Caracteristicile fizice și fiziologice ale zgomotului. SA Unde sonore Caracteristici fizice și fiziologice ale senzației auditive

Caracteristicile fizice și fiziologice ale sunetului.

Caracteristicile fizice și fiziologice ale sunetului. Diagrama auzului. Nivelurile de intensitate și nivelurile de zgomot ale sunetului, relația dintre acestea și unitățile lor de măsură.
Acustica este o ramură a fizicii care studiază sunetul și fenomenele conexe. Sunetul este o undă mecanică longitudinală care se propagă în medii elastice (solide, lichide și gaze) și este percepută de urechea umană. Sunetul corespunde unui interval de frecvență de la 16 Hz la 20000 Hz. Oscilațiile cu o frecvență > 20000 Hz sunt ultrasunete și< 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>Apare lezarea Imax a organului auditiv. Imax=10W/m2. Se introduce conceptul de niveluri de intensitate L=lgI/I0, unde I0 este intensitatea sunetului la pragul de audibilitate. [B - belah]. 1 bel – nivelul de intensitate al unui astfel de sunet, a cărui intensitate este de 10 ori > intensitatea pragului. 10dB=1B. L=10lgI/I0, (dB). O persoană aude sunete într-o gamă de niveluri de intensitate a sunetului de la 0 la 130 dB. Diagrama de audibilitate - dependența intensității sau a nivelului de intensitate de frecvența sunetului. Pe acesta, pragul de durere (PT) și pragul de auz (HL) sunt prezentate sub formă de curbe care nu depind de frecvență. Pragul minim de auz este de 10-12 W/m2, iar pragul de durere Imax = 1-10 W/m2. Aceste valori sunt la o frecvență de 1000 Hz. Aproape de această frecvență o persoană aude cel mai bine. Prin urmare, în intervalul de frecvență 500-3000 Hz la o intensitate de 10-8-10-5 W/m2 - zona vorbirii. (I, W/m2: 10, 1, 10-12, gol; v, Hz: 16, 1000, 20000; L, dB: 130, 120,0). Audiometria este o metodă de studiere a acuității auzului folosind o diagramă de audibilitate. Senzația de sunet (intensitatea) crește în progresie aritmetică, iar intensitatea - în progresie geometrică. E=klgI. Legea Weber-Fechner: Modificarea sonorității este direct proporțională cu raportul lg al intensităților sunetelor care au cauzat această modificare a sonorității: ∆E=k1lgI2/I1, unde k1=10k.
Transportul activ al ionilor prin membrană. Tipuri de procese ionice. Principiile de funcționare ale pompei Na+-K+.
Transportul activ este transferul de molecule și ioni pe o membrană, care este realizat de celulă datorită energiei proceselor metabolice. Aceasta duce la o creștere a diferenței de potențial pe ambele părți ale membranei. În acest caz, substanța este transferată dintr-o zonă de concentrație mai mică într-o zonă de concentrație mai mare. Energia pentru a face lucru este obținută prin divizarea moleculelor de ATP în ADP și o grupă fosfat sub influența agenților speciali. proteine ​​– enzime – ATPaze de transport. ATP=ADP+P+E, E=45kJ/mol. Transport activ: ioni (Na+-K+-ATPaza; Ca2+-ATPaza; H+-ATPaza; transferul de protoni în timpul funcționării lanțului respirator al mitocondriilor) și substanțe organice. Pompa sodiu-potasiu. Sub influența Na+, situat în citoplasmă, pe partea interioară a membranei, ATPaza de transport este activată și se împarte în ADP și Ph. În acest caz, se eliberează 45 kJ/mol de energie, care merge spre adăugarea de trei Na+ și, ca urmare, se modifică conformația ATPazei. 3 Na+ este transferat prin membrană. Pentru a reveni la conformația inițială, ATPaza trebuie să transfere 2K+ prin membrană în citoplasmă. Într-un ciclu, o sarcină pozitivă este îndepărtată din celulă. Interiorul celulei este încărcat negativ, exteriorul este pozitiv. Are loc o separare a sarcinilor electrice și apare o tensiune electrică, prin urmare pompa Na+-K+ este izogenă.
Determinați viteza electronilor care incid pe anti-catodul tubului de raze X dacă lungimea de undă minimă în spectrul continuu de raze X este de 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.
Puterea optică a lentilei este de 10 dioptrii. Ce mărire oferă?
D=1/F; Г=d0/F=0,25m/0,1=2,5 ori.
Estimați rezistența hidraulică a vasului dacă, cu un flux sanguin de 0,2 l/min (3,3 * 10-6 m3/s), diferența de presiune la capete este de 3 mm Hg (399 Pa, deoarece 760 mm Hg .=101kPa). )
Х=∆P/Q=399/3,3*10-6=121*106 Pa*s/m3
Ce ecuații se numesc diferențiale și prin ce diferă soluțiile lor generale și cele particulare?
Diferenţial - o ecuaţie care leagă argumentul x, funcţia dorită y şi derivatele sale y', y'', ..., yn de diverse ordine. Dif. comandă ecuația este determinată de ordinul cel mai înalt al derivatei incluse în ea. Să considerăm a doua lege a lui Newton F=ma, accelerația este derivata întâi a vitezei. F=mdv/dt – diferential ecuație de ordinul întâi. Accelerația este derivata a doua a căii. F=md2S/dt2 - diferential. ecuație de ordinul doi. Rezolvarea diferenţialului ecuația este o funcție care transformă această ecuație într-o identitate. Să rezolvăm ecuația: y’-x=0; dy/dx=x; dy=xdx; ᶘdy=ᶘxdx; y+C1=x2/2+C2; y= x2/2+C – soluţia generală a diferenţialului. ecuații Pentru orice valoare specifică a constantei C din funcție, obținem o anumită soluție; poate exista un număr infinit de ele. Pentru a selecta una, trebuie să setați o condiție suplimentară.

