Текст книги "Общая и военная гигиена"

Для объяснения сущности действия ионизирующего излучения на живую ткань предложен ряд гипотез и даже теорий (принцип попадания, теория мишеней, гипотеза первичных радиотоксинов и цепных реакций, структурно-метаболическая теория и др.), свидетельствующих о том, что это очень сложная и не до конца изученная проблема. Установлено, что воздействие ИИ на живой организм вызывает в нем как обратимые, так и необратимые изменения, которые приводят к различным биологическим последствиям.

Кроме того, различают прямое и косвенное действие ИИ на живую биологическую ткань. В результате прямого действия в ней происходит ионизация и возбуждение сложных молекул с последующей их диссоциацией и разрывом химических связей. Косвенное действие связано с радиационно-химическими процессами, обусловленными продуктами радиолиза воды, составляющей 60–70 % от общей массы биологической ткани. Образующиеся при этом свободные радикалы и сильные окислители, обладающие высокой химической активностью, вступают в реакцию с молекулами ткани, вызывая биохимические сдвиги (подавление активности ферментов, образование токсинов и др.), повреждение клеточных структур, нарушение обменных процессов и, в конечном счете, расстройство жизнедеятельности организма в целом. Индуцированные продуктами радиолиза воды химические реакции распространяются на многие сотни и тысячи молекул, первично не затронутых излучением.

Специфика действия ИИ на живой организм состоит именно в том, что производимый ими биологический эффект обусловлен не количеством переданной энергии, а ее последующей трансформацией. Этим во многом объясняется известный радиобиологический парадокс, суть которого заключается в большом несоответствии между ничтожной величиной поглощения энергии и крайней степенью выраженности реакции биологического объекта вплоть до летального исхода.

Специфична и радиочувствительность различных органов и тканей к ИИ: она прямо пропорциональна пролиферативной активности и обратно пропорциональна степени дифференцированности составляющих их клеток. Эта закономерность получила в радиобиологии название «правило Бергонье – Трибондо» по имени ученых, открывших ее в 1906 г. В порядке убывающей радиочувствительности все органы и ткани организма человека подразделяются на группы критических органов, т. е. органов, тканей, частей тела или всего тела, облучение которых в данных условиях наиболее существенно в отношении возможного ущерба здоровью. Первую группу критических органов составляют все тело, гонады и красный костный мозг. Ко второй группе относятся мышцы, щитовидная железа, жировая ткань, печень, почки, селезенка, желудочно-кишечный тракт, легкие, хрусталик глаза и другие органы, за исключением относящихся к первой и третьей группам. В третью группу критических органов входят кожный покров, костная ткань и дистальные отделы конечностей – кисти, предплечья, лодыжки и стопы.

Другими особенностями ИИ являются: неощутимость радиационного воздействия, так как у людей отсутствуют органы чувств, которые бы воспринимали ИИ, и потому его обнаружение возможно только с помощью различных радиометрических приборов; наличие латентного периода проявления радиационного эффекта; скрытое суммирование поглощенных доз.

Биологические последствия воздействия ИИ проявляются в виде радиационных эффектов (эффектов облучения) – нестохастических и стохастических.

Детерминированные (нестохастические, пороговые) эффекты возникают при облучении в дозах, превышающих определенный, конкретный для соответствующего эффекта порог и развиваются у каждого человека, подвергшегося такому радиационному воздействию. К ним относятся ближайшие соматические эффекты, возникающие непосредственно после облучения (спустя часы, недели, месяцы): лучевая реакция, острая и хроническая лучевая болезнь разной степени тяжести, лучевые ожоги. Кроме того, выделяют отдаленные соматические последствия в виде нарушений здоровья, развивающихся спустя годы и даже десятилетия, в частности радиационную катаракту, расстройство функции воспроизводства, склеротические и дистрофические изменения разных тканей и др. Характер и тяжесть порогового эффекта, вплоть до летального исхода, прямо зависят от величины дозы облучения. Определенное значение имеют, кроме того, индивидуальные особенности и исходное состояние организма человека, подвергшегося радиационному воздействию, а также условия облучения: режим накопления дозы (однократное или протяженное во времени), размещение источника ИИ относительно тела человека (внешнее, внутреннее или сочетанное облучение), масштабы облучения (общее или локальное), равномерное или неравномерное и пр. Принято считать, что нестохастические эффекты возникают при облучении в дозах более 0,5–1,0 Гр (50—100 рад).

