Основні поняття фізіологічної акустики

Розглянемо визначення базових понять, які лежать в основі того розділу промислової санітарії, який висвітлює засоби захисту від шуму, інфразвуку ультразвуку та вібрації. Звук – це хвильовий рух пружного середовища, сприйманий слуховим апаратом. Шум – це безладне сполучення звуків різної частоти й інтенсивності.

Звуковий тиск – надлишковий тиск, що виникає в пружному середовищі при поширенні звуку. Вухо людини реагує на середньоквадратичний звуковий тиск p (цей такий постійний тиск, що характеризується такою же акустичною енергією, як і відповідний йому змінний звуковий тиск). Усереднення тиску в людському вусі відбувається за проміжок часу, рівною 30-100 мкс. Якщо i-й амплітудний (миттєвий максимальний) звуковий тиск дорівнює p_i, i = ,то для N амплітуд маємо формулу середньоквадратичного звукового тиску:

Поріг чутності – це мінімальна акустична енергія, яка на даній частоті викликає спрацьовування слухового апарата людини. Поріг чутності мінімальний при частоті 1000 Гц і рівний I₀ = 1 × 10^-12 Вт / м² або Р₀ = 2 × 10^-5 Па.

Поріг болючого відчуття – це запас акустичної енергії, який на даній частоті викликає в слуховому апараті хворобливі відчуття I_max = 1 × 10² Вт / м² або Р_max = 2 × 10² Па.

Особливості слухового апарата людини полягають у такому:

1) ідеальне людське вухо сприймає механічні коливання, що лежать у діапазоні 16 – 20000 Гц у вигляді звуку. Інфразвуки (f < 16 Гц) с ультразвуки (f > 20 кГц) не викликають слухове відчуття, але здійснюють шкідливий біологічний вплив на організм;

2) у віці 15 років спостерігається максимальна чутливість слухового апарата, а з 20 років починається спад чутливості (насамперед по високих частотах), причому в 50 років верхня межа чутливості не перевищує 16 – 17кГц;

3) мінімальна чутливість слухового апарата спостерігається на частотах 20 – 100 Гц, а максимальна на 1000 –5000 Гц;

4) вухо людини реагує на середньоквадратичний звуковий тиск Р;

5) людина сприймає звуки в дуже великому діапазоні інтенсивності (1×10^-12 – 10) Вт / м²;

6) людське вухо реагує на відносну зміну акустичної енергії, тобто на логарифм акустичної енергії.

Пояснимо останнє. Через те, що людина сприймає звуки в дуже великому діапазоні інтенсивності, то незручно використовувати для оцінювання звуку абсолютні значення інтенсивності звуку або звукового тиску. Прийнято вимірювати й оцінювати їхні відносні рівні стосовно граничних значень, виражених у логарифмічній формі. Таким чином, рівень інтенсивності звуку в децибелах (дБ):

L = 10 × lg I / I₀, дБ (4)

Рівень звукового тиску

L = 20 × lg P / P₀, дБ (5)

де P – середньоквадратична величина звукового тиску, вимірювана в Паскалях (Па).

Вибір логарифмічної залежності ґрунтується на законі Вебера-Фехнера: приріст силивідчуттів прямо пропорційний логарифму відношення інтенсивностей двох порівнюваних подразнень. L^*

Рівень гучності звуку L^* залежить від рівня інтенсивності звуку L і його частоти f, тобто

L^* = f (L, f). (6)

Залежність ця складна і простим аналітичним співвідношенням виражена бути не може (визначається за кривими рівнів гучності). Рівень гучності звукуL^* – це суб'єктивна характеристика звуку, вимірювана в фонах.

Між величинами фізичної і фізіологічної акустики існує таке співвідношення:

Інтенсивність (сила) звуку L «Гучність;

Частота f₀ «Тон (основний);

Обертони (2 f₀, 3 f₀, 4 f₀, …)«Тембр звуку.

Зазначимо, що шуми, у яких звукова енергія розподілена по всьому спектрі частот називається широкосмуговими, а звуки визначених частот – тональними (музичними).

Шум механізмів виникає внаслідок пружних коливань як усієї машини в цілому, так і окремих її деталей. Причини виникнення цих коливань – механічні, аеродинамічні й електричні явища, обумовлені конструктивними і технологічними особливостями машини, а також умовами її експлуатації. У зв'язку з цим розрізняють шуми механічного, аеродинамічного й електромагнітного походження.

________________________________________________________________________________

Поиск по сайту: