Fizičke i fiziološke karakteristike buke. SA Zvučni talasi Fizičke i fiziološke karakteristike slušnog osjeta

Fizičke i fiziološke karakteristike zvuka.

Fizičke i fiziološke karakteristike zvuka. Dijagram sluha. Nivoi intenziteta i jačine zvuka, odnos između njih i njihovih mjernih jedinica.
Akustika je grana fizike koja proučava zvuk i srodne pojave. Zvuk je uzdužni mehanički talas koji se širi u elastičnim medijima (čvrste tvari, tekućine i plinovi) i percipira ga ljudsko uho. Zvuk odgovara frekvencijskom opsegu od 16 Hz do 20000 Hz. Oscilacije sa frekvencijom > 20000 Hz su ultrazvuk, i< 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>Dolazi do imax oštećenja organa sluha. Imax=10W/m2. Uvodi se koncept nivoa intenziteta L=lgI/I0, gdje je I0 intenzitet zvuka na pragu čujnosti. [B - belah]. 1 bel – nivo intenziteta takvog zvuka, čiji je intenzitet 10 puta > prag intenziteta. 10dB=1B. L=10lgI/I0, (dB). Osoba čuje zvukove u rasponu nivoa jačine zvuka od 0 do 130 dB. Dijagram čujnosti - zavisnost intenziteta ili nivoa intenziteta od frekvencije zvuka. Na njemu su prag bola (PT) i prag sluha (HL) predstavljeni u obliku krivulja koje ne zavise od frekvencije. Minimalni prag sluha je 10-12 W/m2, a prag bola Imax = 1-10 W/m2. Ove vrijednosti su na frekvenciji od 1000Hz. U blizini ove frekvencije osoba najbolje čuje. Dakle, u frekvencijskom opsegu 500-3000 Hz pri intenzitetu od 10-8-10-5 W/m2 - područje govora. (I, W/m2: 10, 1, 10-12, prazno; v, Hz: 16, 1000, 20000; L, dB: 130, 120,0). Audiometrija je metoda proučavanja oštrine sluha pomoću dijagrama čujnosti. Osjet zvuka (glasnoća) se povećava u aritmetičkoj progresiji, a intenzitet - u geometrijskoj progresiji. E=klgI. Weber-Fechnerov zakon: Promjena glasnoće je direktno proporcionalna lg omjeru intenziteta zvukova koji su izazvali ovu promjenu glasnoće: ∆E=k1lgI2/I1, gdje je k1=10k.
Aktivan transport jona kroz membranu. Vrste jonskih procesa. Principi rada Na+-K+ pumpe.
Aktivni transport je prijenos molekula i iona preko membrane, koji stanica obavlja zahvaljujući energiji metaboličkih procesa. To dovodi do povećanja razlike potencijala na obje strane membrane. U tom slučaju, tvar se prenosi iz područja niže koncentracije u područje veće koncentracije. Energija za obavljanje posla dobija se cijepanjem molekula ATP-a na ADP i fosfatnu grupu pod utjecajem posebnih agenasa. proteini – enzimi – transportne ATPaze. ATP=ADP+P+E, E=45kJ/mol. Aktivni transport: joni (Na+-K+-ATPaza; Ca2+-ATPaza; H+-ATPaza; prenos protona tokom funkcionisanja respiratornog lanca mitohondrija) i organske supstance. Natrijum-kalijum pumpa. Pod uticajem Na+, koji se nalazi u citoplazmi, na unutrašnjoj strani membrane, aktivira se transportna ATPaza koja se deli na ADP i Ph. U tom slučaju se oslobađa 45 kJ/mol energije koja ide ka dodavanju tri Na+ i, kao rezultat, mijenja se konformacija ATPaze. 3 Na+ se prenosi preko membrane. Da bi se vratila u svoju prvobitnu konformaciju, ATPaza mora prenijeti 2K+ kroz membranu u citoplazmu. U jednom ciklusu, jedno pozitivno naelektrisanje se uklanja iz ćelije. Unutrašnjost ćelije je negativno naelektrisana, spoljašnja je pozitivna. Dolazi do razdvajanja električnih naboja i nastaje električni napon, stoga je Na+-K+ pumpa izogena.
Odredite brzinu upada elektrona na antikatodu rendgenske cijevi ako je minimalna valna dužina u kontinuiranom spektru rendgenskih zraka 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.
Optička snaga sočiva je 10 dioptrija. Kakvo uvećanje daje?
D=1/F; G=d0/F=0.25m/0.1=2.5 puta.
Procijenite hidraulički otpor posude ako je pri protoku krvi od 0,2 l/min (3,3 * 10-6 m3/s) razlika pritisaka na njegovim krajevima 3 mm Hg (399 Pa, jer 760 mm Hg .=101 kPa )
H=∆P/Q=399/3,3*10-6=121*106 Pa*s/m3
Koje se jednadžbe nazivaju diferencijalnim i kako se njihova opća i posebna rješenja razlikuju?
Diferencijal - jednadžba koja povezuje argument x, željenu funkciju y i njene derivate y', y'', ..., yn različitog reda. Narudžba dif. jednačina je određena najvišim redom izvoda koji je u nju uključen. Razmotrimo drugi Newtonov zakon F=ma, ubrzanje je prvi izvod brzine. F=mdv/dt – diferencijal jednačina prvog reda. Ubrzanje je druga derivacija putanje. F=md2S/dt2 - diferencijal. jednačina drugog reda. Rješenje diferencijala jednadžba je funkcija koja ovu jednačinu pretvara u identitet. Rešimo jednačinu: y’-x=0; dy/dx=x; dy=xdx; ᶘdy=ᶘxdx; y+C1=x2/2+C2; y= x2/2+C – opšte rješenje diferencijala. jednačine Za bilo koju specifičnu vrijednost konstante C u funkciji dobijamo određeno rješenje; može ih postojati beskonačan broj. Da biste odabrali jedan, morate postaviti dodatni uvjet.

