Физически и физиологични характеристики на шума. SA Звукови вълни Физически и физиологични характеристики на слуховото усещане

Физически и физиологични характеристики на звука.

Физически и физиологични характеристики на звука. Диаграма на слуха. Нива на интензивност и сила на звука, връзката между тях и техните мерни единици.
Акустиката е дял от физиката, който изучава звука и свързаните с него явления. Звукът е надлъжна механична вълна, която се разпространява в еластични среди (твърди тела, течности и газове) и се възприема от човешкото ухо. Звукът съответства на честотен диапазон от 16 Hz до 20 000 Hz. Трептения с честота > 20000 Hz - ултразвук, и< 16Гц – инфразвук. В газах звуковая волна – только продольная, в жидкостях и твёрдых телах – продольная и поперечная. Человек слышит только продольную механическую волну. Скорость звука в среде зависит от св-в среды (температуры, плотности среды и т.д.). В воздухе =340м/с; в жидкостях и кровенаполненных тканях = 1500м/c; в твердых телах =3000-5000м/c. Для твёрдых тел скорость равна: v=√E/p, где Е – модуль упругости (Юнга); р – плотность тела. Для воздуха скорость (м/с) возрастает с увеличением температуры: м=331,6+0,6t. Звуки делятся на тоны (простые и сложные), шумы и звуковые удары. Простой (чистый) тон – звук, источник которого совершает гармонические колебания (камертон). Простой тон имеет только одну частоту v.Сложный тон – звук, источник которого совершает периодические негармонические колебания (муз. звуки, гласные звуки речи), можно разложить на простые тона по т. Фурье. Спектр сложного тона линейчатый. Шум – сочетание беспорядочно меняющихся сложных тонов, спектр – сплошной. Звуковой удар – кратковременное звуковое воздействие (взрыв, хлопок). Различают объективные (физические), характеризующие источник звука, и субъективные (физиологические), характеризующие приёмник (ухо). Физиологические характеристики зависят от физических. Интенсивность I (Вт/м2) или уровень интенсивности L (дБ)– энергия звуковой волны, приходящаяся на площадку единичной площади за единицу времени. Эта физическая характеристика определяет уровень слухового ощущения (громкость Е [фон], уровень громкости). Громкость показывает уровень слухового ощущения. Гармонический спектр – тембр звука. Частота звука v (Гц) – высота звука. Порог слышимости – min интенсивность I0, которую человек ещё слышит, но ниже которого звук ухом не воспринимается. Человек лучше слышит на частоте 1000Гц, значит порог слышимости на этой частоте min (I0=Imin) и I0=10-12Вт/м2. Порог болевого ощущения – max интенсивность, воспринимаемая без болевых ощущений. При I0>Imax причинява увреждане на органа на слуха. Imax=10W/m2. Въведете понятието нива на интензитет L=lgI/I0, където I0 е интензитетът на звука на прага на чуване. [B - бяло]. 1 бел е нивото на интензивност на такъв звук, чиято интензивност е 10 пъти по-голяма от праговата интензивност. 10dB=1B. L=10lgI/I0, (dB). Човек чува звуци в диапазона от нива на звуков интензитет от 0 до 130 dB. Диаграма на чуваемост - зависимостта на интензивността или нивото на интензивност от честотата на звука. На него прагът на болка (BP) и прагът на слуха (PS) са представени като криви, не зависят от честотата. Минимален праг на чуване 10-12 W/m2, а праг на болка Imax =1-10W/m2. Тези стойности са при 1000Hz. В близост до тази честота човек чува най-добре. Следователно, в честотния диапазон от 500-3000 Hz при интензивност 10-8-10-5 W / m2 - зоната на речта. (I, W/m2: 10, 1, 10-12, празен; v, Hz: 16, 1000, 20000; L, dB: 130, 120.0). Аудиометрията е метод за изследване на остротата на слуха с помощта на диаграма за чуваемост. Звуковото усещане (силата) нараства в аритметична прогресия, а интензивността - в геометрична прогресия. E=klgI. Закон на Вебер-Фехнер: Промяната в силата на звука е право пропорционална на съотношението lg на интензитетите на звуците, които са причинили тази промяна в силата на звука: ∆E=k1lgI2/I1, където k1=10k.
Активен транспорт на йони през мембраната. Видове йонни процеси. Принципи на работа на Na + -K + помпата.
Активният транспорт е преносът на молекули и йони през мембраната, който се извършва от клетката поради енергията на метаболитните процеси. Води до увеличаване на потенциалната разлика от двете страни на мембраната. В този случай прехвърлянето на материя се извършва от зоната на по-ниската му концентрация към зоната на малко по-голяма. Енергията за извършване на работа се получава чрез разделяне на ATP молекулите на ADP и фосфатна група под действието на специални. протеини – ензими – транспортни АТФази. ATP=ADP+P+E, E=45kJ/mol. Активен транспорт: йони (Na + -K + -ATP-аза; Ca2 + -ATP-аза; H + -ATP-аза; пренос на протони по време на работата на дихателната верига на митохондриите) и органични вещества. Натриево-калиева помпа. Под въздействието на Na +, разположен в цитоплазмата, от вътрешната страна на мембраната, транспортната АТФ-аза се активира и се разделя на ADP и F. В същото време се освобождава 45 kJ / mol енергия, която отива в добавянето на три Na + и промяна поради тази ATP-аза конформация. 3 Na+ се транспортират през мембраната. За да се върне към първоначалната си конформация, ATPase трябва да се премести 2K+ през мембраната в цитоплазмата. В един цикъл един положителен заряд се премахва от клетката. Вътрешността на клетката е заредена отрицателно, докато външната страна е положително. Има разделяне на електрически заряди и възниква електрическо напрежение, следователно Na + -K + помпата е изогенна.
Определете скоростта на електроните, падащи върху антикатода на рентгеновата тръба, ако минималната дължина на вълната в непрекъснатия спектър на рентгеновите лъчи е 0,01 nm.
eU=hC/Lmin; eU=mv2/2; hC/Lmin=mv2/2; v2= 2hC/mLmin=437.1*1014m/s; v=20,9*107m/s.
Оптичната сила на лещата е 10 диоптъра. Какво увеличение дава?
D=1/F; Г=d0/F=0.25m/0.1=2.5 пъти.
Оценете хидравличното съпротивление на съда, ако при скорост на кръвния поток от 0,2 l / min (3,3 * 10-6 m3 / s) разликата в налягането в краищата му е 3 mm Hg (399 Pa, защото 760 mm Hg .= 101kPa)
Х=∆P/Q=399/3.3*10-6=121*106 Pa*s/m3
Какви уравнения се наричат ​​диференциални, каква е разликата между общите и частните им решения?
Диференциал - уравнение, което свързва аргумента x, желаната функция y и нейните производни y', y'', ..., yn от различни порядъци. Редът на разл. уравнението се определя от най-високия порядък на включената в него производна. Да разгледаме втория закон на Нютон F=ma, ускорението е първата производна на скоростта. F=mdv/dt – диф. уравнение от първи ред. Ускорението е втората производна на пътя. F=md2S/dt2 - разл. уравнение от втори ред. Решение разл. уравнението е функция, която превръща това уравнение в идентичност. Да решим уравнението: y'-x=0; dy/dx=x; dy=xdx; ᶘdy=ᶘxdx; y+C1=x2/2+C2; y= x2/2+C е общото решение на разл. уравнения. За всяка конкретна стойност на константата C във функцията получаваме - конкретно решение, може да има безкраен брой от тях. За да изберете такъв, трябва да зададете допълнително условие.