Zgomotul este o combinație de sunete cu frecvență și intensitate diferite care au un efect nociv și iritant asupra oamenilor. Prin sunet înțelegem vibrațiile elastice ale particulelor de aer care se propagă în valuri într-un mediu solid, lichid sau gazos datorită influenței unei forțe perturbatoare. Ca fenomen fizic, zgomotul este mișcarea ondulatorie a unui mediu elastic; ca fenomen fiziologic: unde sonore în intervalul de la 16 la 20.000 Hz, percepute de o persoană cu auz normal. Zgomot audibil - 20 - 20000 Hz, interval de ultrasunete - peste 20 kHz, infrasunete - mai puțin de 20 Hz. Sensibilitatea cea mai mare este de 1000-4000 Hz.

Sursele de auz sunt caracterizate de puterea sonoră (W), care este cantitatea totală de energie sonoră emisă de o sursă de sunet pe unitatea de timp.

Caracteristicile fizice ale zgomotului

Intensitatea sunetului este cantitatea de energie sonoră transferată de o undă sonoră în 1 s pe o suprafață de 1 m2, perpendiculară pe propagarea undei sonore. R – distanta fata de suprafata.

Presiunea sonoră P [Pa] - presiune suplimentară a aerului care apare atunci când o undă sonoră trece prin aceasta (diferența dintre valoarea instantanee a presiunii totale și valoarea într-un mediu neperturbat).

Fiecare vibrație este caracterizată de o frecvență, adică de numărul de vibrații pe secundă. După frecvență, zgomotele se împart în: frecvență joasă (sub 400 Hz), frecvență medie (400-1000), frecvență înaltă (peste 1000).

Efecte nocive ale zgomotului: sistemul cardiovascular; sistem inegal; organele auzului (timpan), provocând hipertensiune arterială, boli de piele și ulcere peptice. Prin urmare, zgomotul trebuie normalizat în conformitate cu cerințele de reglementare: GOST. Zgomot. Cerințe generale de siguranță, Standarde sanitare: Zgomot la locurile de muncă din clădirile publice rezidențiale și în zonele rezidențiale. Reglarea zgomotului are ca scop prevenirea deficiențelor de auz și scăderea capacității de muncă și a productivității lucrătorilor. Conform acestor documente, nivelul presiunii acustice este normalizat în funcție de spectrul de frecvență. Ținând cont de intervalul de frecvență extins (20-20000 Hz) atunci când se evaluează o sursă de zgomot, se utilizează un indicator logaritmic, care se numește nivel de presiune sonoră (SPL): . P - presiunea acustică în punctul de măsurare [Pa]; P0 este valoarea minimă pe care urechea umană o poate percepe 10V -3 [Pa]. Ecografia arată de câte ori valoarea reală depășește pragul. 140 dB este pragul durerii.

Pentru zgomot constant, nivelurile de presiune sonoră SPL (dB) sunt normalizate în benzi de octave cu frecvențe medii geometrice de 31,5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Hz. Fiecare frecvență corespunde unei valori limită a ultrasunetelor care nu are un impact negativ asupra unei persoane în timpul unei zile de lucru de 8 ore.

Standardele sanitare SN 2.2.4 / 2.1.8.562 – 96 „Zgomot la locurile de muncă, în clădiri rezidențiale, publice și în zone rezidențiale”, precum și GOST 12.1.003 – 83, pentru a limita expunerea la zgomot a oamenilor, stabilesc sunetul maxim admisibil nivelurile și spectrul maxim de zgomot pentru diverse tipuri de activități de muncă. Aceasta ia în considerare scopul spațiilor, natura zonei clădirii și ora din zi (Tabelul 56, 57, 58).

La normalizarea parametrilor de zgomot, se iau în considerare și caracteristicile lor temporale. Conform GOST 12.1.003 - ²Zgomot. Cerințe generale de siguranță² în ceea ce privește caracteristicile de timp, zgomotul este clasificat drept constant, al cărui nivel de zgomot pe o zi de lucru de 8 ore se modifică în timp cu cel mult
5 dBA și inconsecventă.

Zgomotul necontinuu este împărțit în intermitent și impulsiv. Nivelul sonor al zgomotului intermitent se modifică în trepte de 5 dBA sau mai mult, iar durata intervalelor în care nivelul rămâne constant este
1 secundă sau mai mult.

Zgomotul de impuls constă din unul sau mai multe bipuri, fiecare durând mai puțin de o secundă. În acest caz, nivelurile de sunet trebuie să difere cu cel puțin 7 dBA.

Parametrul normalizat al zgomotului neconstant este nivelul sonor echivalent în dBA, adică valoarea nivelului sonor al zgomotului constant pe termen lung, care, într-un interval de timp reglat T = t 2 – t 1, are același valoarea nivelului sonor ca zgomotul în cauză, al cărui nivel al sunetului variază în timp:

unde L Ai este nivelul mediu al sunetului în intervalul i, dBA;

t i – interval de timp în care nivelul se află în limitele specificate, s;

i – numărul intervalului de nivel (i = 1,2,…n).

Lucrare de laborator nr 5

Audiometrie

Elevul ar trebui să știe: ceea ce se numește sunet, natura sunetului, sursele de sunet; caracteristicile fizice ale sunetului (frecvență, amplitudine, viteză, intensitate, nivel de intensitate, presiune, spectru acustic); caracteristicile fiziologice ale sunetului (înălțimea, volumul, timbrul, frecvențele minime și maxime de vibrație percepute de o persoană dată, pragul audibilității, pragul durerii) relația lor cu caracteristicile fizice ale sunetului; sistemul auditiv uman, teoriile percepției sunetului; coeficient de izolare fonica; impedanța acustică, absorbția și reflectarea sunetului, coeficienții de reflexie și penetrare a undelor sonore, reverberație; bazele fizice ale metodelor de cercetare a sunetului în clinică, conceptul de audiometrie.