К стохастическим (вероятностным, беспороговым) эффектам излучения относятся злокачественные опухоли различных органов и тканей, лейкозы, уродства у плода и другие мутагенные (генетические) дефекты в потомстве.

Принципиальным отличием стохастических эффектов от детерминированных является их вероятностный (не обязательный) характер. Применительно к каждому человеку, который подвергся облучению ИИ, они не могут рассматриваться в качестве фатальных, неотвратимых последствий радиационного воздействия. Кроме того, возможность их развития и степень тяжести не зависят от величины дозы или от превышения того или иного дозового порога. Это означает, в частности, что человек, перенесший острую лучевую болезнь, отнюдь не должен считаться обреченным на гибель от рака спустя много лет после облучения, хотя такую возможность полностью исключить нельзя. Вместе с тем, как свидетельствует клинический опыт, злокачественные новообразования развиваются у людей, которые никогда не подвергались повышенному облучению. Аналогично оценивается возможность появления генетических дефектов в потомстве лиц, подвергшихся или не подвергавшихся повышенному радиационному воздействию.

Другими словами, под стохастическими понимают такие последствия, вероятность которых возрастает с дозой, но тяжесть поражения не зависит от нее.

Таким образом, в отдаленном периоде после воздействия ИИ существует не персонифицируемый риск возникновения стохастических беспороговых эффектов излучения, однако реализация этого риска в отношении каждого лица, подвергшегося радиационному воздействию, не является неизбежной. Тем не менее, указанные эффекты рассматриваются как интегральный и наиболее адекватный показатель вреда, наносимого здоровью людей ионизирующей радиацией, что дает основание использовать их в целях гигиенической регламентации радиационного воздействия. Задачей принципиального характера при этом является определение и количественная оценка вероятности реализации риска стохастических беспороговых эффектов в зависимости от уровня радиационного воздействия во всем диапазоне реальных доз облучения людей от природных и техногенных источников ИИ в современных условиях, прежде всего в области малых доз (менее 0,5 Зв или 50 бэр).

Гигиеническое нормирование ИИ в настоящее время базируется на концепции линейного беспорогового радиационного воздействия. Согласно ей, риск радиационно обусловленного канцерогенеза и генетических нарушений не имеет дозового порога и существует при воздействии любой, в том числе сколь угодно малой дозы ИИ. При этом вероятность радиационно обусловленного канцерогенеза и генетических нарушений возрастает прямо пропорционально дозе облучения: при удвоении дозы риск удваивается, при увеличении дозы в 3 раза – утраивается и т. д.

Научное обоснование и регламентация допустимых уровней воздействия ИИ имеют своей целью, прежде всего, сохранение здоровья отдельного человека и популяции в целом. Вместе с тем должны быть обеспечены условия для широкого использования и развития ядерных технологий, без чего невозможен научно-технический, экономический и социальный прогресс современной цивилизации. Иными словами, необходимо учитывать как возможный вред от применения источников ИИ, так и пользу, которую оно приносит обществу (концепция «польза – вред»). При этом постулируется, что абсолютная безопасность не достижима ни в одном виде хозяйственной деятельности. Любая профессиональная деятельность связана с тем или иным уровнем риска. Во всех случаях польза должна превышать возможный вред. Реализация этого правила в гигиеническом нормировании ИИ осуществляется на основе «концепции приемлемого (оправданного) риска», суть которой состоит в том, что максимально допустимое радиационное воздействие должно быть таким, чтобы риск смертельного радиационного канцерогенеза – наиболее частого стохастического эффекта – не превышал объективно сложившейся на современном этапе развития человеческого общества средней величины риска смерти в связи с производственной деятельностью (социально приемлемого профессионального риска) в важнейших отраслях народного хозяйства. Для населения этот риск не должен превышать риска смерти от естественных причин, связанных с современной средой обитания человека.