Buka je kombinacija zvukova različite frekvencije i jačine koji štetno i nadražujuće djeluju na čovjeka. Pod zvukom razumijevamo elastične vibracije čestica zraka koje se šire u valovima u čvrstom, tekućem ili plinovitom mediju zbog utjecaja neke remetilačke sile. Kao fizički fenomen, buka je talasno kretanje elastične sredine; kao fiziološki fenomen: zvučni talasi u opsegu od 16 do 20.000 Hz, koje percipira osoba normalnog sluha. Zvučni šum - 20 - 20000 Hz, ultrazvučni opseg - preko 20 kHz, infrazvuk - manje od 20 Hz. Najveća osjetljivost je 1000-4000 Hz.

Izvore sluha karakterizira zvučna snaga (W), što je ukupna količina zvučne energije koju emituje izvor zvuka u jedinici vremena.

Fizičke karakteristike buke

Intenzitet zvuka je količina zvučne energije koju zvučni val prenosi u 1 s preko površine od 1 m2, okomito na širenje zvučnog vala. R – udaljenost do površine.

Zvučni pritisak P [Pa] - dodatni vazdušni pritisak koji nastaje kada zvučni talas prođe kroz njega (razlika između trenutne vrednosti ukupnog pritiska i vrednosti u neporemećenom mediju).

Svaku vibraciju karakterizira frekvencija, odnosno broj vibracija u sekundi. Po frekvenciji se šumovi dijele na: niskofrekventne (ispod 400 Hz), srednje frekvencije (400-1000), visokofrekventne (preko 1000).

Štetni efekti buke: kardiovaskularni sistem; nejednak sistem; organa sluha (bubne opne), uzrokujući hipertenziju, kožne bolesti i peptičke čireve. Stoga se buka mora normalizirati u skladu sa regulatornim zahtjevima: GOST. Buka. Opšti sigurnosni zahtjevi, Sanitarni standardi: Buka na radnim mjestima u stambenim javnim zgradama i u stambenim prostorima. Regulacija buke ima za cilj spriječiti oštećenje sluha i smanjenje radne sposobnosti i produktivnosti radnika. Prema ovim dokumentima, nivo zvučnog pritiska je normalizovan u zavisnosti od frekventnog spektra. Uzimajući u obzir prošireni frekvencijski opseg (20-20000 Hz) pri procjeni izvora buke, koristi se logaritamski indikator koji se naziva nivo zvučnog pritiska (SPL): . P - zvučni pritisak na mernoj tački [Pa]; P0 je minimalna vrijednost koju ljudsko uho može percipirati 10V -3 [Pa]. Ultrazvuk pokazuje koliko puta stvarna vrijednost premašuje prag. 140 dB je prag boli.

Za konstantnu buku, SPL nivoi zvučnog pritiska (dB) su normalizovani u oktavnim opsezima sa srednjim geometrijskim frekvencijama od 31,5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Hz. Svaka frekvencija odgovara graničnoj vrijednosti ultrazvuka koja nema negativan uticaj na osobu tokom 8-satnog radnog dana.

Sanitarni standardi SN 2.2.4 / 2.1.8.562 – 96 „Buka na radnim mestima, u stambenim, javnim zgradama i stambenim prostorima“, kao i GOST 12.1.003 – 83, da bi se ograničila izloženost ljudi buci, postavili su maksimalno dozvoljeni zvuk nivoa i maksimalnog spektra buke za različite vrste radnih aktivnosti. Pri tome se uzima u obzir namjena prostorija, priroda građevinskog područja i doba dana (tablice 56, 57, 58).

Prilikom normalizacije parametara buke uzimaju se u obzir i njihove vremenske karakteristike. Prema GOST 12.1.003 - ²Buka. Opšti bezbednosni zahtevi² u pogledu vremenskih karakteristika, buka se klasifikuje kao konstantna, čiji se nivo buke tokom 8-satnog radnog dana menja tokom vremena za najviše
5 dBA, i nedosljedan.

Nekontinuirana buka se dijeli na povremena i impulsivna. Nivo zvuka povremene buke mijenja se u koracima od 5 dBA ili više, a trajanje intervala tokom kojih nivo ostaje konstantan je
1 sekundu ili više.

Impulsni šum se sastoji od jednog ili više zvučnih signala, od kojih svaki traje manje od jedne sekunde. U tom slučaju se nivoi zvuka moraju razlikovati za najmanje 7 dBA.

Normalizovani parametar nekonstantne buke je ekvivalentni nivo zvuka u dBA, odnosno vrednost nivoa zvuka dugotrajne konstantne buke, koja u regulisanom vremenskom intervalu T = t 2 – t 1 ima istu vrednost. vrijednost nivoa zvuka kao dotična buka, čiji nivo zvuka varira u vremenu:

gdje je L Ai prosječan nivo zvuka u intervalu i, dBA;

t i – vremenski interval tokom kojeg je nivo u navedenim granicama, s;

i – broj intervala nivoa (i = 1,2,…n).

Laboratorijski rad br.5

Audiometrija

Učenik treba da zna: ono što se zove zvuk, priroda zvuka, izvori zvuka; fizičke karakteristike zvuka (frekvencija, amplituda, brzina, intenzitet, nivo intenziteta, pritisak, akustički spektar); fiziološke karakteristike zvuka (visina, jačina, tembar, minimalne i maksimalne frekvencije vibracija koje percipira data osoba, prag čujnosti, prag bola) njihov odnos sa fizičkim karakteristikama zvuka; ljudski slušni sistem, teorije percepcije zvuka; koeficijent zvučne izolacije; akustička impedansa, apsorpcija i refleksija zvuka, koeficijenti refleksije i penetracije zvučnih talasa, reverberacija; fizičke osnove zvučnih metoda istraživanja u klinici, koncept audiometrije.

