Pomiar hałasu

Dźwiękiem określamy takie zmiany ciśnienia w powietrzu lub w wodzie, na które reaguje organ słuchu, czyli ucho ludzkie może je zarejestrować. Mówiąc językiem fizyki, dźwięk jest  zaburzeniem falowym w ośrodku sprężystym, zwykle w powietrzu, przejawiającym się drganiami cząstek tego ośrodka, zdolnym do wywołania wrażenia słuchowego u człowieka. Drgające membrany, struny, płyty a także dławienie przepływu przez otwory pobudzają do drgań cząstki powietrza. Są więc generatorami fal akustycznych, tj. dźwięków. Dźwięki mogą być złożone i proste. Jeżeli przebieg  drgań cząstki powietrza ma kształt sinusoidalny w funkcji czasu, to taki dźwięk nazywamy, dźwiękiem prostym, zwany inaczej tonem. W potocznym rozumieniu pod określeniem hałas rozumiemy nieskoordynowane dźwięki, głośne, zakłócające spokój, rozmowę lub muzykę, krzyki, głośne stuki, trzaski, odgłosy pracujących maszyn itp. Zgodnie z definicją, hałasem są wszelkie niepożądane, nieprzyjemne, dokuczliwe lub szkodliwe drgania mechaniczne ośrodka sprężystego, działające za pośrednictwem powietrza na organ słuchu i inne zmysły oraz elementy organizmu człowieka.

W zależności od częstotliwości drgań wyróżnia się:
–  hałas infradźwiękowy, niesłyszalny, lecz odczuwalny, o częstotliwości drgań niższej od 20 Hz,
–  hałas słyszalny o częstotliwości w przedziale 20 – 20000 Hz,
–  hałas ultradźwiękowy, niesłyszalny, ponad 20000 Hz.

Określenie „wibracje” stosuje się do drgań oddziaływujących nie za pośrednictwem powietrza lecz ciał stałych. Hałas jako czynnik szkodliwy towarzyszy człowiekowi od wieków. Uciążliwe i szkodliwe działanie hałasu było znane i sporadycznie wykorzystywane od tysięcy lat (np. trąby jerychońskie). Nigdy jednak hałas nie był tak powszechny i uciążliwy jak obecnie. Hałas utrudnia porozumiewanie się, przeszkadza w pracy, zwiększa ryzyko wypadkowe. Przebywanie w hałasie o zbyt dużej intensywności jest szkodliwe dla zdrowia, przyśpiesza zmęczenie, oddziałuje ujemnie na cały organizm, może spowodować uszkodzenie, a nawet utratę słuchu.

Ucho ludzkie jest zdolne odebrać fale akustyczne o częstotliwościach zawartych w zakresie od 16Hz do 20000Hz. Do opisu wrażeń słuchowych używamy pojęć: – wysokość dźwięku (lokalizacja dźwięku w skali częstotliwości); – barwa dźwięku (określa skład widmowy); – głośność (określa subiektywną miarę energii fali dźwiękowej). Ciśnienia akustyczne wytwarzane przez różne źródła dźwięku w otoczeniu człowieka mieszczą się w zakresie p = 2·10^-5 – 10² Pa. Taki szeroki przedział zmienności parametrów akustycznych jest niemożliwy do przedstawienia na skali liniowej. Dlatego do określenia głośności dźwięku wprowadzono skalę decybelową (logarytmiczną), wprowadzając pojęcie poziomu ciśnienia akustycznego L_p w [dB] (L_p = 20lg(p/2·10^-5), gdzie p jest ciśnieniem akustycznym w paskalach Pa). Do określenia wartości odniesienia przyjęto wartość ciśnienia akustycznego 2·10^-5 Pa, odpowiadającą ciśnieniu akustycznemu dla tonu 1000 Hz, przy którym rozpoczyna się wrażenie słyszenia. Tę wartość nazywa się progiem słyszalności dla tonu o częstotliwości 1000 Hz. Ucho ludzkie jest najczulsze dla częstotliwości dźwięku 4 kHz, czułość stopniowo maleje ze spadkiem częstotliwości i dla częstotliwości poniżej 16 Hz (tj. infradźwięków) dźwięk nie jest słyszalny. Od strony wysokich częstotliwości słyszalność dźwięków zanika trochę wolniej i po przekroczeniu częstotliwości 20 kHz stają się one niesłyszalne przez człowieka. Psy słyszą dźwięk aż do 40 kHz. Uwzględniając zależność czułości ludzkiego ucha od częstotliwości, wprowadzono krzywe równej głośności, które porównują  wrażenia słuchowe tonów o różnej częstotliwości z tonem o częstotliwości 1000 Hz i tym tonom przyporządkowano wartości liczbowe poziomu ciśnienia akustycznego. Jednostką tej skali jest fon. Definiuje się go jako: dowolny ton ma poziom głośności N fonów, jeżeli ton o częstotliwości 1000 Hz i poziomie ciśnienia akustycznego N dB jest odczuwalny tak samo głośno. Krzywa 0 fonów łączy punkty odpowiadające początkowi wrażenia słuchowego dla pasma słyszalnego i nosi nazwę krzywej progowej, której odpowiada wartość 0 dB dla tonu 1000 Hz. Krzywa 120 fonów (zwana krzywą progu bólu) łączy punkty, w których odczuwany jest ból w narządzie słuchu. W celu oceny narażenia człowieka na hałas wprowadzono krzywe korekcyjne lub filtry, które przybliżają czułość ludzkiego ucha do skali energii niesionej przez dźwięk. Takich krzywych korekcyjnych jest kilka i oznaczone są literami A, B, C i D. Powszechnie stosuje się skalę A, która dosyć dobrze odwzorowuje czułość ucha dla niskich częstotliwości. Głośność dźwięku w tej skali oznacza się jako dB(A). Dźwięk w różny sposób może oddziaływać na zdrowie człowieka i być dla niego niebezpieczny (hałas). Zależy to natężenia (amplitudy) fal i ich częstotliwości, tzn. od energii jaką niosą oraz dynamiki zmian ciśnienia akustycznego. Ucho ludzkie ma ograniczoną czułość i odczuwa dźwięk wtedy, gdy natężenie dźwięku przekroczy pewną wartość progową, zwaną progiem słyszalności.