Шумът е комбинация от звуци с различна честота и сила, които имат вредно и дразнещо въздействие върху човека. Под звук разбираме еластичните вибрации на частиците въздух, които се разпространяват във вълни в твърда, течна или газообразна среда поради влиянието на някаква смущаваща сила. Като физическо явление шумът е вълново движение на еластична среда, като физиологично явление: звукови вълни в диапазона от 16 до 20 000 Hz, възприемани от човек с нормален слух. Звуков шум - 20 - 20000 Hz, ултразвуков диапазон - над 20 kHz, инфразвук - под 20 Hz. Най-високата чувствителност е 1000-4000 Hz.

Източниците на слуха се характеризират със звукова мощност (W) - това е общото количество звукова енергия, излъчвана от източник на звук за единица време.

Физически характеристики на шума

Интензитет на звука - количеството звукова енергия, пренесена от звукова вълна за 1 s през площ от ​​1 m2, перпендикулярна на разпространението на звукова вълна. R е разстоянието до повърхността.

Звуково налягане P [Pa] - допълнително налягане на въздуха, което възниква при преминаване на звукова вълна през него (разликата между моментната стойност на общото налягане и стойността в ненарушената среда).

Всяко трептене се характеризира с честота, т.е. броят на трептенията в секунда. По честота шумовете се разделят на: нискочестотни (под 400 Hz), средночестотни (400-1000), високочестотни (над 1000).

Вредно въздействие на шума: сърдечно-съдова система; неравностойна система; слухови органи (тимпанична мембрана), причиняващи хипертония, кожни заболявания, пептична язва. Следователно шумът трябва да се нормализира в съответствие с нормативните изисквания: GOST. Шум. Общи изисквания за безопасност, санитарни норми: Шум на работните места в помещенията на жилищни обществени сгради и в ж.к. Нормирането на шума е предназначено да предотврати увреждане на слуха и да намали ефективността и производителността на работниците. Според тези документи нивото на звуковото налягане се нормализира в зависимост от честотния спектър. Предвид разширения честотен диапазон (20-20000 Hz) при оценка на източника на шум се използва логаритмичен индикатор, който се нарича ниво на звуково налягане (SPL): . P - звуково налягане в точката на измерване [Pa]; P0 е минималната стойност, която може да се възприеме от човешкото ухо 10v -3 [Pa]. SPL показва колко пъти действителната стойност надвишава прага. 140 dB - праг на болка.

За постоянен шум нивата на звуково налягане SPL (dB) се нормализират в октавни ленти със средни геометрични честоти от 31,5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Hz. Всяка честота съответства на граничната стойност на SPL, която не влияе неблагоприятно на човек при 8-часов работен ден.

Санитарни норми SN 2.2.4 / 2.1.8.562 - 96 "Шум на работните места, в жилищни, обществени сгради и жилищни зони", както и GOST 12.1.003 - 83, за да се ограничи излагането на шум на хората, се установява максимално допустим звук стойности на нивото и граничен шумов спектър за различни видове работа. Това отчита предназначението на помещенията, естеството на застроената площ и времето на деня (табл. 56, 57, 58).

