Äänen fyysiset ominaisuudet lyhyesti. Ääni

1. Ääni, äänityypit.

2. Äänen fyysiset ominaisuudet.

3. Kuuloaistin ominaisuudet. Äänen mittaukset.

4. Äänen kulku median välisen rajapinnan kautta.

5. Järkevät tutkimusmenetelmät.

6. Melun ehkäisyyn vaikuttavat tekijät. Äänisuojaus.

7. Peruskäsitteet ja kaavat. Taulukot.

8. Tehtävät.

Akustiikka. Laajassa merkityksessä fysiikan haara, joka tutkii elastisia aaltoja alhaisimmista taajuuksista korkeimpiin. Suppeassa merkityksessä - äänen oppi.

3.1. Ääni, äänityypit

Ääni laajassa merkityksessä - elastiset värähtelyt ja aallot, jotka etenevät kaasumaisissa, nestemäisissä ja kiinteissä aineissa; suppeassa merkityksessä - ilmiö, jonka ihmisten ja eläinten kuuloelimet havaitsevat subjektiivisesti.

Normaalisti ihmiskorva kuulee äänen taajuusalueella 16 Hz - 20 kHz. Iän myötä tämän alueen yläraja kuitenkin pienenee:

Kutsutaan ääntä, jonka taajuus on alle 16-20 Hz infraääni, yli 20 kHz -ultraääni, ja korkeimman taajuuden elastiset aallot alueella 10 9 - 10 12 Hz - hypersonic.

Luonnossa esiintyvät äänet jaetaan useisiin tyyppeihin.

sävy - se on ääni, joka on jaksoittainen prosessi. Äänen pääominaisuus on taajuus. yksinkertainen sävy sen luo harmonisen lain mukaan värähtelevä kappale (esimerkiksi äänihaarukka). Monimutkainen sävy syntyy jaksollisista värähtelyistä, jotka eivät ole harmonisia (esimerkiksi soittimen ääni, ihmisen puhelaitteen luoma ääni).

Melu- Tämä on ääni, jolla on monimutkainen ei-toistuva aikariippuvuus ja joka on yhdistelmä satunnaisesti vaihtuvia monimutkaisia ​​ääniä (lehtien kahina).

yliäänipamaus- Tämä on lyhytaikainen äänitehoste (taputus, räjähdys, isku, ukkonen).

Monimutkainen ääni jaksollisena prosessina voidaan esittää yksinkertaisten äänien summana (jaettu komponenttiääniksi). Tällaista hajoamista kutsutaan spektri.

Akustinen sävyspektri- on kaikkien sen taajuuksien kokonaisuus ja niiden suhteellinen intensiteetti tai amplitudi.

Spektrin alin taajuus (ν) vastaa perusääntä, ja jäljellä olevia taajuuksia kutsutaan yliääniksi tai harmonisiksi. Ylisävelten taajuudet ovat perustaajuuden kerrannaisia: 2v, 3v, 4v, ...

Yleensä spektrin suurin amplitudi vastaa perusääntä. Hän on se, jonka korva näkee äänenkorkeudeksi (katso alla). Ylisävelet luovat äänen "värin". Eri instrumenttien tuottamat samankorkeiset äänet havaitsevat korvan eri tavalla juuri ylisävelten amplitudien välisen erilaisen suhteen vuoksi. Kuva 3.1 esittää saman sävelen spektrit (ν = 100 Hz) pianolla ja klarinetilla soitettuna.

Riisi. 3.1. Pianon (a) ja klarinetin (b) sävelten spektrit

Kohinan akustinen spektri on kiinteä.

3.2. Äänen fyysiset ominaisuudet

1. Nopeus(v). Ääni kulkee missä tahansa väliaineessa paitsi tyhjiössä. Sen etenemisnopeus riippuu väliaineen elastisuudesta, tiheydestä ja lämpötilasta, mutta ei riipu värähtelytaajuudesta. Äänen nopeus kaasussa riippuu sen moolimassasta (M) ja absoluuttisesta lämpötilasta (T):

Äänen nopeus vedessä on 1500 m/s; Äänen nopeudella on samanlainen merkitys kehon pehmytkudoksissa.

2. äänenpaine.Äänen etenemiseen liittyy paineen muutos väliaineessa (kuva 3.2).

Riisi. 3.2. Paineen muutos väliaineessa äänen etenemisen aikana.

Juuri paineen muutokset aiheuttavat tärykalvon värähtelyjä, jotka määräävät niin monimutkaisen prosessin alkamisen kuin kuuloaistien ilmaantuminen.

Äänenpaine (Δ Ρ) - tämä on niiden paineen muutosten amplitudi väliaineessa, jotka tapahtuvat ääniaallon kulun aikana.

3. Äänen intensiteetti(I). Ääniaallon etenemiseen liittyy energian siirtyminen.

Äänen intensiteetti on ääniaallon kuljettaman energiavirran tiheys(katso kaava 2.5).

Homogeenisessa väliaineessa tietyssä suunnassa lähetetyn äänen voimakkuus pienenee etäisyyden mukaan äänilähteestä. Aaltoputkia käytettäessä voidaan saavuttaa myös intensiteetin kasvu. Tyypillinen esimerkki tällaisesta aaltoputkesta villieläimissä on korvakehä.

Intensiteetin (I) ja äänenpaineen (ΔΡ) välinen suhde ilmaistaan ​​seuraavalla kaavalla:

missä ρ on väliaineen tiheys; v on äänen nopeus siinä.

Äänenpaineen ja äänenvoimakkuuden vähimmäisarvot, joilla henkilöllä on kuuloaistimia, kutsutaan kuulokynnys.

Keskivertoihmisen korvalle 1 kHz:n taajuudella kuulokynnys vastaa seuraavia äänenpaineen (ΔΡ 0) ja äänenvoimakkuuden (I 0) arvoja:

ΔΡ 0 \u003d 3x10 -5 Pa (≈ 2x10 -7 mm Hg); I 0 \u003d 10 -12 W / m 2.

Äänenpaineen ja äänen voimakkuuden arvoja, joilla henkilöllä on voimakkaita kiputuntemuksia, kutsutaan kipukynnys.

Keskivertoihmisen korvalle taajuudella 1 kHz kivun kynnys vastaa seuraavia äänenpaineen (ΔΡ m) ja äänenvoimakkuuden (I m) arvoja:

4. Intensiteettitaso(L). Kuulon ja kivun kynnyksiä vastaavien intensiteettien suhde on niin korkea (I m / I 0 = 10 13), että käytännössä käytetään logaritmista asteikkoa, joka tuo käyttöön erityisen dimensiottoman ominaisuuden - intensiteettitaso.

Voimakkuustasoa kutsutaan äänenvoimakkuuden ja kuulokynnyksen suhteen desimaalilogaritmiksi:

Intensiteettitason yksikkö on valkoinen(B).

Yleensä käytetään pienempää intensiteettitason yksikköä - desibeli(dB): 1 dB = 0,1 B. Voimakkuustaso desibeleinä lasketaan seuraavilla kaavoilla:

Riippuvuuden logaritminen luonne intensiteettitaso alkaen intensiteetti tarkoittaa sitä lisääntyessä intensiteetti 10 kertaa intensiteettitaso kasvaa 10 dB.

Usein esiintyvien äänien ominaisuudet on esitetty taulukossa. 3.1.

Jos ihminen kuulee ääniä tulevan yhdestä suunnasta useista sekava lähteistä, niiden intensiteetit laskevat yhteen:

Korkea äänenvoimakkuus johtaa peruuttamattomiin muutoksiin kuulokojeessa. 160 dB:n ääni voi siis aiheuttaa tärykalvon repeämän ja kuuloluun siirtymisen välikorvassa, mikä johtaa peruuttamattomaan kuurouteen. 140 dB:llä ihminen tuntee voimakasta kipua, ja pitkäaikainen altistuminen melulle 90-120 dB:llä johtaa kuulohermon vaurioitumiseen.