Studentul trebuie să fie capabil să: utilizarea unui generator de sunet pentru a elimina dependența pragului de auz de frecvență; determinați frecvențele minime și maxime de vibrație pe care le percepeți, luați o audiogramă folosind un audiometru.

Scurtă teorie

Sunet. Caracteristicile fizice ale sunetului.

Sunet sunt numite unde mecanice cu o frecvență de vibrație a particulelor dintr-un mediu elastic de la 20 Hz la 20.000 Hz, percepute de urechea umană.

Fizic numiți acele caracteristici ale sunetului care există în mod obiectiv. Ele nu sunt legate de particularitățile senzației unei persoane de vibrații sonore. Caracteristicile fizice ale sunetului includ frecvența, amplitudinea vibrației, intensitatea, nivelul de intensitate, viteza de propagare a vibrațiilor sonore, presiunea sonoră, spectrul acustic al sunetului, coeficienții de reflexie și de penetrare a vibrațiilor sonore etc. Să le luăm în considerare pe scurt.

1. Frecvența de oscilație. Frecvența vibrațiilor sonore este numărul de vibrații ale particulelor dintr-un mediu elastic (în care se propagă vibrațiile sonore) pe unitatea de timp. Frecvența vibrațiilor sonore se află în intervalul 20 - 20000 Hz. Fiecare individ percepe o anumită gamă de frecvențe (de obicei ușor peste 20 Hz și sub 20.000 Hz).

2. Amplitudine vibrația sonoră este cea mai mare abatere a particulelor oscilante ale mediului (în care se propagă vibrația sonoră) de la poziția de echilibru.

3. Intensitatea undelor sonore(sau puterea sunetului) este o mărime fizică care este numeric egală cu raportul energiei transferate de o undă sonoră pe unitate de timp printr-o unitate de suprafață orientată perpendicular pe vectorul viteză al undei sonore, adică:

Unde W- energia valurilor, t- timpul de transfer de energie printr-o zonă de platformă S.

Unitate de intensitate: [ eu] = 1 J/(m 2 s) = 1 W/m 2.

Să acordăm atenție faptului că energia și, în consecință, intensitatea undei sonore sunt direct proporționale cu pătratul amplitudinii " A"și frecvențe" ω » vibratii sonore:

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

4. Viteza sunetului se numește viteza de propagare a energiei de vibrație a sunetului. Pentru o undă armonică plană, viteza de fază (viteza de propagare a fazei de oscilație (frontul de undă), de exemplu, maximă sau minimă, adică un cheag sau rarefacție a mediului) este egală cu viteza undei. Pentru o oscilatie complexa (conform teoremei Fourier, aceasta poate fi reprezentata ca o suma de oscilatii armonice), se introduce conceptul viteza grupului– viteza de propagare a unui grup de unde cu care energia este transferată de o undă dată.

Viteza sunetului în orice mediu poate fi găsită folosind formula:

Unde E- modulul de elasticitate al mediului (modulul Young), r- densitatea mediului.

Cu o creștere a densității mediului (de exemplu, de 2 ori), modulul elastic E crește într-o măsură mai mare (de peste 2 ori), prin urmare, odată cu creșterea densității mediului, viteza sunetului crește. De exemplu, viteza sunetului în apă este ≈ 1500 m/s, în oțel - 8000 m/s.

Pentru gaze, formula (2) poate fi transformată și obținută în următoarea formă:

(3)

unde g = S R /CV- raportul capacitatilor termice molare sau specifice ale unui gaz la presiune constanta ( S R) și la volum constant ( CV).

R- constanta universala a gazului ( R=8,31 J/mol K);

T- temperatura absolută pe scara Kelvin ( T=t o C+273);

M- masa molară a gazului (pentru un amestec normal de gaze din aer

M=29×10 -3 kg/mol).

Pentru aer la T=273Kși presiunea atmosferică normală, viteza sunetului este υ=331,5 "332 m/s. Trebuie remarcat faptul că intensitatea undei (cantitatea vectorială) este adesea exprimată în termeni de viteză a undei:

sau ,(4)

Unde S×l- volum, u=W/ S×l- densitatea energiei volumetrice. Vectorul din ecuația (4) se numește Vector Umov.

5.Presiunea sonoră este o mărime fizică care este numeric egală cu raportul dintre modulul forței de presiune F particule vibrante ale mediului în care sunetul se propagă în zonă S perpendicular pe aria orientată în raport cu vectorul forță de presiune.

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

Intensitatea unei unde sonore este direct proporțională cu pătratul presiunii sonore:

I = P 2 /(2r υ), (7)

Unde R- presiunea sonoră, r- densitatea mediului, υ - viteza sunetului într-un mediu dat.

6.Nivel de intensitate. Nivelul de intensitate (nivelul de intensitate a sunetului) este o mărime fizică care este numeric egală cu:

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

Unde eu- intensitatea sunetului, I0 =10 -12 W/m2- cea mai scăzută intensitate percepută de urechea umană la o frecvență de 1000 Hz.

Nivel de intensitate L, pe baza formulei (8), se măsoară în bels ( B). L = 1 B, Dacă I=10I 0.

Intensitate maximă percepută de urechea umană I max = 10 W/m2, adică I max / I 0 =10 13 sau L max = 13 B.

Mai des, nivelul de intensitate este măsurat în decibeli ( dB):

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

Nivelul de intensitate a sunetului poate fi găsit prin presiunea sonoră.

