Физически и физиологични характеристики на звука. Характеристики на слуховото усещане Физически и физиологични характеристики на слуховото усещане

Звук– вибрации в честотния диапазон на човешката чуваемост, разпространяващи се под формата на вълни в еластични среди. Шум - хаотична комбинация от звуци с различна сила и честота. Източникът на шум е всеки процес, който причинява локална промяна в налягането или механични вибрациив твърди, течни и газообразни среди.

Звуковите усещания се възприемат от човешките слухови органи, когато са изложени на звукови вълни с честота в диапазона от 16 Hz до 20 хиляди Hz. Трептения с честота под 16 Hz се наричат ​​инфразвук, а над 20 000 Hz - ултразвук.

Произходът на шума може да бъдемеханични, аерохидродинамични и електромагнитни.

Механичен шумвъзниква в резултат на удари в шарнирните части на машините, тяхната вибрация, по време на обработка на части, в предавкив търкалящи лагери и др. Силата на звуково излъчване от вибрираща повърхност зависи от интензивността на вибрациите на вибриращите повърхности, техните размери, форми, начини на закрепване и др.

Аерохидродинамичен шумсе появява в резултат на пулсации на налягането в газове и течности, докато се движат в тръбопроводи и канали (турбомашини, помпени агрегати, вентилационни системи и др.).

Електромагнитен шуме резултат от разтягане и огъване на феромагнитни материали, когато са изложени на променливи електромагнитни полета (електрически машини, трансформатори, дросели и др.).

Проявява се въздействието на шума върху човекаот субективно раздразнение към обективно патологични променифункции на органите на слуха, центр нервна система, на сърдечно-съдовата система, вътрешни органи.

Характерът на шумовото въздействие се определя отнеговите физически характеристики (ниво, спектрален състав и др.), продължителност на експозиция и психофизиологично състояние на човек.

Намалено от шумавнимание, изпълнение. Шумът пречи на съня и почивката на хората.

Всички видове невротични и сърдечни заболявания, дисфункции стомашно-чревния тракт, слух и др., които възникват под въздействието на шума, се обединяват в симптомокомплекс на „шумова болест“ .

От физическа гледна точка звукът се характеризира честота на вибрация, звуково налягане, интензитет или сила на звука.В съответствие със Санитарни правилаи стандарти 2.2.4/2.1.8.10-32-2002 „Шум на работни места, жилищни помещения, обществени сградии в жилищни райони” основните характеристики на шума са честота на вибрациите, звуково налягане и ниво на звука.

Звуково налягане Р(Pa) – променлив компонент на налягането на въздуха или газа в резултат на звукови вибрации, Pa.

Когато се разпределят звукова вълнавъзниква пренос на енергия. Енергията, пренесена от звукова вълна за единица време през повърхност, перпендикулярна на посоката на разпространение на вълната, се нарича интензитет на звука аз(W/m2) :

,

Където Р– звуково налягане, Pa; ρ – плътност на звукоразпространителната среда, kg/m 3 ; C – скорост на звука във въздуха, m/s.

Човешкият слухов апарат има различна чувствителност към звуци с различна честота. Човешкият слухов орган е способен да възприема звукови вибрации в определен диапазон от интензитети, ограничен от горен и долен праг, в зависимост от честотата на звука (фиг. 1).

Праг на чуванеима минимална стойност при приблизително 1000 Hz. По интензивност или сила на звука аз отя е равна на 10 -12 W/m 2, а по отношение на звуковото налягане П о– 2x10 -5 Pa. Праг болка с честота 1000 Hz на интензитет I максе равно на 10 W/m 2, а по отношение на звуковото налягане - P макс= 2x10 -5 Pa. Следователно за справкаприема се звук с честота 1000 Hz Между прага на чуваемост и праг на болкалъжи диапазон на чуваемост .

Човешкото ухо реагира не на абсолютни, а на относителни промени в звука. Според закона на Вебер-Фехнер, дразнещият ефект на шума върху човека е пропорционален на десетичния логаритъм от квадрата на звуковото налягане. Следователно логаритмичните нива се използват за характеризиране на шума:

ниво на интензивност на звука Л Ии ниво на звуково налягане L P .Те се измерват в децибели и се определят по формулите:

, dB,

, dB,

Където азИ аз о-действителен и съответно прагов интензитет на звука, W/m 2 ; РИ R o- съответно действително и прагово звуково налягане, Pa.