Именно через оценку риска отдаленных смертельных последствий от воздействия ИИ и рассчитываются основные дозовые пределы, установленные в качестве важнейшей меры защиты персонала и населения.

Целесообразно различать абсолютный риск – частоту определенных патологических эффектов, вызванных воздействием изучаемого фактора, и относительный риск – отношение частоты этих эффектов к аналогичным последствиям, вызываемым другими (известными или неизвестными) воздействиями. Использование этих оценок позволяет определить количественные критерии риска.

За допустимый риск принимается такой риск увеличения смертности от злокачественных опухолей, который не может быть реально обнаружен на данном контингенте людей в течение всей жизни поколения. Важнейшим вопросом является отношение общества к понятию приемлемого риска. Чаще всего люди воспринимают риск как индивидуальный, а не коллективный показатель. Однако в основу нормирования, реализации принципа «пользы – вреда» закладываются именно коллективная доза и коллективный риск: теоретически учитывается возможность таких последствий, которые если и обнаруживаются, то только статистическими методами применительно к большим группам населения.

Другим принципиальным положением теории гигиенического нормирования ИИ является концепция дифференцированного подхода в установлении допустимых уровней облучения. При этом учитываются категории облучаемых лиц в зависимости от уровней возможного радиационного воздействия, а также их пол и возраст. На основании выявленной закономерности, согласно которой радиочувствительность тканей прямо пропорциональна пролиферативной активности и обратно пропорциональна степени дифференцированности составляющих ее клеток, выделяются группы критических органов.

Приоритетным критерием радиационно-гигиенического нормирования на военное время является сохранение бое– и работоспособности войск и населения. Имеются также особенности установления нормативов облучения в условиях радиационных аварий и ликвидации их последствий.

Радиационную безопасность существующее законодательство РФ определяет как «состояние защищенности настоящего и будущего поколений людей от вредного для их здоровья воздействия ионизирующего излучения». При этом провозглашается право граждан на радиационную безопасность, которое «обеспечивается за счет проведения комплекса мероприятий по предотвращению радиационного воздействия на организм человека ионизирующего излучения выше установленных норм».

Радиационная безопасность персонала, населения и окружающей природной среды должна предусматривать практическую реализацию трех основополагающих принципов (нормирования, обоснования, оптимизации).

Принцип нормирования требует непревышение регламентированных доз и уровней облучения граждан от всех источников ИИ.

Принцип обоснования запрещает все виды деятельности по использованию источников ИИ, при которых полученная для человека и общества польза не превышает риск возможного вреда, причиненного дополнительным к естественному радиационному фону облучением.

Принцип оптимизации предусматривает ограничение уровней и доз облучения, а также числа облучаемых лиц при использовании любого источника ИИ на возможно низком и достижимом уровне с учетом экономических и социальных факторов.

Все эти принципы получили конкретное выражение в современной правовой и нормативной базе охраны здоровья и жизни населения Российской Федерации в условиях воздействия на него природных и техногенных источников ИИ.

В соответствии с принципом оптимизации установлены две категории облучаемых лиц (персонал и все население), для которых регламентация радиационного воздействия осуществляется дифференцированно, с учетом характера и условий жизнедеятельности, а также вида источников ИИ

К персоналу отнесены лица, работающие с техногенными источниками ИИ (группа А) или находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия (группа Б).

В категорию «все население» включены лица, работа которых прямо или косвенно не связана с эксплуатацией техногенных источников ИИ, а также лица из персонала на время пребывания их вне сферы и условий производственной деятельности.

Для категорий облучаемых лиц установлены три класса нормативов:

1) основные пределы доз;

2) допустимые уровни монофакторного воздействия, являющиеся производными от основных дозовых пределов;

3) контрольные уровни (дозы и уровни).

Основные пределы доз – величины годовой эффективной или эквивалентной доз техногенного облучения, которые не должны превышаться в условиях нормальной работы, в том числе при одновременном воздействии на человека источников внешнего и внутреннего облучения, представлены в табл. 3.1.