Učenik mora biti sposoban da: korištenje generatora zvuka za uklanjanje ovisnosti praga sluha o frekvenciji; odredite minimalnu i maksimalnu frekvenciju vibracija koju opažate, napravite audiogram pomoću audiometra.

Kratka teorija

Zvuk. Fizičke karakteristike zvuka.

Zvuk nazivaju se mehanički valovi s frekvencijom vibracija čestica elastičnog medija od 20 Hz do 20.000 Hz, koje percipira ljudsko uho.

Fizički imenovati one karakteristike zvuka koje postoje objektivno. Oni nisu povezani sa osobenostima osjeta zvučnih vibracija kod osobe. Fizičke karakteristike zvuka uključuju frekvenciju, amplitudu vibracije, intenzitet, nivo intenziteta, brzinu širenja zvučnih vibracija, zvučni pritisak, akustički spektar zvuka, koeficijente refleksije i penetracije zvučnih vibracija, itd. Razmotrimo ih ukratko.

1. Frekvencija oscilovanja. Frekvencija zvučnih vibracija je broj vibracija čestica elastične sredine (u kojoj se zvučne vibracije šire) u jedinici vremena. Frekvencija zvučnih vibracija je u rasponu od 20 - 20000 Hz. Svaki pojedinac percipira određeni raspon frekvencija (obično nešto iznad 20 Hz i ispod 20.000 Hz).

2. Amplituda zvučna vibracija je najveće odstupanje oscilirajućih čestica medija (u kojem se zvučna vibracija širi) od ravnotežnog položaja.

3. Intenzitet zvučnog talasa(ili moć zvuka) je fizička veličina koja je numerički jednaka omjeru energije prenesene zvučnim valom u jedinici vremena kroz jediničnu površinu orijentiranu okomito na vektor brzine zvučnog vala, odnosno:

Gdje W- energija talasa, t- vrijeme prijenosa energije kroz područje platforme S.

Jedinica intenziteta: [ I] = 1 J/(m 2 s) = 1 W/m 2.

Obratimo pažnju na činjenicu da je energija i, shodno tome, intenzitet zvučnog vala direktno proporcionalan kvadratu amplitude " A"i frekvencije" ω » zvučne vibracije:

W ~ A 2 I I ~ A 2 ; W ~ ω 2 I I ~ ω 2.

4. Brzina zvuka naziva se brzina prostiranja energije zvučne vibracije. Za ravni harmonijski val, fazna brzina (brzina širenja faze oscilovanja (valnog fronta), na primjer, maksimum ili minimum, tj. ugrušak ili razrjeđivanje medija) jednaka je brzini valova. Za složenu oscilaciju (prema Fourierovom teoremu, može se predstaviti kao zbir harmonijskih oscilacija), uvodi se koncept grupna brzina– brzina prostiranja grupe talasa kojima se energija prenosi datim talasom.

Brzina zvuka u bilo kojem mediju može se pronaći pomoću formule:

Gdje E- modul elastičnosti medija (Youngov modul), r- gustina medijuma.

S povećanjem gustoće medija (na primjer, 2 puta), modul elastičnosti E povećava se u većoj mjeri (više od 2 puta), pa se s povećanjem gustoće medija povećava brzina zvuka. Na primjer, brzina zvuka u vodi je ≈ 1500 m/s, u čeliku - 8000 m/s.

Za gasove, formula (2) se može transformisati i dobiti u sledećem obliku:

(3)

gdje je g = S R /ŽIVOTOPIS- odnos molarnog ili specifičnog toplotnog kapaciteta gasa pri konstantnom pritisku ( S R) i pri konstantnoj zapremini ( ŽIVOTOPIS).

R- univerzalna gasna konstanta ( R=8,31 J/mol K);

T- apsolutna temperatura na Kelvinovoj skali ( T=t o C+273);

M- molarna masa gasa (za normalnu mešavinu vazdušnih gasova

M=29×10 -3 kg/mol).

Za vazduh na T=273K i normalan atmosferski pritisak, brzina zvuka je υ=331,5 "332 m/s. Treba napomenuti da se intenzitet talasa (vektorska količina) često izražava kroz brzinu talasa:

ili ,(4)

Gdje S×l- volumen, u=W/ S×l- volumetrijska gustina energije. Vektor u jednačini (4) se zove Umov vektor.

5.Zvučni pritisak je fizička veličina koja je numerički jednaka omjeru modula sile pritiska F vibrirajuće čestice medija u kojem se zvuk širi u područje S okomito na orijentisanu oblast u odnosu na vektor sile pritiska.

P = F/S [P]= 1N/m2 = 1Pa (5)

Intenzitet zvučnog talasa je direktno proporcionalan kvadratu zvučnog pritiska:

I = P 2 /(2r υ), (7)

Gdje R- zvučni pritisak, r- gustina medijuma, υ - brzina zvuka u datom okruženju.

6.Nivo intenziteta. Nivo intenziteta (nivo intenziteta zvuka) je fizička veličina koja je brojčano jednaka:

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

Gdje I- intenzitet zvuka, I 0 =10 -12 W/m 2- najniži intenzitet koji percipira ljudsko uho na frekvenciji od 1000 Hz.

Nivo intenziteta L, na osnovu formule (8), mjeri se u belima ( B). L = 1 B, Ako I=10I 0.

Maksimalni intenzitet koji percipira ljudsko uho I max =10 W/m 2, tj. I max / I 0 =10 13 ili L max =13 B.

Češće se nivo intenziteta meri u decibelima ( dB):

L dB =10 log(I/I 0), L=1 dB at I=1,26I 0.

