A zaj fizikai és élettani jellemzői. SA Hanghullámok A hallásérzés fizikai és élettani jellemzői

A hang fizikai és élettani jellemzői.

A hang fizikai és élettani jellemzői. Hallás diagram. A hang intenzitási és hangerősségi szintjei, kapcsolatuk ezek és mértékegységeik között.
Az akusztika a fizika olyan ága, amely a hangokat és a kapcsolódó jelenségeket vizsgálja. A hang egy hosszanti mechanikai hullám, amely rugalmas közegben (szilárd anyagok, folyadékok és gázok) terjed, és az emberi fül érzékeli. A hang 16 Hz és 20 000 Hz közötti frekvenciatartománynak felel meg. A 20000 Hz-nél nagyobb frekvenciájú rezgések ultrahang, ill< 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 a hallószerv károsodása következik be. Imax=10W/m2. Bevezetésre kerül az L=lgI/I0 intenzitási szint fogalma, ahol I0 a hang intenzitása a hallhatóság küszöbén. [B - belah]. 1 bel – egy olyan hang intenzitási szintje, amelynek intenzitása 10-szerese a küszöbintenzitásnak. 10dB=1B. L = 10 lgI/I0, (dB). Egy személy 0 és 130 dB közötti hangintenzitás-tartományban hall hangokat. Hallhatósági diagram - az intenzitás vagy intenzitásszint függése a hangfrekvenciától. Rajta a fájdalomküszöb (PT) és a hallásküszöb (HL) görbék formájában jelenik meg, amelyek nem függenek a gyakoriságtól. A minimális hallásküszöb 10-12 W/m2, a fájdalomküszöb Imax = 1-10 W/m2. Ezek az értékek 1000 Hz-es frekvencián vannak. Ezen frekvencia közelében hall a legjobban az ember. Ezért az 500-3000 Hz frekvenciatartományban 10-8-10-5 W/m2 intenzitás mellett - a beszédterület. (I, W/m2: 10, 1, 10-12, üres; v, Hz: 16, 1000, 20000; L, dB: 130, 120,0). Az audiometria a hallásélesség vizsgálatának módszere hallhatósági diagram segítségével. A hangérzet (hangosság) aritmetikai, az intenzitás pedig geometriai progresszióban növekszik. E=klgI. Weber-Fechner törvény: A hangerő változása egyenesen arányos a hangerőváltozást okozó hangok intenzitásának lg arányával: ∆E=k1lgI2/I1, ahol k1=10k.
Az ionok aktív transzportja a membránon keresztül. Az ionos folyamatok típusai. A Na+-K+ szivattyú működési elve.
Az aktív transzport a molekulák és ionok membránon való átjutása, amelyet a sejt az anyagcsere-folyamatok energiájának köszönhetően hajt végre. Ez a potenciálkülönbség növekedéséhez vezet a membrán mindkét oldalán. Ebben az esetben az anyag egy alacsonyabb koncentrációjú területről egy magasabb koncentrációjú területre kerül át. A munkához szükséges energiát az ATP-molekulák ADP-re és egy foszfátcsoportra történő felosztásával nyerik speciális szerek hatására. fehérjék – enzimek – transzport ATPázok. ATP=ADP+P+E, E=45kJ/mol. Aktív transzport: ionok (Na+-K+-ATPáz; Ca2+-ATPáz; H+-ATPáz; protontranszfer a mitokondriumok légzőláncának működése során) és szerves anyagok. Nátrium-kálium pumpa. A citoplazmában, a membrán belső oldalán található Na+ hatására aktiválódik a transzport-ATPáz, amely ADP-re és Ph-re bomlik. Ilyenkor 45 kJ/mol energia szabadul fel, ami a membrán hozzáadása felé megy. három Na+ és ennek következtében az ATPáz konformációja megváltozik. 3 Na+ jut át ​​a membránon. Ahhoz, hogy visszatérjen eredeti konformációjához, az ATPáznak 2K+-t kell átvinnie a membránon keresztül a citoplazmába. Egy ciklusban egy pozitív töltést távolítanak el a sejtből. A sejt belseje negatív töltésű, külseje pozitív. Az elektromos töltések szétválása és elektromos feszültség keletkezik, ezért a Na+-K+ szivattyú izogén.
Határozza meg a röntgencső antikatódjára beeső elektronok sebességét, ha a minimális hullámhossz a röntgensugár folytonos spektrumában 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.
A lencse optikai ereje 10 dioptria. Milyen nagyítást ad?
D=1/F; Г=d0/F=0,25m/0,1=2,5-szer.
Becsülje meg az edény hidraulikus ellenállását, ha 0,2 l/perc (3,3 * 10-6 m3/s) véráramlás mellett a végein a nyomáskülönbség 3 Hgmm (399 Pa, mert 760 Hgmm .=101kPa) )
Х=∆P/Q=399/3,3*10-6=121*106 Pa*s/m3
Milyen egyenleteket nevezünk differenciálegyenleteknek, és miben különböznek általános és egyedi megoldásaik?
Differenciál - egy egyenlet, amely összeköti az x argumentumot, a kívánt y függvényt és annak különböző sorrendű y', y'', ..., yn származékait. Rendelés diff. egyenletet a benne foglalt derivált legmagasabb rendje határozza meg. Tekintsük Newton második törvényét F=ma, a gyorsulás a sebesség első deriváltja. F=mdv/dt – differenciál elsőrendű egyenlet. A gyorsulás az út második deriváltja. F=md2S/dt2 – differenciál. másodrendű egyenlet. Differenciál megoldása Az egyenlet egy olyan függvény, amely ezt az egyenletet azonossággá alakítja. Oldjuk meg az egyenletet: y’-x=0; dy/dx=x; dy=xdx; ᶘdy=ᶘxdx; y+C1=x2/2+C2; y= x2/2+C – a differenciál általános megoldása. egyenletek A függvényben a C konstans bármely meghatározott értékére egy adott megoldást kapunk, amelyből végtelen sok lehet. Az egyik kiválasztásához további feltételt kell beállítani.

