Fizyczna i fizjologiczna charakterystyka drgań dźwięku. Fizjologiczna i fizyczna charakterystyka dźwięku i hałasu

Charakterystyka fizjologiczna dźwięk odnosi się do subiektywnych cech wrażenia słuchowego dźwięku przez ludzki aparat słuchowy. Fizjologiczna charakterystyka dźwięku obejmuje minimalne i maksymalne częstotliwości drgań odbierane przez daną osobę, próg słyszenia oraz próg bólu, głośność, wysokość i barwę dźwięku.

1. Minimalne i maksymalne częstotliwości drgań odbierane przez daną osobę... Częstotliwości drgań dźwięku mieszczą się w zakresie 20-20000 Hz. Jednak najniższa odbierana częstotliwość przez daną osobę to zwykle więcej niż 20 Hz, a najwyższa mniej niż 20000 Hz, co determinują indywidualne cechy budowy narządu słuchu. Na przykład: n min \u003d 32 Hz, n max \u003d 17900 Hz.

2. Próg słyszalności nazywana jest minimalną intensywnością odczuwaną przez ludzkie ucho I o... Uważa się, że I o \u003d 10-12 W / m 2 w n \u003d 1000 Hz... Jednak zwykle dla konkretnej osoby próg słyszenia jest wyższy I o.

Próg słyszalności zależy od częstotliwości wibracji dźwięku. Przy określonej częstotliwości (zwykle 1000-3000 Hz), w zależności od długości przewodu słuchowego ludzkiego aparatu słuchowego, w uchu ludzkim dochodzi do rezonansowego wzmocnienia dźwięku. W takim przypadku wrażenia dźwiękowe będą najlepsze, a próg słyszenia będzie minimalny. Wraz ze spadkiem lub wzrostem częstotliwości drgań stan rezonansu pogarsza się (usuwanie częstotliwości z częstotliwości rezonansowej) i odpowiednio wzrasta próg słyszalności.

3. Próg bólu nazywany jest bólem odczuwanym przez ludzkie ucho przy natężeniu dźwięku powyżej określonej wartości Ja od(fala dźwiękowa nie jest odczuwalna jako dźwięk). Próg bólu Ja od zależy od częstotliwości (choć w mniejszym stopniu niż próg słyszenia). Przy niskich i wysokich częstotliwościach próg bólu obniża się, tj. bolesne odczucia obserwuje się przy dużej intensywności.

4. Głośność dźwięku poziom percepcji słuchowej danego dźwięku przez daną osobę. Głośność zależy przede wszystkim od osoby, która odbiera dźwięk. Na przykład przy wystarczającej intensywności przy częstotliwości 1000 Hz głośność może być równa zeru (dla osoby niesłyszącej).

W przypadku tej konkretnej osoby, która odbiera dźwięk, głośność zależy od częstotliwości i intensywności dźwięku. Podobnie jak w przypadku progu słyszenia, głośność jest zwykle maksymalna przy częstotliwości 1-3 kHz, a wraz ze spadkiem lub wzrostem częstotliwości głośność maleje.

Głośność dźwięku zależy od intensywności dźwięku w złożony sposób. Zgodnie z psychofizycznym prawem Webera-Fechnera głośność mi wprost proporcjonalnie do poziomu intensywności:

E \u003d k . lg (I / I 0), Gdzie k zależy od częstotliwości i intensywności dźwięku.

Głośność dźwięku jest mierzona w tła... Uważa się, że głośność tła jest liczbowo równa poziomowi natężenia w decybelach przy danej częstotliwości 1000 Hz... Na przykład głośność dźwięku E \u003d 30 tła; oznacza to, że dana osoba, zgodnie z poziomem percepcji, odczuwa określony dźwięk tak samo jak dźwięk, o częstotliwości 1000 Hz i poziom dźwięku 30 dBA... Graficznie (patrz podręcznik) wykreślane są krzywe o jednakowej głośności, które są indywidualne dla każdej konkretnej osoby.

Aby zdiagnozować stan aparatu słuchowego, zdejmują audiogram - zależność progu słyszenia od częstotliwości.

5. Wysokość dźwięku nazywa się wrażeniem osoby o czystym tonie. Wraz ze wzrostem częstotliwości rośnie też wysokość dźwięku. Wraz ze wzrostem intensywności wysokość dźwięku nieznacznie się zmniejsza.

6. Barwa dźwięku odczuwanie przez człowieka tej złożonej wibracji dźwiękowej. Barwa dźwięku to ubarwienie dźwięk, za pomocą którego odróżniamy głos osoby. Barwa zależy od spektrum akustycznego dźwięku. Jednak to samo widmo akustyczne jest różnie odbierane przez różnych ludzi. Jeśli więc aparat słuchowy dwóch osób zostanie zamieniony na siebie, a analizator dźwięku w mózgu pozostanie taki sam, to kolor dźwięku od osób, które zna, będzie się wydawał inny, tj. może nie rozpoznać głosu znajomej osoby lub głos może wydawać się zmieniony.

Zadanie UIRS

1. Zbadanie budowy aparatu słuchowego, teorii percepcji dźwięku i fizycznych podstaw metod badań dźwięku w klinice z wykorzystaniem podręczników.