Мерна единица бялокръстен на Александра Греъм Бел- учен, изобретател и бизнесмен от шотландски произход, един от основателите на телефонията (англ. Александър Греъм Бел; 3 март 1847 г. (18470303), Единбург, Шотландия - 2 август 1922 г., Бадек, Нова Скотия, Канада).

Фигура 1. Област на човешко слухово възприятие

Един бел е изключително малка стойност; едва забележима промяна в силата на звука съответства на 1 dB (съответства на промяна в интензитета на звука с 26% или на звуковото налягане с 12%).

Логаритмичната скала в dB (0...140) ви позволява да определите чисто физическите характеристики на шума, независимо от честотата. В същото време най-голямата чувствителност на човешкия слухов апарат се проявява при честоти 800...1000 Hz, а най-малко при 20...100 Hz. Следователно, за да се доближат резултатите от субективните измервания до субективното възприятие, концепцията коригирано ниво на звуково налягане. Същността на корекцията е въвеждането на корекции в измерената стойност на нивото на звуковото налягане в зависимост от честотата. Най-често използваната корекция А.Коригирано ниво на звуково налягане L A = L Р – ΔL AНаречен ниво на звука.

Физическите характеристики на акустичните и по-специално на звуковите вълни са обективни по природа и могат да бъдат измерени с подходящи инструменти в стандартни единици. Слуховото усещане, възникващо под въздействието на звукови вълни, е субективно, но неговите характеристики до голяма степен се определят от параметрите на физическото въздействие.

• 7. Акустика

Скорост на акустичната вълна vобуславя се от свойствата на средата, в която се разпространяват – нейният еластичен модул ди плътност p:

Скорост на звукавъв въздуха е около 340 m/s и зависи от температурата (при промени в температурата се променя плътността на въздуха). В течни среди и в меки тъканиВ тялото тази скорост е около 1500 m/s, в твърди тела - 3000-6000 m/s.

Формула (7.1), която определя скоростта на разпространение на акустичните вълни, не включва тяхната честота, следователно звуковите вълни с различни честоти в една и съща среда имат почти еднаква скорост. Изключение правят вълни от честоти, които се характеризират със силно поглъщане в дадена среда. Обикновено тези честоти са извън звуковия диапазон (ултразвук).

Ако звуковите вибрации представляват периодичен

Ориз. 7.1.

процес, тогава такива звуци се наричат тоновеили музикални звуци. Те имат дискретен хармоничен спектър, представляващ набор от хармоници със специфични честоти и амплитуди. Първата хармонична честота co се нарича основен тон,и хармоници от по-висок порядък (с честоти 2so, 3so, 4so и т.н.) - обертонове. Чисто(или просто) тонсъответства на звукови вибрации, които имат само една честота. На фиг. Фигура 7.1 показва спектъра на сложен тон, който съдържа четири хармонични компонента: 100, 200, 300 и 400 Hz. Амплитудата на основния тон се приема за 100 %.

Непериодични звуци, наречени шумове,имат непрекъснат акустичен спектър (фиг. 7.2). Те се причиняват от процеси, при които амплитудата и честотата на звуковите вибрации се променят във времето (вибрация на машинни части, шумолене и др.).

Ориз. 7.2.

Интензитет на звука I,както беше отбелязано по-рано, това е енергията на звукова вълна на единица площ за единица време и се измерва във W/m2.

Това физическа характеристикаопределя нивото слухово усещанекоето се нарича сила на звукаи е субективен физиологичен параметър. Връзката между интензивност и сила на звука не е правопропорционална. Засега само ще отбележим, че с увеличаване на интензитета се увеличава и усещането за сила на звука. Силата на звука може да се определи количествено чрез сравняване на слуховите усещания, произведени от звукови вълни от източници с различен интензитет.

Когато звукът се разпространява в среда, възниква известно допълнително налягане, движещо се от източника на звук към приемника. Величината на това звуково налягане Pсъщо така представлява физическите характеристики на звука и неговата среда за разпространение. Свързано е с интензивността азсъотношение

където p е плътността на средата; И- скорост на разпространение на звука в средата.

Размер Z - riНаречен специфично акустично съпротивлениеили специфичен акустичен импеданс.