Deoarece I ~ P 2, Acea L(dB) = 10log(I/I 0) = 10 log(P/P 0) 2 = 20 log(P/P 0), Unde P 0 = 2 × 10 -5 Pa (la I 0 = 10 -12 W/m 2 ).

7.ton se numește sunet, care este un proces periodic (oscilațiile periodice ale unei surse sonore nu au loc neapărat conform unei legi armonice). Dacă sursa sonoră realizează o oscilaţie armonică x=ASinωt, atunci acest sunet se numește simplu sau curat ton. O oscilatie periodica nearmonica corespunde unui ton complex, care poate fi reprezentat, conform teoremei lui Fournet, ca un set de tonuri simple cu frecvente. n despre(tonul rădăcină) și 2n o, 3n o etc., numit acorduri cu amplitudini corespunzătoare.

8.Spectrul acustic sunetul este un set de vibrații armonice cu frecvențe și amplitudini de vibrație corespunzătoare în care un anumit ton complex poate fi descompus. Spectrul unui ton complex este căptușit, adică. frecvente nr o, 2n o etc.

9. Zgomot( zgomot audibil ) numit sunet, care este vibrații complexe, nerepetate ale particulelor dintr-un mediu elastic. Zgomotul este o combinație de tonuri complexe care se schimbă aleatoriu. Spectrul acustic al zgomotului constă din aproape orice frecvență din domeniul audio, de ex. spectrul acustic al zgomotului este continuu.

Sunetul poate fi, de asemenea, sub forma unui boom sonic. explozie sonica- acesta este un impact sonor de scurtă durată (de obicei intens) (bătăi din palme, explozie etc.).

10.Coeficienții de penetrare și reflexie a undelor sonore. O caracteristică importantă a mediului care determină reflexia și pătrunderea sunetului este impedanța undei (impedanța acustică) Z=r υ, Unde r- densitatea mediului, υ - viteza sunetului în mediu.

Dacă o undă plană este incidentă, de exemplu, în mod normal la interfața dintre două medii, atunci sunetul trece parțial în al doilea mediu și o parte din sunet este reflectată. Dacă intensitatea sunetului scade eu 1, trece - eu 2, reflectat I 3 =I 1 - I 2, Acea:

1) coeficientul de penetrare a undei sonore b numit b=I 2 /I 1;

2) coeficientul de reflexie A numit:

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

Rayleigh a arătat asta b =

Dacă υ 1 r 1 = υ 2 r 2, Acea b=1(valoare maximă), în timp ce a=0, adică nu există undă reflectată.

Zgomot este un ansamblu de sunete de frecvență și intensitate (putere) variabile care apar ca urmare a mișcării oscilatorii a particulelor în medii elastice (solide, lichide, gazoase).
Procesul de propagare a mișcării oscilatorii într-un mediu se numește undă sonoră, iar regiunea mediului în care se propagă undele sonore se numește câmp sonor.
Există zgomot de impact, mecanic și aerohidrodinamic. Zgomotul de impact apare în timpul ștanțarii, niturii, forjare etc.
Zgomot mecanic are loc în timpul frecării și bătării unor unități și părți ale mașinilor și mecanismelor (concasoare, mori, motoare electrice, compresoare, pompe, centrifuge etc.).
Zgomot aerodinamic apare în aparate și conducte la viteze mari de mișcare a aerului, gazului sau lichidului și cu schimbări bruște ale direcției mișcării și presiunii acestora.
Caracteristicile fizice de bază ale sunetului:
– frecvența f (Hz),
– presiunea sonoră P (Pa),
– intensitatea sau puterea sonoră I (W/m2),
– puterea sunetului? (W).
Viteza de propagare a undelor sonoreîn atmosferă la 20°C este egală cu 344 m/s.
Organele auzului uman percep vibrațiile sonore în intervalul de frecvență de la 16 la 20.000 Hz. Vibrațiile cu o frecvență sub 16 Hz (infrasunete) și cu o frecvență peste 20.000 (ultrasunete) nu sunt percepute de organele auzului.
Pe măsură ce vibrațiile sonore se propagă în aer, apar periodic zone de rarefacție și presiune ridicată. Diferența de presiune în mediile perturbate și neperturbate se numește presiunea sonoră P, care se măsoară în pascali (Pa).
Propagarea unei unde sonore este însoțită de transferul de energie. Cantitatea de energie transferată de o undă sonoră pe unitatea de timp printr-o suprafață unitară orientată perpendicular pe direcția de propagare a undei se numește intensitate sau putere sonoră I și se măsoară în W/m 2 .
Produsul se numește rezistența acustică specifică a mediului, care caracterizează gradul de reflectare a undelor sonore la trecerea de la un mediu la altul, precum și proprietățile de izolare fonică ale materialelor.
Intensitate minimă a sunetului care este perceput de ureche se numeste pragul auditiv. Frecvența standard de comparație este de 1000 Hz. La această frecvență, pragul de auz este I 0 = 10-12 W/m 2, iar presiunea sonoră corespunzătoare P 0 = 2*10 -5 Pa. Intensitate maximă a sunetului, la care organul auditiv începe să experimenteze durere, se numește pragul durerii, egal cu 10 2 W/m 2, iar presiunea sonoră corespunzătoare P = 2 * 10 2 Pa.
Deoarece modificările intensității sunetului și ale presiunii sonore audibile de oameni sunt enorme și se ridică la 10 14 și, respectiv, 10 7 ori, este extrem de incomod să se utilizeze valori absolute ale intensității sunetului sau ale presiunii sonore pentru a evalua sunetul.
Pentru evaluarea igienică a zgomotului, se obișnuiește să se măsoare intensitatea și presiunea sonoră a acestuia nu în cantități fizice absolute, ci în logaritmi ai rapoartelor acestor cantități la un nivel zero condiționat corespunzător pragului de auz al unui ton standard cu o frecvență de 1000 Hz. Acești logaritmi de rapoarte se numesc niveluri de intensitate și presiune sonoră, exprimate în bels (B). Deoarece organul auditiv uman este capabil să distingă o modificare a nivelului de intensitate a sunetului cu 0,1 belți, atunci pentru utilizare practică o unitate de 10 ori mai mică este mai convenabilă - decibel(dB).
Nivelul de intensitate a sunetului L în decibeli este determinat de formulă

L=10Lg(I/I o) .