2. Znajdź głośność dźwięku w tle, jeśli drgania dźwięku mają częstotliwość 50 Hz i poziom mocy akustycznej 100 dB.

Porządek pracy

Ćwiczenie 1. Określenie maksymalnej odbieranej częstotliwości dźwięku

(Minimalnej odbieranej częstotliwości w przypadku tego generatora dźwięku nie można określić ze względu na przenikanie zakłóceń do słuchawek słuchawek głównie z sieci o częstotliwości 50 Hz.)

Ustaw przełączniki w następującej pozycji:

-sieć tumbler - w pozycji " Poza";

-mnożnik częstotliwości (na dole po lewej) na pozycję „ 100 ";

- "impedancja wyjściowa"w pozycji" 50 ";

Przełącza dziesiątki i jednostki decybeli na pozycję „ 0 ".

Podłącz przewód zasilający generatora do sieci 220 V, przełącznik " netto„umieścić na miejscu” Na„: podłącz słuchawki do wyjścia generatora.

Pokrętło regulacji napięcia wyjściowego " Reg. na zewnątrz."załóż woltomierz 20 V.

Ustaw częstotliwość na 20000 Hz (pokrętło częstotliwości na

200 Hz, a mnożnik częstotliwości jest w pozycji „100”. 200 Hz × 100 \u003d 20000 Hz).

Płynnie zmniejszając częstotliwość, określ jej wartość, przy której usłyszysz dźwięk. Zapisz jego znaczenie. To jest postrzegana górna częstotliwość odcięcia ( ν 1 góra).

Aby zawęzić ten limit, zwiększ częstotliwość od 10000 Hz, aż dźwięk zniknie, określając drugą wartość górnej częstotliwości odcięcia ν 2upper.

Znajdź wartość górnej częstotliwości granicznej, którą postrzegasz jako średnią arytmetyczną z dwóch uzyskanych częstotliwości: ν do góry \u003d (ν 1 do góry + ν 2 do góry) / 2.

Ćwiczenie nr 2... Określenie zależności progu słyszenia od częstotliwości

Mierz przy następujących częstotliwościach: 50, 100, 200, 400, 1000, 2000, 4000 i 8000 Hz. Na poziomie początkowym weź taką intensywność dźwięku przy częstotliwości 1000 Hz (z tłumieniem 0 dB), przy której głośność dźwięku nie sprawia, że \u200b\u200bjesteś nieprzyjemny.

Ustaw częstotliwość na 50 Hz, użyj przełącznika dziesiątek decybeli, aby dźwięk zniknął, następnie zmniejsz tłumienie o 10 dB i użyj pokrętła decybeli, aby wprowadzić tłumienie, aż dźwięk zniknie. Zapisz wynik w Tabeli 1.

Tabela 1

Urządzenia kontrolno-pomiarowe.

Środki ochrony indywidualnej przed wibracjami.

Środki organizacyjne chroniące przed wibracjami.

Obejmują one stosowanie specjalnych trybów pracy i odpoczynku dla pracowników wykonujących zawody niebezpieczne wibracjami. Zgodnie z GOST 12.1.012-90 wzrost poziomu wibracji jest dozwolony pod warunkiem, że czas narażenia pracowników jest skrócony, co należy

t \u003d 480 (V 480 / V faza) 2,

gdzie V 480- standardowa wartość prędkości drgań dla 8-godzinnego dnia pracy,

V f - rzeczywista wartość prędkości drgań.

We wszystkich przypadkach czas pracy z wibracjami ogólnymi nie powinien przekraczać 10 minut, a miejscowo - 30 minut.

Rękawiczki, rękawiczki i wkładki zgodne z GOST 12.4 002-74 służą jako ochrona osobista przed wibracjami podczas pracy z ręcznym elektronarzędziem.

Rękawiczki są wykonane z bawełny i lnu. Część dłoniowa jest powielona od wewnątrz gumą piankową. Aby chronić przed ogólnymi wibracjami, stosuje się specjalne obuwie zgodnie z GOST 12.4.024-76 (półbuty dla mężczyzn i kobiet antywibracyjne, które mają wielowarstwową gumową podeszwę).

Zestaw do pomiaru drgań IVSH-1 zawiera: przetwornik (czujnik) do pomiaru drgań, wzmacniacz pomiarowy, filtry pasmowo-przepustowe, urządzenie rejestrujące. Pomiar prędkości drgań odbywa się na powierzchniach stanowiska pracy lub na powierzchni maszyny ręcznej. Pomiar drgań ogólnych przeprowadza się zgodnie z GOST 12.1.043-84, a drgań lokalnych - zgodnie z OST 12.1.042-84.

Dźwięk - są to drgania sprężyste w ośrodku stałym, ciekłym lub gazowym, powstające w wyniku działania siły zakłócającej na te ośrodki i odbierane przez narządy słuchowe żywego organizmu.

Hałas - są to drgania losowe o różnym charakterze fizycznym, charakteryzujące się złożonością struktury czasowej i widmowej. W życiu codziennym przez hałas rozumiemy różnego rodzaju niepożądane wibracje akustyczne, które powstają w trakcie wykonywania różnego rodzaju pracy i zakłócają reprodukcję lub percepcję mowy, zakłócają proces odpoczynku itp.

Ludzki narząd słuchowy (odbiornik bodźców dźwiękowych) składa się z trzech części: ucha zewnętrznego, ucha środkowego i ucha wewnętrznego.