3.3. kuuloaistin ominaisuudet. Äänen mittaukset

Ääni on kuuloaistin kohde. Ihminen arvioi sen subjektiivisesti. Kaikki kuuloaistin subjektiiviset ominaisuudet liittyvät ääniaallon objektiivisiin ominaisuuksiin.

Korkeus, sävy

Ääniä havaitessaan ihminen erottaa ne äänenkorkeuden ja sointisävyn perusteella.

Korkeus sävy määräytyy ensisijaisesti perusäänen taajuuden mukaan (mitä korkeampi taajuus, sitä korkeampi ääni). Pienemmässä määrin äänenkorkeus riippuu äänen voimakkuudesta (voimakkaampi ääni koetaan alhaisemmaksi).

Sävy on äänituntemuksen ominaisuus, jonka määrää sen harmoninen spektri. Äänen sointi riippuu ylisävelten määrästä ja niiden suhteellisesta intensiteetistä.

Weber-Fechnerin laki. Äänenvoimakkuus

Logaritmisen asteikon käyttö äänenvoimakkuuden tason arvioinnissa on hyvin sopusoinnussa psykofyysisen Weber-Fechnerin laki:

Jos lisäät ärsytystä eksponentiaalisesti (eli yhtä monta kertaa), tämän ärsytyksen tunne lisääntyy aritmeettisesti (eli saman verran).

Logaritmisella funktiolla on tällaisia ​​ominaisuuksia.

Äänenvoimakkuus jota kutsutaan kuuloaistusten intensiteetiksi (voimakkuudeksi).

Ihmisen korvalla on erilainen herkkyys eritaajuisille äänille. Tämän tilanteen huomioon ottamiseksi voimme valita joitain referenssitaajuus ja vertaa muiden taajuuksien havaintoa siihen. sopimuksen mukaan referenssitaajuus otetaan 1 kHz:ksi (tästä syystä tälle taajuudelle asetetaan kuulokynnys I 0).

varten puhdas sävy 1 kHz:n taajuudella äänenvoimakkuus (E) on yhtä suuri kuin intensiteetti desibeleinä:

Muilla taajuuksilla äänenvoimakkuus määritetään vertaamalla kuuloaistien voimakkuutta äänen voimakkuuteen klo. referenssitaajuus.

Äänenvoimakkuus on yhtä suuri kuin äänen intensiteetti (dB) taajuudella 1 kHz, mikä aiheuttaa "keskimääräisessä" ihmisessä saman voimakkuuden tunteen kuin tämä ääni.

Äänenvoimakkuuden yksikköä kutsutaan tausta.

Seuraavassa on esimerkki äänenvoimakkuudesta vs. taajuuteen 60 dB:n intensiteettitasolla.

Tasaiset äänenvoimakkuuskäyrät

Yksityiskohtainen suhde taajuuden, äänenvoimakkuuden ja intensiteettitason välillä on kuvattu graafisesti käyttämällä yhtäläiset äänenvoimakkuuskäyrät(Kuva 3.3). Nämä käyrät osoittavat riippuvuutta intensiteettitaso L dB äänen taajuudesta ν tietyllä äänenvoimakkuudella.

Alempi käyrä vastaa kuulokynnys. Sen avulla voit löytää intensiteettitason kynnysarvon (E = 0) tietyllä äänitaajuudella.

Saman äänenvoimakkuuden käyriä voidaan etsiä äänenvoimakkuus, jos sen taajuus ja intensiteetti ovat tiedossa.

Äänen mittaukset

Tasaiset voimakkuuskäyrät heijastavat äänen havaitsemista keskiverto ihminen. Kuuloarviointia varten erityisiä henkilöstä käytetään äänikynnysaudiometriaa.

Audiometria - menetelmä kuulon tarkkuuden mittaamiseen. Erikoislaitteella (audiometrillä) määritetään kuuloaistin kynnys tai havaintokynnys, L P eri taajuuksilla. Voit tehdä tämän luomalla äänigeneraattorilla tietyn taajuuden äänen ja lisäämällä tasoa

Riisi. 3.3. Tasaiset äänenvoimakkuuskäyrät

intensiteetti L, kiinnitä intensiteetin L p kynnystaso, jolla koehenkilöllä on kuuloaistimuksia. Äänitaajuutta muuttamalla saadaan kokeellinen riippuvuus L p (v), jota kutsutaan audiogrammiksi (kuva 3.4).

Riisi. 3.4. Audiogrammit

Äänenvastaanottolaitteen toiminnan rikkominen voi johtaa kuulon menetys- herkkyyden jatkuva lasku erilaisille äänille ja kuiskatulle puheelle.

Taulukossa on kuulonaleneman asteiden kansainvälinen luokitus, joka perustuu puhetaajuuksien havaintokynnysten keskiarvoihin. 3.2.

Äänenvoimakkuuden mittaamiseen monimutkainen sävy tai melua käyttää erikoislaitteita - äänitasomittarit. Mikrofonin vastaanottama ääni muunnetaan sähköiseksi signaaliksi, joka kulkee suodatinjärjestelmän läpi. Suodatinparametrit valitaan siten, että äänitasomittarin herkkyys eri taajuuksilla on lähellä ihmiskorvan herkkyyttä.

3.4. Äänen kulku käyttöliittymän läpi

Kun ääniaalto osuu kahden median väliseen rajapintaan, ääni osittain heijastuu ja osittain tunkeutuu toiseen väliaineeseen. Heijastuneiden ja rajan läpi lähetettyjen aaltojen intensiteetit määräytyvät vastaavien kertoimien mukaan.

Kun ääniaalto esiintyy normaalisti median välisellä rajapinnalla, seuraavat kaavat ovat voimassa:

Kaavasta (3.9) voidaan nähdä, että mitä enemmän väliaineiden aaltoimpedanssit eroavat, sitä suurempi osa energiasta heijastuu rajapinnalle. Varsinkin jos arvo X on lähellä nollaa, silloin heijastuskerroin on lähellä yksikköä. Esimerkiksi ilma-vesi rajalle X\u003d 3x10 -4 ja r \u003d 99,88%. Eli heijastus on melkein valmis.

Taulukossa 3.3 on esitetty joidenkin väliaineiden nopeudet ja aallonvastukset 20 °C:ssa.

Huomaa, että heijastus- ja taitekertoimien arvot eivät riipu järjestyksestä, jossa ääni kulkee näiden välineiden läpi. Esimerkiksi äänen siirtymisessä ilmasta veteen kertoimien arvot ovat samat kuin siirtymisessä vastakkaiseen suuntaan.

3.5. Hyvät tutkimusmenetelmät

Ääni voi olla tiedonlähde ihmisen elinten tilasta.

1. Auskultaatio- kehon sisällä esiintyvien äänien suora kuuntelu. Tällaisten äänien luonteen perusteella on mahdollista määrittää tarkasti, mitä prosesseja tapahtuu tietyllä kehon alueella, ja joissakin tapauksissa määrittää diagnoosi. Kuuntelulaitteet: stetoskooppi, fonendoskooppi.

Fonendoskooppi koostuu ontosta kapselista, jossa on läpäisevä kalvo, joka kiinnitetään vartaloon, josta kumiputket kulkevat lääkärin korvaan. Ontossa kapselissa tapahtuu ilmapatsaan resonanssia, mikä aiheuttaa äänen lisääntymisen ja siten kuuntelun paranemisen. Kuuluu hengitysääniä, hengityksen vinkumista, sydämen ääniä, sivuääniä.