Честотата на звуковите хармонични вибрации определя тази страна на звуковото усещане, която се нарича височина на звука.Ако звуковите вибрации са периодични, но не се подчиняват на хармоничен закон, тогава височината на звука се оценява от ухото въз основа на честотата на основния тон (първият хармоничен компонент в реда на Фурие), чийто период съвпада с периодът на комплексния звуков ефект.

Нека отбележим, че способността за оценка на височината на човешкия слухов апарат е свързана с продължителността на звука. Ако времето на експозиция на звука е по-малко от 1/20 s, тогава ухото не е в състояние да оцени височината.

Звукови вибрации, които са близки по честота и се чуват едновременно, се възприемат като звуци с различна височина, ако относителната честотна разлика надвишава 2-3%. При по-малка разлика в честотите се появява усещане за непрекъснат звук със средна височина.

Спектралния състав на звуковите вибрации (виж фиг. 7.1) се определя от броя на хармоничните компоненти и съотношението на техните амплитуди и характеризира тембързвук. Тембърът, като физиологична характеристика на слуховото усещане, също зависи до известна степен от скоростта на нарастване и променливостта на звука.

Звукът като физическо явление се характеризира със звуково налягане П(Pa), интензитет аз(W/m2) и честота f(Hz).

Звукът като физиологичен феномен се характеризира с ниво на звука (телефони) и сила на звука (сън).

Разпространението на звуковите вълни е придружено от пренос на вибрационна енергия в пространството. Количеството му, преминаващо през района
1 m2, разположен перпендикулярно на посоката на разпространение на звуковата вълна, определя интензитета или силата на звука аз,

W/m2, (7,1)

Където д– поток на звукова енергия, W; С- Площ, m2.

Човешкото ухо е чувствително не към силата на звука, а към натиска Р, упражнявана от звукова вълна, която се определя по формулата

Където Е– нормална сила, с която звуковата вълна действа върху повърхността, N; С– повърхност, върху която пада звуковата вълна, m2.

Интензитетите на звука и нивата на звуково налягане, срещани в практиката, варират в широки граници. Вибрации на звукови честоти могат да се възприемат от човешкото ухо само при определен интензитет или звуково налягане. Праговите стойности на звуковото налягане, при които звукът не се възприема или звуковото усещане се превръща в болезнено усещане, се наричат ​​съответно праг на чуваемост и праг на болка.

Прагът на чуване при честота 1000 Hz съответства на интензитет на звука 10 -12 W/m 2 и звуково налягане 2·10 -5 Pa. При интензитет на звука 1 W/m 2 и звуково налягане 2·10 1 Pa (при честота 1000 Hz) се създава усещане за болка в ушите. Тези нива се наричат ​​праг на болка и надвишават прага на слуха съответно 10 12 и 10 6 пъти.

За оценка на шума е удобно да се измерва не абсолютната стойност на интензитета и налягането, а тяхното относително ниво в логаритмични единици, характеризиращо се със съотношението на действително създадения интензитет и налягане към техните стойности, съответстващи на прага на слуха. В логаритмична скала увеличаването на интензитета и налягането на звука с 10 пъти съответства на увеличаване на усещането с 1 единица, наречено бяло (B):

, Бел, (7.3)

(9.3)

Където азо и Р o - начални стойности на интензивност и звуково налягане (интензитет и налягане на звука на прага на чуваемост).

Първоначалното число 0 (нула) Bel се приема за праг на слуха, стойност на звуковото налягане от 2·10 -5 Pa (праг на чуване или възприятие). Целият диапазон на енергията, възприемана от ухото като звук, попада при тези условия на 13-14 B. За удобство те не използват бяло, а 10 пъти по-малка единица - децибел (dB), което съответства на минималното увеличение на интензитет на звука, различим от ухото.

Сега е общоприето да се характеризира интензитетът на шума в нивата на звуковото налягане, определени по формулата

, dB, (7,4)

Където Р- средно квадратично звуково налягане, Pa; Р o - начална стойност на звуковото налягане (във въздуха P o = 2·10 -5 Pa).

Третата важна характеристика на звука, която определя неговата височина, е честотата на вибрациите, измерена чрез броя на пълните вибрации, завършени в рамките на 1 s (Hz). Честотата на вибрациите определя височината на звука: колкото по-висока е честотата на вибрациите, толкова по-висок е звукът. Въпреки това, в Истински живот, включително и в производствени условия, най-често срещаме звуци с честота от 50 до 5000 Hz. Човешкият слухов орган реагира не на абсолютно, а на относително повишаване на честотите: удвояването на честотата на вибрациите се възприема като повишаване на тона с определена стойност, наречена октава. Така една октава е диапазон, в който горната гранична честота е равна на два пъти по-ниската честота.