Drgania dźwiękowe, wchodzące do zewnętrznego przewodu słuchowego i docierające do błony bębenkowej, powodują jej synchroniczne wibracje, które są odbierane przez koniec nerwu słuchowego. Wzbudzenia powstające w komórkach rozprzestrzeniają się następnie wzdłuż nerwów i docierają do ośrodkowego układu nerwowego. Intensywność doznań (Ln o) podczas odbierania dźwięku lub hałasu (czułość) zależy od intensywności bodźca (Ln.p).

Ln o \u003d 10 Ln. R

Na przykład w warunkach całkowitej ciszy czułość słuchu jest maksymalna, ale zmniejsza się w przypadku dodatkowego narażenia na hałas. Umiarkowany spadek wrażliwości słuchowej pozwala organizmowi przystosować się do warunków środowiskowych i pełni rolę ochronną przed silnymi i długotrwałymi dźwiękami.

Nazywa się wyciszanie jednego dźwięku drugim przebranie, który jest często używany w praktyce do izolowania użytecznego sygnału lub tłumienia niepożądanego szumu (maskowanie wysyłanego sygnału na liniach wysokiej częstotliwości, odbieranie sygnałów ze sztucznych satelitów).

Do fizycznych właściwości dźwięku obejmują: częstotliwość, intensywność (natężenie dźwięku) i ciśnienie akustyczne.

Częstotliwość oscylacji (f \u003d 1 / T \u003d w / 2p) gdzie T jest okresem oscylacji, w jest częstotliwością kołową. Jednostka miary (Hz).

Ucho ludzkie odbiera ruchy wibracyjne ośrodka sprężystego jako słyszalne w zakresie częstotliwości od 20 do 20000 Hz.

Cały słyszalny zakres częstotliwości jest podzielony na 8 pasm oktawowych. Oktawa to pasmo, w którym wartość górnej częstotliwości odcięcia (f1) jest dwukrotnie większa od wartości dolnej częstotliwości odcięcia (f2), tj. f1 / f2 \u003d 2. Trzecie pasmo częstotliwości oktawy to pasmo częstotliwości, w którym stosunek ten wynosi f1 / f2 \u003d 1,26. Dla każdego pasmo oktawowe ustawia się wartość średniej geometrycznej częstotliwości:

Szereg średnich geometrycznych częstotliwości w pasmach oktawowych to:

63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Hz.

Rozróżniać:

Spektrum niskich częstotliwości - do 300 Hz;

Średnia częstotliwość - 300-800 Hz;

Wysoka częstotliwość powyżej 800 Hz.

Zgodnie z GOST 12.1.003-83 „Normy bezpieczeństwa pracy. Hałas. Ogólne wymagania bezpieczeństwa” hałas jest zwykle klasyfikowany według charakterystyki widmowej i czasowej.

Z natury widma szumy dzielą się na:

- szerokopasmowy, z ciągłym widmem o szerokości większej niż jedna oktawa;

Tonalny, w którego widmie występują dyskretne tony.

Pod względem charakterystyki czasowej hałasy dzielą się na:

Stałe, których poziomy zmieniają się w czasie o nie więcej niż 5 dBA (pompy, wentylatory, urządzenia produkcyjne);

- niestałe, których poziomy zmieniają się w czasie o więcej niż 5 dBA w ciągu ośmiogodzinnego dnia pracy.

Odgłosy przerywane dzieli się na:

Wahania w czasie, odgłosy, których poziom stale się zmienia;

Przerywany, odgłosy, których poziomy gwałtownie spadają do poziomu hałasu tła i czasu trwania interwałów. podczas którego poziom pozostaje stały i przekracza poziom tła, wynosi 1 s lub dłużej;

Impuls składający się z jednego lub więcej sygnałów dźwiękowych, każdy krótszy niż 1 sekunda. (sztuczny sygnał satelitarny).

Hałas to połączenie dźwięków o różnej częstotliwości i sile, które mają szkodliwy i drażniący wpływ na człowieka. Jako dźwięk rozumiemy drgania sprężyste cząstek powietrza, które w wyniku działania dowolnej siły zakłócającej rozchodzą się falami w ośrodku stałym, ciekłym lub gazowym. Jako zjawisko fizyczne hałas to ruch falowy ośrodka sprężystego, jako fizjologiczny: fale dźwiękowe w zakresie od 16 do 20000 Hz, odbierane przez osobę normalnie słyszącą. Hałas słyszalny - 20 - 20000 Hz, zakres ultradźwięków - powyżej 20 kHz, infradźwięki - poniżej 20 Hz. Najwyższa czułość to 1000-4000 Hz.

Źródła słuchu charakteryzują się mocą dźwięku (W), która jest całkowitą ilością energii dźwięku wyemitowanej przez źródło dźwięku w jednostce czasu.

Fizyczne cechy hałasu

Natężenie dźwięku - ilość energii dźwięku przenoszona przez falę dźwiękową w ciągu 1 s na powierzchni 1 m2, prostopadle do propagacji fali dźwiękowej. R to odległość do powierzchni.

Ciśnienie akustyczne P [Pa] - dodatkowe ciśnienie powietrza, które występuje, gdy przechodzi przez nie fala dźwiękowa (różnica między chwilową wartością ciśnienia całkowitego a wartością w ośrodku niezakłóconym).