Întrucât intensitatea sunetului este proporțională cu pătratul presiunii sonore, această formulă poate fi scrisă și sub forma^

L=10Lg(P2/P o 2)=20Lg(P/P o), dB.

Utilizarea unei scale logaritmice pentru a măsura nivelurile de zgomot vă permite să încadrați o gamă largă de valori I și P într-un interval relativ mic de valori logaritmice de la 0 la 140 dB.
Pragul de presiune sonoră P 0 corespunde pragului auditiv L = 0 dB, pragul durerii este de 120-130 dB. Zgomotul, chiar și atunci când este mic (50-60 dB), creează o încărcare semnificativă asupra sistemului nervos, având un impact psihologic. Când este expus la un zgomot mai mare de 140-145 dB, timpanul se poate rupe.
Nivelul total al presiunii sonore L creat de mai multe surse de sunet cu același nivel de presiune sonoră Li, sunt calculate prin formula

L=L i +10Lg n , dB,

unde n este numărul de surse de zgomot cu același nivel de presiune sonoră.
Deci, de exemplu, dacă zgomotul este creat de două surse de zgomot identice, atunci zgomotul lor total este cu 3 dB mai mare decât fiecare dintre ele separat.
Pe baza nivelului de intensitate a sunetului, este încă imposibil să judecăm senzația fiziologică a zgomotului acestui sunet, deoarece organul nostru auditiv este inegal sensibil la sunete de diferite frecvențe; sunete de putere egală, dar de frecvențe diferite, par inegal de puternice. De exemplu, un sunet cu o frecvență de 100 Hz și o putere de 50 dB este perceput la fel de puternic ca un sunet cu o frecvență de 1000 Hz și o putere de 20 dB. Prin urmare, pentru a compara sunete de diferite frecvențe, împreună cu conceptul de nivel de intensitate a sunetului, a fost introdus conceptul de nivel de volum cu o unitate convențională - fundal. Un fundal este volumul sunetului la o frecvență de 1000 Hz și un nivel de intensitate de 1 dB. La o frecvență de 1000 Hz, se presupune că nivelurile de volum sunt egale cu nivelurile presiunii sonore.
În fig. Figura 1 prezintă curbele de intensitate egală a sunetelor obținute din rezultatele studierii proprietăților organului auditiv pentru a evalua sunetele de diferite frecvențe în funcție de senzația subiectivă de sonoritate. Graficul arată că urechea noastră are cea mai mare sensibilitate la frecvențe de 800-4000 Hz și cea mai mică la 20-100 Hz.