Klinikalla käytetään installaatioita, joissa kuuntelu tapahtuu mikrofonin ja kaiuttimen avulla. Leveä

käytetään äänien tallentamiseen nauhurilla magneettinauhalle, mikä mahdollistaa niiden toistamisen.

2. Fonokardiografia- sydämen äänien ja äänien graafinen rekisteröinti ja niiden diagnostinen tulkinta. Tallennus suoritetaan fonokardiografilla, joka koostuu mikrofonista, vahvistimesta, taajuussuodattimista ja tallennuslaitteesta.

3. Lyömäsoittimet - tutkia sisäelimiä napauttamalla kehon pintaa ja analysoimalla sen aikana syntyviä ääniä. Koputus suoritetaan joko erityisten vasaroiden tai sormien avulla.

Jos äänivärähtelyä syntyy suljetussa ontelossa, niin tietyllä äänen taajuudella ilma alkaa resonoida onkalossa vahvistaen onkalon kokoa ja sen sijaintia vastaavaa sävyä. Kaavamaisesti ihmiskeho voidaan esittää eri tilavuuksien summalla: kaasulla täytetty (keuhkot), neste (sisäelimet), kiinteä (luut). Kun osuu kehon pintaan, syntyy eritaajuisia värähtelyjä. Jotkut heistä lähtevät ulos. Toiset osuvat yhteen tyhjien luonnollisten taajuuksien kanssa, joten ne vahvistuvat ja ovat kuultavissa resonanssin vuoksi. Urkujen tilan ja topografian määrää lyömäsoittimien ääni.

3.6. Melun ehkäisyyn vaikuttavat tekijät.

Äänisuojaus

Melun ehkäisemiseksi on tiedettävä tärkeimmät tekijät, jotka määräävät sen vaikutuksen ihmiskehoon: melun lähteen läheisyys, melun voimakkuus, altistuksen kesto, rajallinen tila, jossa melu vaikuttaa.

Pitkäaikainen altistuminen melulle aiheuttaa monimutkaisen oireenmukaisen funktionaalisten ja orgaanisten muutosten kompleksin kehossa (eikä vain kuuloelimessä).

Pitkittyneen melun vaikutus keskushermostoon ilmenee kaikkien hermostoreaktioiden hidastumisena, aktiivisen huomion ajan lyhenemisenä ja työkyvyn heikkenemisenä.

Pitkän melualtistuksen jälkeen hengitysrytmi, sydämen supistusten rytmi muuttuu, verisuonijärjestelmän sävy nousee, mikä johtaa systolisen ja diastolisen arvon nousuun.

cal verenpaineen tasoa. Ruoansulatuskanavan motorinen ja eritysaktiivisuus muuttuu, havaitaan yksittäisten endokriinisten rauhasten liikaeritystä. Hikoilu lisääntyy. Henkisten toimintojen, erityisesti muistin, heikkeneminen on havaittu.

Melulla on erityinen vaikutus kuuloelimen toimintoihin. Korva, kuten kaikki aistielimet, pystyy sopeutumaan meluon. Samanaikaisesti melun vaikutuksesta kuulokynnys nousee 10-15 dB. Melualtistuksen lopettamisen jälkeen kuulokynnyksen normaaliarvo palautuu vasta 3-5 minuutin kuluttua. Korkealla meluvoimakkuudella (80-90 dB) sen väsyttävä vaikutus lisääntyy dramaattisesti. Yksi pitkäaikaiseen melulle altistumiseen liittyvän kuuloelimen toimintahäiriön muodoista on kuulon heikkeneminen (taulukko 3.2).

Rock-musiikilla on vahva vaikutus sekä ihmisen fyysiseen että psyykkiseen tilaan. Moderni rock-musiikki luo kohinaa 10 Hz - 80 kHz välillä. Kokeellisesti on todettu, että jos lyömäsoittimien asettaman päärytmin taajuus on 1,5 Hz ja sillä on voimakas musiikillinen säestys taajuuksilla 15-30 Hz, niin henkilö innostuu hyvin. Rytmillä, jonka taajuus on 2 Hz, samalla säestyksellä henkilö joutuu tilaan, joka on lähellä huumemyrkytysä. Rock-konserteissa äänenvoimakkuus voi ylittää 120 dB, vaikka ihmiskorva onkin edullisimmin viritetty 55 dB:n keskimääräiseen voimakkuuteen. Tässä tapauksessa voi esiintyä ääniruhjeita, ääni "palovammoja", kuulovaurioita ja muistin menetystä.

Melu vaikuttaa haitallisesti näköelimeen. Siten pimennetyssä huoneessa olevan henkilön pitkäaikainen altistuminen teolliselle melulle johtaa verkkokalvon toiminnan huomattavaan laskuun, josta näköhermon työ riippuu, ja siten näöntarkkuudesta.

Meluntorjunta on melko vaikeaa. Tämä johtuu siitä, että suhteellisen suuren aallonpituuden vuoksi ääni kiertää esteet (diffraktio) eikä äänivarjoa muodostu (kuva 3.5).

Lisäksi monilla rakentamisessa ja suunnittelussa käytetyillä materiaaleilla on riittämättömän korkea äänenvaimennuskerroin.

Riisi. 3.5.Ääniaaltojen diffraktio

Nämä ominaisuudet vaativat erityisiä melunhallintakeinoja, joihin kuuluu itse lähteessä esiintyvän melun vaimennus, äänenvaimentimien käyttö, elastisten jousitusten käyttö, äänieristysmateriaalit, rakojen poistaminen jne.

Asuintiloihin tunkeutuvan melun torjumiseksi on erittäin tärkeää suunnitella rakennusten oikea sijainti tuuliruusu huomioon ottaen ja luoda suojavyöhykkeitä, mukaan lukien kasvillisuus. Kasvit ovat hyvä äänenvaimennin. Puut ja pensaat voivat alentaa intensiteettitasoa 5-20 dB. Tehokkaat vihreät raidat jalkakäytävän ja jalkakäytävän välissä. Parhaiten melun sammuttavat lehmukset ja kuuset. Korkean havupuiden takana sijaitsevat talot voidaan säästää kadun melulta lähes kokonaan.

Taistelu melua vastaan ​​ei tarkoita absoluuttisen hiljaisuuden luomista, koska kuuloaistusten pitkän puuttuessa henkilö voi kokea mielenterveyshäiriöitä. Absoluuttinen hiljaisuus ja pitkittynyt lisääntynyt melu ovat yhtä luonnottomia ihmiselle.

3.7. Peruskäsitteet ja kaavat. taulukoita

Taulukon jatko

Pöydän loppu

Taulukko 3.1. Kohtattujen äänien ominaisuudet

Taulukko 3.2. Kansainvälinen kuulonaleneman luokitus

Taulukko 3.3.Äänen nopeus ja erityinen akustinen vastus joillekin aineille ja ihmiskudoksille lämpötilassa t = 25 °С

3.8. Tehtävät

1. Ääni, joka vastaa intensiteettitasoa L 1 = 50 dB kadulla, kuuluu huoneeseen äänenä, jonka voimakkuustaso on L 2 = 30 dB. Selvitä äänenvoimakkuuksien suhde kadulla ja huoneessa.

2. Äänen äänenvoimakkuus taajuudella 5000 Hz on yhtä suuri kuin E = 50 phon. Selvitä tämän äänen voimakkuus käyttämällä yhtä voimakkuuden käyriä.