Każda wibracja charakteryzuje się częstotliwością, czyli liczbą drgań na sekundę. Według częstotliwości szumy dzielą się na: niską częstotliwość (poniżej 400 Hz), średnią częstotliwość (400-1000), wysoką częstotliwość (ponad 1000).

Szkodliwe skutki hałasu: układ sercowo-naczyniowy; nierówny system; narządy słuchu (błona bębenkowa), powodujące nadciśnienie, choroby skóry, chorobę wrzodową żołądka. Dlatego hałas należy znormalizować zgodnie z wymogami regulacyjnymi: GOST. Hałas. Ogólne wymagania bezpieczeństwa, Normy sanitarne: Hałas na stanowiskach pracy w publicznych budynkach mieszkalnych i na terenie budynków mieszkalnych. Regulacja hałasu ma na celu zapobieganie upośledzeniu słuchu oraz zmniejszeniu zdolności do pracy i wydajności pracowników. Zgodnie z tymi dokumentami poziom ciśnienia akustycznego jest normalizowany w zależności od widma częstotliwości. Biorąc pod uwagę rozszerzony zakres częstotliwości (20-20000 Hz) przy ocenie źródła hałasu stosuje się indeks logarytmiczny, który nazywamy poziomem ciśnienia akustycznego (SPL): Р - ciśnienie akustyczne w punkcie pomiaru [Pa]; P0 to minimalna wartość, którą ludzkie ucho może odbierać 10v-3 [Pa]. SPL pokazuje, ile razy rzeczywista wartość przekracza próg. 140 dB - próg bólu.

W przypadku hałasu stałego poziomy ciśnienia akustycznego SPL (dB) w pasmach oktawowych o średniej geometrycznej częstotliwości 31,5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Hz są znormalizowane. Każda częstotliwość odpowiada granicznej wartości SPL, która nie ma negatywnego wpływu na osobę podczas 8-godzinnego dnia pracy.

Normy sanitarne СН 2.2.4 / 2.1.8.562 - 96 ² Hałas na stanowiskach pracy, w lokalach mieszkalnych, budynkach użyteczności publicznej oraz na terenie zabudowy mieszkaniowej ², a także GOST 12.1.003 - 83 w celu ograniczenia narażenia na hałas osoby, ustalono maksymalne dopuszczalne wartości poziomu dźwięku oraz ograniczające widmo hałasu dla różnych rodzajów prac. Uwzględnia się przy tym przeznaczenie lokalu, charakter powierzchni zabudowy oraz porę dnia (tab. 56, 57, 58).

Podczas normalizacji parametrów hałasu brane są również pod uwagę ich charakterystyki czasowe. Zgodnie z GOST 12.1.003 - ² Hałas. Ogólne wymagania bezpieczeństwa² pod względem charakterystyki czasowej, hałas klasyfikuje się jako stały, którego poziom dźwięku w ciągu 8-godzinnego dnia pracy zmienia się w czasie nie więcej niż
5 dBA i zmienna.

Hałas przerywany dzieli się na przerywany i impulsywny. Poziom hałasu przerywanego zmienia się stopniowo o 5 dBA lub więcej, a czas trwania okresów, w których poziom pozostaje stały, wynosi
1 sekundę lub dłużej.

Szum pulsu składa się z jednego lub więcej sygnałów dźwiękowych, z których każdy trwa krócej niż jedną sekundę. W takim przypadku poziomy dźwięku muszą różnić się o co najmniej 7 dBA.

Znormalizowanym parametrem hałasu niestabilnego jest równoważny poziom dźwięku w dBA, czyli wartość poziomu dźwięku długotrwałego hałasu stałego, który w regulowanym przedziale czasowym T \u003d t 2 - t 1 ma taką samą wartość poziomu dźwięku jak rozpatrywany hałas, którego poziom dźwięku się zmienia w samą porę:

gdzie L Ai jest średnim poziomem dźwięku w i-tym przedziale, dBA;

t i - przedział czasu, w którym poziom mieści się w określonych granicach, s;

i jest liczbą przedziałów poziomów (i \u003d 1,2, ... n).

Dźwięk jako zjawisko fizyczne charakteryzuje się ciśnieniem akustycznym P.(Pa), intensywność ja (W / m2) i częstotliwość fa (Hz).

Dźwięk jako zjawisko fizjologiczne charakteryzuje się poziomem dźwięku (tła) i głośnością (sny).

Rozchodzeniu się fal dźwiękowych towarzyszy transfer energii drgań w przestrzeni. Jego ilość przechodzi przez ten obszar
1 m 2, położony prostopadle do kierunku propagacji fali dźwiękowej, określa natężenie lub siłę dźwięku ja,

W / m2, (7,1)

gdzie mi - przepływ energii dźwiękowej, W; S - Powierzchnia, m2.

Ucho ludzkie jest wrażliwe nie na natężenie dźwięku, ale na nacisk Rdostarczane przez falę dźwiękową, którą określa wzór

gdzie fa To normalna siła, z jaką fala dźwiękowa działa na powierzchnię, N; S - powierzchnia, na którą pada fala dźwiękowa, m 2.