A zaj különböző frekvenciájú és erősségű hangok kombinációja, amelyek káros és irritáló hatással vannak az emberre. Hangon a levegőrészecskék rugalmas rezgéseit értjük, amelyek valamilyen zavaró erő hatására szilárd, folyékony vagy gáznemű közegben hullámokban terjednek. Fizikai jelenségként a zaj egy rugalmas közeg hullámmozgása, fiziológiai jelenségként pedig 16 és 20 000 Hz közötti hanghullámok, amelyeket egy normál hallású személy észlel. Hallható zaj - 20 - 20000 Hz, ultrahang tartomány - 20 kHz felett, infrahang - kevesebb, mint 20 Hz. A legnagyobb érzékenység 1000-4000 Hz.

A hallóforrásokat a hangteljesítmény (W) jellemzi, amely a hangforrás által egységnyi idő alatt kibocsátott hangenergia teljes mennyisége.

A zaj fizikai jellemzői

A hangintenzitás az a hangenergia mennyisége, amelyet egy hanghullám 1 másodperc alatt 1 m2-es területen, a hanghullám terjedésére merőlegesen továbbít. R – távolság a felszíntől.

Hangnyomás P [Pa] - további légnyomás, amely akkor keletkezik, amikor egy hanghullám áthalad rajta (a teljes nyomás pillanatnyi értéke és a zavartalan közegben mért érték közötti különbség).

Minden rezgést egy frekvencia jellemez, vagyis a másodpercenkénti rezgések száma. Frekvencia szerint a zajokat a következőkre osztják: alacsony frekvenciájú (400 Hz alatt), középfrekvenciás (400-1000), magas frekvenciájú (1000 felett).

A zaj káros hatásai: szív- és érrendszer; egyenlőtlen rendszer; hallószervek (dobhártya), magas vérnyomást, bőrbetegségeket és peptikus fekélyeket okozva. Ezért a zajt a szabályozási követelményeknek megfelelően normalizálni kell: GOST. Zaj. Általános biztonsági követelmények, Egészségügyi szabványok: Lakó-középületekben és lakóövezetekben a munkahelyi zaj. A zajszabályozás célja a halláskárosodás, valamint a dolgozók munkaképességének és termelékenységének csökkenésének megakadályozása. Ezen dokumentumok szerint a hangnyomásszintet a frekvenciaspektrumtól függően normalizálják. Figyelembe véve a kiterjesztett frekvenciatartományt (20-20000 Hz) a zajforrás értékelésénél logaritmikus mutatót használnak, amelyet hangnyomásszintnek (SPL) neveznek: . P - hangnyomás a mérési pontban [Pa]; P0 az a minimális érték, amelyet az emberi fül képes érzékelni 10V -3 [Pa]. Az ultrahang azt mutatja, hogy a tényleges érték hányszor haladja meg a küszöbértéket. 140 dB a fájdalomküszöb.

Állandó zaj esetén az SPL hangnyomásszinteket (dB) oktávsávokban normalizálják 31,5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Hz geometriai átlagfrekvenciákkal. Mindegyik frekvencia megfelel az ultrahang határértékének, amely egy 8 órás munkanapon belül nincs negatív hatással az emberre.

Az SN 2.2.4 / 2.1.8.562 – 96 „Zaj munkahelyeken, lakóházakban, középületekben és lakóövezetekben” egészségügyi szabványok, valamint a GOST 12.1.003 – 83, az emberek zajterhelésének korlátozása érdekében, állítsa be a megengedett legnagyobb zajt szintek és maximális zajspektrum különböző típusú munkatevékenységekhez. Ez figyelembe veszi a helyiség rendeltetését, az építési terület jellegét és a napszakot (56., 57., 58. táblázat).

A zajparaméterek normalizálása során azok időbeli jellemzőit is figyelembe veszik. A GOST 12.1.003 - ²Zaj szerint. Általános biztonsági követelmények² az időjellemzőket tekintve állandónak minősül a zaj, amelynek zajszintje egy 8 órás munkanap alatt az idő múlásával legfeljebb
5 dBA, és következetlen.

A nem folyamatos zajt szakaszosra és impulzív zajra osztják. Az szaggatott zaj hangszintje 5 dBA vagy annál nagyobb lépésekben változik, és azoknak az intervallumoknak az időtartama, amelyek során a szint állandó marad
1 másodperc vagy több.

Az impulzuszaj egy vagy több hangjelzésből áll, amelyek mindegyike egy másodpercnél rövidebb ideig tart. Ebben az esetben a zajszinteknek legalább 7 dBA-vel kell eltérniük.

A nem állandó zaj normalizált paramétere az ekvivalens zajszint dBA-ban, azaz a hosszú távú állandó zaj hangszintjének értéke, amely szabályozott T = t 2 – t 1 időintervallumon belül megegyezik. zajszint érték, mint a szóban forgó zaj, amelynek hangereje időben változik:

ahol L Ai az átlagos hangszint az i intervallumban, dBA;

t i – az az időintervallum, amely alatt a szint a megadott határokon belül van, s;

i – a szintintervallum száma (i = 1,2,…n).

5. sz. laboratóriumi munka

Audiometria

A tanulónak tudnia kell: amit hangnak neveznek, a hang természete, hangforrásai; a hang fizikai jellemzői (frekvencia, amplitúdó, sebesség, intenzitás, intenzitásszint, nyomás, akusztikus spektrum); a hang élettani jellemzői (magassága, hangereje, hangszíne, az adott személy által érzékelt minimális és maximális rezgési frekvenciák, hallhatósági küszöb, fájdalomküszöb) kapcsolatuk a hang fizikai jellemzőivel; emberi hallórendszer, hangészlelés elméletei; hangszigetelési együttható; akusztikus impedancia, hangelnyelés és visszaverődés, hanghullámok visszaverődési és penetrációs együtthatói, visszhang; a klinikai hangkutatási módszerek fizikai alapjai, az audiometria fogalma.