Основные пределы доз облучения и другие допустимые уровни облучения персонала, относящегося к группе Б, составляют ¹/₄ значений для персонала группы А. Соблюдение предела годовой дозы предотвращает возникновение детерминированных эффектов, а вероятность стохастических эффектов сохраняется при этом на приемлемом уровне.

Таблица 3.1

Основные пределы доз техногенного облучения

Приведенные основные пределы доз не включают в себя дозы от природного (ЕРФ) облучения и облучения пациентов во время медицинских процедур, а также дозы, полученные вследствие радиационных аварий. На эти виды облучения устанавливаются специальные ограничения. За период трудовой деятельности (50 лет) эффективная доза для персонала группы А не должна превышать 1000 мЗв, а для населения за период жизни (70 лет) – 70 мЗв.

Допустимые уровни монофакторного (для одного радионуклида или одного вида внешнего излучения, пути поступления) воздействия также рассматриваются как класс нормативов, производных от основных дозовых пределов. Перечень допустимых уровней включает:

– пределы годового поступления отдельных радионуклидов с воздухом (для персонала и населения), водой и пищей (для населения);

– допустимую среднегодовую объемную активность отдельных радионуклидов в воздухе (для персонала и населения);

– допустимую среднегодовую удельную активность отдельных радионуклидов в воде и пище (для населения);

– допустимые уровни мощности дозы при внешнем облучении всего тела от техногенных источников ИИ для персонала и населения;

– допустимую плотность потока частиц или квантов при облучении кожи и тела лиц из персонала моноэнергетическими электронами, фотонами и нейтронами, а также β-частицами и протонами;

– допустимые уровни общего радиоактивного загрязнения рабочих поверхностей, кожи (в течение рабочей смены), спецодежды и средств индивидуальной защиты (для персонала).

Числовые значения допустимых уровней для каждой категории облучаемых лиц и для конкретного фактора (вида, пути) облучения определены с учетом того, чтобы при таком (равном допустимому) уровне воздействия только одного данного фактора облучения в течение года величина дозы, накопленной за год, равнялась величине соответствующего предела дозы.

Контрольные уровни – числовые значения контролируемых величин дозы, мощности дозы, радиоактивного загрязнения, уровней отдельных радиационных факторов, устанавливаемые на каждом предприятии (объекте) его руководством и органами госсанэпиднадзора. Они служат для оперативного радиационного контроля, закрепления достигнутого уровня радиационной безопасности, обеспечения дальнейшего снижения доз техногенного облучения персонала и населения, радиоактивного загрязнения окружающей среды. Как правило, контрольные уровни устанавливаются ниже допустимых. Величины контрольных уровней основываются на глубоком детальном анализе тенденций изменения радиационной обстановки на предприятии (объекте) в целом и в его отдельных подразделениях, а также всех других факторов, влияющих на формирование уровня фактического облучения персонала.

С учетом местных условий администрация может вводить дополнительные, более жесткие числовые значения параметров, подлежащих контролю, – административные уровни.

1. Что такое ионизирующее излучение?

2. Какие есть природные источники ионизирующего излучения?

3. Какие есть искусственные (техногенные) источники ионизирующего излучения?

4. Какие основные виды ядерных превращений?

5. Какие основные виды ионизирующих излучений?

6. Каково взаимодействие ионизирующего излучения с окружающей средой?

7. Какие дозы ионизирующего излучения вы знаете?

8. Каков механизм воздействия радиации на живой организм?

9. Какие радиационные эффекты развиваются у людей, подвергшихся воздействию ионизирующего излучения?

10. На каких концепциях базируется теория гигиенического нормирования ионизирующего излучения?

11. Какие принципы заложены в основу радиационной безопасности?

Глава 4
Акустические колебания

Акустические (акустика – учение о звуке), или звуковые, колебания (волны) являются естественным биотическим раздражителем живых организмов, и прежде всего наделенных органом слуха. Звук, возбуждая слуховые рецепторы, находящиеся в улитке внутреннего уха, служит для человека источником информации, способствует межличностному общению, предупреждает об опасности, позволяет правильно ориентироваться в окружающей среде и участвовать в трудовом процессе, воздействует на эмоциональную сферу (музыка, пение) и т. д. Наряду с этим он может оказывать нежелательное физиологическое и психологическое воздействие на человека, раздражать, беспокоить, служить помехой различным видам деятельности: общению, работе, отдыху, развлечениям, сну. Длительное и интенсивное воздействие звука приводит к развитию объективных функциональных и морфологических изменений в органах и системах организма. По всеобщему признанию, такое проявление акустического воздействия на человека (шум) в современных условиях рассматривается одним из наиболее распространенных и неблагоприятных факторов окружающей среды.