Това предположение се дължи на факта, че когато честотата се удвои, височината на звука се променя със същото количество, независимо от честотния интервал, в който се случва тази промяна. Всяка октавна лента се характеризира със средногеометрична честота, определена по формулата

Където f 1 – долна гранична честота, Hz; f 2 – горна гранична честота, Hz.

Целият честотен диапазон на звуците, чуваеми от хората, е разделен на октави със средни геометрични честоти от 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000 г.; 4000 и 8000 Hz.

Разпределението на енергията по шумовите честоти представлява неговия спектрален състав. При хигиенна оценкашум, се измерват както неговият интензитет (сила), така и спектралният състав по честота.

Възприемането на звуците зависи от честотата на вибрациите. Звуци с еднакво ниво на интензивност, но различни по честота, се възприемат като неравномерно силни от ухото. С промяната на честотата нивата на интензитета на звука, които определят прага на чуване, се променят значително. Зависимост на звуковото възприятие различни ниваинтензитетът спрямо честотата се илюстрира от така наречените криви на равна сила на звука (фиг. 7.1). За да се оцени нивото на възприемане на звуци с различни честоти, беше въведена концепцията за нивото на силата на звука, т.е. условно намаляване на звуци с различни честоти, но еднакъв обем, до едно и също ниво при честота 1000 Hz.

Ориз. 7.1. Криви на еднаква сила на звука

Нивото на силата на звука е нивото на интензивност (звуково налягане) на даден звук с честота 1000 Hz, който е еднакво силен за ухото. Това означава, че всяка крива на равна сила на звука съответства на една стойност на силата на звука (от ниво на сила на звука 0, съответстващо на прага на слуха, до ниво на сила на звука 120, съответстващо на прага на болката). Нивото на гръмкост се измерва в извънсистемна безразмерна единица - фон.

Оценяването на възприятието на звука с помощта на нивата на силата на звука, измерени във фонов режим, не осигурява пълно физиологично разбиране на ефекта на звука върху слухов апарат, защото Увеличаването на нивото на звука с 10 dB създава усещането за удвояване на звука.

Количествената връзка между физиологичното усещане за гръмкост и нивото на гръмкост може да се получи от скалата за гръмкост. Скалата на обема се формира лесно, като се вземе предвид връзката, че стойността на обема на един син съответства на ниво на обем от 40 фона (Фиг. . 7.2).

Ориз. 7.2. Обемна скала

Дълготрайна експозицияшум високи ниваинтензитетът може да повлияе на намаляването на чувствителността слухов анализатор, както и да причини нарушения на нервната система и да повлияе на други функции на тялото (нарушава съня, пречи на интензивната умствена работа), следователно за различни стаи и различни видовеинсталирани са различни работи допустими нивашум.

Шумът не надвишава 30-35 dB и не се усеща притеснително или забележимо. Това ниво на шум е приемливо за читални, болнични отделения, всекидневни през нощта. За конструкторски бюра и офис помещения се допуска ниво на шум от 50-60 dB.

физически характеристикизвуковите вълни са обективни по природа и могат да бъдат измерени с подходящи инструменти в стандартни единици - Това интензивност, честота и спектър на звука.

Сила на звука - ъъъенергийна характеристика на звукова вълна, е енергията на звукова вълна, удряща повърхността на единица площ за единица време, и се измерва в W/m2. Интензивността на звука определя физиологичните характеристики на слуховото усещане - сила на звука.

Честота на звука(Hz) - определя физиологичната характеристика на звуковото усещане, която се нарича стъпка.

Способността на човешкия слухов апарат да оценява височината е свързана с продължителността на звука. Ухото не е в състояние да прецени височината, ако времето на експозиция на звука е по-малко от 1/20 от секундата.

Спектрален състав на звуковите трептения(акустичен спектър), - броят на хармоничните компоненти на звука и съотношението на техните амплитуди, определя звуков тембър, физиологична характеристика на слуховото усещане.

Диаграма на слуха.