A tanulónak képesnek kell lennie: hanggenerátor segítségével távolítsa el a hallásküszöb frekvenciától való függőségét; határozza meg az észlelt minimális és maximális rezgési frekvenciát, készítsen audiogramot audiométerrel.

Rövid elmélet

Hang. A hang fizikai jellemzői.

Hang mechanikai hullámoknak nevezzük, amelyeknek az emberi fül által érzékelt rugalmas közeg részecskéinek rezgési frekvenciája 20 Hz és 20 000 Hz között van.

Fizikai nevezze meg a hangnak azokat a jellemzőit, amelyek objektíven léteznek. Nem kapcsolódnak az ember hangrezgések érzékelésének sajátosságaihoz. A hang fizikai jellemzői közé tartozik a frekvencia, a rezgés amplitúdója, az intenzitás, az intenzitás szintje, a hangrezgések terjedési sebessége, a hangnyomás, a hang akusztikus spektruma, a hangrezgések visszaverődési és penetrációs együtthatói stb. Nézzük meg röviden ezeket.

1. Oszcillációs frekvencia. A hangrezgések frekvenciája egy rugalmas közeg részecskéinek rezgéseinek száma (amelyben a hangrezgések terjednek) egységnyi idő alatt. A hangrezgések frekvenciája 20-20000 Hz tartományban van. Minden egyén egy bizonyos frekvenciatartományt érzékel (általában valamivel 20 Hz felett és 20 000 Hz alatt).

2. Amplitúdó hangrezgés a közeg lengő részecskéinek (amelyben a hangrezgés terjed) legnagyobb eltérése az egyensúlyi helyzettől.

3. Hanghullám intenzitása(vagy a hang ereje) olyan fizikai mennyiség, amely számszerűen egyenlő a hanghullám által egységnyi idő alatt a hanghullám sebességvektorára merőlegesen álló egységnyi felületen átvitt energia arányával, azaz:

Ahol W- hullámenergia, t- az energiaátvitel ideje egy platform területén S.

Intenzitás mértékegysége: [ én] = 1 J/(m 2 s) = 1 W/m 2.

Figyeljünk arra, hogy a hanghullám energiája és ennek megfelelően intenzitása egyenesen arányos az amplitúdó négyzetével." A"és frekvenciák" ω » hangrezgések:

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

4. A hang sebessége hangrezgési energia terjedési sebességének nevezzük. Síkharmonikus hullám esetén a fázissebesség (az oszcillációs fázis (hullámfront) terjedési sebessége, például maximum vagy minimum, azaz a közeg alvadéka vagy megritkulása) megegyezik a hullámsebességgel. Egy összetett rezgéshez (a Fourier-tétel szerint a harmonikus rezgések összegeként ábrázolható) bevezetjük a fogalmat. csoportsebesség– egy hullámcsoport terjedési sebessége, amellyel egy adott hullám energiát ad át.

A hangsebesség bármely közegben a következő képlettel határozható meg:

Ahol E- a közeg rugalmassági modulusa (Young modulusa), r- a közeg sűrűsége.

A közeg sűrűségének növekedésével (például kétszeresére) a rugalmassági modulus E nagyobb mértékben növekszik (több mint 2-szer), ezért a közeg sűrűségének növekedésével a hang sebessége nő. Például a hangsebesség vízben ≈ 1500 m/s, acélban - 8000 m/s.

Gázok esetében a (2) képletet a következő formában lehet átalakítani és előállítani:

(3)

ahol g = S R /ÖNÉLETRAJZ- a gáz moláris vagy fajlagos hőkapacitásának aránya állandó nyomáson ( S R) és állandó térfogaton ( ÖNÉLETRAJZ).

R- univerzális gázállandó ( R=8,31 J/mol K);

T- abszolút hőmérséklet a Kelvin-skálán ( T=t o C+273);

M- gáz moláris tömege (levegőgázok normál keverékéhez

M=29×10 -3 kg/mol).

Levegőért at T=273Kés normál légköri nyomáson a hangsebesség az υ=331,5 "332 m/s. Meg kell jegyezni, hogy a hullámintenzitást (vektormennyiséget) gyakran hullámsebességben fejezik ki:

vagy ,(4)

Ahol S×l- hangerő, u=W/S×l- térfogati energiasűrűség. A (4) egyenletben szereplő vektort ún Umov vektor.

5.Hangnyomás olyan fizikai mennyiség, amely számszerűen egyenlő a nyomáserő modulus arányával F a közeg vibráló részecskéi, amelyekben a hang a területre terjed S merőleges az orientált területre a nyomáserővektorhoz képest.

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

A hanghullám intenzitása egyenesen arányos a hangnyomás négyzetével:

I = P 2 /(2r υ), (7)

Ahol R- hangnyomás, r- a közeg sűrűsége, υ - hangsebesség adott környezetben.

6.Intenzitás szintje. Az intenzitásszint (hangintenzitási szint) egy fizikai mennyiség, amely számszerűen egyenlő:

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

Ahol én- hangintenzitás, I 0 =10 -12 W/m 2- az emberi fül által észlelt legalacsonyabb intenzitás 1000 Hz-es frekvencián.

Intenzitás szintje L, a (8) képlet alapján, bels-ben ( B). L = 1 B, Ha I=10I 0.

Az emberi fül által érzékelt maximális intenzitás I max =10 W/m 2, azaz I max / I 0 =10 13 vagy L max = 13 B.

Az intenzitásszintet gyakrabban decibelben mérik ( dB):

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

A hangintenzitás szintje a hangnyomáson keresztül határozható meg.