Nivo intenziteta zvuka se može utvrditi preko zvučnog pritiska.

Jer I ~ P 2, To L(dB) = 10 log(I/I 0) = 10 log(P/P 0) 2 = 20 log(P/P 0), Gdje P 0 = 2 × 10 -5 Pa (pri I 0 = 10 -12 W/m 2).

7.ton naziva se zvuk, koji je periodičan proces (periodične oscilacije izvora zvuka ne moraju se nužno pojaviti prema harmonijskom zakonu). Ako izvor zvuka vrši harmonijsku oscilaciju x=ASinωt, onda se ovaj zvuk zove jednostavno ili cisto ton. Neharmonično periodično oscilovanje odgovara složenom tonu, koji se, prema Fournetovoj teoremi, može predstaviti kao skup jednostavnih tonova sa frekvencijama n o(korijenski ton) i 2n o, 3n o itd., tzv prizvuci sa odgovarajućim amplitudama.

8.Akustički spektar Zvuk je skup harmonijskih vibracija s odgovarajućim frekvencijama i amplitudama vibracija na koje se dati složeni ton može razložiti. Spektar složenog tona je poređan, tj. frekvencije n o, 2n o itd.

9. Buka(čujna buka ) naziva se zvukom, a predstavlja složene, neponovljive vibracije čestica elastične sredine. Buka je kombinacija složenih tonova koji se nasumično mijenjaju. Akustički spektar šuma sastoji se od gotovo bilo koje frekvencije u audio opsegu, tj. akustički spektar buke je kontinuiran.

Zvuk također može biti u obliku zvučnog buma. Sonic bum- ovo je kratkotrajni (obično intenzivan) zvučni udar (pljesak, eksplozija, itd.).

10.Koeficijenti prodora i refleksije zvučnog talasa. Važna karakteristika medija koja određuje refleksiju i prodor zvuka je valna impedansa (akustična impedansa) Z=r υ, Gdje r- gustina medijuma, υ - brzina zvuka u mediju.

Ako ravan val pada, na primjer, normalno na sučelje između dva medija, tada zvuk djelimično prelazi u drugi medij, a dio zvuka se reflektira. Ako intenzitet zvuka opadne I 1, prolazi - I 2, reflektovano I 3 = I 1 - I 2, To:

1) koeficijent prodora zvučnog talasa b pozvao b=I 2 /I 1;

2) koeficijent refleksije a zove:

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

Rayleigh je to pokazao b =

Ako υ 1 r 1 = υ 2 r 2, To b=1(maksimalna vrijednost), dok a=0, tj. nema reflektovanog talasa.

Buka je skup zvukova različite frekvencije i intenziteta (jačine) koji nastaju kao rezultat oscilatornog kretanja čestica u elastičnim medijima (čvrstim, tekućim, plinovitim).
Proces širenja oscilatornog kretanja u medijumu naziva se zvučni talas, a oblast sredine u kojoj se šire zvučni talasi naziva se zvučno polje.
Postoje udarna, mehanička i aerohidrodinamička buka. Udarna buka se javlja tokom štancanja, zakivanja, kovanja itd.
Mehanička buka nastaje prilikom trenja i udaranja jedinica i dijelova mašina i mehanizama (drobilica, mlinova, elektromotora, kompresora, pumpi, centrifuga itd.).
Aerodinamička buka javlja se u aparatima i cjevovodima pri velikim brzinama kretanja zraka, plina ili tekućine i uz nagle promjene smjera njihovog kretanja i pritiska.
Osnovne fizičke karakteristike zvuka:
– frekvencija f (Hz),
– zvučni pritisak P (Pa),
– intenzitet ili snaga zvuka I (W/m2),
– snaga zvuka? (W).
Brzina širenja zvučnih talasa u atmosferi na 20°C jednaka je 344 m/s.
Ljudski slušni organi percipiraju zvučne vibracije u frekvencijskom opsegu od 16 do 20.000 Hz. Vibracije frekvencije ispod 16 Hz (infrazvuci) i frekvencije iznad 20.000 (ultrazvuk) ne percipiraju organi sluha.
Kako se zvučne vibracije šire u zraku, periodično se pojavljuju područja razrjeđivanja i visokog tlaka. Razlika pritiska u poremećenom i neporemećenom mediju naziva se zvučni pritisak P, koji se meri u paskalima (Pa).
Širenje zvučnog talasa je praćeno prenosom energije. Količina energije koju zvučni talas prenosi u jedinici vremena kroz jediničnu površinu orijentisanu okomito na pravac prostiranja talasa naziva se intenzitet ili snaga zvuka I i meri se u W/m 2 .
Proizvod se naziva specifična akustička otpornost medija, koja karakterizira stupanj refleksije zvučnih valova pri prelasku iz jednog medija u drugi, kao i svojstva zvučne izolacije materijala.
Minimalni intenzitet zvuka koji se percipira uhom naziva se prag sluha. Standardna frekvencija poređenja je 1000 Hz. Na ovoj frekvenciji, prag čujnosti je I 0 = 10-12 W/m 2, a odgovarajući zvučni pritisak P 0 = 2*10 -5 Pa. Maksimalni intenzitet zvuka, pri kojem organ sluha počinje osjećati bol, naziva se prag boli, jednak 10 2 W/m 2, i odgovarajući zvučni tlak P = 2 * 10 2 Pa.
Budući da su promjene intenziteta zvuka i zvučnog pritiska koje čuju ljudi ogromne i iznose 10 14 odnosno 10 7 puta, krajnje je nezgodno koristiti apsolutne vrijednosti intenziteta zvuka ili zvučnog pritiska za procjenu zvuka.
Za higijensku procjenu buke, uobičajeno je da se njen intenzitet i zvučni pritisak mjeri ne u apsolutnim fizičkim veličinama, već u logaritmima odnosa ovih veličina prema uslovnom nultom nivou koji odgovara pragu čujnosti standardnog tona sa frekvencijom od 1000 Hz. Ovi logaritmi omjera nazivaju se nivoi intenziteta i zvučnog pritiska, izraženi u belovima (B). Budući da je ljudski organ sluha sposoban razlikovati promjenu u nivou intenziteta zvuka za 0,1 bel, onda je za praktičnu upotrebu prikladnija jedinica 10 puta manja - decibel(dB).
Nivo intenziteta zvuka L u decibelima određuje se formulom

L=10Lg(I/I o) .