Ratkaisu

Kuvasta 3.2 havaitsemme, että taajuudella 5000 Hz äänenvoimakkuus E = 50 tausta vastaa intensiteettitasoa L = 47 dB = 4,7 B. Kaavasta 3.4 saadaan: I = 10 4,7 I 0 = 510 -8 W / m 2.

Vastaus: I \u003d 5? 10 -8 W / m 2.

3. Puhallin tuottaa äänen, jonka voimakkuustaso on L = 60 dB. Selvitä äänenvoimakkuuden taso, kun kaksi vierekkäistä tuuletinta on käynnissä.

Ratkaisu

L 2 = log(2x10 L) = log2 + L = 0,3 + 6B = 63 dB (katso 3.6). Vastaus: L 2 = 63 dB.

4. Suihkukoneen äänitaso 30 metrin etäisyydellä siitä on 140 dB. Mikä on äänenvoimakkuus 300 metrin etäisyydellä? Jätä huomioimatta maasta tuleva heijastus.

Ratkaisu

Intensiteetti pienenee suhteessa etäisyyden neliöön - se pienenee kertoimella 102. L 1 - L 2 \u003d 10xlg (I 1 / I 2) \u003d 10x2 \u003d 20 dB. Vastaus: L 2 = 120 dB.

5. Kahden äänilähteen intensiteettien suhde on: I 2 /I 1 = 2. Mikä on näiden äänien intensiteettien ero?

Ratkaisu

ΔL \u003d 10xlg (I 2 / I 0) - 10xlg (I 1 / I 0) \u003d 10xlg (I 2 / I 1) \u003d 10xlg2 \u003d 3 dB. Vastaus: 3 dB.

6. Mikä on 100 Hz äänen voimakkuus, jonka voimakkuus on sama kuin 3 kHz:n äänen voimakkuudella

Ratkaisu

Saman äänenvoimakkuuden käyriä (kuva 3.3) käyttämällä saadaan selville, että 25 dB 3 kHz:n taajuudella vastaa 30 phonin äänenvoimakkuutta. 100 Hz:n taajuudella tämä äänenvoimakkuus vastaa 65 dB:n intensiteettitasoa.

Vastaus: 65 dB.

7. Ääniaallon amplitudi on kolminkertaistunut. a) kuinka paljon sen intensiteetti on kasvanut? b) kuinka monta desibeliä äänenvoimakkuus kasvoi?

Ratkaisu

Intensiteetti on verrannollinen amplitudin neliöön (katso 3.6):

8. Pajassa sijaitsevassa laboratoriohuoneessa meluvoimakkuus saavutti 80 dB. Melun vähentämiseksi laboratorion seinät päätettiin verhoilla ääntä vaimentavalla materiaalilla, joka vähentää äänen voimakkuutta 1500-kertaisesti. Millainen melun voimakkuus tulee sen jälkeen laboratoriossa?

Ratkaisu

Äänenvoimakkuus desibeleinä: L = 10 x log(I/I 0). Kun äänenvoimakkuus muuttuu, äänenvoimakkuuden tason muutos on yhtä suuri kuin:

9. Näiden kahden väliaineen impedanssit eroavat kertoimella 2: R 2 = 2R 1 . Mikä osa energiasta heijastuu rajapinnasta ja mikä osa energiasta siirtyy toiseen väliaineeseen?

Ratkaisu

Kaavojen (3.8 ja 3.9) avulla löydämme:

Vastaus: 1/9 osa energiasta heijastuu ja 8/9 siirtyy toiseen väliaineeseen.

Ääni– ihmisen kuulon taajuusalueen vaihtelut, jotka etenevät aaltojen muodossa elastisissa väliaineissa. Melu - satunnainen yhdistelmä eri vahvuisia ja taajuisia ääniä. Melun lähde on mikä tahansa prosessi, joka aiheuttaa paikallisen paineen muutoksen tai mekaanisia värähtelyjä kiinteissä, nestemäisissä ja kaasumaisissa väliaineissa.

Ihmisen kuuloelimet havaitsevat ääniaistimia, kun ne altistuvat ääniaalloille, joiden taajuus on 16 Hz - 20 tuhatta Hz. Alle 16 Hz:n tärinää kutsutaan infraääneksi ja yli 20 000 Hz:n tärinää ultraääneksi.

Melun alkuperä voi olla mekaaninen, aerohydrodynaaminen ja sähkömagneettinen.

mekaaninen melu tapahtuu iskujen seurauksena koneiden nivelosissa, niiden värähtelyssä, osien työstön aikana, vierintälaakerien hammaspyörissä jne. Värähtelevän pinnan äänisäteilyn teho riippuu värähtelevien pintojen värähtelyjen voimakkuudesta, niiden koosta, muodoista, kiinnitystavoista jne.

Aerohydrodynaaminen melu ilmenee kaasujen ja nesteiden painepulsaation seurauksena niiden liikkuessa putkistoissa ja kanavissa (turbokoneet, pumppuyksiköt, ilmanvaihtojärjestelmät jne.).

sähkömagneettista kohinaa on seurausta ferromagneettisten materiaalien venymisestä ja taipumisesta, kun ne altistetaan vaihteleville sähkömagneettisille kentille (sähkökoneet, muuntajat, kuristimet jne.).

Melun vaikutus ihmisiin näkyy subjektiivisesta ärsytyksestä objektiivisiin patologisiin muutoksiin kuuloelinten, keskushermoston, sydän- ja verisuonijärjestelmän ja sisäelinten toiminnassa.

Melun vaikutuksen luonne johtuu sen fyysiset ominaisuudet (taso, spektrikoostumus jne.), altistuksen kesto ja henkilön psykofysiologinen tila.

Vähentää melua huomio, suorituskyky. Melu häiritsee ihmisten unta ja lepoa.

Kaikki erilaiset neuroottiset ja kardiologiset häiriöt, maha-suolikanavan häiriöt, kuulohäiriöt jne., jotka ilmenevät melun vaikutuksesta, yhdistetty "melusairauden" oireyhtymäksi .

Fyysisestä näkökulmasta ääni on karakterisoitu värähtelytaajuus, äänenpaine, äänen voimakkuus tai voimakkuus. Saniteettisääntöjen ja -normien 2.2.4/2.1.8.10-32-2002 "Melu työpaikoilla, asuin-, julkisten rakennusten tiloissa ja asuinrakennusten alueella" mukaisesti melun pääominaisuudet ovat värähtelytaajuus, äänenpaine ja äänitaso.

Äänenpaine R(Pa) - äänivärähtelyjen aiheuttama ilman tai kaasun paineen muuttuva komponentti, Pa.

Kun ääniaalto etenee, energia siirtyy. Energiaa, jonka ääniaalto kuljettaa aikayksikköä kohti aallon etenemissuuntaa vastaan ​​kohtisuorassa pinnassa, kutsutaan äänen voimakkuus minä(W/m2) :

,

missä R– äänenpaine, Pa; ρ – äänen etenemisväliaineen tiheys, kg/m 3 ; C on äänen nopeus ilmassa, m/s.

Ihmisen kuulokoje on epätasainen herkkyys eri taajuuksille äänille. Ihmisen kuuloelin pystyy havaitsemaan äänen värähtelyjä tietyllä intensiteetillä, jota rajoittavat ylä- ja alakynnykset äänen taajuudesta riippuen (kuva 1).

kuulokynnys sen minimiarvo on noin 1000 Hz. Äänen intensiteetti tai voimakkuus minä o se on yhtä suuri kuin 10 -12 W / m 2, ja äänenpaineella mitattuna P o– 2x10 -5 Pa. Kivun kynnys 1000 Hz:n taajuudella Minä max yhtä suuri kuin 10 W / m 2, ja äänenpaineella - R max\u003d 2x10 -5 Pa. Siksi varten viite vastaanotetaan ääni, jonka taajuus on 1000 Hz. Kuulokynnyksen ja kipukynnyksen välissä kuuloalue .