По физической сущности звук – это механические колебания частиц в упругих средах (газ, жидкость) и твердых телах, возникающие под воздействием какой-либо возмущающей силы – источника звука. Область пространства, в которой наблюдаются звуковые волны, составляет звуковое поле.

Звуковые волны, распространяющиеся в воздухе, называют воздушным звуком. Колебания, распространяющиеся в достаточно протяженных твердых телах, – звуковой вибрацией, или структурным звуком.

Источник звука при своих колебаниях попеременно то сжимает слой упругой среды, прилегающей к его поверхности, то, наоборот, создает разрежение. Таким образом, распространение звука в среде начинается с колебаний ее плотности и давления у поверхности звучащего тела, а поскольку колебательное движение частиц среды происходит вдоль направления распространения звука, акустические волны относят к продольным.

Распространяясь в упругой среде в виде чередующихся участков пониженного и повышенного давления, звуковая волна оказывает воздействие на преграду, стоящую на пути ее распространения. Звуковым давлением называют переменную составляющую давления среды, возникающую в звуковом поле, которая накладывается на давление невозмущенной среды. Поскольку звуковое давление изменяется во времени от минимальной до максимальной величины, принято выражать его не мгновенной величиной, а среднеквадратичным значением за период колебания. Измеряют его в ньютонах на квадратный метр (Н/м²), или в паскалях (Па).

При распространении звуковой волны не происходит переноса вещества, а осуществляется перенос акустической энергии, количество которой и определяет силу звука.

Сила (интенсивность) звука – это количество звуковой энергии (джоуль), проходящее в единицу времени (секунду) через площадь поверхности (м²), расположенной перпендикулярно направлению распространения звуковой волны. Единицей измерения силы звука является Вт/м².

Сила звука и звуковое давление зависят от амплитуды звуковой волны, которая равна модулю максимального отклонения переменной составляющей давления среды, возникающей в звуковом поле, от давления невозмущенной среды. Чем она больше, тем больше сила звука и звуковое давление.

Полная интенсивность звука, генерируемая источником в окружающее пространство в единицу времени, определяется как акустическая мощность источника. Выражается в ваттах (Вт).

Помимо интенсивности, основными физическими характеристиками звуковых волн являются их частота, период и длина волны. Численное значение частоты равно количеству колебаний в одну секунду. Единица измерения – герц (Гц) – одно колебание в секунду. Время одного полного колебания, т. е. минимальный промежуток времени, через который происходит повторение процесса, называется периодом. Период (Т) и частота (ƒ) связаны соотношением:

Т = 1/ƒ.

Длина волны – расстояние между серединами двух соседних уплотнений (или разрежений) частиц среды. Как и в любом другом волновом процессе, в изотропных средах длина волны (λ) связана простой зависимостью с частотой (ƒ) и скоростью (с) звука:

λ = с/ƒ.

Установлено, что скорость звука зависит от плотности среды: чем она выше, тем быстрее распространяется звук.

Физическое понятие о звуке охватывает как слышимые, так и неслышимые колебания упругих сред. Слышимый звук ограничен диапазоном частот от 16 Гц до 20 кГц. Колебания с частотой менее 16 Гц называются инфразвуком, выше 20 кГц – ультразвуком. По своей физической природе инфразвук, слышимый звук и ультразвук одинаковы, разделение их искусственно и связано лишь с чувствительностью слухового анализатора человека. Поэтому физическое понятие «слышимый звук», по сути, близко к физиологическому понятию «звук» – специфическому ощущению, возникающему в результате воздействия колебания давления упругой среды на орган слуха. Следует помнить, что индивидуальные границы частотного восприятия акустических колебаний существенно зависят от возраста человека, состояния структур уха и других условий.