За да се формира слухово усещане, интензитетът на звуковите вълни трябва да надвишава определена минимална стойност, т.нар. праг на чуване. Има различни значения за различни честотиаудио диапазон (долната крива на фигура 17.1 1). Това означава, че слуховият апарат няма еднаква чувствителност към звукови въздействия върху различни различни честоти. Човешкото ухо има максимална чувствителност в честотния диапазон 1000-3000 Hz. Тук праговата стойност на интензитета на звука е минимална и възлиза на 10–12 W/m2.

С увеличаване на интензитета на звука се увеличава и усещането за сила. Но звуковите вълни с интензитет около 1-10 W/m2 вече предизвикват усещане за болка. Максималната стойност на интензитета, над която възниква болка, се нарича праг на болка.

Той също зависи от честотата на звука (горната крива на фигура 1), но в по-малка степен от прага на чуване.

Областта на звуковите честоти и интензитети, ограничена от горната и долната крива на фигура 1, се нарича звукова зона.

Нива на интензивност на звука и нива на сила на звука

Закон на Вебер-Фехнер.

Вече беше отбелязано, че обективната физическа характеристика на звуковата вълна е интензивностопределя субективна физиологична характеристика - сила на звука . Установява се количествена връзка между тях Закон на Вебер-Фехнер : ако интензитетът на стимула се увеличава в геометрична прогресия, тогава физиологичното усещане нараства в аритметична прогресия.

Закон на Вебер-Фехнерможе да се перифразира с други думи: физиологичен отговор(в такъв случай сила на звука) към стимула(интензивностзвук) пропорционално на логаритъма на интензитета на стимула.

Във физиката и техниката се нарича логаритъм от съотношението на два интензитета ниво на интензивност , следователно, стойност, пропорционална на десетичния логаритъм от отношението на интензитета на някакъв звук (аз) до интензивност на прага на чуваемост аз 0 = 10 -12 W/m2: наречено ниво на звуков интензитет (L):

(1)

Коефициент нвъв формула (1) определя единицата за измерване на нивото на интензитета на звука Л . Ако н =1, след това мерната единица Л е Bel(B). На практика обикновено се приема н =10, тогава Л измерено в децибели (dB) (1 dB = 0,1 B). На прага на слуха (аз = аз 0) ниво на интензивност на звука L=0 , и на прага на болката ( аз = 10 W/m2)– Л = 130 dB.

Силата на звука, в съответствие със закона на Вебер-Фехнер, е право пропорционална на нивото на интензивност Л:

E = kL,(2)

Където к-коефициент на пропорционалност, който зависи от честотата и интензитета на звука.

Ако коефициентът к във формула (2) беше постоянен, тогава нивото на звука ще съвпадне с нивото на интензитета и може да бъде измерено в децибели.

Но зависи както от честотата, така и от интензитета на звуковата вълна, така че силата на звука се измерва в други единици - фонове . Беше решено, че честота 1000 Hz 1 фон = 1 dB , т.е. нивото на интензитет в децибели и нивото на звука във фоновете съвпадат (във формула (2) коеф. к = 1 при 1000 Hz). При други честоти, за да се премине от децибели към фонове, е необходимо да се въведат подходящи корекции, които могат да бъдат определени с помощта на криви на равна сила на звука (виж Фиг. 1).

Определение праг на чуванепри различни честоти е в основата на методите за измерване на остротата на слуха. Получената крива се нарича спектрална характеристика на ухото на прага на чуванеили аудиограма.Чрез сравняване на прага на слуха на пациента със средната норма може да се прецени степента на развитие на слуховите увреждания.

Работен ред

Спектралните характеристики на ухото при прага на слуха се измерват с помощта на генератор на синусоидален сигнал SG-530 и слушалки.

Основните органи за управление на генератора са разположени на предния панел (фиг. 3). Има и изходен жак за свързване на слушалки. Задният панел на генератора съдържа превключвателя на захранването, захранващия кабел и клемата за заземяване.

Ориз. 3. Преден панел на генератора:

1-изходен конектор; 2 - LCD; 3 - енкодер.

Генераторът се управлява с помощта на няколко менюта, които се показват на течнокристален дисплей (LCD). Системата от менюта е организирана в пръстеновидна структура. Кратко натискане на бутона на енкодера ви позволява да „обикаляте“ между менютата; дълго натискане на който и да е елемент от менюто води до преход към главното меню. Всяко действие за придвижване между елементите на менюто се придружава от звуков сигнал.

