платит высокую цену за человеческий шум. Насекомые, лягушки, птицы, летучие мыши — все они полагаются на звук. Чтобы найти партнера, для коммуникации и навигации. Чтобы найти пищу. Чтобы избежать хищников.
Загрязнение разрушает это. Для некоторых видов это представляет собой экзистенциальную угрозу.
Кризис наиболее острый в океанах. Морские животные полагаются на эхолокацию. Киты и дельфины используют звуковые волны для навигации и охоты. Многие океаны мира теперь заполнены хаотичным шумом.
Двигатели судов, сейсмические исследования, бурение нефтяных скважин. Они создают звуковую стену, которая маскирует биологические сигналы.
Военное сонарное оборудование является одним из крупнейших источников шума. Их шум может распространяться на сотни километров под водой. Корреляция между выбросами китов и дельфинов на берег хорошо задокументирована.
Мы возвышаем природный мир
Как правила по шуму защищают ваши уши
Законы, регулирующие уровень шума, — это не просто бюрократические преграды. Это структурная защита от загрязнителей, которые могут нанести вред вашему здоровью и нарушить сон. В Соединенных Штатах эта защита основана на Законе о безопасности и гигиене труда 1970 года и Законе о контроле за шумом 1972 года. Это не рекомендации. Существуют строгие ограничения на уровень и продолжительность воздействия шума на рабочем месте.
Управление по охране труда (OSHA) использует специальную формулу для расчета экспозиции. Речь идет не только о пиковых децибелах. Важна общая доза.
$$D = (C_1/T_1) + (C_2/T_2) + (C_3/T_3) +…$$
Где C — фактическое время, проведенное в условиях шума. T — максимальное допустимое время для данного уровня. Сложите дроби. Если сумма больше 1, вы находитесь в опасной зоне. Значения больше 1 не допускаются. Математика проста. Последствия — нет.
Понимание кривой шумового стандарта
По мере того как регулирующие нормы переходят с заводских цехов в жилые помещения, стандарты также меняются. Нам нужен комфорт, а не только безопасность. Здесь в игру вступают кривые Критерия Шума (NC) и Предпочтительного Критерия Шума (PNC).
Кривая NC была введена в 1957 году. Кривые NC описывают аудиоспектр в октавах. Какова их цель? Создание комфортного рабочего пространства. Но у них есть слепое пятно. Скрытые, резкие частоты, которые делают помещение подавляющим, игнорируются.
В 1971 году была введена кривая PNC. Она исправила этот недостаток. PNC добавляет жесткие ограничения для двух конкретных раздражающих звуков: низкочастотного гула и высокочастотного шипения. PNC является отличным стандартом для проектирования офисов и жилых домов.
Шум недопустим, если уровень шума превышает эти пределы. Вы должны действовать. Вы внедряете звукопоглощающие материалы. Цель проектирования — не допускать превышения этих кривых.
Практические стратегии смягчения
Вы не всегда можете изменить источник шума. Иногда приходится менять условия.
В закрытых помещениях низкий уровень шума можно смягчить с помощью толстых штор или акустических плит. Но что насчет конфиденциальности?
В открытых офисах и медицинских учреждениях звуки соседних разговоров могут отвлекать. Я теряю концентрацию. Это нарушение конфиденциальности. Решение не в тишине. Это маскировка.
Небольшие источники белого шума (статический или движущийся воздух) могут заглушить очевидные разговоры. Это не опасно. Это не оскорбительно. Это просто размывает контуры других звуков. Это распространено в клиниках. Это повышает нижний предел слышимого звука и затрудняет разборчивость некоторых звуков, но работает, не повреждая слух.
В вопросах личной защиты слуховые аппараты по-прежнему являются золотым стандартом.
Это не просто поролоновые беруши. Коммерчески доступные средства защиты слуха могут значительно снизить уровень шума. На частоте 100 Гц можно ожидать снижения примерно на 10 дБ. Затухание на частотах выше 1000 Гц может превышать 30 дБ. Это больше, чем просто удобство. Это защита вашего слуха.
Борьба с внешним шумовым загрязнением
Внутренние стандарты ничего не значат, если снаружи кричит шум. Жилое строительство может обеспечить защиту, но только если оно соответствует минимальным требованиям. Только если внешний шум находится в пределах допустимых норм.
Эти ограничения зависят от времени. Днем генерируется больше шума. Вечером требуется меньше времени на защиту. Ночь священна.
Физика здесь коварна. Из-за ночной температурной инверсии звук преломляется вверх, а затем вниз. Шоссе в нескольких милях от дома может вызывать шум и беспокойство в вашей спальне. Воздух действует как линза, преломляя звуки, которые вы считали исчезнувшими.
Барьеры — это традиционные решения. Мы строим стены вдоль шоссе, чтобы отделить движение от жилья.
Но есть проблема. Звук преломляется. Он огибает препятствия. Эта дифракция более выражена на низких частотах. И дорожный шум? Область басов, особенно низкие частоты грузовиков, доминирует.
Поэтому эффективны только идеально расположенные препятствия. Они должны быть близко к источнику или к наблюдателю. Лучше всего располагать их близко к источнику. Это максимизирует путь дифракции и позволяет звуку «ползти» вдоль стены. Они также должны блокировать передачу звука. Если стена пропускает звук, это просто декорация.
Геометрия важна. Материалы важны. Но что насчет размещения? Именно здесь большинство проектов терпит неудачу.