De obicei, parametrii de zgomot și vibrație sunt evaluați în benzi de octave. O octavă este luată ca lățime de bandă, adică interval de frecvență în care cea mai mare frecvență f 2 este de două ori mai mare decât cea mai mică f 1 . Frecvența medie geometrică este considerată frecvența care caracterizează banda în ansamblu. Frecvențele medii geometrice ale benzilor de octave standardizat de GOST 12.1.003-83 " Zgomot. Cerințe generale de siguranță„și sunt 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 și 8000 Hz cu frecvențe de tăiere corespunzătoare de 45-90, 90-180, 180-355, 355-710, 710-1400, 710-1400, 710-1400, 5600, 5600-11200.
Dependența cantităților care caracterizează zgomotul de frecvența acestuia se numește spectrul de frecvență al zgomotului. Pentru comoditatea evaluării fiziologice a impactului zgomotului asupra oamenilor, se disting zgomotul de joasă frecvență (până la 300 Hz), de frecvență medie (300-800 Hz) și de înaltă frecvență (peste 800 Hz).
GOST 12.1.003-83 și SN 9-86 RB 98 " Zgomot la locurile de muncă. Niveluri maxime admise„clasifică zgomotul în funcție de natura spectrului și de durata acțiunii sale.
După natura spectrului:
– bandă largă, dacă are un spectru continuu lățime de mai mult de o octavă,
– tonal, dacă spectrul conține tonuri discrete pronunțate. În acest caz, caracterul tonal al zgomotului în scopuri practice se stabilește prin măsurarea în benzi de frecvență de o treime de octavă (pentru o bandă de o treime de octavă, nivelul presiunii sonore într-o bandă le depășește pe cele învecinate cu cel puțin 10 dB.
După caracteristicile timpului:
– constant, al cărui nivel de zgomot se modifică în timp cu cel mult 5 dB într-o zi de lucru de 8 ore,
– instabil, al cărui nivel de sunet se modifică în timp cu mai mult de 5 dB pe o zi de lucru de 8 ore.
Zgomotele variabile sunt împărțite în:
fluctuant în timp, al cărui nivel de sunet se modifică continuu în timp;
intermitent, al cărui nivel de sunet se modifică treptat (cu 5 dB sau mai mult);
impuls, constând din unul sau mai multe semnale sonore, fiecare cu o durată mai mică de 1 s.
Cel mai mare pericol pentru oameni este zgomotul tonal, de înaltă frecvență și intermitent.
După metoda de propagare, ultrasunetele se împart în:
– aeropurtate (ecografia aeropurtată);
– răspândit prin contact la contactul cu medii solide și lichide (ultrasunete de contact).
Gama de frecvență ultrasonică este împărțită în:
– oscilații de joasă frecvență (1,12*10 4 - 1*10 5 Hz);
– de înaltă frecvență (1*10 5 - 1*10 9 Hz).
Sursele de ultrasunete sunt echipamente de producție în care sunt generate vibrații ultrasonice pentru a efectua procesul tehnologic, controlul tehnic și măsurătorile, precum și echipamentele în timpul funcționării cărora ia naștere ultrasunetele ca factor de însoțire.
Caracteristicile ultrasunetelor din aer la locul de muncă în conformitate cu GOST 12.1.001 " Ecografie. Cerințe generale de siguranță" și SN 9-87 RB 98 " Ultrasunete aeropurtate. Niveluri maxime admise la locurile de muncă„ sunt niveluri de presiune sonoră în benzi de o treime de octavă cu frecvențe medii geometrice 12,5; 16,0; 20,0; 25,0; 31,5; 40,0; 50,00; 63,0; 80,0; 100,0 kHz.
Caracteristicile ultrasunetelor de contactîn conformitate cu GOST 12.1.001 și SN 9-88 RB 98 " Ultrasunetele transmise prin contact. Niveluri maxime admise la locurile de muncă„ sunt valori ale vitezei de vibrație de vârf sau niveluri ale vitezei de vibrație în benzi de octave cu frecvențe medii geometrice 8; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000; 16000; kH 31500;
Vibrații- sunt vibrații ale corpurilor solide - părți ale aparatelor, mașinilor, echipamentelor, structurilor, percepute de corpul uman ca șocuri. Vibrațiile sunt adesea însoțite de un zgomot audibil.
După modul de transmitere per persoană vibrația este împărțită în localȘi general.
Vibrația generală este transmisă prin suprafețele de susținere către corpul unei persoane în picioare sau în șezut. Cea mai periculoasă frecvență a vibrațiilor generale se află în intervalul 6-9 Hz, deoarece coincide cu frecvența naturală de vibrație a organelor interne umane, care poate duce la rezonanță.
Vibrații locale (locale). transmisă prin mâinile omului. Vibrația locală poate include și vibrații care afectează picioarele unei persoane așezate și antebrațele în contact cu suprafețele vibrante ale meselor de lucru.
Sursele locale de vibrații transmise lucrătorilor pot fi: mașini de mână cu motor sau unelte electrice de mână; controlul mașinilor și echipamentelor; unelte de mână și piese de prelucrat.
Vibrații generaleÎn funcție de sursa apariției sale, este împărțit în:
vibrații generale de categoria 1 - transport, care afectează o persoană la locul de muncă în mașini autopropulsate și remorcate, vehicule la conducerea pe teren, drumuri și fonduri agricole;
vibrații generale de categoria 2 – transport și tehnologice, care afectează persoanele de la locurile de muncă în mașini care se deplasează pe suprafețele special pregătite ale spațiilor de producție, șantierelor industriale și lucrărilor miniere;
vibratii generale de categoria 3 - tehnologice, care afecteaza o persoana la locul de munca in apropierea utilajelor stationare sau transmise la locurile de munca care nu au surse de vibratii.
Vibrația generală de categoria 3 este împărțită în următoarele tipuri în funcție de locație:
3a – la locurile de muncă permanente ale spațiilor industriale ale întreprinderilor;
3b – la locurile de muncă din depozite, cantine, gospodărie, încăperi de serviciu și alte spații auxiliare de producție, unde nu există mașini care generează vibrații;
3c - la locurile de muncă din sediile administrative și de servicii ale conducerii fabricii, birouri de proiectare, laboratoare, centre de formare, centre de calcul, centre de sănătate, sedii de birouri și alte sedii ale lucrătorilor psihici.
În funcție de caracteristicile timpului, vibrația este împărțită în:
– o constantă pentru care parametrul normalizat spectral sau corectat în frecvență în timpul de observare (cel puțin 10 minute sau timpul ciclului tehnologic) se modifică de cel mult 2 ori (6 dB) atunci când este măsurat cu o constantă de timp de 1 s;
– vibrație neconstantă, pentru care parametrul normalizat spectral sau corectat în frecvență în timpul de observare (cel puțin 10 minute sau timpul ciclului tehnologic) se modifică de mai mult de 2 ori (6 dB) atunci când este măsurat cu o constantă de timp de 1 s.
Parametrii principali care caracterizează vibrația:
– frecvența f (Hz);
– amplitudinea deplasării A (m) (mărimea celei mai mari abateri a punctului oscilant de la poziţia de echilibru);
– viteza de oscilație v (m/s); accelerația oscilatoare a (m/s 2).
La fel ca și pentru zgomot, întregul spectru de frecvențe de vibrație percepute de oameni este împărțit în benzi de octave cu frecvențe medii geometrice de 1, 2, 4, 8, 16, 32, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000 Hz.
Deoarece intervalul de modificări ale parametrilor de vibrație de la valorile de prag la care nu este periculos pentru cei actuali este mare, este mai convenabil să se măsoare valorile invalide ale acestor parametri și logaritmul raportului dintre valorile reale. la cele de prag. Această valoare se numește nivelul logaritmic al parametrului, iar unitatea sa de măsură este decibeli (dB).

Într-un mediu care are masă și elasticitate, orice perturbare mecanică creează zgomot. Fără prezența unui mediu elastic, propagarea sunetului nu are loc. Cu cât mediul este mai dens, cu atât puterea sunetului este mai mare. De exemplu, în aerul condensat, sunetele sunt transmise cu o forță mai mare decât în ​​aerul rarefiat.

Sunet- Acestea sunt vibrații mecanice care se propagă sub formă de undă ale unui mediu elastic.

Zgomot- o formă specifică de sunet care este nedorită pentru o persoană, împiedicându-l să lucreze, să vorbească normal sau să se odihnească în acest moment.