Ihmisen korva ei reagoi absoluuttiseen, vaan suhteelliseen äänen muutokseen. Weber-Fechnerin lain mukaan melun ärsyttävä vaikutus ihmiseen on verrannollinen äänenpaineen neliön desimaalilogaritmiin. Tästä syystä kohinan kuvaamiseen käytetään logaritmisia tasoja:

äänenvoimakkuuden taso L I ja äänenpainetaso L P . Ne mitataan desibeleinä ja määritetään kaavojen mukaisesti:

, dB,

, dB,

missä minä ja Io- todellinen ja kynnysäänen voimakkuus, vastaavasti, W/m2; R ja R o- todellinen ja kynnysäänenpaine, vastaavasti, Pa.

mittayksikkö valkoinen nimetty Alexandra Graham Bell- skotlantilaista alkuperää oleva tiedemies, keksijä ja liikemies, yksi puhelintoiminnan perustajista (eng. Alexander Graham Bell; 3. maaliskuuta 1847 (18470303), Edinburgh, Skotlanti - 2. elokuuta 1922, Baddeck, Nova Scotia, Kanada).

Kuva 1. Ihmisen kuuloaistin alue

Yksi bel on erittäin pieni arvo, tuskin havaittava äänenvoimakkuuden muutos vastaa 1 dB (vastaa äänenvoimakkuuden muutosta 26 % tai äänenpaineen 12 % muutosta).

Logaritminen asteikko desibeleissä (0…140) mahdollistaa kohinan puhtaasti fyysisen ominaisuuden määrittämisen taajuudesta riippumatta. Ihmisen kuulokojeen suurin herkkyys on kuitenkin taajuuksilla 800...1000 Hz ja pienin 20...100 Hz. Siksi, jotta subjektiivisten mittausten tuloksia lähennettäisiin subjektiiviseen havaintoon, käsite korjattu äänenpainetaso. Korjauksen ydin on muutosten tekeminen äänenpainetason mitattuun arvoon taajuudesta riippuen. Eniten käytetty korjaus MUTTA. Korjattu äänenpainetaso L A \u003d L P - ΔL A nimeltään äänitaso.

Opiskelijan pitää tietää : mitä kutsutaan ääneksi, äänen luonne, äänen lähteet; äänen fyysiset ominaisuudet (taajuus, amplitudi, nopeus, intensiteetti, intensiteettitaso, paine, akustinen spektri); äänen fysiologiset ominaisuudet (korkeus, voimakkuus, sointi, tietyn henkilön havaitsemat vähimmäis- ja enimmäisvärähtelytaajuudet, kuulokynnys, kipukynnys) niiden suhde äänen fyysisiin ominaisuuksiin; ihmisen kuulolaite, äänen havaintoteoria; äänieristyskerroin; akustinen impedanssi, äänen absorptio ja heijastus, ääniaaltojen heijastus- ja läpäisykertoimet, jälkikaiunta; Terveydenhuollon tutkimusmenetelmien fyysiset perusteet klinikalla, audiometrian käsite.

Opiskelijan tulee kyetä: poista kuulokynnyksen riippuvuus taajuudesta äänigeneraattorilla; määritä havaitsemasi vähimmäis- ja enimmäisvärähtelytaajuudet, ota audiogrammi audiometrillä.

Lyhyt äänen teoria. Äänen fyysiset ominaisuudet

ääni kutsutaan mekaanisiksi aalloksi, joiden elastisen väliaineen hiukkasten värähtelytaajuus on 20 Hz - 20 000 Hz, ihmiskorvan havaitsemassa.

Fyysinen Nimeä ne äänen ominaisuudet, jotka ovat olemassa objektiivisesti. Ne eivät liity ihmisen äänivärähtelyaistimuksen erityispiirteisiin. Äänen fyysisiä ominaisuuksia ovat taajuus, värähtelyn amplitudi, intensiteetti, intensiteetin taso, äänen värähtelyjen etenemisnopeus, äänenpaine, äänen akustinen spektri, heijastuskertoimet ja äänen värähtelyjen läpäisykertoimet jne. Tarkastellaanpa niitä lyhyesti.

Värähtelytaajuus. Äänivärähtelyn taajuus on elastisen väliaineen (jossa äänivärähtelyt leviävät) hiukkasten värähtelyjen lukumäärä aikayksikköä kohti. Äänen värähtelytaajuus on välillä 20 - 20000 Hz. Jokainen henkilö havaitsee tietyn taajuusalueen (yleensä hieman yli 20 Hz ja alle 20 000 Hz).

Amplitudiäänivärähtelyä kutsutaan väliaineen (jossa äänivärähtely etenee) värähtelevien hiukkasten suurin poikkeama tasapainoasennosta.

ääniaaltojen intensiteetti(tai äänenvoimakkuutta) on fysikaalinen suure, joka on numeerisesti yhtä suuri kuin ääniaallon aikayksikköä kohti yksikköpinta-alan läpi kulkeman energian suhde, joka on suunnattu kohtisuoraan ääniaallon nopeusvektoriin nähden, eli:

missä W- aaltoenergia, t on energian siirtymisen aika alueen läpi S.

Intensiteettiyksikkö: [ minä] = 1 J/(m 2 c) = 1 W/m 2 .

Kiinnitäkäämme huomiota siihen, että ääniaallon energia ja vastaavasti intensiteetti ovat suoraan verrannollisia amplitudin neliöön. MUTTA» ja taajuus « ω » äänivärähtelyt:

W~A 2 ja I~A 2 ;w~ω 2 ja minä ~ω 2 .

4. Äänen nopeus jota kutsutaan äänen värähtelyjen energian etenemisnopeudeksi. Tasoharmoniselle aallolle vaihenopeus (värähtelyvaiheen (aaltorintaman) etenemisnopeus, esimerkiksi maksimi tai minimi, eli väliaineen nippu tai harvinainen) on yhtä suuri kuin aallon nopeus. Monimutkaiselle värähtelylle (Fourier-lauseen mukaan se voidaan esittää harmonisten värähtelyjen summana) otetaan käyttöön käsite ryhmän nopeus on aaltoryhmän etenemisnopeus, jolla tietty aalto siirtää energiaa.

Äänen nopeus missä tahansa ympäristössä löytyy kaavalla:

, (2)

missä E- väliaineen kimmomoduuli (Youngin moduuli),  on väliaineen tiheys.

Kun väliaineen tiheys kasvaa (esimerkiksi 2 kertaa), kimmomoduuli E kasvaa suuremmassa määrin (yli 2 kertaa), joten väliaineen tiheyden kasvaessa äänen nopeus kasvaa. Esimerkiksi äänen nopeus vedessä on ≈ 1500 m/s, teräksessä - 8000 m/s.

Kaasujen kaava (2) voidaan muuntaa ja saada seuraavassa muodossa:

(3)

missä  = FROM R /FROM V on kaasun molaaristen tai ominaislämpökapasiteettien suhde vakiopaineessa ( FROM R) ja vakiotilavuudella ( FROM V).

R on yleinen kaasuvakio ( R = 8,31 J/mol K);

T- absoluuttinen lämpötila Kelvinin asteikolla ( T = t o C+273);

M- kaasun moolimassa (normaalille ilmakaasuseokselle

M = 29 10 -3 kg/mol).

Ilmalle klo T = 273K ja normaali ilmanpaine, äänen nopeus on υ = 331,5 332 m/s. On huomattava, että aallon intensiteetti (vektorimäärä) ilmaistaan ​​usein aallonnopeudella :

tai
, (4)

missä S l- äänenvoimakkuus, u = W/S l on tilavuusenergiatiheys. Vektori yhtälössä (4) kutsutaan Umov-vektori.