С помощта на системата от менюта можете да зададете изходната честота на генератора, изходната амплитуда, стойността на затихване на атенюатора, да прочетете или запишете предварително зададена честота и да изключите или включите изходния сигнал. Увеличаването или намаляването на стойността на избрания параметър се извършва чрез завъртане на енкодера съответно по посока на часовниковата стрелка (надясно) или обратно на часовниковата стрелка (наляво).

В първоначалното състояние на генератора на индикатора се показва главното меню, което показва текущата стойност на честотата, амплитудата и състоянието на атенюатора. Когато завъртите енкодера или натиснете бутона на енкодера, отивате в менюто за настройка на честотата (фиг. 4).

Еднократно завъртане на енкодера надясно или наляво променя честотата с една стъпка.

Ако честотата не се регулира за около 5 секунди, автоматично се връща към главното меню, с изключение на менюто за калибриране на честотата и амплитудата.

Натискането на бутона на енкодера в менюто за настройка на честотата води до преход към менюто за настройка на амплитудата (фиг. 4a, b). Стойността на амплитудата се показва във волтове със запетая, разделяща десети от волта, ако стойността е по-голяма от 1 V, или без запетая в миливолта, ако стойността е по-малка от 1 V. На фиг. 17.4, bпоказва пример за индикация на амплитуда от 10 V, а на фиг. 17.4, V- амплитуда 10 mV.

Натискането на бутона на енкодера в менюто за настройка на амплитудата води до преход към менюто за настройка на затихването на атенюатора. Възможните стойности на затихване на атенюатора са 0, -20, -40, -60 dB.

Натискането на бутона на енкодера в менюто за настройка на затихването на атенюатора води до преход към менюто за настройка на стъпката на честотата. Стъпката на промяна на стойността на честотата може да бъде 0,01 Hz... 10 KHz. Натискането на бутона на енкодера в менюто за настройка на стъпката на промяна на честотата води до преход към менюто за настройка на стъпката на промяна на стойността на амплитудата (фиг. 5). Стъпката на промяна на стойността на амплитудата може да има значение 1 mV... 1 IN.

Редът на работа.

1. Свържете се с мрежата ( 220V. 50 Hz) захранващ кабел на генератора SG-530с едно натискане на бутон "МОЩНОСТ"на задния панел;

2. Натиснете бутона на енкодера веднъж - ще преминете от главното меню към менюто за настройка на честотата "FREQUENCY" - и завъртете енкодера, за да зададете първата стойност на честотата ν =100 Hz;

3. Натиснетебутони на енкодера в менюто честотни настройкиводи до преход към менюто за настройка на амплитудата "АМПЛИТУДА"- Инсталирай амплитудна стойност Ugen =300 mV;

4. Свържете сеслушалки към генератора;

5. Като намалите стойността на амплитудата до 100 mV, уверете се, че няма шум в слушалките;

6. Ако при минимална амплитуда (100 mV) звукът все още може да се чуе в слушалките чрез натискане на бутоненкодер отидете в менюто за настройка на затихването на атенюатора "АТЕНУАТОР"и инсталирайте минимално затихване L (например -20dB),при което звукът изчезва;

7. Запишете получените честотни стойности ν , амплитуди Ugenи отслабване Лв таблицата с резултатите от измерването (Таблица 1 ) ;

8. По същия начин се уверете, че няма звук за всяка от предложените честоти ν ;

9. Изчислете амплитудата на изхода на генератора Uoutспоред формулата Uout = Ugen ∙ K,където е коефициентът на затихване Копределя се от степента на затихване Лот таблица2;

10. Определете минималната стойност на амплитудата на изхода на генератора Uout минкато най-малката от съвкупността от всички получени стойности на амплитудата на изхода на генератора Uoutза всички честоти;

11. Изчислете силата на звука при прага на чуване E, като използвате формулата E=20lg Uout/ Uout мин;

12. Начертайте графика на зависимостта на силата на звука от прага на чуваемост дот стойността на логаритъма на честотата лог ν. Получената крива ще представлява прага на слуха.

маса 1. Резултати от измерването.

ν, Hz	лог ν	Ugen, mV	L, dB	Коефициент на затихване, К	U out = K U ген mV	Ниво на интензивност ( dB) д=20 lg (Uout/Uout min)
	2,0
	2,3
	2,7
	3,0
	3,3
	3,5
	3,7
	4,0
	4,2

Таблица 2.Връзка между показанията на атенюатора L (0, -20, -40, -60 dB) и коефициента на затихване на напрежението K (1, 0.1, 0.01, 0.001).