Wartości natężenia dźwięku i poziomy ciśnienia akustycznego, z którymi należy się uporać w praktyce, są bardzo zróżnicowane. Wibracje częstotliwości dźwięku mogą być odbierane przez ludzkie ucho tylko przy określonym natężeniu lub ciśnieniu akustycznym. Wartości progowe ciśnienia akustycznego, przy których dźwięk nie jest odbierany lub odczucie dźwiękowe zamienia się w bolesne, nazywane są odpowiednio progiem słyszenia i progiem bólu.

Próg słyszalności przy częstotliwości 1000 Hz odpowiada natężeniu dźwięku 10-12 W / m 2 i ciśnieniu akustycznemu 2 · 10-5 Pa. Przy natężeniu dźwięku 1 W / m 2 i ciśnieniu akustycznym 2 · 10 1 Pa (przy częstotliwości 1000 Hz) powstaje uczucie bólu w uszach. Poziomy te nazywane są progiem bólu i przekraczają próg słyszenia odpowiednio 10, 12 i 10 6 razy.

Aby ocenić hałas, wygodnie jest mierzyć nie bezwzględną wartość natężenia i ciśnienia, ale ich względny poziom w jednostkach logarytmicznych, charakteryzujących się stosunkiem faktycznie generowanego natężenia i ciśnienia do ich wartości odpowiadających progowi słyszalności. W skali logarytmicznej 10-krotny wzrost intensywności i ciśnienia dźwięku odpowiada wzrostowi wrażenia o 1 jednostkę, zwanemu bielą (B):

, Bel, (7,3)

gdzie ja o i R o - początkowe wartości natężenia i ciśnienia akustycznego (natężenie i ciśnienie dźwięku na progu słyszenia).

Dla początkowej liczby 0 (zero) Bel przyjmuje się próg słyszalności ciśnienia akustycznego 2 · 10-5 Pa (próg słyszalności lub percepcji). Cały zakres energii odbieranej przez ucho jako dźwięk mieści się w tych warunkach w 13-14 B. Dla wygody używają nie bieli, ale jednostkę 10 razy mniej - decybel (dB), co odpowiada minimalnemu wzrostowi siły dźwięku, rozpoznawalnej przez ucho.

Obecnie ogólnie przyjmuje się charakteryzowanie natężenia hałasu na poziomach ciśnienia akustycznego, określonych wzorem

, dB, (7,4)

gdzie R - średnia kwadratowa wartość ciśnienia akustycznego, Pa; R o - początkowa wartość ciśnienia akustycznego (w powietrzu Р o \u003d 2 · 10 -5 Pa).

Trzecią ważną cechą dźwięku, która determinuje jego wysokość, jest częstotliwość drgań, mierzona liczbą pełnych drgań wykonanych w ciągu 1 s (Hz). Częstotliwość wibracji określa wysokość dźwięku: im wyższa częstotliwość wibracji, tym wyższy dźwięk. Jednak w prawdziwym życiu, w tym w warunkach produkcyjnych, najczęściej spotykamy się z dźwiękami o częstotliwości od 50 do 5000 Hz. Ludzki narząd słuchu reaguje nie na absolut, ale na względny wzrost częstotliwości: wzrost częstotliwości drgań o połowę jest postrzegany jako wzrost tonu o określoną wartość, zwaną oktawą. Zatem oktawa to zakres, w którym górna częstotliwość odcięcia jest równa dwukrotności częstotliwości dolnej.

Założenie to wynika z faktu, że gdy częstotliwość jest podwojona, wysokość dźwięku zmienia się o taką samą wartość, niezależnie od zakresu częstotliwości, w którym ta zmiana występuje. Każde pasmo oktawy charakteryzuje się średnią geometryczną częstotliwości określoną wzorem

gdzie fa 1 - dolna częstotliwość odcięcia, Hz; fa 2 - górna częstotliwość odcięcia, Hz.

Cały zakres częstotliwości dźwięków słyszanych przez człowieka jest podzielony na oktawy o średniej geometrycznej częstotliwości 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000 i 8000 Hz.

Rozkład energii w częstotliwościach szumu to jego skład widmowy. W higienicznej ocenie hałasu mierzy się zarówno jego natężenie (siłę), jak i skład widmowy częstotliwości.

Percepcja dźwięków zależy od częstotliwości wibracji. Dźwięki o tym samym poziomie intensywności, ale różnej częstotliwości, są odbierane przez ucho jako nierówno głośne. Zmiana częstotliwości znacząco zmienia poziomy natężenia dźwięku, które wyznaczają próg słyszalności. Zależność percepcji dźwięków o różnym natężeniu od częstotliwości ilustrują tzw. Krzywe jednakowej głośności (rys. 7.1). Do oceny poziomu percepcji dźwięków o różnych częstotliwościach wprowadzono pojęcie poziomu głośności, tj. warunkowa redukcja dźwięków o różnych częstotliwościach, ale tej samej głośności do tego samego poziomu przy częstotliwości 1000 Hz.

Postać: 7.1. Krzywe jednakowej głośności

Poziom natężenia dźwięku - poziom natężenia (ciśnienia akustycznego) danego dźwięku o częstotliwości 1000 Hz, równy mu na uchu. Oznacza to, że każda krzywa o jednakowej głośności odpowiada jednej wartości poziomu głośności (od poziomu głośności równego 0, odpowiadającego progowi słyszalności, do poziomu głośności równego 120, odpowiadającego progowi bólu). Poziom głośności jest mierzony w niesystemowej jednostce bezwymiarowej - tle.