Mert I ~ P 2, Azt L(dB) = 10log(I/I 0) = 10 log(P/P 0) 2 = 20 log(P/P 0), Ahol P 0 = 2 × 10 -5 Pa (I 0 = 10 -12 W/m 2 -nél).

7.hangot hangnak nevezzük, ami egy periodikus folyamat (a hangforrás periodikus rezgései nem feltétlenül harmonikus törvény szerint következnek be). Ha a hangforrás harmonikus rezgést hajt végre x=ASinωt, akkor ezt a hangot hívják egyszerű vagy tiszta hangot. A nem-harmonikus periodikus oszcilláció egy összetett hangnak felel meg, amely Fournet tétele szerint egyszerű frekvenciájú hangok halmazaként ábrázolható. n kb(gyökérhang) és 2n o, 3n o stb., hívják felhangok megfelelő amplitúdókkal.

8.Akusztikus spektrum A hang harmonikus rezgések halmaza, megfelelő frekvenciákkal és rezgési amplitúdókkal, amelyekre egy adott komplex hangot fel lehet bontani. Az összetett hangszín spektruma vonalas, azaz. frekvenciák n o, 2n o stb.

9. Zaj( hallható zaj ) hangnak nevezzük, amely egy rugalmas közeg részecskéinek összetett, nem ismétlődő rezgései. A zaj véletlenszerűen változó összetett hangok kombinációja. A zaj akusztikus spektruma a hangtartományban szinte bármilyen frekvenciából áll, pl. a zaj akusztikus spektruma folyamatos.

A hang hangzúgás formájában is lehet. hangrobbanás- ez egy rövid távú (általában intenzív) hanghatás (taps, robbanás stb.).

10.Hanghullám penetrációs és reflexiós együtthatók. A hang visszaverődését és áthatolását meghatározó közeg fontos jellemzője a hullámimpedancia (akusztikus impedancia) Z=r υ, Ahol r- a közeg sűrűsége, υ - hangsebesség a közegben.

Ha egy síkhullám beesik, például normál esetben a két közeg közötti interfészre, akkor a hang részben átmegy a második közegbe, és a hang egy része visszaverődik. Ha a hang intenzitása csökken én 1, passzol - én 2, tükröződik I 3 = I 1 - I 2, Ez:

1) hanghullám penetrációs együttható b hívott b=I 2 /I 1;

2) reflexiós együttható a hívott:

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

Rayleigh megmutatta b =

Ha υ 1 r 1 = υ 2 r 2, Hogy b=1(maximális érték), míg a=0, azaz nincs visszavert hullám.

Zaj változó frekvenciájú és intenzitású (erősségű) hangok halmaza, amelyek a részecskék rugalmas közegben (szilárd, folyékony, gáznemű) oszcilláló mozgása következtében keletkeznek.
A közegben az oszcilláló mozgás terjedésének folyamatát hanghullámnak, a közegnek azt a tartományát pedig, amelyben a hanghullámok terjednek, hangtérnek nevezzük.
Vannak ütközési, mechanikai és aerohidrodinamikai zajok. Ütészaj lép fel bélyegzés, szegecselés, kovácsolás stb.
Mechanikai zaj gépek és mechanizmusok egységeinek, alkatrészeinek (zúzógép, malom, villanymotor, kompresszor, szivattyú, centrifuga stb.) súrlódása és verése során lép fel.
Aerodinamikai zaj készülékekben és csővezetékekben a levegő, gáz vagy folyadék nagy mozgási sebessége mellett, valamint mozgási irányuk és nyomásuk hirtelen változásaival fordul elő.
A hang alapvető fizikai jellemzői:
– f frekvencia (Hz),
– hangnyomás P (Pa),
– intenzitás vagy hangteljesítmény I (W/m2),
- hangerő? (W).
A hanghullámok terjedési sebessége a légkörben 20°C-on 344 m/s.
Az emberi hallószervek 16 és 20 000 Hz közötti frekvenciatartományban érzékelik a hangrezgéseket. A 16 Hz alatti frekvenciájú (infrahangok) és a 20 000 feletti frekvenciájú (ultrahangok) rezgéseket a hallószervek nem érzékelik.
Ahogy a hangrezgések terjednek a levegőben, időnként ritkulás és nagy nyomású területek jelennek meg. A zavart és zavartalan közegek nyomáskülönbségét P hangnyomásnak nevezzük, amelyet pascalban (Pa) mérnek.
A hanghullám terjedését energiaátadás kíséri. A hanghullám által egységnyi idő alatt a hullám terjedési irányára merőlegesen orientált egységnyi felületen átadott energia mennyiségét intenzitásnak vagy hangteljesítménynek nevezzük, és W/m 2 -ben mérjük.
A terméket a közeg fajlagos akusztikai ellenállásának nevezik, amely jellemzi a hanghullámok visszaverődésének mértékét az egyik közegből a másikba való átmenet során, valamint az anyagok hangszigetelő tulajdonságait.
Minimális hangintenzitás amit a fül érzékel, hallásküszöbnek nevezzük. A szabványos összehasonlítási frekvencia 1000 Hz. Ezen a frekvencián a hallásküszöb I 0 = 10-12 W/m 2, a megfelelő hangnyomás P 0 = 2*10 -5 Pa. Maximális hangintenzitás, amelynél a hallószerv fájdalmat kezd érezni, fájdalomküszöbnek nevezzük, amely 10 2 W/m 2, és a megfelelő hangnyomás P = 2 * 10 2 Pa.
Mivel az emberek által hallható hangintenzitás és hangnyomás változásai óriásiak, és elérik a 10 14, illetve 10 7-szeres változást, rendkívül kényelmetlen a hangerősség vagy hangnyomás abszolút értékeinek használata a hang értékelésére.
A zaj higiénikus értékeléséhez a zaj intenzitását és hangnyomását nem abszolút fizikai mennyiségekben, hanem e mennyiségek arányának logaritmusában szokás mérni egy feltételes nulla szinthez, amely megfelel egy szabványos hang hallási küszöbének, frekvenciájával. 1000 Hz. Az arányoknak ezeket a logaritmusait intenzitás- és hangnyomásszinteknek nevezzük, bels-ben (B) kifejezve. Mivel az emberi hallószerv képes megkülönböztetni a hangintenzitás szintjének változását 0,1 belrel, ezért gyakorlati használatra a 10-szer kisebb egység kényelmesebb - decibel(dB).
Az L hangintenzitás szintjét decibelben a képlet határozza meg

L=10Lg(I/I o) .