Звуковым волнам присущи определенные закономерности распространения во времени и пространстве. При распространении звуков любых частот имеют место обычные для всех типов волн явления отражения, преломления, поглощения, дифракции и интерференции.

Звук распространяется от звучащего тела в однородной среде равномерно во все стороны, если на его пути нет препятствий. Если размеры препятствия больше, чем длина волны, звук от него отражается по тому же закону, что и свет: угол падения равен углу отражения. Именно так образуется эхо. Часть звуковой энергии при этом естественно поглощается.

Многократное отражение звука от препятствий, в частности от ограждений и предметов внутри помещений, носит название реверберации. Время, затраченное на угасание звука преимущественно в результате поглощения, называется временем реверберации. Оно определяется как время, необходимое для снижения уровня шума в помещении на 60 дБ или в миллион раз (10^–6) от первоначальной интенсивности звука. В производственных помещениях время реверберации должно быть максимально низким.

Своеобразно переходит звук из одной среды в другую. Явление это довольно сложное, но оно подчиняется также общему правилу: звук не переходит из одной среды в другую, если их плотности резко отличны, например из воздуха в воду. Хорошие звукоизоляционные материалы – вата, ворсистые ковры, стены из пенобетона или пористой сухой штукатурки – как раз тем и отличаются, что в них очень много поверхностей раздела между воздухом и твердым материалом. Сталкиваясь с каждой из таких поверхностей, звук многократно отражается. Такая же ситуация свойственна туману, где звук рассеивают поверхности раздела между воздухом и капельками воды. Следовательно, один и тот же звук слышен лучше и дольше в однородной среде, чем разной по структуре.

Звук поглощает и сама среда, в которой он распространяется. Чем толще преграда и выше плотность ее структуры, тем интенсивнее идет поглощение акустических волн.

По-разному поглощаются звуковые волны различной частоты (длины волны). Сильнее поглощаются высокие звуки (коротковолновые), меньше – низкие (длинноволновые). Именно поэтому сигналы, издаваемые тепловозами, морскими и речными судами, имеют низкий звук (частота его, как правило, не более 50 Гц): низкий звук слышен на большем расстоянии. Еще меньше поглощаются инфразвуки. А вот ультразвук поглощается очень быстро: ультразвук с частотой 1 МГц ослабляется в воздухе вдвое уже на расстоянии 2 см.

Через тонкие преграды звук проходит (слышен), так как он заставляет их колебаться. Обратная сторона преграды воспроизводит искаженный, другой частоты и силы (преломленный) звук.

Если на пути распространения звуковая волна встречает препятствие меньше ее длины, она может огибать его. Это явление называется дифракцией. В случае низкочастотного источника звука большая часть его энергии вследствие дифракции распространится за пределы преграды. Высокочастотное излучение дает за преградой четкую акустическую тень.

При приходе в конкретную точку среды двух звуковых волн их амплитуды складываются. В точках, куда обе волны приходят в фазе, они усиливают друг друга; в точках, куда они попадают в противофазе, – ослабляют. Это явление называется интерференцией.

Закономерности распространения звуковых волн в окружающей среде и в помещениях должны учитываться гигиенистами, акустиками и строителями для обеспечения оптимального восприятия звуков или защиты от их негативного воздействия.

Слышимый звук. Область слышимых человеком звуков ограничена двумя порогами. Минимальная величина звукового давления, способная вызвать ощущение слышимого звука, называется порогом слышимости и для принятого в акустике стандартного тона частотой 1000 Гц составляет 2 · 10^–5 Па или (Н/м²), что соответствует силе звука 10^–12 Вт/м².

Верхняя граница порога восприятия соответствует таким значениям звукового давления, которые вызывают в органе слуха боль, называется порогом болевого ощущения. Она равна на той же частоте звуковому давлению 2 · 10² Па (Н/м²) или силе звука 10² Вт/м².