Ocena percepcji dźwięku za pomocą poziomu głośności mierzonego w tle nie daje pełnego fizjologicznego obrazu wpływu dźwięku na aparat słuchowy, ponieważ zwiększenie poziomu dźwięku o 10 dB stwarza wrażenie podwojenia głośności.

Ilościową zależność między fizjologicznym odczuciem głośności a poziomem głośności można uzyskać na podstawie skali głośności. Skalę głośności można łatwo utworzyć, biorąc pod uwagę stosunek, że wartość głośności 1 s odpowiada poziomowi głośności 40 fonów (rys. . 7.2).

Postać: 7.2. Skala objętości

Długotrwałe narażenie na hałas o dużym natężeniu może zmniejszać czułość analizatora słuchu, a także powodować zaburzenia układu nerwowego i wpływać na inne funkcje organizmu (zaburza sen, utrudnia intensywną pracę umysłową), dlatego dla różnych pomieszczeń i różnych rodzajów pracy ustala się różne dopuszczalne poziomy. hałas.

Hałas, który nie przekracza 30-35 dB, nie wydaje się nudny ani zauważalny. Ten poziom hałasu jest dopuszczalny dla czytelni, oddziałów szpitalnych, salonów nocnych. W przypadku biur projektowych, pomieszczeń biurowych dopuszczalny jest poziom hałasu 50-60 dB.

Klasyfikacja hałasu

Hałas przemysłowy można sklasyfikować według różnych kryteriów.

Z pochodzenia - aerodynamiczny, hydrodynamiczny, metaliczny itp.

Pod względem odpowiedzi częstotliwościowej - niska częstotliwość (1-350 Hz), średnia częstotliwość (350-800 Hz), wysoka częstotliwość (ponad 800 Hz).

Zgodnie z widmem - szerokopasmowy (szum o ciągłym widmie o szerokości większej niż 1 oktawa), tonalny (szum, w którego widmie występują wyraźne tony). Szum szerokopasmowy o tej samej intensywności na wszystkich częstotliwościach jest umownie nazywany „białym”. Charakter tonalny szumu ze względów praktycznych ustala się, mierząc w pasmach częstotliwości 1/3 oktawy nadwyżkę poziomu w jednym paśmie nad sąsiednimi o co najmniej 10 dB.

Pod względem charakterystyk czasowych szumy dzielą się na stałe lub stabilne i niestałe. Hałas ciągły to hałas, którego poziom dźwięku podczas 8-godzinnego dnia pracy lub podczas pomiaru w pomieszczeniach mieszkalnych i użyteczności publicznej na terenie budynków mieszkalnych zmienia się w czasie o nie więcej niż 5 dBA przy pomiarze na czas charakterystyczny dla miernika poziomu dźwięku „wolno”.

Hałas przerywany to hałas, którego poziom dźwięku w ciągu 8-godzinnego dnia pracy, podczas zmiany roboczej lub podczas pomiarów w pomieszczeniach mieszkalnych i publicznych, na obszarze mieszkalnym, zmienia się w czasie o więcej niż 5 dBA, mierzony na charakterystyce czasowej miernika poziomu dźwięku "powoli ”.

Przerywany hałas może być zmienny, przerywany i impulsywny:

hałas zmienny w czasie to hałas, którego poziom dźwięku zmienia się w sposób ciągły w czasie;

hałas przerywany to hałas, którego poziom dźwięku zmienia się stopniowo (o 5 dBA lub więcej), a czas trwania okresów, w których poziom pozostaje stały, wynosi 1 s lub dłużej;

szum impulsowy to szum składający się z jednego lub więcej sygnałów audio, z których każdy trwa krócej niż 1 s, z poziomem dźwięku w dBA ja i dBA, zmierzone odpowiednio na charakterystyce „pulsowania” i „wolnego” czasu, różnią się o co najmniej 7 dB.

Dwa ostatnie rodzaje hałasu (przerywany i impulsowy) charakteryzują się gwałtowną zmianą energii dźwięku w czasie (gwizdy, sygnały, uderzenia młotkiem kowalskim, strzały itp.).

Ciągły hałas na stanowiskach pracy charakteryzuje się poziomami ciśnienia akustycznego w dB w pasmach oktawowych o średniej geometrycznej częstotliwości 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Hz, określone wzorem (7.4).

Jako cechę stałego szumu szerokopasmowego na stanowiskach pracy dopuszcza się przyjmowanie poziomu dźwięku w dBA, mierzonego w czasie charakterystycznym dla „wolnego” miernika poziomu dźwięku, wyznaczonego wzorem:

, dBA, (7,6)

gdzie Р (А) jest średnią kwadratową wartości ciśnienia akustycznego uwzględniającą poprawkę „A” miernika poziomu dźwięku, Pa

Charakterystyką przerywanego hałasu w miejscach pracy jest równoważny (energetyczny) poziom dźwięku w dBA.