5.äänenpaine kutsutaan fysikaaliseksi suureksi, joka on numeerisesti yhtä suuri kuin painevoiman moduulin suhde F väliaineen värähteleviä hiukkasia, joissa ääni etenee alueelle S kohtisuoraan suunnattu alusta painevoimavektoriin nähden.

P=F/S [P]= 1 N/m 2 = 1Pa (5)

Ääniaallon intensiteetti on suoraan verrannollinen äänenpaineen neliöön:

I = P 2 /(2  υ) , (7)

missä R- äänenpaine,  - keskitiheys, υ on äänen nopeus tietyssä väliaineessa.

6.Intensiteettitaso. Voimakkuustaso (äänen voimakkuustaso) on fyysinen suure, joka on numeerisesti yhtä suuri kuin:

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

missä minä- äänen voimakkuus, minä 0 =10 -12 W/m 2 - alhaisin ihmiskorvan havaitsema intensiteetti 1000 Hz:n taajuudella.

Intensiteettitaso L, perustuvat kaavaan (8), mitataan belleinä ( B). L = 1 B, jos I = 10I 0 .

Suurin ihmiskorvan havaitsema intensiteetti minä max =10 W/m 2 , eli minä max / minä 0 =10 13 tai L max =13 B.

Useimmiten intensiteettitaso mitataan desibeleinä ( dB):

L dB =10 lg(I/I 0 ) ,L = 1dB klo I = 1,26I 0 .

Äänen voimakkuuden taso löytyy äänenpaineesta.

Koska minä~ R 2 , sitten L(dB) = 10 lg(I/I 0 ) = 10 log(P/P 0 ) 2 = 20 log(P/P 0 ) , missä P 0 = 2  10 -5 Pa (I 0 =10 -12 W/m 2 ).

7.sävy kutsutaan ääntä, joka on jaksollinen prosessi (äänilähteen jaksollisia värähtelyjä ei välttämättä suoriteta harmonisen lain mukaan). Jos äänilähde tekee harmonisen värähtelyn x=ASinωt, niin tätä ääntä kutsutaan yksinkertainen tai puhdas sävy. Ei-harmoninen jaksollinen värähtely vastaa kompleksista ääntä, joka Fourier-lauseen mukaan voidaan esittää joukkona yksinkertaisia ​​ääniä, joilla on taajuuksia.  noin(perusääni) ja 2  noin , 3  noin jne., soitettu ylisävyjä vastaavilla amplitudeilla.

8.akustinen spektriääni on joukko harmonisia värähtelyjä vastaavilla värähtelytaajuuksilla ja -amplitudeilla, joihin tietty kompleksinen ääni voidaan hajottaa. Kompleksinen sävyspektri on vuorattu, ts. taajuuksia  noin, 2  noin jne.

9. Melu (äänen melu ) kutsutaan ääneksi, joka on joustavan väliaineen hiukkasten monimutkainen, ajallisesti toistumaton värähtely. Kohina on yhdistelmä satunnaisesti vaihtuvia monimutkaisia ​​ääniä. Kohinan akustinen spektri koostuu lähes mistä tahansa äänialueen taajuudesta, ts. melun akustinen spektri on jatkuva.

Ääni voi olla myös äänibuumin muodossa. yliäänipamaus- Tämä on lyhytaikainen (yleensä voimakas) äänitehoste (taputus, räjähdys jne.).

10.Ääniaallon läpäisy- ja heijastuskertoimet. Väliaineen tärkeä ominaisuus, joka määrää äänen heijastumisen ja läpäisyn, on aallonvastus (akustinen impedanssi) Z= υ , missä  - keskitiheys, υ on äänen nopeus väliaineessa.

Jos tasoaalto osuu esimerkiksi normaalisti kahden median väliseen rajapintaan, niin ääni siirtyy osittain toiseen väliaineeseen ja osa äänestä heijastuu. Jos äänenvoimakkuus laskee minä 1 , kulkee - minä 2 , heijastuu minä 3 = minä 1 - Minä 2 , sitten:

1) ääniaallon tunkeutumiskerroin  nimeltään  = minä 2 /I 1 ;

2) heijastuskerroin  nimeltään:

= minä 3 /I 1 =(I 1 -Minä 2 )/ minä 1 =1-I 2 /I 1 =1-  .

Rayleigh osoitti sen  =

Jos υ 1  1 = υ 2  2 , sitten  =1 (maksimiarvo), kun  =0 , eli heijastunut aalto puuttuu.

Jos Z 2 >>Z 1 tai υ 2  2 >> υ 1  1 , sitten   4 υ 1  1 / υ 2  2 . Esimerkiksi, jos ääni kulkee ilmasta veteen, niin  =4(440/1440000)=0,00122 tai 0,122% tulevan äänen voimakkuus tunkeutuu ilmasta veteen.

11. Kaiun käsite. Mikä on reverb? Suljetussa huoneessa ääni heijastuu toistuvasti katosta, seinistä, lattiasta jne. asteittain alenevalla intensiteetillä. Siksi äänilähteen lopettamisen jälkeen ääntä kuuluu jonkin aikaa useiden heijastusten vuoksi (humina).

Kaiku kutsutaan prosessiksi äänen asteittaiseksi vaimenemiseksi suljetuissa tiloissa sen jälkeen, kun ääniaaltojen lähde on lopettanut säteilyn. Kaikuaika kutsutaan aikaa, jonka aikana äänen voimakkuus jälkikaiunta laskee 10 6 kertaa. Suunniteltaessa luokkahuoneita, konserttisaleja jne. ottaa huomioon tarve saada tietty aika (aikaväli) jälkikaiunta. Joten esimerkiksi Unionin talon pylvässalissa ja Moskovan Bolshoi-teatterissa tyhjien huoneiden jälkikaiunta-aika on vastaavasti 4,55 s ja 2,05 s, täytettyjen - 1,70 s ja 1,55 s.

Lab #5

Audiometria

Opiskelijan pitää tietää: mitä kutsutaan ääneksi, äänen luonne, äänen lähteet; äänen fyysiset ominaisuudet (taajuus, amplitudi, nopeus, intensiteetti, intensiteettitaso, paine, akustinen spektri); äänen fysiologiset ominaisuudet (korkeus, voimakkuus, sointi, tietyn henkilön havaitsemat vähimmäis- ja enimmäisvärähtelytaajuudet, kuulokynnys, kipukynnys) niiden suhde äänen fyysisiin ominaisuuksiin; ihmisen kuulolaite, äänen havaintoteoria; äänieristyskerroin; akustinen impedanssi, äänen absorptio ja heijastus, ääniaaltojen heijastus- ja läpäisykertoimet, jälkikaiunta; Terveydenhuollon tutkimusmenetelmien fyysiset perusteet klinikalla, audiometrian käsite.

Opiskelijan tulee kyetä: poista kuulokynnyksen riippuvuus taajuudesta äänigeneraattorilla; määritä havaitsemasi vähimmäis- ja enimmäisvärähtelytaajuudet, ota audiogrammi audiometrillä.

Lyhyt teoria

Ääni. Äänen fyysiset ominaisuudet.

ääni kutsutaan mekaanisiksi aalloksi, joiden elastisen väliaineen hiukkasten värähtelytaajuus on 20 Hz - 20 000 Hz, ihmiskorvan havaitsemassa.