Mivel a hang intenzitása arányos a hangnyomás négyzetével, ez a képlet a következő alakban is felírható:

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

A zajszint mérésére szolgáló logaritmikus skála lehetővé teszi az I és P értékek nagy tartományának beillesztését a logaritmikus értékek viszonylag kis intervallumába, 0 és 140 dB között.
Hangnyomás küszöbérték A P 0 az L = 0 dB hallásküszöbnek felel meg, a fájdalomküszöb 120-130 dB. A zaj, még akkor is, ha kicsi (50-60 dB), jelentős terhelést okoz az idegrendszerben, pszichés hatással. Ha 140-145 dB-nél nagyobb zajnak van kitéve, a dobhártya megrepedhet.
Teljes hangnyomásszint L több hangforrás által létrehozott, azonos hangnyomásszintű Li képlettel számítják ki

L=L i +10Lg n , dB,

ahol n az azonos hangnyomásszintű zajforrások száma.
Így például ha két azonos zajforrás okozza a zajt, akkor ezek összzaja 3 dB-lel nagyobb, mint mindegyik külön-külön.
A hangerősség szintje alapján még mindig lehetetlen megítélni ennek a hangnak a hangerejének élettani érzetét, mivel hallószervünk egyenlőtlenül érzékeny a különböző frekvenciájú hangokra; az azonos erősségű, de eltérő frekvenciájú hangok egyenlőtlenül hangosnak tűnnek. Például egy 100 Hz frekvenciájú és 50 dB erősségű hang ugyanolyan hangos, mint egy 1000 Hz frekvenciájú és 20 dB erősségű hang. Ezért a különböző frekvenciájú hangok összehasonlításához a hangintenzitás szint fogalmával együtt bevezették a hangerőszint fogalmát egy hagyományos mértékegységgel - háttérrel. Az egyik háttér az 1000 Hz frekvenciájú és 1 dB intenzitású hangerő. 1000 Hz-es frekvencián a hangerőszintek megegyeznek a hangnyomásszintekkel.
ábrán. Az 1. ábra a hallószerv tulajdonságainak vizsgálata során kapott hangok egyenlő erősségű görbéit mutatja a különböző frekvenciájú hangok szubjektív hangosságérzékelés alapján történő értékeléséhez. A grafikonon látható, hogy fülünk 800-4000 Hz-es frekvenciákon a legnagyobb érzékenységgel rendelkezik, 20-100 Hz-en a legkisebb.

A zaj- és rezgésparamétereket általában oktávsávokban értékelik. Sávszélességnek egy oktávot veszünk, azaz. frekvenciaintervallum, amelyben a legmagasabb f 2 frekvencia kétszer akkora, mint a legalacsonyabb f 1 . A geometriai középfrekvencia a sáv egészét jellemző frekvencia. Oktávsávok geometriai középfrekvenciái a GOST 12.1.003-83 szabvány szerint Zaj. Általános biztonsági követelmények"és 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 és 8000 Hz, a megfelelő vágási frekvenciákkal: 45-90, 90-180, 180-355, 355-710, 710-140, 710-140, 80-140 5600, 5600-11200.
A zajt jellemző mennyiségek frekvenciától való függését a zaj frekvenciaspektrumának nevezzük. A zaj emberre gyakorolt ​​hatásának élettani felmérésének megkönnyítése érdekében megkülönböztetik az alacsony frekvenciájú (300 Hz-ig), a közepes frekvenciájú (300-800 Hz) és a magas frekvenciájú (800 Hz feletti) zajokat.
GOST 12.1.003-83 és SN 9-86 RB 98" Zaj a munkahelyeken. Maximális megengedett szintek"A zajt a spektrum természete és hatásának időtartama szerint osztályozza.
A spektrum természeténél fogva:
– szélessávú, ha egy oktávnál szélesebb folyamatos spektrummal rendelkezik,
– tónusos, ha a spektrum kifejezett diszkrét hangokat tartalmaz. Ebben az esetben a zaj tonális jellegét gyakorlati célokra egyharmados oktávos frekvenciasávokban történő méréssel állapítják meg (egyharmad oktáv sáv esetén a hangnyomásszint az egyik sávban legalább 10 dB-lel meghaladja a szomszédos sávokat).
Időbeli jellemzők szerint:
– állandó, amelynek zajszintje az idő múlásával legfeljebb 5 dB-lel változik egy 8 órás munkanap alatt,
– instabil, amelynek zajszintje az idő múlásával több mint 5 dB-lel változik egy 8 órás munkanap alatt.
A változó zajok fel vannak osztva:
időben ingadozó, amelynek hangereje időben folyamatosan változik;
szakaszos, amelynek zajszintje fokozatosan változik (5 dB vagy több);
impulzus, amely egy vagy több hangjelből áll, amelyek mindegyike 1 másodpercnél rövidebb ideig tart.
Az emberre a legnagyobb veszélyt a tónusos, magas frekvenciájú és szakaszos zaj jelenti.
A szaporítási mód szerint az ultrahangot a:
– légi (levegő ultrahang);
– érintkezés útján terjed szilárd és folyékony közeggel érintkezve (kontakt ultrahang).
Az ultrahang frekvenciatartomány a következőkre oszlik:
– alacsony frekvenciájú rezgések (1,12*10 4 - 1*10 5 Hz);
– nagyfrekvenciás (1*10 5 - 1*10 9 Hz).
Az ultrahang forrásai olyan gyártóberendezések, amelyekben a technológiai folyamat, a műszaki ellenőrzés és a mérések elvégzésére ultrahang rezgéseket keltenek, valamint olyan berendezések, amelyek működése során kísérő tényezőként ultrahang keletkezik.
A levegő ultrahang jellemzői a munkahelyen a GOST 12.1.001 szerint Ultrahang. Általános biztonsági követelmények" és SN 9-87 RB 98" Légi ultrahang. A munkahelyeken megengedett maximális értékek" hangnyomásszintek egyharmad oktáv sávokban, geometriai középfrekvenciákkal 12,5; 16,0; 20,0; 25,0; 31,5; 40,0; 50,00; 63,0; 80,0; 100,0 kHz.
A kontakt ultrahang jellemzői a GOST 12.1.001 és az SN 9-88 RB 98" szerint Érintkezés útján továbbított ultrahang. A munkahelyeken megengedett maximális értékek" a rezgési sebesség csúcsértékei vagy rezgéssebesség-szintjei oktávsávokban, geometriai középfrekvenciákkal 8; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000; 16000; kHz.
Rezgések- ezek szilárd testek rezgései - készülékek, gépek, berendezések, szerkezetek részei, amelyeket az emberi test ütésként érzékel. A rezgéseket gyakran hallható zaj kíséri.
Személyenkénti átviteli mód szerint vibráció osztva helyiÉs Tábornok.
Az általános rezgés a támasztófelületeken keresztül az álló vagy ülő személy testére továbbítódik. Az általános rezgés legveszélyesebb frekvenciája a 6-9 Hz tartományban van, mivel egybeesik az emberi belső szervek természetes rezgési frekvenciájával, ami rezonanciát eredményezhet.
Helyi (lokális) rezgés emberi kézen keresztül terjed. A helyi vibráció magában foglalhatja az ülő személy lábait és a munkaasztal vibráló felületeivel érintkező alkarját is.
A munkavállalókra továbbított helyi rezgés forrásai lehetnek: kézi gépek motorral vagy kézi elektromos kéziszerszámok; gépek és berendezések vezérlései; kéziszerszámok és munkadarabok.
Általános vibráció Előfordulásának forrásától függően a következőkre oszlik:
1. kategóriájú általános rezgés - közlekedés, amely a munkahelyen személyt érint önjáró és vontatott gépeken, járműveken terepen, utakon és mezőgazdasági háttereken történő vezetés közben;
2. kategóriájú általános rezgés – közlekedési és technológiai, amely a munkahelyen dolgozókat érinti a gyártóhelyiségek, ipari telephelyek és bányaüzemek speciálisan előkészített felületén mozgó gépekben;
3. kategóriájú általános rezgés - technológiai, amely a munkahelyen álló gépek közelében lévő személyt érinti, vagy olyan munkahelyekre továbbítja, amelyek nem rendelkeznek rezgésforrással.
A 3. általános kategóriájú rezgés hely szerint a következő típusokra oszlik:
3a – vállalkozások ipari helyiségeinek állandó munkahelyein;
3b – raktárakban, étkezdékben, háztartásokban, ügyeletekben és egyéb kisegítő termelési helyiségekben lévő munkahelyeken, ahol nincsenek rezgést keltő gépek;
3c - az üzemvezetés adminisztratív és szolgáltató helyiségeiben, a tervezőirodákban, a laboratóriumokban, a képzési központokban, a számítástechnikai központokban, az egészségügyi központokban, az irodai helyiségekben és a szellemi dolgozók egyéb helyiségeiben található munkahelyeken.
Az idő jellemzői szerint a rezgést felosztják:
– olyan állandó, amelyre a spektrális vagy frekvenciakorrigált normalizált paraméter a megfigyelési idő (legalább 10 perc vagy a technológiai ciklusidő) alatt 1 s időállandóval mérve legfeljebb 2-szeresére (6 dB) változik;
– nem állandó rezgés, amelynél a spektrális vagy frekvenciakorrigált normalizált paraméter a megfigyelési idő alatt (legalább 10 perc vagy technológiai ciklusidő) 1 s időállandóval mérve több mint 2-szeresére (6 dB) változik.
A rezgést jellemző fő paraméterek:
– f frekvencia (Hz);
– A (m) elmozdulási amplitúdó (a rezgéspont egyensúlyi helyzettől való legnagyobb eltérésének nagysága);
– lengési sebesség v (m/s); oszcillációs gyorsulás a (m/s 2).
A zajhoz hasonlóan az emberek által érzékelt rezgésfrekvenciák teljes spektruma oktávsávokra oszlik, amelyek geometriai átlagfrekvenciája 1, 2, 4, 8, 16, 32, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000 Hz.
Mivel a rezgési paraméterek változásának tartománya azoktól a küszöbértékektől, amelyeknél nem veszélyes a ténylegesekre, nagy, kényelmesebb megmérni ezen paraméterek érvénytelen értékeit és a tényleges értékek arányának logaritmusát. a küszöbhöz. Ezt az értéket a paraméter logaritmikus szintjének nevezzük, mértékegysége decibel (dB).

Tömeggel és rugalmassággal rendelkező közegben bármilyen mechanikai zavar zajt kelt. Rugalmas közeg jelenléte nélkül a hang terjedése nem megy végbe. Minél sűrűbb a közeg, annál nagyobb a hangerő. Például a sűrített levegőben a hangok nagyobb erővel átvitelre kerülnek, mint a ritka levegőben.

Hang- Ezek egy rugalmas közeg hullámszerűen terjedő mechanikai rezgései.

Zaj- egy adott hangforma, amely nemkívánatos egy személy számára, és megakadályozza abban, hogy jelenleg dolgozzon, normálisan beszéljen vagy pihenjen.