Równoważny (energetyczny) poziom dźwięku, L A (eq), w dBA danego szumu zmiennego, jest poziomem dźwięku stałego szumu szerokopasmowego, który ma takie samo średnie kwadratowe ciśnienie akustyczne jak ten zmienny hałas w pewnym przedziale czasu i który jest określony wzorem

, dBA, (7,7)

gdzie p A (t) - aktualna wartość średniego kwadratowego ciśnienia akustycznego, z uwzględnieniem poprawki " I„miernik poziomu dźwięku, Pa; p 0 - początkowa wartość ciśnienia akustycznego (w powietrzu p 0 \u003d 2 · 10-5 Pa); T - czas trwania hałasu, h.

Praca laboratoryjna nr 5

Audiometria

Student powinien wiedzieć: to, co nazywa się dźwiękiem, natura dźwięku, źródła dźwięku; fizyczne właściwości dźwięku (częstotliwość, amplituda, prędkość, natężenie, poziom natężenia, ciśnienie, widmo akustyczne); fizjologiczne cechy dźwięku (wysokość, głośność, barwa, minimalne i maksymalne częstotliwości drgań odbierane przez daną osobę, próg słyszenia, próg bólu), ich związek z fizycznymi cechami dźwięku; ludzki aparat słuchowy, teoria percepcji dźwięku; współczynnik izolacji akustycznej; impedancja akustyczna, pochłanianie i odbijanie dźwięku, współczynniki odbicia i wnikania fal dźwiękowych, pogłos; fizyczne podstawy metod badań dźwiękowych w klinice, pojęcie audiometrii.

Student powinien umieć: użycie generatora dźwięku do usunięcia zależności progu słyszenia od częstotliwości; określ minimalne i maksymalne częstotliwości drgań postrzegane przez Ciebie, wykonaj audiogram za pomocą audiometru.

Krótka teoria

Dźwięk. Fizyczne cechy dźwięku.

Dźwiękiem fale mechaniczne o częstotliwości drgań cząstek ośrodka sprężystego od 20 Hz do 20000 Hz, odbierane przez ucho ludzkie.

Fizyczny nazwać te cechy dźwięku, które istnieją obiektywnie. Nie są one związane ze specyfiką ludzkiego odczuwania wibracji dźwiękowych. Fizyczne cechy dźwięku obejmują częstotliwość, amplitudę drgań, natężenie, poziom natężenia, prędkość propagacji drgań dźwięku, ciśnienie akustyczne, widmo akustyczne dźwięku, współczynniki odbicia i penetracji drgań dźwięku itp. Rozważmy je pokrótce.

1. Częstotliwość drgań... Częstotliwość drgań dźwięku to liczba drgań cząstek ośrodka sprężystego (w którym propagują się drgania dźwięku) w jednostce czasu. Częstotliwość drgań dźwięku mieści się w przedziale 20 - 20000 Hz. Każda osoba odbiera pewien zakres częstotliwości (zwykle nieco powyżej 20 Hz i poniżej 20000 Hz).

2. Amplitudawibracja dźwięku nazywana jest największym odchyleniem drgających cząstek ośrodka (w którym rozchodzi się wibracja dźwięku) od położenia równowagi.

3. Intensywność fali dźwiękowej (lub mocą dźwięku) jest wielkością fizyczną, która jest liczbowo równa stosunkowi energii przenoszonej przez falę dźwiękową w jednostce czasu przez jednostkę pola powierzchni zorientowaną prostopadle do wektora prędkości fali dźwiękowej, to znaczy:

gdzie W - energia fal, t - czas przepływu energii przez obszar S.

Jednostka intensywności: [ ja] \u003d 1 J / (m 2 s) \u003d 1 W / m 2.

Zwróćmy uwagę na fakt, że energia i odpowiednio natężenie fali dźwiękowej są wprost proporcjonalne do kwadratu amplitudy I„I częstotliwości” ω »Wibracje dźwiękowe:

W ~ A 2i I ~ A 2 ; W ~ ω 2i I ~ ω 2.

4. Prędkość dźwięku nazywana jest prędkością propagacji energii drgań dźwięku. Dla płaskiej fali harmonicznej prędkość fazowa (prędkość propagacji fazy oscylacji (czoła fali), na przykład maksimum lub minimum, czyli wiązka lub wyładowanie ośrodka) jest równa prędkości fali. W przypadku złożonej oscylacji (zgodnie z twierdzeniem Fouriera można go przedstawić jako sumę oscylacji harmonicznych), wprowadza się pojęcie prędkość grupy - prędkość propagacji grupy fal, z jaką energia jest przenoszona przez daną falę.

Szybkość dźwięku w dowolnym medium można znaleźć za pomocą wzoru:

gdzie mi - moduł sprężystości ośrodka (moduł Younga), r jest gęstością medium.

Wraz ze wzrostem gęstości medium (na przykład o współczynnik 2), moduł sprężystości mi rośnie w większym stopniu (ponad 2 razy), dlatego wraz ze wzrostem gęstości medium wzrasta prędkość dźwięku. Na przykład prędkość dźwięku w wodzie wynosi ≈ 1500 m / s, w stali - 8000 m / s.

W przypadku gazów wzór (2) można przekształcić i otrzymać w następującej postaci:

(3)

gdzie g \u003d C P / C V - stosunek molowych lub właściwych pojemności cieplnych gazu przy stałym ciśnieniu ( C P) i przy stałej objętości ( C V).