Fyysinen Nimeä ne äänen ominaisuudet, jotka ovat olemassa objektiivisesti. Ne eivät liity ihmisen äänivärähtelyaistimuksen erityispiirteisiin. Äänen fyysisiä ominaisuuksia ovat taajuus, värähtelyn amplitudi, intensiteetti, intensiteetin taso, äänen värähtelyjen etenemisnopeus, äänenpaine, äänen akustinen spektri, heijastuskertoimet ja äänen värähtelyjen läpäisykertoimet jne. Tarkastellaanpa niitä lyhyesti.

1. Värähtelytaajuus. Äänivärähtelyn taajuus on elastisen väliaineen (jossa äänivärähtelyt leviävät) hiukkasten värähtelyjen lukumäärä aikayksikköä kohti. Äänen värähtelytaajuus on välillä 20 - 20000 Hz. Jokainen henkilö havaitsee tietyn taajuusalueen (yleensä hieman yli 20 Hz ja alle 20 000 Hz).

2. Amplitudiäänivärähtelyä kutsutaan väliaineen (jossa äänivärähtely etenee) värähtelevien hiukkasten suurin poikkeama tasapainoasennosta.

3. ääniaaltojen intensiteetti(tai äänenvoimakkuutta) on fysikaalinen suure, joka on numeerisesti yhtä suuri kuin ääniaallon aikayksikköä kohti yksikköpinta-alan läpi kulkeman energian suhde, joka on suunnattu kohtisuoraan ääniaallon nopeusvektoriin nähden, eli:

missä W- aaltoenergia, t on energian siirtymisen aika alueen läpi S.

Intensiteettiyksikkö: [ minä] \u003d 1J / (m 2 s) \u003d 1 W / m 2.

Kiinnitäkäämme huomiota siihen, että ääniaallon energia ja vastaavasti intensiteetti ovat suoraan verrannollisia amplitudin neliöön. MUTTA» ja taajuus « ω » äänivärähtelyt:

W~A2 ja I~A2 ; W ~ ω 2 ja I ~ ω 2.

4. Äänen nopeus jota kutsutaan äänen värähtelyjen energian etenemisnopeudeksi. Tasoharmoniselle aallolle vaihenopeus (värähtelyvaiheen (aaltorintaman) etenemisnopeus, esimerkiksi maksimi tai minimi, eli väliaineen nippu tai harvinainen) on yhtä suuri kuin aallon nopeus. Monimutkaiselle värähtelylle (Fourier-lauseen mukaan se voidaan esittää harmonisten värähtelyjen summana) otetaan käyttöön käsite ryhmän nopeus on aaltoryhmän etenemisnopeus, jolla tietty aalto siirtää energiaa.

Äänen nopeus missä tahansa väliaineessa voidaan löytää kaavalla:

missä E- väliaineen kimmomoduuli (Youngin moduuli), r on väliaineen tiheys.

Kun väliaineen tiheys kasvaa (esimerkiksi 2 kertaa), kimmomoduuli E kasvaa suuremmassa määrin (yli 2 kertaa), joten väliaineen tiheyden kasvaessa äänen nopeus kasvaa. Esimerkiksi äänen nopeus vedessä on ≈ 1500 m/s, teräksessä - 8000 m/s.

Kaasujen kaava (2) voidaan muuntaa ja saada seuraavassa muodossa:

(3)

missä g = C R /CV on kaasun molaaristen tai ominaislämpökapasiteettien suhde vakiopaineessa ( C R) ja vakiotilavuudella ( CV).

R on yleinen kaasuvakio ( R = 8,31 J/mol K);

T- absoluuttinen lämpötila Kelvinin asteikolla ( T = t o C+273);

M- kaasun moolimassa (normaalille ilmakaasuseokselle

М=29×10 -3 kg/mol).

Ilmalle klo T = 273K ja normaali ilmanpaine, äänen nopeus on υ=331,5 » 332 m/s. On huomattava, että aallon intensiteetti (vektorimäärä) ilmaistaan ​​usein aallonnopeudella:

tai , (4)

missä S×l- äänenvoimakkuus, u = W/S×l on tilavuusenergiatiheys. Yhtälön (4) vektoria kutsutaan Umov-vektori.

5.äänenpaine kutsutaan fysikaaliseksi suureksi, joka on numeerisesti yhtä suuri kuin painevoiman moduulin suhde F väliaineen värähteleviä hiukkasia, joissa ääni etenee alueelle S kohtisuoraan suunnattu alusta painevoimavektoriin nähden.

P=F/S [P]= 1N / m 2 \u003d 1Pa (5)

Ääniaallon intensiteetti on suoraan verrannollinen äänenpaineen neliöön:

I \u003d P 2 / (2r υ), (7)

missä R- äänenpaine, r- keskitiheys, υ on äänen nopeus tietyssä väliaineessa.

6.Intensiteettitaso. Voimakkuustaso (äänen voimakkuustaso) on fyysinen suure, joka on numeerisesti yhtä suuri kuin:

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

missä minä- äänen voimakkuus, I 0 \u003d 10 -12 W / m 2- alhaisin ihmiskorvan havaitsema intensiteetti 1000 Hz:n taajuudella.

Intensiteettitaso L, perustuvat kaavaan (8), mitataan belleinä ( B). L = 1 B, jos I = 10I0.

Suurin ihmiskorvan havaitsema intensiteetti I max \u003d 10 W / m 2, eli I max / I 0 = 10 13 tai L max \u003d 13 B.

Useimmiten intensiteettitaso mitataan desibeleinä ( dB):

L dB = 10 lg(I/I 0), L = 1 dB klo I = 1,26I 0.

Äänen voimakkuuden taso löytyy äänenpaineesta.

Koska I ~ R 2, sitten L(dB) = 10 lg(I/I 0) = 10 lg(P/P 0) 2 = 20 lg(P/P 0), missä P 0 \u003d 2 × 10 -5 Pa (arvolla I 0 = 10 -12 W / m 2).

7.sävy kutsutaan ääntä, joka on jaksollinen prosessi (äänilähteen jaksollisia värähtelyjä ei välttämättä suoriteta harmonisen lain mukaan). Jos äänilähde tekee harmonisen värähtelyn x=ASinωt, niin tätä ääntä kutsutaan yksinkertainen tai puhdas sävy. Ei-harmoninen jaksollinen värähtely vastaa monimutkaista ääntä, joka voidaan esittää Fournet-lauseella joukona yksinkertaisia ​​ääniä, joilla on taajuuksia. n o(perusääni) ja 2n noin, 3n noin jne., soitettu ylisävyjä vastaavilla amplitudeilla.

8.akustinen spektriääni on joukko harmonisia värähtelyjä vastaavilla värähtelytaajuuksilla ja -amplitudeilla, joihin tietty kompleksinen ääni voidaan hajottaa. Kompleksinen sävyspektri on vuorattu, ts. taajuuksia n o, 2n o jne.

9. Melu(äänen melu ) kutsutaan ääneksi, joka on joustavan väliaineen hiukkasten monimutkainen, ajallisesti toistumaton värähtely. Kohina on yhdistelmä satunnaisesti vaihtuvia monimutkaisia ​​ääniä. Kohinan akustinen spektri koostuu lähes mistä tahansa äänialueen taajuudesta, ts. melun akustinen spektri on jatkuva.

Ääni voi olla myös äänibuumin muodossa. yliäänipamaus- Tämä on lyhytaikainen (yleensä voimakas) äänitehoste (taputus, räjähdys jne.).

10.Ääniaallon läpäisy- ja heijastuskertoimet. Väliaineen tärkeä ominaisuus, joka määrää äänen heijastumisen ja läpäisyn, on aallonvastus (akustinen impedanssi) Z = r υ, missä r- keskitiheys, υ on äänen nopeus väliaineessa.