A hangot mint oszcilláló mozgást jellemző fő fizikai paraméterek a sebesség, a hullámhossz és amplitúdó, a frekvencia, az erősség és az akusztikus nyomás.

Hangsebesség- ez az a távolság, amennyit a hanghullám egy rugalmas közegben egységnyi idő alatt terjed. A hang sebessége a közeg sűrűségétől és hőmérsékletétől függ.

A különböző frekvenciájú hangok, legyen az egy magas hangú síp vagy tompa morgás, ugyanabban a közegben, azonos sebességgel terjednek.

A hangsebesség egy adott anyag bizonyos állandó jellemzője. A hang terjedési sebessége levegőben (0°C-on) 340 m/s, vízben - 1450 m/s, téglában - 3000 m/s, acélban - 5000 m/s.

A közeg hőmérsékletének változásával a hangsebesség is változik. Minél magasabb a közeg hőmérséklete, annál gyorsabban halad át rajta a hang. Tehát minden hőmérséklet-emelkedés esetén a hangsebesség gázokban 0,6 m/s-kal, vízben 4,5 m/s-kal nő.

A levegőben a hanghullámok széttartó gömbhullám formájában terjednek, amely nagy térfogatot tölt ki, mivel a hangforrás által okozott részecskék rezgései nagy tömegű levegőre kerülnek. A távolság növekedésével azonban a közeg részecskéinek rezgései gyengülnek.

A hang csillapítása a frekvenciájától is függ. A magas frekvenciájú hangokat jobban elnyeli a levegő, mint az alacsony frekvenciájú hangokat.

A gyártási zaj szubjektív értékelése lehetséges. ábrán. a hangnyomásszint távolságtól való függését mutatja.

Rizs. A szubjektív zajértékelés grafikonja: 1 - nagyon hangos beszélgetés; 2 - hangos beszélgetés; 3 - emelt hang; 4 - normál hang

Ezt a függőséget felhasználva közelítőleg meg lehet határozni a hangnyomásszint értékét, ha a műhelyben két ember elég jól hallja és érti a beszédet, amikor egymással beszélgetnek. Például, ha egy normál hangon folytatott beszélgetést 0,5 m távolságra lehet lefolytatni egymástól, ez azt jelenti, hogy a zajszint nem haladja meg a 60 dB-t; 2,5 m távolságban ezen a hangnyomásszinten csak a hangos beszéd lesz hallható és érthető.

A zajforrások bizonyos irányultságú sugárzással rendelkeznek. A különböző hőmérsékletű levegőrétegek jelenléte a légkörben a hanghullámok töréséhez vezet.

Napközben, amikor a levegő hőmérséklete a magassággal csökken, a föld felszínéhez közeli forrásból származó hanghullámok felfelé hajlanak, és a forrástól bizonyos távolságra a hang nem hallható.

Ha a levegő hőmérséklete a magassággal emelkedik, a hanghullámok lefelé hajlanak, és a hang a földfelszín távolabbi pontjait éri el. Ez magyarázza azt a tényt, hogy éjszaka, amikor a levegő felső rétegei nappal felmelegszenek, a hang nagyobb távolságokra hallatszik, mint nappal, különösen akkor, ha a víz felszínén terjed, ami szinte teljesen visszaveri a hanghullámokat felfelé.

Ha a levegő hőmérséklete enyhén változik a magassággal, és nincs szél, a hang anélkül terjed, hogy észrevehető fénytörést tapasztalna. Például fagyos téli napokon több kilométerről gőzmozdony sípja hallatszik, messziről szán csikorgása, erdőben fejsze hangja stb.

Mint minden hullámszerű mozgás, a hang is jellemző hullámhossz. A hullámhossz két egymást követő csúcs és mélyedés közötti távolság.

Hullám amplitúdója az a távolság, amennyivel egy közeg részecskéje eltér egyensúlyi helyzetétől.

Az emberi hallószervek 20 m-től 1,7 cm-ig terjedő hanghullámokat érzékelnek, A hang erőssége egyenesen arányos a hanghullám hosszával.

Hangfrekvencia- egy hanghullám oszcillációinak száma időegységben (másodpercben), és Hz-ben mérik.

Frekvencia alapján a hangrezgések három tartományra oszthatók:

16 Hz-nél kisebb frekvenciájú infrahangrezgések;

hang - 16 és 20 000 Hz között;

ultrahang - több mint 20 000 Hz.

Az emberi hallószervek a 16 ... 20 000 Hz frekvenciatartományban érzékelik a hangrezgéseket.

A hangtartományt általában alacsony frekvenciájú - 400 Hz-ig, középfrekvenciás - 400 ... 1000 Hz és magas - 1000 Hz feletti frekvenciákra osztják.

Az infrahangokat az emberi hallószerv nem érzékeli, de hatással lehet a szervezet egészére, és súlyos következményekkel járhat. Az a tény, hogy az emberi belső szervek természetes rezgési frekvenciája 6 ... 8 Hz.

Ha ilyen frekvenciájú infrahangnak tesszük ki, rezonancia lép fel, azaz az infrahanghullámok frekvenciája egybeesik a belső szervek természetes (rezonancia) frekvenciájával, ami a rendszer rezgésének amplitúdójának növekedésével jár együtt. Az embernek úgy tűnik, hogy minden vibrál benne. Emellett az infrahang rezgések biológiai aktivitással is rendelkeznek, ami szintén azzal magyarázható, hogy frekvenciáik egybeesnek az agy ritmusával. Egy bizonyos frekvenciájú infrahang agyműködési zavarokat, vakságot, 7 Hz-es frekvencián pedig halált okoz.

Az infrahang fő forrásai közétkeztetésben a folyamatosan működő, másodpercenként 20-nál kisebb ciklusszámú gépek és mechanizmusok lehetnek - salátakeverő, friss és főtt zöldségek szeletelésére szolgáló mechanizmusok, hasítógépek, habverők és egyéb technológiai berendezések viszonylag alacsony forgási sebességű fő munkatestek.