При нормализиране на параметрите на шума се вземат предвид и техните времеви характеристики. Съгласно GOST 12.1.003 -²Шум. Общи изисквания за безопасност² по отношение на времевите характеристики шумът се класифицира като постоянен, чието ниво на звука за 8-часов работен ден се променя с течение на времето с не повече от
5 dBA и периодично.

Прекъснатият шум се разделя на периодичен и импулсивен. Нивото на звука на периодичния шум се променя на стъпки от 5 dBA или повече, а продължителността на интервалите, през които нивото остава постоянно, е
1 секунда или повече.

Импулсният шум се състои от един или повече бипкания, всеки от които е с продължителност по-малка от една секунда. В същото време нивата на звука трябва да се различават с поне 7 dBA.

Нормализираният променлив параметър на шума е еквивалентното ниво на звука в dBA, т.е. стойността на нивото на звука на дългосрочен постоянен шум, който в рамките на регулирания времеви интервал T \u003d t 2 - t 1 има същата стойност на нивото на звука като въпросният шум, чието ниво на звука се променя във времето:

където L Ai е средното ниво на звука в i - този интервал, dBA;

t i е интервалът от време, през който нивото е в зададените граници, s;

i е номерът на интервала на ниво (i = 1,2,…n).

Лаборатория #5

Аудиометрия

Ученикът трябва да знае: какво се нарича звук, природата на звука, източниците на звука; физически характеристики на звука (честота, амплитуда, скорост, интензитет, ниво на интензитет, налягане, акустичен спектър); физиологични характеристики на звука (височина, сила, тембър, минимални и максимални честоти на вибрации, възприемани от даден човек, праг на чуваемост, праг на болка) връзката им с физическите характеристики на звука; човешки слухов апарат, теория на звукоусещането; коефициент на звукоизолация; акустичен импеданс, абсорбция и отражение на звука, коефициенти на отражение и проникване на звукови вълни, реверберация; физически основи на звуковите методи за изследване в клиниката, понятието аудиометрия.

Студентът трябва да може да: с помощта на звуков генератор премахнете зависимостта на прага на слуха от честотата; определете минималните и максималните възприемани от вас честоти на вибрации, направете аудиограма с помощта на аудиометър.

Кратка теория

Звук. Физически характеристики на звука.

звукнаречени механични вълни с честота на трептене на частици от еластична среда от 20 Hz до 20 000 Hz, възприемани от човешкото ухо.

Физическиназовават онези характеристики на звука, които съществуват обективно. Те не са свързани с особеностите на човешкото усещане на звукови вибрации. Физическите характеристики на звука включват честота, амплитуда на вибрации, интензитет, ниво на интензитет, скорост на разпространение на звукови вибрации, звуково налягане, акустичен спектър на звука, коефициенти на отражение и проникване на звукови вибрации и др. Нека ги разгледаме накратко.

1. Честота на трептене. Честотата на звуковите вибрации е броят на вибрациите на частиците на еластична среда (в която се разпространяват звукови вибрации) за единица време. Честотата на звуковите вибрации е в диапазона 20 - 20000 Hz. Всеки конкретен човек възприема определен диапазон от честоти (обикновено малко над 20 Hz и под 20 000 Hz).

2. Амплитудазвукова вибрация се нарича най-голямото отклонение на трептящите частици на средата (в която се разпространява звуковата вибрация) от равновесното положение.

3. интензитет на звуковата вълна(или звукова мощност) е физическо количество, което числено е равно на съотношението на енергията, пренасяна от звукова вълна за единица време през единица площ от повърхността, ориентирана перпендикулярно на вектора на скоростта на звуковата вълна, а именно:

Където У- вълнова енергия, Tе времето за пренос на енергия през областта С.

Единица за интензитет: [ аз] \u003d 1J / (m 2 s) \u003d 1W / m 2.

Нека обърнем внимание на факта, че енергията и съответно интензивността на звуковата вълна са право пропорционални на квадрата на амплитудата " А» и честота « ω » звукови вибрации:

W~A2И I~A2 ; W ~ ω 2И I ~ ω 2.

4. Скоростта на звуканаречена скорост на разпространение на енергията на звуковите трептения. За плоска хармонична вълна фазовата скорост (скоростта на разпространение на фазата на трептене (фронт на вълната), например максимум или минимум, т.е. сноп или разреждане на средата) е равна на скоростта на вълната. За сложно трептене (според теоремата на Фурие то може да бъде представено като сума от хармонични трептения) се въвежда понятието групова скоросте скоростта на разпространение на група вълни, с които енергията се пренася от дадена вълна.

Скоростта на звука във всяка среда може да се намери по формулата:

Където д- модул на еластичност на средата (модул на Юнг), rе плътността на средата.

С увеличаване на плътността на средата (например 2 пъти), модулът на еластичност дсе увеличава в по-голяма степен (повече от 2 пъти), следователно с увеличаване на плътността на средата скоростта на звука се увеличава. Например, скоростта на звука във вода е ≈ 1500 m/s, в стомана - 8000 m/s.

За газовете формула (2) може да се преобразува и да се получи в следния вид:

(3)

където g = C R /C Vе отношението на моларния или специфичния топлинен капацитет на газ при постоянно налягане ( C R) и при постоянен обем ( C V).

Ре универсалната газова константа ( R=8,31 ​​J/mol К);

T- абсолютна температура по скалата на Келвин ( T=t o C+273);

М- моларна маса на газа (за нормална смес от въздушни газове

М=29×10 -3 kg/mol).