Pošto je intenzitet zvuka proporcionalan kvadratu zvučnog pritiska, ova formula se može napisati i u obliku ^

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

Korištenje logaritamske skale za mjerenje nivoa buke omogućava vam da uklopite veliki raspon I i P vrijednosti u relativno mali interval logaritamskih vrijednosti od 0 do 140 dB.
Prag zvučnog pritiska P 0 odgovara pragu sluha L = 0 dB, prag bola je 120-130 dB. Buka, čak i kada je mala (50-60 dB), stvara značajno opterećenje na nervnom sistemu, imajući psihološki uticaj. Kada je izložena buci većoj od 140-145 dB, bubna opna može puknuti.
Ukupni nivo zvučnog pritiska L stvara nekoliko izvora zvuka sa istim nivoom zvučnog pritiska Li, izračunavaju se po formuli

L=L i +10Lg n , dB,

gdje je n broj izvora buke sa istim nivoom zvučnog pritiska.
Tako, na primjer, ako buku stvaraju dva identična izvora buke, onda je njihova ukupna buka 3 dB veća od svakog od njih posebno.
Na osnovu nivoa intenziteta zvuka još uvek je nemoguće proceniti fiziološki osećaj jačine ovog zvuka, jer je naš organ sluha nejednako osetljiv na zvukove različitih frekvencija; zvuci jednake jačine, ali različitih frekvencija, djeluju nejednako glasno. Na primjer, zvuk frekvencije od 100 Hz i jačine 50 dB percipira se jednako glasnim kao i zvuk frekvencije od 1000 Hz i jačine od 20 dB. Stoga je za poređenje zvukova različitih frekvencija, uz koncept nivoa intenziteta zvuka, uveden i koncept nivoa glasnoće sa konvencionalnom jedinicom – pozadinom. Jedna pozadina je jačina zvuka na frekvenciji od 1000 Hz i nivou intenziteta od 1 dB. Na frekvenciji od 1000 Hz, pretpostavlja se da su nivoi jačine zvuka jednaki nivoima zvučnog pritiska.
Na sl. Na slici 1 prikazane su krive jednake glasnoće zvukova dobijene iz rezultata proučavanja svojstava slušnog organa za procjenu zvukova različitih frekvencija prema subjektivnom osjećaju glasnoće. Grafikon pokazuje da naše uho ima najveću osjetljivost na frekvencijama od 800-4000 Hz, a najmanju na 20-100 Hz.