Az infrahang egyik sajátossága, hogy nagy távolságokon is jól halad, és szinte nem is csillapítják az akadályok. Ezért a hagyományos hangszigetelési és hangelnyelési módszerek hatástalanok vele szemben. Ebben az esetben az infrahang, mint káros termelési tényező leküzdésének legelfogadhatóbb módja annak előfordulásának forrásánál.

Az ultrahang rövid hosszúságú rugalmas hullámok, amelyek rezgési frekvenciája meghaladja a 20 000 Hz-et. Az ultrahang sajátossága, hogy képes nyaláb alakú hullámokat generálni, amelyek jelentős mechanikai energiát képesek átvinni. Az ultrahang ezen képességét széles körben alkalmazták különféle iparágakban, beleértve az élelmiszeriparban is. Például a tej ultrahangos kezelése jelentősen csökkentheti a benne lévő mikroflóra tartalmát. Az ultrahangot állati és növényi zsírokat előállító vállalkozásokban, pék- és édesipari gyártásban, hús- és halfeldolgozó üzemekben, borkészítésben és illatszeriparban alkalmazzák.

Az ultrahang technológiai folyamatok fejlesztésében való felhasználásának számos lehetősége mellett káros hatással van az emberi szervezetre: idegi zavarokat, fejfájást, hallásérzékenység-csökkenést, sőt a vér összetételének és tulajdonságainak megváltozását is okozza.

Az ultrahang hatásokkal szembeni védelmet ultrahangot kibocsátó berendezések hangszigetelt kivitelben történő gyártásával, a berendezés és az üzemeltető közé átlátszó ernyők felszerelésével, valamint az ultrahangos berendezések speciális helyiségekben történő elhelyezésével lehet biztosítani.

Amikor egy hanghullám a levegőben terjed, páralecsapódások és ritkulások keletkeznek benne, amelyek a légkör átlagos külső nyomásához képest további nyomásokat hoznak létre. Erre a nyomásra, amelyet hangnak vagy akusztikusnak neveznek, az emberi hallószervek reagálnak. A hangnyomás mértékegysége N/m 2 vagy Pa.

A hanghullám egy bizonyos energiát hordoz a mozgása irányában. A hanghullám által egységnyi idő alatt a hullám terjedési irányára merőlegesen elhelyezkedő 1 m 2 -es területen átvitt energiát hangteljesítménynek vagy hangintenzitásnak (I) nevezzük, amelyet W/m 2 -ben mérünk.

Az emberek által hangként észlelt maximális és minimális hangnyomást és hangintenzitást küszöbnek nevezzük.

Az emberi hallószerv képes megkülönböztetni a 0,1 B-es hangnövekedést, ezért a gyakorlatban a hangszintek mérésénél a decibel (dB) rendszeren kívüli mértékegységét alkalmazzák: 0,1 B = 1 dB.

A zaj 1 dB-lel történő növekedése a hangenergia 1,26-szoros növekedését eredményezi. Ha összehasonlítunk két zaj erősségét, például 10 és 20 dB, nem mondható el, hogy a második intenzitása kétszer olyan erős, mint az elsőé. A valóságban 10-szer nagyobb lesz.

Az emberi hallószerv által érzékelt hangerőskála 1 és 130 dB között van.

A hanghullám nyomása a fájdalomküszöbnél (130 dB) körülbelül 20 Pa.

Annak érdekében, hogy a hangszintet a hallásérzékelés erősségeként decibelben jobban ábrázoljuk, a következő példákat hozhatjuk fel: amikor

f = 1000 Hz, a normál társalgási beszéd 40 dB-nek felel meg, a személygépkocsi motor működése 50 dB, a repülőgép motorja 100 ... 110 dB, a főutcák és a városi terek zaja 60 dB.

A zaj emberi szervezetre gyakorolt ​​élettani hatása a hang spektrumától és természetétől függ.

Hatótávolság a hangnyomásszint frekvenciakomponensekre bontásának grafikus ábrázolása. A spektrális jellemzők segítenek azonosítani a legkárosabb hangokat, és intézkedéseket dolgoznak ki az ipari zaj elleni küzdelemre.

Háromféle zajspektrum létezik: diszkrét vagy tónusos, folyamatos vagy széles sávú és vegyes.

Diszkrét(a latin discretus szóból - különálló, szaggatott) spektrum (a. ábra) az inkonzisztens hangzást jellemzi, amikor az egyes frekvenciák élesen kiemelkednek az általános szintből, és egyes frekvenciákon egyáltalán nincs hang.

Rizs. Zajspektrumok: a - diszkrét; b - szilárd; in - vegyes

A diszkrét spektrum jellemző például a speciális járművek, fűrész stb. szirénája által kibocsátott zajra.

Folyamatos spektrum(b. ábra) az egymáshoz közeli frekvenciák hangnyomásszintjeinek gyűjteménye, amikor minden frekvencián van hangnyomásszint.

Ez a zajspektrum jellemző a sugárhajtóművek, a belső égésű motorok működésére, a kipufogógázokra, a keskeny lyukon átáramló levegőre stb.

Vegyes spektrum(c. ábra) egy olyan spektrum, amikor a folyamatos zaj hátterében diszkrét komponensek vannak.

A vállalkozásoknál leggyakrabban vegyes spektrumok fordulnak elő - ez a technológiai berendezések, ventilátorok, kompresszorok stb. zaja.

A zaj természete lehet stabil vagy impulzív.

A stabil zajra az állandó hangnyomásszintek, míg a pulzáló zajra a hangnyomásszint gyors, 8 ... 10 dB/s nagyságrendű változása az idő múlásával. Az impulzuszajt különálló, egymást követő hatásokként érzékelik; az emberi szervezetre gyakorolt ​​hatása agresszívebb, mint a stabil zaj.