Приведенный диапазон восприятия органом слуха силы звука и его давления исключительно велик. Оперировать им на практике затруднительно. Однако было установлено, что человеческое ухо различает не разность, а кратность изменения абсолютных величин силы звука и его давления. Кроме того, слуховой анализатор воспринимает нарастание или снижение силы звука и его давления не в прямой, а логарифмической зависимости. Это позволило вместо шкалы абсолютных величин звукового давления построить относительную (логарифмическую) шкалу, соответствующую физиологической особенности восприятия, и выражать звуковое давление не абсолютной величиной, а ее уровнем, т. е. десятичным логарифмом отношения наличного звукового давления к исходному, принятому за единицу сравнения. Единицы, обозначающие эти уровни, названы белами (Б) в честь изобретателя телефона Г. Бела.

В качестве условного исходного уровня (единицы сравнения) приняты сила звука и его давление частотой 1000 Гц на пороге слышимости (I₀). Его величина в белах равна 0 (0 Б = 10^–12 Вт/м², или 2 · 10^–5 Па). При силе в 10^–11 Вт/м² (т. е. в 10 раз выше порога) субъективно звук воспринимается как в 2 раза более громкий, при этом сила (интенсивность) составляет 1 Б (lg 10^–11/10^–12 = lg 10 = 1). При дальнейшем увеличении силы звука в 10 раз, т. е. до величины, равной 10^–10 Вт/м², звук воспринимается как в 2 раза более громкий по отношению к предыдущему уровню и составляет уже 2 Б (lg 10^–10/10^–12 = lg 100 = 2). Иначе, сила звука в 100 раз больше пороговой величины составляет 2 Б, а в 1000 раз – 3 Б и т. д. Таким образом, вся шкала от порога слышимости до порога болевого ощущения составляет 14 Б (lg 10²/10^–12 = lg 10¹⁴ = = 14, или 2 · lg 10²/10^–5 = 2 · lg 10⁷ = 14).

Однако в связи с тем, что ухо способно улавливать изменения силы звука в 10 раз меньше, чем 1 Б, в практике пользуются единицами, равными 0,1 Б, или децибелами (дБ). Следовательно, вся шкала уровней интенсивности звука соответственно равна 140 дБ.

Рис. 4.1. Диапазон слышимых звуков

Уровень силы (интенсивности) звука в децибелах можно определить по формулам:

дБ =10 lg I/I₀,

где I – сила звука, Вт/м², которую необходимо перевести в дБ; I₀ – порог слуха – интенсивность, равная 10^–12 Вт/м², а также:

дБ = 20 lg Р/ Р₀,

где Р – звуковое давление (Па или Н/м ²), которое необходимо перевести в дБ; Р₀ – порог слуха – звуковое давление, равное 2 · 10^–5 Па.

Например: при шепоте сила звука составляет 7 · 10^–7 Вт/м², а при крике – 7 · 10^–5 Вт/м².

Уровни звука в дБ будут равны:

– при шепоте – 10 lg 7 · 10^–7/10^–12 = 10 · 5,903 = 59 дБ;

– при крике – 10 lg 7 · 10^–5/10^–12 = 10 · 7,9 = 79 дБ.

Абсолютная величина порога слышимости зависит от частоты звуковых колебаний. Наиболее чувствительно ухо к звукам с частотой колебания от 1000 до 4000 Гц. Чувствительность его постепенно снижается с изменением частоты от указанного интервала как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения. Особенно ухо менее чувствительно к звукам низкой частоты. Однако с ростом силы звука частотная восприимчивость органа слуха выравнивается, и оно реагирует приблизительно одинаково на звуки разных частот слышимого диапазона (рис. 4.1).

Сила звука субъективно воспринимается как его громкость, а частота – как его высота. Громкость – понятие физиологическое, характеризующее силу (величину) субъективного ощущения, испытываемого человеком в результате воздействия на его орган слуха того или иного звука. Из того, что чувствительность человеческого уха к звукам различной частоты, как отмечено выше, неодинакова, следует, что восприятие громкости, вызываемое звуками равной интенсивности, но разными по частоте, будет также неодинаково. Следовательно, выраженный в децибелах уровень силы звука не позволяет судить о физиологическом ощущении его громкости, поэтому, по аналогии с ним, введено понятие уровня громкости, единица измерения которого называется фон.