Tipično, parametri buke i vibracija se procjenjuju u oktavnim opsezima. Za širinu pojasa uzima se oktava, tj. frekvencijski interval u kojem je najviša frekvencija f 2 dvostruko veća od najniže f 1 . Srednja geometrijska frekvencija se uzima kao frekvencija koja karakteriše opseg kao celinu. Srednje geometrijske frekvencije oktavnih opsega standardizovan GOST 12.1.003-83 " Buka. Opšti sigurnosni zahtjevi"i iznose 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 i 8000 Hz sa odgovarajućim graničnim frekvencijama od 45-90, 90-180, 180-355, 355-710, 710-100, 710-104 5600, 5600-11200.
Ovisnost veličina koje karakteriziraju buku o njegovoj frekvenciji naziva se frekvencijski spektar buke. Radi praktičnosti fiziološke procjene utjecaja buke na čovjeka razlikuju se niskofrekventna (do 300 Hz), srednje frekvencija (300-800 Hz) i visokofrekventna (iznad 800 Hz) buka.
GOST 12.1.003-83 i SN 9-86 RB 98 " Buka na radnim mjestima. Maksimalno dozvoljeni nivoi„klasificira buku prema prirodi spektra i trajanju njenog djelovanja.
Po prirodi spektra:
– širokopojasni, ako ima kontinuirani spektar širine više od jedne oktave,
– tonski, ako spektar sadrži izražene diskretne tonove. U ovom slučaju, tonska priroda buke u praktične svrhe utvrđuje se mjerenjem u frekvencijskim opsezima od jedne trećine oktave (za opseg od jedne trećine oktave, razina zvučnog tlaka u jednom opsegu premašuje susjedne za najmanje 10 dB.
Prema vremenskim karakteristikama:
– konstantan, čiji se nivo zvuka tokom vremena menja za najviše 5 dB tokom 8-satnog radnog dana,
– nestabilan, čiji se nivo zvuka menja tokom vremena za više od 5 dB tokom 8-satnog radnog dana.
Varijabilni šumovi se dijele na:
fluktuirajuće u vremenu, čiji se nivo zvuka kontinuirano mijenja tokom vremena;
isprekidani, čiji se nivo zvuka postepeno mijenja (za 5 dB ili više);
puls, koji se sastoji od jednog ili više zvučnih signala, od kojih svaki traje manje od 1 s.
Najveća opasnost za ljude je tonska, visokofrekventna i isprekidana buka.
Prema načinu razmnožavanja ultrazvuk se dijeli na:
– vazdušni (ultrazvuk u vazduhu);
– širi se kontaktom u kontaktu sa čvrstim i tečnim medijima (kontaktni ultrazvuk).
Opseg ultrazvučne frekvencije je podijeljen na:
– oscilacije niske frekvencije (1,12*10 4 - 1*10 5 Hz);
– visoke frekvencije (1*10 5 - 1*10 9 Hz).
Izvori ultrazvuka su proizvodna oprema u kojoj se generišu ultrazvučne vibracije za obavljanje tehnološkog procesa, tehničke kontrole i merenja, kao i oprema pri čijem radu se ultrazvuk javlja kao prateći faktor.
Karakteristike ultrazvuka zraka na radnom mestu u skladu sa GOST 12.1.001 " Ultrazvuk. Opšti sigurnosni zahtjevi" i SN 9-87 RB 98 " Ultrazvuk u vazduhu. Maksimalno dozvoljeni nivoi na radnim mestima" su nivoi zvučnog pritiska u opsezima od jedne trećine oktave sa srednjim geometrijskim frekvencijama 12,5; 16,0; 20,0; 25,0; 31,5; 40,0; 50,00; 63,0; 80,0; 100,0 kHz.
Karakteristike kontaktnog ultrazvuka u skladu sa GOST 12.1.001 i SN 9-88 RB 98 " Ultrazvuk se prenosi kontaktom. Maksimalno dozvoljeni nivoi na radnim mestima" su vršne vrijednosti brzine vibracije ili nivoi brzine vibracije u oktavnim opsezima sa srednjim geometrijskim frekvencijama 8; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000; 16000 kHz
Vibracije- to su vibracije čvrstih tijela - dijelova aparata, mašina, opreme, konstrukcija, koje ljudsko tijelo doživljava kao udare. Vibracije su često praćene zvučnom bukom.
Po načinu prenosa po osobi vibracije se dele na lokalni I general.
Opća vibracija se prenosi preko potpornih površina na tijelo osobe koja stoji ili sjedi. Najopasnija frekvencija opće vibracije je u rasponu od 6-9 Hz, jer se poklapa sa prirodnom frekvencijom vibracija unutrašnjih organa čovjeka, što može rezultirati rezonancijom.
Lokalne (lokalne) vibracije prenosi se ljudskim rukama. Lokalne vibracije takođe mogu uključivati ​​vibracije koje utiču na noge osobe koja sedi i podlaktice u kontaktu sa vibrirajućim površinama radnih stolova.
Izvori lokalnih vibracija koje se prenose na radnike mogu biti: ručne mašine sa motorom ili ručni električni alati; kontrole mašina i opreme; ručni alat i radni predmeti.
Opće vibracije Ovisno o izvoru nastanka, dijeli se na:
opšta vibracija kategorije 1 - transport, koja utiče na osobu na radnom mestu u samohodnim i vučenim mašinama, vozila pri vožnji po terenu, putevima i poljoprivrednim podlogama;
opšte vibracije kategorije 2 – transportne i tehnološke, koje utiču na ljude na radnim mestima u mašinama koje se kreću po posebno pripremljenim površinama proizvodnih prostorija, industrijskih objekata i rudarskih radova;
opšte vibracije kategorije 3 - tehnološke, koje utiču na osobu na radnom mestu u blizini stacionarnih mašina ili se prenose na radna mesta koja nemaju izvore vibracija.
Vibracije opće kategorije 3 podijeljene su u sljedeće vrste prema lokaciji:
3a – na stalnim radnim mjestima industrijskih objekata preduzeća;
3b – na radnim mestima u skladištima, menzama, domaćinstvu, dežurnim prostorijama i drugim pomoćnim proizvodnim prostorijama, gde nema mašina koje stvaraju vibracije;
3c - na radnim mjestima u administrativnim i uslužnim prostorijama uprave pogona, projektantskim biroima, laboratorijama, centrima za obuku, računarskim centrima, domovima zdravlja, kancelarijskim prostorijama i drugim prostorijama mentalnih radnika.
Prema vremenskim karakteristikama, vibracije se dijele na:
– konstanta za koju se spektralni ili frekvencijski korigovani normalizovani parametar tokom vremena posmatranja (najmanje 10 minuta ili vreme tehnološkog ciklusa) menja za najviše 2 puta (6 dB) kada se meri sa vremenskom konstantom od 1 s;
– nekonstantne vibracije, za koje se spektralni ili frekvencijski korigovani normalizovani parametar tokom vremena posmatranja (najmanje 10 minuta ili vreme tehnološkog ciklusa) menja za više od 2 puta (6 dB) kada se meri sa vremenskom konstantom od 1 s.
Glavni parametri koji karakteriziraju vibracije:
– frekvencija f (Hz);
– amplituda pomaka A (m) (veličina najvećeg odstupanja oscilirajuće tačke od ravnotežnog položaja);
– oscilatorna brzina v (m/s); oscilatorno ubrzanje a (m/s 2).
Kao i kod buke, čitav spektar frekvencija vibracija koje ljudi percipiraju podijeljen je na oktavne pojaseve sa srednjim geometrijskim frekvencijama od 1, 2, 4, 8, 16, 32, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000 Hz.
Budući da je raspon promjena parametara vibracija od graničnih vrijednosti na kojima nije opasno za stvarne velik, pogodnije je izmjeriti nevažeće vrijednosti ovih parametara, a logaritam omjera stvarnih vrijednosti do onih na pragu. Ova vrijednost se naziva logaritamskim nivoom parametra, a njegova mjerna jedinica je decibel (dB).

U mediju koji ima masu i elastičnost, svaki mehanički poremećaj stvara buku. Bez prisustva elastičnog medija, ne dolazi do širenja zvuka. Što je medij gušći, jačina zvuka je veća. Na primjer, u kondenziranom zraku zvuci se prenose većom snagom nego u razrijeđenom zraku.

Zvuk- To su talasaste mehaničke vibracije elastične sredine koje se šire.