За въздух при T=273Kи нормално атмосферно налягане, скоростта на звука е υ=331,5 » 332 m/s. Трябва да се отбележи, че интензитетът на вълната (векторното количество) често се изразява като скорост на вълната:

или ,(4)

Където S×l- сила на звука, u=W/S×lе обемната енергийна плътност. Векторът в уравнение (4) се нарича Умов вектор.

5.звуково наляганенаречена физическа величина, числено равна на отношението на модула на силата на натиск Еосцилиращи частици от средата, в която звукът се разпространява в областта Сперпендикулярно ориентирана платформа по отношение на вектора на силата на натиск.

P=F/S [П]= 1N / m 2 \u003d 1Pa (5)

Интензитетът на звуковата вълна е право пропорционален на квадрата на звуковото налягане:

I \u003d P 2 / (2r υ), (7)

Където Р- звуково налягане, r- средна плътност, υ е скоростта на звука в дадена среда.

6.Ниво на интензивност. Нивото на интензивност (ниво на интензитет на звука) е физическа величина, числено равна на:

L=lg(I/I 0), (8)

Където аз- интензитет на звука, I 0 \u003d 10 -12 W / m 2- най-ниската интензивност, възприемана от човешкото ухо при честота от 1000 Hz.

Ниво на интензивност Л, въз основа на формула (8), се измерват в белове ( Б). L = 1 B, Ако I=10I0.

Максимална интензивност, възприемана от човешкото ухо I max \u003d 10 W / m 2, т.е. I max / I 0 =10 13или L max \u003d 13 B.

По-често нивото на интензивност се измерва в децибели ( dB):

L dB =10 lg(I/I 0), L=1 dBпри I=1,26I 0.

Нивото на интензитета на звука може да се установи чрез звуковото налягане.

защото I ~ R 2, Че L(dB) = 10lg(I/I 0) = 10lg(P/P 0) 2 = 20lg(P/P 0), Където P 0 \u003d 2 × 10 -5 Pa (при I 0 \u003d 10 -12 W / m 2).

7.тонсе нарича звук, който е периодичен процес (периодичните трептения на източник на звук не се извършват непременно според хармоничен закон). Ако източникът на звук извършва хармонично трептене x=ASinωt, тогава този звук се нарича простоили чистатон. Нехармоничното периодично трептене съответства на сложен тон, който може да бъде представен от теоремата на Фурне като набор от прости тонове с честоти не(основен тон) и 2n около, 3n околои др., т.нар обертоновесъс съответните амплитуди.

8.акустичен спектързвукът е набор от хармонични трептения със съответните честоти и амплитуди на трептения, на които може да се разложи даден сложен тон. Сложният тонов спектър е облицован, т.е. честоти n o, 2n oи т.н.

9. Шум(звуков шум ) наречен звук, който е сложна, неповтаряща се във времето вибрация на частици от еластична среда. Шумът е комбинация от произволно променящи се сложни тонове. Акустичният спектър на шума се състои от почти всяка честота в звуковия диапазон, т.е. акустичният спектър на шума е непрекъснат.

Звукът може да бъде и под формата на звуков бум. звуков удар- това е краткотраен (обикновено силен) звуков ефект (пляскане, експлозия и др.).

10.Коефициенти на проникване и отражение на звукова вълна.Важна характеристика на средата, която определя отражението и проникването на звука, е вълновото съпротивление (акустичен импеданс) Z=r υ, Където r- средна плътност, υ е скоростта на звука в средата.

Ако плоска вълна пада, например, нормално на интерфейса между две среди, тогава звукът частично преминава във втората среда и част от звука се отразява. Ако интензитетът на звука спадне аз 1, преминава - аз 2, отразено I 3 \u003d I 1 - I 2, Че:

1) коефициент на проникване на звукова вълна bНаречен b=I 2 /I 1;

2) коефициент на отражение аНаречен:

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

Рейли показа това b=

Ако υ 1 r 1 = υ 2 r 2,Че b=1(максимална стойност), докато а=0, т.е. отразената вълна отсъства.