Principalii parametri fizici care caracterizează sunetul ca mișcare oscilativă sunt viteza, lungimea de undă și amplitudinea, frecvența, puterea și presiunea acustică.

Viteza sunetului- aceasta este distanța pe care o undă sonoră se propagă într-un mediu elastic pe unitatea de timp. Viteza sunetului depinde de densitatea și temperatura mediului.

Sunetele de diferite frecvențe, fie că este vorba de un fluier ascuțit sau de un mârâit plictisitor, călătoresc în același mediu cu aceeași viteză.

Viteza sunetului este o anumită caracteristică constantă a unei substanțe date. Viteza de propagare a sunetului în aer (la 0°C) este de 340 m/s, în apă - 1450 m/s, în cărămidă - 3000 m/s, în oțel - 5000 m/s.

Pe măsură ce temperatura mediului se schimbă, viteza sunetului se schimbă. Cu cât temperatura mediului este mai mare, cu atât sunetul trece mai repede prin el. Deci, pentru fiecare grad de creștere a temperaturii, viteza sunetului în gaze crește cu 0,6 m/s, în apă - cu 4,5 m/s.

În aer, undele sonore se propagă sub forma unei unde sferice divergente care umple un volum mare, deoarece vibrațiile particulelor cauzate de sursa sonoră sunt transmise unei mase mari de aer. Cu toate acestea, pe măsură ce distanța crește, vibrațiile particulelor mediului se slăbesc.

Atenuarea sunetului depinde și de frecvența acestuia. Sunetele de înaltă frecvență sunt absorbite în aer mai mult decât sunetele de joasă frecvență.

Este posibilă evaluarea subiectivă a zgomotului de producție. În fig. arată dependența nivelului presiunii sonore de distanță.

Orez. Graficul evaluării subiective a zgomotului: 1 - conversație foarte tare; 2 - conversație tare; 3 - voce ridicată; 4 - voce normală

Folosind această dependență, este posibil să se determine aproximativ valoarea nivelului de presiune sonoră dacă două persoane din atelier aud și înțeleg suficient de bine vorbirea atunci când vorbesc între ele. De exemplu, dacă o conversație cu o voce normală poate fi purtată la o distanță de 0,5 m unul de celălalt, aceasta înseamnă că nivelul de zgomot nu depășește 60 dB; la o distanță de 2,5 m la acest nivel de presiune sonoră, se va auzi și se va înțelege doar vorbirea tare.

Sursele de zgomot au o anumită direcționalitate a radiației. Prezența straturilor de aer cu temperaturi diferite în atmosferă duce la refracția undelor sonore.

În timpul zilei, când temperatura aerului scade odată cu înălțimea, undele sonore de la o sursă situată în apropierea suprafeței pământului sunt îndoite în sus și la o anumită distanță de sursă sunetul nu se aude.

Dacă temperatura aerului crește odată cu altitudinea, undele sonore se îndoaie în jos și sunetul ajunge la puncte mai îndepărtate de pe suprafața pământului. Așa se explică faptul că noaptea, când straturile superioare de aer se încălzesc în timpul zilei, sunetul se aude pe distanțe mai mari decât în ​​timpul zilei, mai ales când se propagă pe suprafața apei, care reflectă aproape complet undele sonore în sus.

Când temperatura aerului se schimbă ușor odată cu altitudinea și nu este vânt, sunetul circulă fără a experimenta refracție vizibilă. De exemplu, în zilele geroase de iarnă fluierul unei locomotive cu abur se aude la câțiva kilometri depărtare, se aude scârțâitul unei sănii de departe, zgomotul unui topor în pădure etc.

Ca orice mișcare de tip val, sunetul este caracterizat lungime de undă. Lungimea de undă este distanța dintre două creste și jgheaburi succesive.

Amplitudinea undei este distanța la care o particulă dintr-un mediu se abate de la poziția sa de echilibru.

Organele auzului uman percep lungimi de undă sonore de la 20 m până la 1,7 cm.Forța sunetului este direct proporțională cu lungimea undei sonore.

Frecvența sunetului- numărul de oscilații ale unei unde sonore pe unitatea de timp (secundă) și se măsoară în Hz.

Pe baza frecvenței, vibrațiile sonore sunt împărțite în trei intervale:

vibrații infrasonice cu o frecvență mai mică de 16 Hz;

sunet - de la 16 la 20.000 Hz;

ultrasunete - mai mult de 20.000 Hz.

Organele auzului uman percep vibrații sonore în intervalul de frecvență 16 ... 20.000 Hz.

Gama de sunet este de obicei împărțită în frecvență joasă - până la 400 Hz, frecvență medie - 400 ... 1000 Hz și frecvență înaltă - peste 1000 Hz.

Infrasunetele nu sunt percepute de organul auzului uman, dar pot afecta organismul ca întreg, provocând consecințe grave. Faptul este că organele interne ale omului au o frecvență naturală de vibrație de 6 ... 8 Hz.

Când este expus la infrasunete de această frecvență, are loc o rezonanță, adică frecvența undelor infrasonice coincide cu frecvența naturală (de rezonanță) a organelor interne, care este însoțită de o creștere a amplitudinii oscilațiilor sistemului. O persoană i se pare că totul vibrează în interiorul său. În plus, vibrațiile infrasunete au activitate biologică, care se explică și prin coincidența frecvențelor lor cu ritmul creierului. Infrasunetele cu o anumită frecvență provoacă disfuncții ale creierului, orbire, iar la o frecvență de 7 Hz - moartea.

Principalele surse de infrasunete în unitățile de alimentație publică pot fi mașinile și mecanismele care funcționează continuu și cu un număr de cicluri mai mic de 20 pe secundă - mecanisme pentru amestecarea salatelor, felierea legumelor proaspete și fierte, rippers, bătători și alte tipuri de echipamente tehnologice cu un viteză de rotație relativ mică a corpurilor principale de lucru.