Buka- specifičan oblik zvuka koji je nepoželjan za osobu, sprečavajući je da radi, normalno govori ili se odmara u ovom trenutku.

Glavni fizički parametri koji karakterišu zvuk kao oscilatorno kretanje su brzina, talasna dužina i amplituda, frekvencija, jačina i akustički pritisak.

Brzina zvuka- ovo je udaljenost preko koje se zvučni val širi u elastičnom mediju u jedinici vremena. Brzina zvuka zavisi od gustine i temperature medija.

Zvukovi različitih frekvencija, bilo da se radi o visokom zvižduku ili tupim režanjem, putuju u istom mediju istom brzinom.

Brzina zvuka je određena konstantna karakteristika date supstance. Brzina širenja zvuka u vazduhu (na 0°C) je 340 m/s, u vodi - 1450 m/s, u cigli - 3000 m/s, u čeliku - 5000 m/s.

Kako se temperatura medija mijenja, mijenja se i brzina zvuka. Što je temperatura medija viša, zvuk brže putuje kroz njega. Dakle, za svaki stepen povećanja temperature, brzina zvuka u gasovima raste za 0,6 m/s, u vodi - za 4,5 m/s.

U zraku se zvučni valovi šire u obliku divergentnog sfernog vala koji ispunjava veliki volumen, budući da se vibracije čestica uzrokovane izvorom zvuka prenose na veliku masu zraka. Međutim, kako se udaljenost povećava, vibracije čestica medija slabe.

Prigušenje zvuka zavisi i od njegove frekvencije. Visokofrekventni zvuci se apsorbuju u vazduhu više od zvukova niske frekvencije.

Moguća je subjektivna procjena proizvodne buke. Na sl. pokazuje zavisnost nivoa zvučnog pritiska od udaljenosti.

Rice. Grafikon subjektivne procjene buke: 1 - vrlo glasan razgovor; 2 - glasan razgovor; 3 - povišen glas; 4 - normalan glas

Koristeći ovu zavisnost, moguće je približno odrediti vrijednost nivoa zvučnog pritiska ako dvoje ljudi u radionici dovoljno dobro čuju i razumiju govor kada međusobno razgovaraju. Na primjer, ako se razgovor normalnim glasom može voditi na udaljenosti od 0,5 m jedan od drugog, to znači da nivo buke ne prelazi 60 dB; na udaljenosti od 2,5 m na ovom nivou zvučnog pritiska, samo će se glasan govor čuti i razumjeti.

Izvori buke imaju određenu usmjerenost zračenja. Prisustvo slojeva zraka različitih temperatura u atmosferi dovodi do prelamanja zvučnih valova.

Tokom dana, kada temperatura zraka opada sa visinom, zvučni valovi iz izvora koji se nalazi blizu površine zemlje su savijeni prema gore i na određenoj udaljenosti od izvora zvuk se ne čuje.

Ako temperatura zraka raste s visinom, zvučni valovi se savijaju prema dolje i zvuk doseže sve udaljenije tačke na površini zemlje. To objašnjava činjenicu da se noću, kada se gornji slojevi zraka zagriju tokom dana, zvuk čuje na većim udaljenostima nego danju, posebno kada se širi po površini vode, koja gotovo u potpunosti odbija zvučne valove prema gore.

Kada se temperatura zraka neznatno mijenja sa visinom i nema vjetra, zvuk putuje bez primjetne refrakcije. Na primjer, u mraznim zimskim danima čuje se zvižduk parne lokomotive na nekoliko kilometara, škripa saonica daleko, zvuk sjekire u šumi itd.

Kao i svaki talasni pokret, zvuk je karakterističan talasna dužina. Talasna dužina je udaljenost između dva uzastopna vrha i korita.

Amplituda talasa je udaljenost za koju čestica medija odstupa od svog ravnotežnog položaja.

Ljudski slušni organi percipiraju zvučne talasne dužine od 20 m do 1,7 cm.Jačina zvuka je direktno proporcionalna dužini zvučnog talasa.

Frekvencija zvuka- broj oscilacija zvučnog talasa u jedinici vremena (sekundi) i mjeri se u Hz.

Na osnovu frekvencije, zvučne vibracije se dijele u tri raspona:

infrazvučne vibracije sa frekvencijom manjom od 16 Hz;

zvuk - od 16 do 20.000 Hz;

ultrazvučni - više od 20.000 Hz.

Ljudski slušni organi percipiraju zvučne vibracije u frekvencijskom opsegu 16 ... 20.000 Hz.

Zvučni opseg se obično dijeli na niskofrekventne - do 400 Hz, srednje frekvencije - 400 ... 1000 Hz i visokofrekventne - preko 1000 Hz.

Infrazvuk ne percipira ljudski organ sluha, ali može utjecati na tijelo u cjelini, uzrokujući ozbiljne posljedice. Činjenica je da ljudski unutrašnji organi imaju prirodnu frekvenciju vibracija od 6 ... 8 Hz.

Kada su izloženi infrazvuku ove frekvencije, dolazi do rezonancije, tj. frekvencija infrazvučnih valova poklapa se sa prirodnom (rezonantnom) frekvencijom unutrašnjih organa, što je praćeno povećanjem amplitude oscilacija sistema. Čovjeku se čini da u njemu sve vibrira. Osim toga, infrazvučne vibracije imaju biološku aktivnost, što se objašnjava i podudaranjem njihovih frekvencija s ritmom mozga. Infrazvuk određene frekvencije uzrokuje disfunkciju mozga, sljepoću, a na frekvenciji od 7 Hz - smrt.