Шум- това е набор от звуци с различна честота и интензитет (сила), произтичащи от колебателното движение на частици в еластични среди (твърди, течни, газообразни).
Процесът на разпространение на колебателното движение в среда се нарича звукова вълна, а областта на средата, в която се разпространяват звуковите вълни, се нарича звуково поле.
Разграничете ударен, механичен, аерохидродинамичен шум. Ударен шум възниква по време на щамповане, занитване, коване и др.
механичен шумвъзниква при триене и биене на възли и части на машини и механизми (трошачки, мелници, електродвигатели, компресори, помпи, центрофуги и др.).
Аеродинамичен шумвъзниква в апарати и тръбопроводи при високи скорости на движение на въздуха, газа или течността и при резки промени в посоката на тяхното движение и налягане.
Основни физически характеристики на звука:
– честота f (Hz),
– звуково налягане P (Pa),
– интензитет или интензитет на звука I (W/m2),
– звукова мощност? (W).
Скорост на звуковата вълнав атмосферата при 20°C е 344 m/s.
Слуховите органи на човека възприемат звукови вибрации в честотния диапазон от 16 до 20 000 Hz. Трептения с честота под 16 Hz (инфразвук) и с честота над 20 000 (ултразвук) не се възприемат от органите на слуха.
Когато звуковите вибрации се разпространяват във въздуха, периодично се появяват области на разреждане и високо налягане. Разликата в налягането в нарушената и ненарушената среда се нарича звуково налягане P, което се измерва в паскали (Pa).
Разпространението на звукова вълна е придружено от пренос на енергия. Количеството енергия, пренесено от звукова вълна за единица време през единица повърхност, ориентирана перпендикулярно на посоката на разпространение на вълната, се нарича интензитет или сила на звука I и се измерва във W / m 2.
Продуктът се нарича специфично акустично съпротивление на средата, което характеризира степента на отразяване на звуковите вълни по време на прехода от една среда към друга, както и звукоизолиращите свойства на материалите.
Минимална интензивност на звука, която се възприема от ухото, се нарича праг на чуване. Честотата от 1000 Hz се приема като стандартна честота за сравнение. При тази честота прагът на слуха I 0 = 10-12 W / m 2 и съответното звуково налягане P 0 = 2 * 10 -5 Pa. Максимален интензитет на звука, при което органът на слуха започва да изпитва болка, се нарича праг на болка, равен на 10 2 W / m 2, и съответното звуково налягане P = 2 * 10 2 Pa.
Тъй като промените в интензитета на звука и звуковото налягане, чути от човек, са огромни и възлизат съответно на 10 14 и 10 7 пъти, е изключително неудобно да се използват абсолютни стойности на интензитета на звука или звуковото налягане за оценка на звука.
За хигиенна оценка на шума е обичайно да се измерва неговият интензитет и звуково налягане не чрез абсолютни физически величини, а чрез логаритмите на съотношенията на тези количества към условното нулево ниво, съответстващо на прага на чуване на стандартен тон с честота от 1000 Hz. Тези логаритми на съотношенията се наричат ​​нива на интензитет и звуково налягане, изразени в белове (B). Тъй като човешкият слухов орган е в състояние да различи промяна в нивото на интензитета на звука с 0,1 бела, тогава за практическа употреба е по-удобно да имате единица 10 пъти по-малко - децибел(dB).
Нивото на интензитета на звука L в децибели се определя по формулата

L=10Lg(I/Io) .

Тъй като интензитетът на звука е пропорционален на квадрата на звуковото налягане, тази формула може да бъде записана и като

L=10Lg(P 2 /P o 2)=20Lg(P/P o), dB.

Използването на логаритмична скала за измерване на нивото на шума позволява голям диапазон от I и P стойности да се съдържат в относително малък диапазон от логаритмични стойности от 0 до 140 dB.
Праг на звуково налягане P 0 съответства на прага на слуха L = 0 dB, праг на болка 120-130 dB. Шумът, дори когато е малък (50-60 dB), създава значително натоварване на нервната система, оказвайки психологическо въздействие. При действието на шум над 140-145 dB е възможно разкъсване на тъпанчето.
Общо ниво на звуково налягане L, създаден от няколко източника на звук с едно и също ниво на звуково налягане Li, изчислено по формулата

L=L i +10Lg н , dB,

където n е броят на източниците на шум със същото ниво на звуково налягане.
Така например, ако два еднакви източника на шум създават шум, тогава общият им шум е с 3 dB повече от всеки един от тях поотделно.
По нивото на интензитета на звука все още е невъзможно да се прецени физиологичното усещане за силата на този звук, тъй като нашият слухов орган не е еднакво чувствителен към звуци с различни честоти; Звуци с еднаква сила, но различни честоти изглеждат неравно силни. Например звук с честота 100 Hz и мощност 50 dB се възприема като равен на звук с честота 1000 Hz и мощност 20 dB. Следователно, за да се сравнят звуци с различни честоти, заедно с понятието ниво на интензитет на звука, се въвежда понятието ниво на силата на звука с условна единица - фон. Един фон - силата на звука при честота 1000 Hz и ниво на интензитет 1 dB. При честота от 1000 Hz нивата на звука се приемат равни на нивата на звуково налягане.
На фиг. 1 показва кривите на еднаква сила на звуците, получени от резултатите от изследването на свойствата на органа на слуха за оценка на звуци с различни честоти според субективното усещане за сила. Графиката показва, че ухото ни има най-висока чувствителност при честоти 800-4000 Hz, а най-ниска - при 20-100 Hz.

Обикновено параметрите на шума и вибрациите се оценяват в октавни ленти. Една октава се приема като честотна лента, т.е. честотният интервал, в който най-високата честота f 2 е два пъти най-ниската f 1 . Средната геометрична честота се приема като честота, характеризираща лентата като цяло. Средногеометрични честоти на октавните лентистандартизиран GOST 12.1.003-83 " Шум. Общи изисквания за безопасност"и са 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Hz със съответните им гранични честоти 45-90, 90-180, 180-355, 355-710, 710-1400, 1400-2800, 2800- 5600, 5600-11200.
Зависимостта на величините, характеризиращи шума, от неговата честота се нарича честотен спектър на шума. За удобство на физиологичната оценка на въздействието на шума върху човек се различават нискочестотен (до 300 Hz), средночестотен (300-800 Hz) и високочестотен (над 800 Hz) шум.
GOST 12.1.003-83 и SN 9-86 RB 98 " Шум на работното място. Ограничения„класифицира шума по естеството на спектъра и по времето на действие.
По естеството на спектъра:
– широколентов, ако има непрекъснат спектър с ширина повече от една октава,
-тонални, ако в спектъра има изразени дискретни тонове. В същото време тоналната природа на шума за практически цели се установява чрез измерване в честотни ленти от една трета октава (за лента от една трета октава, чрез превишаване на нивото на звуково налягане в една лента над съседните с най-малко 10 dB.
По времеви характеристики:
- постоянно, чието ниво на звука за 8-часов работен ден се променя във времето с не повече от 5 dB,
- прекъснати, чието ниво на звука за 8-часов работен ден се променя във времето с повече от 5 dB.
Периодичните шумове се делят на:
колебание във времето, чието ниво на звука непрекъснато се променя във времето;
периодичен, чието ниво на звука се променя на стъпки (с 5 dB или повече);
импулс, състоящ се от един или повече звукови сигнала, всеки с продължителност по-малка от 1 s.
Най-голямата опасност за човека е тоналният, високочестотният и периодичният шум.
Ултразвукът според метода на разпространение се разделя на:
– разпространява се по въздух (въздушен ултразвук);
- разпределени чрез контакт при контакт с твърди и течни среди (контактен ултразвук).
Ултразвуковият честотен диапазон е разделен на:
- нискочестотни трептения (1,12 * 10 4 - 1 * 10 5 Hz);
- високочестотен (1 * 10 5 - 1 * 10 9 Hz).
Източниците на ултразвук са производствени съоръжения, в които се генерират ултразвукови вибрации за извършване на технологичния процес, технически контрол и измервания, както и оборудване, по време на работа на което се появява ултразвук като съпътстващ фактор.
Характеристики на въздушния ултразвукна работното място в съответствие с GOST 12.1.001 " Ултразвук. Общи изисквания за безопасност"и SN 9-87 RB 98" Въздушен ултразвук. Максимално допустими нива на работното място" са нива на звуково налягане в ленти от една трета октава със средни геометрични честоти 12,5; 16,0; 20,0; 25,0; 31,5; 40,0; 50,00; 63,0; 80,0; 100,0 kHz.
Характеристики на контактния ултразвукв съответствие с GOST 12.1.001 и SN 9-88 RB 98 " Ултразвукът се предава чрез контакт. Максимално допустими нива на работното място"са пиковите стойности на скоростта на вибрациите или нивата на скоростта на вибрациите в октавни ленти със средни геометрични честоти 8; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000; 16000; 31500 kHz.
вибрации- това са вибрации на твърди тела - части от апарати, машини, съоръжения, конструкции, възприемани от човешкото тяло като трусове. Вибрациите често са придружени от звуков шум.
По начин на предаване на човеквибрациите се разделят на местенИ общ.
Общата вибрация се предава през опорните повърхности към тялото на стоящ или седнал човек. Най-опасната честота на общата вибрация е в диапазона 6-9 Hz, тъй като тя съвпада с естествената честота на трептенията на вътрешните органи на човек, в резултат на което може да възникне резонанс.
Локална (местна) вибрацияпредавани чрез човешки ръце. Вибрацията, която засяга краката на седнал човек и предмишниците в контакт с вибриращи повърхности на работния плот, също може да се отдаде на локална вибрация.
Източници на локални вибрации, предавани на работниците, могат да бъдат: ръчни машини с двигател или ръчен механизиран инструмент; контрол на машини и оборудване; ръчни инструменти и детайли.
Обща вибрацияв зависимост от източника на възникването му се разделя на:
обща вибрация от 1-ва категория - транспорт, въздействащ на човек на работното място в самоходни и прикачни машини, превозни средства при движение по терени, пътища и селскостопански земи;
обща вибрация от 2-ра категория - транспортна и технологична, засягаща човек на работното място в машини, движещи се по специално подготвени повърхности на промишлени помещения, промишлени обекти, минни изработки;
обща вибрация от 3-та категория - технологична, засягаща човек на работното място в близост до стационарни машини или предавана на работни места, които нямат източници на вибрации.
Общата вибрация от категория 3 се разделя на следните видове според мястото на действие:
3а - на постоянни работни места на производствени помещения на предприятия;
3б - на работни места в складове, столове, битови, дежурни и други спомагателни производствени помещения, където няма машини, генериращи вибрации;
3в - на работните места в административните и обслужващи помещения на централата, проектантски бюра, лаборатории, центрове за обучение, компютърни центрове, здравни центрове, офис помещения и други помещения на умствено работещи.
Според времевите характеристики вибрацията се разделя на:
- константа, за която спектралният или честотно коригираният нормализиран параметър по време на времето на наблюдение (най-малко 10 минути или времето на технологичния цикъл) се променя не повече от 2 пъти (6 dB), когато се измерва с времева константа от 1 s ;
- непостоянна вибрация, за която спектралният или честотно коригираният нормализиран параметър за времето на наблюдение (най-малко 10 минути или времето на технологичния цикъл) се променя повече от 2 пъти (6 dB), когато се измерва с времеконстанта от 1 сек.
Основните параметри, характеризиращи вибрациите:
– честота f (Hz);
- амплитуда на преместване A (m) (най-голямото отклонение на осцилиращата точка от равновесното положение);
– вибрационна скорост v (m/s); осцилаторно ускорение a (m / s 2).
Както и за шума, целият спектър от честоти на вибрации, възприемани от човек, е разделен на октавни ленти със средни геометрични честоти от 1, 2, 4, 8, 16, 32, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000 Hz .
Тъй като обхватът на промените в параметрите на вибрациите от праговите стойности, при които не е опасно до действителните, е голям, по-удобно е да се измерват невалидните стойности на тези параметри и логаритъма на съотношението на действителните стойности да прагове такива. Тази стойност се нарича логаритмично ниво на параметъра, а нейната единица е децибел (dB).