Контролни въпроси:

1. Природата на звука. Скорост на звука. Класификация на звуците (тонове, шумове).

2. Физически и физиологични характеристикизвук (честота, интензитет, спектрален състав, височина, обем, тембър).

3. Диаграма на слуха (праг на чуване, праг на болка, говорна зона).

4. Закон на Вебер-Фехнер. Нива на интензивност и сила на звука, връзката между тях и мерните единици.

5. Методика за определяне на прага на слуха (спектрални характеристики на ухото на прага на слуха)

Решавам проблеми:

1. Интензитетът на звука с честота 5 kHz е 10 -9 W/m 2. Определете интензитета и нивата на звука на този звук.

2. Нивото на интензитета на звука от определен източник е 60 dB. Какво е общото ниво на интензитета на звука от десет такива източника на звук, когато те работят едновременно?

3. Нивото на звука на звук с честота 1000 Hz след преминаване през стената намалява от 100 на 20 von. Колко пъти е намалял интензитетът на звука?

Литература:

1. В. Г. Лещенко, Г. К. Илич. Медицинска и биологична физика - Мн.: Нови знания. 2011 г.

2. Г.К.Илич. Трептения и вълни, акустика, хемодинамика. полза. – Мн.: BSMU, 2000.

3. А.Н. Ремизов. Медицинска и биологична физика.- М.: Vyssh. училище 1987 г.

Основните физични параметри, характеризиращи шума във всяка точка на пространството, от гледна точка на охраната на труда, са: звуково налягане П , интензитет на звука I, честота f , звукова мощност W, нива на звуково налягане L P , интензивност Л аз и мощност L w .

Звуково налягане - това е променлив компонент на налягането на въздуха в резултат на вибрации на източника на звук, насложени върху Атмосферно наляганеи предизвикване на неговата флуктуация (трептене). По този начин звуковото налягане се определя като разликата между моментната стойност на общото налягане и средното налягане, което се наблюдава в средата при липса на източник на звук. Мерна единица – Pa (N/m2).

Слухът се влияе от квадрата на звуковото налягане

Където T 0 – време на осредняване, T= 30-100 ms;

R( T ) – моментна стойност на общото звуково налягане.

Когато се разпространява звукова вълна, възниква пренос на енергия. Нарича се количеството звукова енергия на единица повърхност и преминаваща за една секунда в посоката на разпространение на вълната интензитет на звука.

Интензивност Дж и звуково налягане Р са свързани помежду си чрез връзката

, (2)

Където Р - средноквадратична стойност на звуковото налягане, Pa;

 - плътност на средата, kg/m3.

с - скорост на разпространение на звука, m/s .

Звуковото налягане и интензивността на звука са характеристики на звуковото поле в определена област от пространството и не характеризират директно източника на шум. Характеристика на самия източник на шум е неговата звукова мощност ( У). Това количество характеризира определено количество енергия, изразходвано от източник на звук за единица време за възбуждане на звукова вълна. Силата на звука на източника определя интензитета на генерираните вълни. Колкото по-висок е интензитетът на дадена вълна, толкова по-голям е звукът. При нормални условия източникът на звук излъчва енергия независимо от заобикаляща среда, точно както електрическата камина излъчва топлина. Единицата за мощност на източника на звук е ват (W) . В реални условия мощността на източника на звук варира в много широк диапазон: от 10 -12 до много милиони вата (Таблица 1). Звуковото налягане и интензитетът варират в същите широки граници.

Човешкото ухо не може да определи звуковото налягане в абсолютни единици, но може да сравни налягането на различни звукови източници. Ето защо, както и като се има предвид големият диапазон на звуковото налягане, използван за определянето му, те използват относителна логаритмична скала, която позволява рязко намаляване на диапазона от стойности на измерените количества. Всяко деление на такава скала съответства на промяна в интензитета на звука, звуковото налягане или друга стойност не с определен брой единици, а с определен брой пъти.