Glavni izvori infrazvuka u javnim ugostiteljskim objektima mogu biti mašine i mehanizmi koji neprekidno rade sa brojem ciklusa manjim od 20 u sekundi - mehanizmi za mešanje salata, rezanje svežeg i kuvanog povrća, riperi, mutilice i druge vrste tehnološke opreme sa relativno mala brzina rotacije glavnih radnih tijela.

Jedna od karakteristika infrazvuka je da dobro putuje na velike udaljenosti i da ga gotovo ne prigušuju prepreke. Stoga su tradicionalne metode zvučne izolacije i apsorpcije zvuka neefikasne kada se s tim nosi. U ovom slučaju je najprihvatljivija metoda borbe protiv infrazvuka kao štetnog proizvodnog faktora na izvoru njegovog nastanka.

Ultrazvuk je kratkotrajni elastični talas sa frekvencijom oscilovanja većom od 20.000 Hz. Specifična karakteristika ultrazvuka je njegova sposobnost da generiše talase u obliku zraka koji mogu prenijeti značajnu mehaničku energiju. Ova sposobnost ultrazvuka našla je široku primjenu u raznim industrijama, uključujući i prehrambenu. Na primjer, ultrazvučni tretman mlijeka može značajno smanjiti sadržaj mikroflore u njemu. Ultrazvuk se koristi u preduzećima za proizvodnju životinjskih i biljnih masti, u pekarskoj i konditorskoj proizvodnji, u pogonima za preradu mesa i ribe, u vinarstvu i parfimeriji.

Uz brojne mogućnosti korištenja ultrazvuka u razvoju tehnoloških procesa, on štetno djeluje na ljudski organizam: uzrokuje nervne smetnje, glavobolje, gubitak slušne osjetljivosti, pa čak i promjene u sastavu i svojstvima krvi.

Zaštita od uticaja ultrazvuka može se obezbediti proizvodnjom opreme koja emituje ultrazvuk u zvučno izolovanom dizajnu, ugradnjom ekrana, uključujući i prozirne, između opreme i operativnog, i postavljanjem ultrazvučnih instalacija u posebne prostorije.

Kada se zvučni talas širi u vazduhu, u njemu se stvaraju kondenzacije i razrjeđivanja, stvarajući dodatne pritiske u odnosu na prosječni vanjski tlak atmosfere. Ljudski slušni organi reaguju na taj pritisak, koji se zove zvuk ili akustički. Jedinica zvučnog pritiska je N/m 2 ili Pa.

Zvučni val sa sobom nosi određenu energiju u smjeru svog kretanja. Količina energije koju zvučni val prenosi u jedinici vremena kroz površinu od 1 m 2 koja se nalazi okomito na smjer širenja vala naziva se zvučna snaga, ili intenzitet zvuka (I), mjeren u W/m 2.

Maksimalni i minimalni zvučni pritisci i intenziteti zvuka koje ljudi percipiraju kao zvuk nazivaju se pragom.

Ljudski organ sluha je sposoban da razlikuje povećanje zvuka od 0,1 B, stoga se u praksi pri mjerenju nivoa zvuka koristi vansistemska jedinica decibela (dB): 0,1 B = 1 dB.

Povećanje buke za 1 dB daje povećanje zvučne energije za 1,26 puta. Kada se poredi jačina dva šuma, na primer 10 i 20 dB, ne može se reći da je intenzitet drugog dva puta jači od prvog. U stvarnosti će biti 10 puta veći.

Skala jačine zvuka koju percipira ljudski slušni organ je od 1 do 130 dB.

Pritisak zvučnog talasa na pragu bola (130 dB) je približno 20 Pa.

Da bismo bolje predstavili nivo zvuka kao jačinu slušnog osjeta u decibelima, mogu se navesti sljedeći primjeri: kada

f = 1000 Hz, normalan razgovorni govor odgovara 40 dB, rad motora putničkog automobila je 50 dB, motora aviona 100 ... 110 dB, buka glavnih ulica i gradskih trgova je 60 dB.

Fiziološki uticaj buke na ljudski organizam zavisi od spektra i prirode zvuka.

Domet je grafički prikaz dekompozicije nivoa zvučnog pritiska na frekvencijske komponente. Spektralne karakteristike pomažu u prepoznavanju najštetnijih zvukova i razvijanju mjera za borbu protiv industrijske buke.

Postoje tri vrste spektra šuma: diskretni ili tonski, kontinuirani ili širokopojasni i mješoviti.

Diskretno(od latinskog discretus - odvojen, isprekidan) spektar (sl. a) karakteriše nedosledan zvuk, kada se pojedinačne frekvencije oštro izdvajaju od opšteg nivoa, a na nekim frekvencijama zvuka uopšte nema.

Rice. Spektri šuma: a - diskretni; b - čvrsta; u - mješovito

Diskretni spektar je karakterističan, na primjer, za buku koju emituje sirena specijalnih vozila, pile itd.

Kontinuirani spektar(Sl. b) je skup nivoa zvučnog pritiska frekvencija bliskih jedna drugoj, kada na svakoj frekvenciji postoji nivo zvučnog pritiska.

Ovaj spektar buke je tipičan za rad mlaznog motora, motora sa unutrašnjim sagorevanjem, izduvnih gasova, vazduha koji struji kroz uski otvor itd.

Mješoviti spektar(Sl. c) je spektar kada postoje diskretne komponente na pozadini kontinuirane buke.

U preduzećima se najčešće javljaju mješoviti spektri - to je buka tehnološke opreme, ventilatora, kompresora itd.

Priroda buke može biti stabilna ili impulsivna.

Stabilnu buku karakterišu konstantni nivoi zvučnog pritiska, dok pulsnu buku karakteriše brza promena nivoa zvučnog pritiska tokom vremena reda veličine 8...10 dB/s. Impulsna buka se percipira kao odvojeni, uzastopni uticaji; njegov uticaj na ljudski organizam je agresivniji od stabilne buke.