В среда, която има маса и еластичност, всяко механично смущение създава шум. Без наличието на еластична среда не се получава разпространение на звука. Колкото по-плътна е средата, толкова по-силен ще бъде звукът. Например в кондензиран въздух звуците се предават с по-голяма сила, отколкото в разреден въздух.

Звукса вълнообразни механични трептения на еластична среда.

Шум- специфична форма на звук, която е нежелана за човек, пречи му да работи, да говори нормално или да се отпусне в момента.

Основните физични параметри, които характеризират звука като трептящо движение, са скоростта, дължината и амплитудата на вълната, честотата, силата и акустичното налягане.

Скорост на звукае разстоянието, на което звукова вълна се разпространява в еластична среда за единица време. Скоростта на звука зависи от плътността и температурата на средата.

Звуци с различни честоти, независимо дали става въпрос за пронизително свирене или тъпо ръмжене, се разпространяват в една и съща среда с еднаква скорост.

Скоростта на звука е някаква постоянна характеристика на дадено вещество. Скоростта на разпространение на звука във въздуха (при 0°C) е 340 m/s, във вода - 1450 m/s, в тухла - 3000 m/s, в стомана - 5000 m/s.

Тъй като температурата на средата се променя, скоростта на звука се променя. Колкото по-висока е температурата на околната среда, толкова по-бързо се разпространява звукът в нея. И така, за всеки градус на повишаване на температурата скоростта на звука в газовете се увеличава с 0,6 m/s, във водата - с 4,5 m/s.

Във въздуха звуковите вълни се разпространяват под формата на разминаваща се сферична вълна, която запълва голям обем, тъй като вибрациите на частиците, причинени от източника на звук, се предават на значителна маса въздух. Но с увеличаване на разстоянието трептенията на частиците на средата отслабват.

Затихването на звука също зависи от неговата честота. Високочестотните звуци се абсорбират във въздуха повече от нискочестотните звуци.

Възможна е субективна оценка на промишления шум. На фиг. показана е зависимостта на нивото на звуковото налягане от разстоянието.

Ориз. Графика на субективна оценка на шума: 1 - много силен разговор; 2 - силен разговор; 3 - повишен глас; 4 - нормален глас

Според тази зависимост е възможно приблизително да се зададе стойността на нивото на звуковото налягане, ако двама души в работилницата чуват и разбират достатъчно добре речта, когато говорят помежду си. Например, ако разговор с нормален глас може да се проведе на разстояние 0,5 m един от друг, това означава, че количеството шум не надвишава 60 dB; на разстояние 2,5 m при това ниво на звуково налягане ще се чува и разбира само силна реч.

Източниците на шум имат определена насоченост на излъчване. Наличието на слоеве въздух с различна температура в атмосферата води до пречупване на звуковите вълни.

През деня, когато температурата на въздуха намалява с височината, звуковите вълни от източник, разположен близо до повърхността на земята, се огъват нагоре и не се чува звук на известно разстояние от източника.

Ако температурата на въздуха се повишава с височината, звуковите вълни се огъват и звукът достига до по-отдалечени точки на земната повърхност. Това обяснява факта, че през нощта, когато горните слоеве на въздуха се нагряват през деня, звукът се чува на по-големи разстояния, отколкото през деня, особено когато се разпространява над повърхността на водата, която почти напълно отразява звука вълни нагоре.

Когато температурата на въздуха се променя леко с височината и няма вятър, тогава звукът се разпространява, без да изпитва забележимо пречупване. Например в мразовитите зимни дни свирката на парен локомотив се чува от няколко километра, скърцането на шейна се чува далеч, звукът на брадва в гората и т.н.

Като всяко вълнообразно движение, звукът се характеризира с дължина на вълната.Дължината на вълната е разстоянието между два последователни гребена и падини.

амплитуда на вълнатанарича се разстоянието, на което частица от средата се отклонява от равновесното си положение.

Слуховите органи на човека възприемат дължини на звуковите вълни от 20 м до 1,7 см. Силата на звука е правопропорционална на дължината на звуковата вълна.

звукова честота- броят на трептенията на звукова вълна за единица време (секунда) и се измерва в Hz.

Според честотата звуковите вибрации се делят на три диапазона:

инфразвукови вибрации с честота под 16 Hz;

звук - от 16 до 20 000 Hz;

ултразвукови - повече от 20 000 Hz.

Слуховите органи на човека възприемат звукови вибрации в честотния диапазон от 16 ... 20 000 Hz.

Звуковият диапазон обикновено се разделя на нискочестотен - до 400 Hz, средночестотен - 400 ... 1000 Hz и високочестотен - над 1000 Hz.

Инфразвуците не се възприемат от човешкото ухо, но могат да повлияят на тялото като цяло, причинявайки сериозни последствия. Факт е, че вътрешните органи на човек имат собствена честота на трептене от 6 ... 8 Hz.

При излагане на инфразвук с тази честота възниква резонанс, т.е. честотата на инфразвуковите вълни съвпада с естествената (резонансна) честота на вътрешните органи, което е придружено от увеличаване на амплитудата на трептенията на системата. На човек му се струва, че всичко вътре в него вибрира. В допълнение, инфразвуковите вибрации имат биологична активност, което също се обяснява със съвпадението на техните честоти с ритъма на мозъка. Инфразвук с определена честота причинява мозъчна дисфункция, слепота, а при честота 7 Hz - смърт.