Una dintre caracteristicile infrasunetelor este că se deplasează bine pe distanțe lungi și aproape că nu este atenuat de obstacole. Prin urmare, atunci când se ocupă de acesta, metodele tradiționale de izolare fonică și absorbție a sunetului sunt ineficiente. În acest caz, cea mai acceptabilă metodă de combatere a infrasunetelor ca factor de producție nociv la sursa apariției sale.

Ultrasunetele sunt unde elastice de lungime scurtă, cu o frecvență de oscilație mai mare de 20.000 Hz. O caracteristică specifică a ultrasunetelor este capacitatea sa de a genera unde în formă de fascicul care pot transfera energie mecanică semnificativă. Această capacitate a ultrasunetelor și-a găsit o aplicare largă în diverse industrii, inclusiv în alimentație. De exemplu, tratamentul cu ultrasunete al laptelui poate reduce semnificativ conținutul de microfloră din acesta. Ultrasunetele sunt utilizate în întreprinderile producătoare de grăsimi animale și vegetale, în producția de panificație și cofetărie, în fabricile de prelucrare a cărnii și peștelui, în vinificație și parfumerie.

Alături de numeroasele posibilități de utilizare a ultrasunetelor în dezvoltarea proceselor tehnologice, are un efect dăunător asupra corpului uman: provoacă tulburări nervoase, dureri de cap, pierderea sensibilității auzului și chiar modificări ale compoziției și proprietăților sângelui.

Protecția împotriva efectelor ultrasunetelor poate fi asigurată prin fabricarea de echipamente care emit ultrasunete într-un design izolat fonic, instalarea de ecrane, inclusiv transparente, între echipament și cel de operare și amplasarea instalațiilor cu ultrasunete în încăperi speciale.

Când o undă sonoră se propagă în aer, în ea se formează condensări și rarefacții, creând presiuni suplimentare în raport cu presiunea medie externă a atmosferei. La această presiune, numită sunet sau acustică, organele auzului uman reacționează. Unitatea de măsură a presiunii acustice este N/m2 sau Pa.

O undă sonoră poartă cu ea o anumită energie în direcția mișcării sale. Cantitatea de energie transferată de o undă sonoră pe unitatea de timp printr-o suprafață de 1 m2 situată perpendicular pe direcția de propagare a undei se numește puterea sonoră sau intensitatea sunetului (I), măsurată în W/m2.

Presiunile sonore maxime și minime și intensitățile sunetului percepute de oameni ca sunet se numesc prag.

Organul auditiv uman este capabil să distingă o creștere a sunetului de 0,1 B, prin urmare, în practică, atunci când se măsoară nivelurile de sunet, se utilizează o unitate de decibeli (dB) în afara sistemului: 0,1 B = 1 dB.

O creștere a zgomotului cu 1 dB duce la o creștere a energiei sonore de 1,26 ori. Când comparăm puterea a două zgomote, de exemplu 10 și 20 dB, nu se poate spune că intensitatea celui de-al doilea este de două ori mai puternică decât primul. În realitate, va fi de 10 ori mai mare.

Scala de volum percepută de organul auditiv uman este de la 1 la 130 dB.

Presiunea undei sonore la pragul durerii (130 dB) este de aproximativ 20 Pa.

Pentru a reprezenta mai bine nivelul sunetului ca puterea senzației auditive în decibeli, se pot da următoarele exemple: când

f = 1000 Hz, vorbirea conversațională normală corespunde la 40 dB, funcționarea unui motor de autoturism este de 50 dB, un motor de avion este de 100 ... 110 dB, zgomotul străzilor principale și a piețelor orașului este de 60 dB.

Impactul fiziologic al zgomotului asupra corpului uman depinde de spectrul și natura sunetului.

Gamă este o reprezentare grafică a descompunerii nivelului presiunii sonore în componente de frecvență. Caracteristicile spectrale ajută la identificarea celor mai dăunătoare sunete și la dezvoltarea măsurilor de combatere a zgomotului industrial.

Există trei tipuri de spectre de zgomot: discrete sau tonale, continue sau cu bandă largă și mixte.

Discret(din latină discretus - separat, intermitent) spectrul (Fig. a) caracterizează sunetul inconsecvent, când frecvențele individuale ies puternic în evidență de la nivelul general, iar la unele frecvențe nu există deloc sunet.

Orez. Spectre de zgomot: a - discret; b - solid; în - amestecat

Spectrul discret este caracteristic, de exemplu, zgomotului emis de sirena vehiculelor speciale, a unui ferăstrău etc.

Spectru continuu(Fig. b) este o colecție de niveluri de presiune sonoră de frecvențe apropiate unele de altele, când la fiecare frecvență există un nivel de presiune sonoră.

Acest spectru de zgomot este tipic pentru funcționarea unui motor cu reacție, motoare cu ardere internă, evacuare a gazelor, aer care curge printr-o gaură îngustă etc.

Spectru mixt(Fig. c) este un spectru atunci când există componente discrete pe fundalul zgomotului continuu.

La întreprinderi, cel mai adesea apar spectre mixte - acesta este zgomotul echipamentelor tehnologice, ventilatoarelor, compresoarelor etc.

Natura zgomotului poate fi stabilă sau impulsivă.

Zgomotul stabil este caracterizat de niveluri constante de presiune acustică, în timp ce zgomotul pulsat se caracterizează printr-o schimbare rapidă a nivelului presiunii acustice în timp de ordinul a 8 ... 10 dB/s. Zgomotul de impuls este perceput ca impacturi separate, succesive; efectul său asupra corpului uman este mai agresiv decât zgomotul stabil.