Използването на логаритмична скала се оказа възможно и удобно поради физиологичната особеност на нашия слух - той реагира еднакво на относително еднакви промени в интензитета на звука. Например увеличенията на интензитета на звука с коефициент десет (от 0,1 до 1, от 1 до 10 или от 10 до 100 W/m2) се оценяват като приблизително еднакви увеличения на силата на звука. Когато което и да е число се увеличи със същото съотношение, неговият логаритъм също се увеличава със същия брой единици ( ℓ р 10 = 1, ℓ р 100 = 2 ;ℓq 1000 = 3 и т.н.), което отразява горепосочената характеристика на слуха.

Нарича се десетичен логаритъм от отношението на два интензитета на звука нивото на единия спрямо другия Л . Единицата за ниво е Bel ( б ), съответства на съотношение на изравнени интензитети, равно на 10. Ако се различават 100, 1000, 10 000 пъти, тогава нивата имат разлика от 2, 3, 4 Bel - твърде голяма стойност, затова при практически измервания използват десети от a Bel - децибели (dB). Възможно е да се измерват в децибели не само съотношенията, но и величините на самите интензитети или звуково налягане. В съответствие с изискванията на Международната организация по стандартизация (ISO), ние се съгласихме да приемем интензитета, равен на J = 10 -12 W/m 2, като нулево ниво на звука. Това е нулевото (прагово) ниво на звука. Тогава интензитетът на всеки звук или шум може да бъде написан:

а) ниво на интензитета на звука,

,

Където Дж о - прагова стойност на интензитета, равна на 10 -12 W/m2

б) ниво на звуково налягане

маса 1

Звукова мощност на различни източници

Интензитетът на звука и нивата на звуково налягане са свързани по следния начин:

, (5)

Където  О И с О - плътност на средата и скорост на звука при нормална атмосфера

условия;

 и с - плътност на средата и скорост на звука във въздуха по време на измервания.

Прагове Джо избрани така, че при нормални атмосферни условия (  =  О И c = c О ) ниво на звуково налягане Л равно на нивото на интензивност Л г(Л = Л при )

в) ниво на звукова мощност

, (6)

Където Р 0 - прагова стойност на звуковата мощност, равна на 10 -12 W.

Честотен спектър . Зависимостта на звуковото налягане или звуковата мощност като физически величини от времето може да бъде представена като сума от краен или безкраен брой прости синусоидални трептения на тези величини. Зависимостта на средните стойности на тези синусоидални компоненти (или съответните им нива на децибели) от честотата се нарича честотен спектър или просто спектър .

Говорейки за спектъра, е необходимо да се посочи ширината на честотните ленти, в които се определя спектърът. Най-често използваните ленти са октава и трета октава. Октавна лента (октава) – честотна лента, в която горната граница на честотата f гр.в два пъти по-голям от дъното f гр.н. В лентата на третата октава отношението е 1,26. Честотната лента се определя от средногеометричната честота

. (7)

Стойностите на средните геометрични и граничните честоти на октавните ленти, приети за хигиенна оценка на шума, са дадени в таблица 2.

таблица 2

Средногеометрични и гранични честоти на октавните ленти

Средна геометрична рична честота,
Честотен диапазон,

В практиката на стандартизация и оценка на шума спектърът обикновено се разбира като зависимостта на нивата на звуково налягане в честотните ленти на октава или трета октава от средната геометрична честота на тези ленти. Спектърът се представя под формата на таблици или графики.

Характерът на спектъра и следователно на производствения шум може да бъде нискочестотен, средночестотен и високочестотен:

– нискочестотен - спектър с максимално звуково налягане в честотния диапазон до 300 Hz;

– средночестотен - спектър с максимално звуково налягане в честотния диапазон 300 – 800 Hz;

- висока честота – спектър с максимално звуково налягане в честотния диапазон над 800 Hz.

Шумовете също се делят на:

– широколентов, с непрекъснат спектър с ширина повече от една октава (шум от подвижен състав, водопад);

– тонални, в спектъра на които се чуват дискретни тонове (звънене, свистене, сирена и др.). Тоналният характер на шума се установява чрез измерване в честотни ленти от една трета октава въз основа на нивото в една лента, превишаващо съседните с поне 10 dB .

Въз основа на времевите характеристики шумът се разделя на постоянен шум, чието ниво се променя във времето с не повече от 5 dB за осемчасов работен ден, и непостоянни нива, чието ниво се променя постоянно с повече от 5 dB.

Човек различава звуците по тяхната честота и сила.Височината на звука се определя от неговата честота, а силата на звука се определя от неговата интензивност. Колкото по-висока е честотата, толкова по-висок се възприема звукът.