Основните източници на инфразвук в заведенията за обществено хранене могат да бъдат непрекъснато работещи машини и механизми с брой цикли по-малък от 20 в секунда - механизми за смесване на салати, рязане на пресни и варени зеленчуци, рипъри, бъркалки и други видове технологично оборудване с относителна мощност. нискоскоростни основни работни органи.

Една от характеристиките на инфразвука е, че той се разпространява добре на големи разстояния и почти не се отслабва от препятствия. Следователно, когато се справяте с него, традиционните методи за звукоизолация и звукопоглъщане са неефективни. В този случай най-приемливият метод за борба с инфразвука като вреден производствен фактор е източникът на неговото възникване.

Ултразвук - еластични вълни с малка дължина с честота на трептене над 20 000 Hz. Специфична характеристика на ултразвука е способността му да генерира вълни, подобни на лъч, които могат да пренасят значителна механична енергия. Тази способност на ултразвука намери широко приложение в различни индустрии, включително хранителна. Така например обработката на мляко с ултразвук може значително да намали съдържанието на микрофлора в него. Ултразвукът се използва в предприятия за производство на животински и растителни мазнини, в производството на хлебни и сладкарски изделия, в предприятия за преработка на месо и риба, във винопроизводството и парфюмерията.

Наред с многобройните възможности за използване на ултразвук в развитието на технологичните процеси, той има вредно въздействие върху човешкото тяло: причинява нервни разстройства, главоболие, загуба на слухова чувствителност и дори промени в състава и свойствата на кръвта.

Защитата срещу действието на ултразвук може да бъде осигурена чрез производството на оборудване, което излъчва ултразвук в звукоизолиращ дизайн, инсталирането на екрани, включително прозрачни, между оборудването и работника, поставянето на ултразвукови инсталации в специални помещения.

Когато звукова вълна се разпространява във въздуха, в него се образуват кондензация и разреждане, което създава допълнително налягане по отношение на средното външно налягане на атмосферата. Именно на този натиск, наречен звуков или акустичен, реагират човешките слухови органи. Единица за звуково налягане - N/m 2 или Pa.

Звуковата вълна носи със себе си определено количество енергия в посоката на своето движение. Количеството енергия, пренасяно от звукова вълна за единица време през площ от 1 m 2, разположена перпендикулярно на посоката на разпространение на вълната, се нарича звукова мощност или интензитет на звука (I), измерена във W / m 2.

Максималните и минималните звукови налягания и интензитети на звука, възприемани от човек като звук, се наричат ​​прагови.

Човешкият слухов орган е в състояние да различи увеличение на звука от 0,1 B, следователно на практика при измерване на нивата на звука се използва извънсистемна единица децибел (dB): 0,1 B = 1 dB.

Увеличаването на шума с 1 dB води до увеличаване на звуковата енергия с 1,26 пъти. Сравнявайки силата на два шума, например 10 и 20 dB, не може да се каже, че интензитетът на втория е два пъти по-голям от първия. Реално ще е 10 пъти повече.

Скалата на звука, възприемана от човешкото ухо, е от 1 до 130 dB.

Налягането на звуковата вълна на прага на болката (130 dB) е приблизително 20 Pa.

За по-добро представяне на нивото на звука като силата на слуховото усещане в децибели могат да се дадат следните примери: когато

f = 1000 Hz нормална разговорна реч съответства на 40 dB, работата на автомобилен двигател - 50 dB, самолетен двигател -100 ... 110 dB, шумът на главните улици и градските площади - 60 dB.

Физиологичното въздействие на шума върху човешкото тяло зависи от спектъра и природата на звука.

Обхвате графично представяне на разлагането на нивото на звуковото налягане в честотни компоненти. Спектралните характеристики помагат да се идентифицират най-вредните звуци и да се разработят мерки за борба с индустриалния шум.

Има три вида шумови спектри: дискретни или тонални, непрекъснати или широколентови и смесени.

Отделен(от латински discretus - отделен, прекъсващ) спектър (фиг. а) характеризира нестабилен звук, когато отделните честоти се открояват рязко от общото ниво, а при някои честоти изобщо няма звук.

Ориз. Шумови спектри: а - дискретни; б - твърд; в - смесен

Дискретният спектър е характерен например за шума, издаван от сирената на специални автомобили, трион и др.

непрекъснат спектър(Фиг. b) е набор от нива на звуково налягане на близко разположени честоти, когато има ниво на звуково налягане на всяка честота.

Този спектър на шум е типичен за работа на реактивен двигател, двигатели с вътрешно горене, изгорели газове, въздух, преминаващ през тесен отвор и др.

смесен спектър(фиг. в) е спектърът, когато има дискретни компоненти на фона на непрекъснат шум.

В предприятията най-често се срещат смесени спектри - това е шумът от технологично оборудване, вентилатори, компресори и др.

По природа шумът може да бъде стабилен и импулсивен.

Стабилният шум се характеризира с постоянни нива на звуково налягане, докато импулсният шум се характеризира с бърза промяна на нивото на звуковото налягане във времето с около 8 ... 10 dB/s. Импулсният шум се възприема като отделни, последователни удари; въздействието му върху човешкото тяло е по-агресивно от стабилния шум.