R - uniwersalna stała gazowa ( R \u003d 8,31 J / mol K);

T - temperatura bezwzględna w skali Kelvina ( T \u003d t o C + 273);

M - masa molowa gazu (dla normalnej mieszanki gazów powietrznych

M \u003d 29 × 10-3 kg / mol).

Do powietrza o temp T \u003d 273K i normalne ciśnienie atmosferyczne, prędkość dźwięku wynosi υ \u003d 331,5 "332 m / s... Należy zauważyć, że intensywność fali (wielkość wektora) jest często wyrażana w postaci prędkości fali:

lub (4)

gdzie S × l - Tom, u \u003d W / S × l - nasypowa gęstość energii. Wektor w równaniu (4) jest nazywany przez wektor Umov.

5. Ciśnienie akustyczne jest wielkością fizyczną, która jest liczbowo równa stosunkowi modułu siły nacisku fa wibrujące cząsteczki ośrodka, w którym dźwięk rozchodzi się do obszaru S obszar zorientowany prostopadle względem wektora siły nacisku.

P \u003d F / S [P.]= 1 N / m 2 \u003d 1 Pa (5)

Natężenie fali dźwiękowej jest wprost proporcjonalne do kwadratu ciśnienia akustycznego:

I \u003d Р 2 / (2r υ), (7)

gdzie R - ciśnienie akustyczne, r jest gęstością medium, υ to prędkość dźwięku w danym środowisku.

6.Poziom intensywności. Poziom natężenia (poziom natężenia dźwięku) to wielkość fizyczna, która jest liczbowo równa:

L \u003d lg (I / I 0), (8)

gdzie ja - natężenie dźwięku, I 0 \u003d 10-12 W / m 2 - najniższe natężenie odbierane przez ucho ludzkie przy częstotliwości 1000 Hz.

Poziom intensywności L na podstawie wzoru (8) mierzy się w belach ( B). L \u003d 1 B, Jeśli I \u003d 10 I 0.

Maksymalna intensywność odbierana przez ludzkie ucho I max \u003d 10 W / m 2czyli I max / I 0 \u003d 10 13 lub L max \u003d 13 B.

Częściej poziom intensywności mierzony jest w decybelach ( dB):

L dB \u003d 10 lg (I / I 0), L \u003d 1 dBw I \u003d 1,26 I 0.

Poziom mocy akustycznej można określić na podstawie ciśnienia akustycznego.

Tak jak I ~ P 2następnie L (dB) \u003d 10 log (I / I 0) \u003d 10 log (P / P 0) 2 \u003d 20 log (P / P 0)gdzie P 0 \u003d 2 × 10-5 Pa (przy I 0 \u003d 10-12 W / m 2).

7.W toniezwany dźwiękiem, który jest procesem okresowym (okresowe oscylacje źródła dźwięku niekoniecznie są harmoniczne). Jeśli źródło dźwięku wytwarza harmoniczne wibracje x \u003d ASinωt, wtedy ten dźwięk jest nazywany prosty lub czysty ton. Złożony ton odpowiada nieharmonicznej oscylacji okresowej, którą zgodnie z twierdzeniem Fourniera można przedstawić jako zbiór prostych tonów o częstotliwościach n około (ton główny) i 2n około, 3n około itp., tzw podteksty z odpowiednimi amplitudami.

8.Widmo akustyczne dźwięk nazywany jest zbiorem harmonicznych drgań o odpowiednich częstotliwościach i amplitudach drgań, na które można rozłożyć dany złożony ton. Złożone widmo tonów jest liniowe, tj. częstotliwość n о, 2n о itp.

9. Hałas(hałas ) nazywany jest dźwiękiem, który jest złożonymi, niepowtarzalnymi oscylacjami cząstek ośrodka sprężystego. Hałas to połączenie nieregularnie zmieniających się złożonych tonów. Widmo akustyczne hałasu składa się z praktycznie dowolnej częstotliwości w zakresie audio, tj. widmo akustyczne hałasu jest ciągłe.

Dźwięk może mieć też formę boomu dźwiękowego. GROM dźwiękowy - to krótkotrwały (zazwyczaj intensywny) efekt dźwiękowy (pop, eksplozja itp.).

10.Współczynniki penetracji i odbicia fali dźwiękowej.Ważną cechą medium determinującą odbicie i przenikanie dźwięku jest impedancja charakterystyczna (impedancja akustyczna) Z \u003d r υgdzie r- gęstość medium, υ to prędkość dźwięku w medium.

Jeśli na przykład fala płaska pada normalnie do granicy między dwoma ośrodkami, wówczas dźwięk częściowo przechodzi do drugiego ośrodka, a część dźwięku zostaje odbita. Jeśli natężenie dźwięku spadnie I 1, Karnety - I 2, odbite I 3 \u003d I 1 - I 2, następnie:

1) współczynnik przenikania fali dźwiękowej b nazywa b \u003d I 2 / I 1;

2) współczynnik odbicia za nazywa:

a \u003d I 3 / I 1 \u003d (I 1-I 2) / I 1 \u003d 1-I 2 / I 1 \u003d 1-b.

Rayleigh to pokazał b \u003d

Jeśli υ 1 r 1 \u003d υ 2 r 2, następnie b \u003d 1 (wartość maksymalna), podczas gdy a \u003d 0czyli nie ma fali odbitej.