Jos tasoaalto osuu esimerkiksi normaalisti kahden median väliseen rajapintaan, niin ääni siirtyy osittain toiseen väliaineeseen ja osa äänestä heijastuu. Jos äänenvoimakkuus laskee minä 1, kulkee - minä 2, heijastuu I 3 \u003d I 1 - I 2, sitten:

1) ääniaallon tunkeutumiskerroin b nimeltään b = I 2 / I 1;

2) heijastuskerroin a nimeltään:

a \u003d I 3 / I 1 \u003d (I 1 - I 2) / I 1 \u003d 1-I 2 / I 1 \u003d 1-b.

Rayleigh osoitti sen b=

Jos υ 1 r 1 = υ 2 r 2, sitten b = 1(maksimiarvo), kun a = 0, eli heijastunut aalto puuttuu.

Äänelle fyysisenä ilmiönä on ominaista äänenpaine P(Pa), intensiteetti minä(W / m 2) ja taajuus f(Hz).

Äänelle fysiologisena ilmiönä on tunnusomaista äänen taso (puhelimet) ja äänenvoimakkuus (nukkuminen).

Ääniaaltojen etenemiseen liittyy värähtelyenergian siirtyminen avaruudessa. Sen määrä kulkee alueen läpi
1 m 2, joka sijaitsee kohtisuorassa ääniaallon etenemissuuntaa vastaan, määrittää äänen intensiteetin tai voimakkuuden minä,

W / m 2, (7,1)

missä E on äänienergiavuo, W; S- Pinta-ala, m2.

Ihmisen korva ei ole herkkä äänen voimakkuudelle, vaan paineelle. R, jonka kaava määrittää ääniaallon

missä F on normaalivoima, jolla ääniaalto vaikuttaa pintaan, N; S on pinta-ala, jolle ääniaalto putoaa, m 2 .

Äänenvoimakkuudet ja äänenpainetasot, joita käytännössä on käsiteltävä, vaihtelevat suuresti. Ihmiskorva voi havaita äänitaajuuksien värähtelyt vain tietyllä voimakkuudella tai äänenpaineella. Äänenpaineen kynnysarvoja, joissa ääntä ei havaita tai ääniaistimus muuttuu kivuksi, kutsutaan kuulokynnykseksi ja kipukynnykseksi.

Kuulokynnys taajuudella 1000 Hz vastaa äänen voimakkuutta 10 -12 W/m 2 ja äänenpainetta 2·10 -5 Pa. Äänenvoimakkuudella 1 W/m 2 ja äänenpaineella 2,10 1 Pa (taajuudella 1000 Hz) syntyy kivun tunne korviin. Näitä tasoja kutsutaan kipukynnyksiksi ja ne ylittävät kuulokynnyksen 10 12 ja 10 6 kertaa.

Melun arvioimiseksi on kätevää mitata ei intensiteetin ja paineen absoluuttista arvoa, vaan niiden suhteellista tasoa logaritmisina yksiköinä, joille on tunnusomaista todellisuudessa luodun intensiteetin ja paineen suhde niiden arvoihin, jotka vastaavat kuulokynnystä. Logaritmisella asteikolla äänen intensiteetin ja paineen 10-kertainen lisääntyminen vastaa tuntemuksen lisääntymistä 1 yksiköllä, jota kutsutaan valkoiseksi (B):

, Bel, (7.3)

(9.3)

missä minä o ja R o - intensiteetin ja äänenpaineen alkuarvot (äänen voimakkuus ja paine kuulokynnyksellä).

Alkuarvolle 0 (nolla) Bel hyväksyi kuulokynnyksen äänenpaineen arvoksi 2·10 -5 Pa (kuulo- tai havaintokynnys). Koko korvan äänenä havaitsema energia-alue sopii näissä olosuhteissa 13-14 B. Mukavuussyistä he eivät käytä valkoista, vaan 10 kertaa pienempää yksikköä - desibeliä (dB), joka vastaa äänenvoimakkuuden vähimmäislisäystä. erottaa korvan perusteella.

Tällä hetkellä on yleisesti hyväksyttyä karakterisoida melun voimakkuus äänenpainetasoilla, jotka määritetään kaavalla

, dB, (7,4)

missä R- Äänenpaineen RMS-arvo, Pa; R o - äänenpaineen alkuarvo (ilmassa Р o = 2·10 -5 Pa).

Kolmas tärkeä äänen ominaisuus, joka määrää sen korkeuden, on värähtelyjen taajuus, joka mitataan 1 s (Hz) aikana tehtyjen täydellisten värähtelyjen lukumäärällä. Värähtelytaajuus määrää äänen korkeuden: mitä korkeampi värähtelytaajuus, sitä korkeampi ääni. Kuitenkin tosielämässä, myös tuotantoolosuhteissa, kohtaamme useimmiten ääniä, joiden taajuus on 50 - 5000 Hz. Ihmisen kuuloelin ei reagoi absoluuttiseen, vaan suhteelliseen taajuuksien nousuun: värähtelytaajuuden kaksinkertaistuminen nähdään äänen nousuna tietyllä määrällä, jota kutsutaan oktaaviksi. Siten oktaavi on alue, jossa ylärajataajuus on yhtä suuri kuin kaksinkertainen alataajuus.

Tämä oletus johtuu siitä, että kun taajuus kaksinkertaistetaan, äänenkorkeus muuttuu saman verran, riippumatta taajuusvälistä, jolla tämä muutos tapahtuu. Jokaiselle oktaavikaistalle on ominaista geometrinen keskitaajuus, joka määräytyy kaavan mukaan

missä f 1 – alempi rajataajuus, Hz; f 2 – ylärajataajuus, Hz.

Koko henkilön kuulemien äänien taajuusalue on jaettu oktaaveihin, joiden geometrinen keskitaajuus on 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000 ja 8000 Hz.

Energian jakautuminen kohinataajuuksille on sen spektrikoostumus. Melun hygieenisessä arvioinnissa mitataan sekä sen intensiteettiä (voimakkuutta) että spektrin koostumusta taajuuksina.

Äänien havaitseminen riippuu värähtelytaajuudesta. Äänet, joiden voimakkuus on sama, mutta taajuudeltaan erilainen, havaitsee korvan epätasaisen voimakkaiksi. Kun taajuus muuttuu, kuulokynnyksen määräävät äänenvoimakkuustasot muuttuvat merkittävästi. Eri intensiteetin äänien havainnon riippuvuutta taajuudesta havainnollistavat ns. yhtä voimakkuuden käyrät (kuva 7.1). Eri taajuuksien äänien havaintotason arvioimiseksi otetaan käyttöön äänenvoimakkuustason käsite, ts. ehdollinen eritaajuisten, mutta saman äänenvoimakkuuden äänien vähentäminen samalle tasolle 1000 Hz:n taajuudella.

Riisi. 7.1. Tasaiset äänenvoimakkuuskäyrät

Äänenvoimakkuustaso on tietyn 1000 Hz:n taajuuden äänen intensiteettitaso (äänenpaine), joka on sen kanssa yhtä kovaa korvaan nähden. Tämä tarkoittaa, että jokainen yhtä suuri äänenvoimakkuuskäyrä vastaa yhtä äänenvoimakkuustason arvoa (äänenvoimakkuudesta 0, joka vastaa kuulokynnystä, äänenvoimakkuuteen 120, joka vastaa kipukynnystä). Äänenvoimakkuus mitataan järjestelmän ulkopuolisella dimensiottomalla yksiköllä - phonilla.

Äänen havaitsemisen arviointi äänenvoimakkuustasolla phoneissa mitattuna ei anna täydellistä fysiologista kuvaa äänen vaikutuksesta kuulokojeeseen, koska. 10 dB:n lisäys äänitasossa luo tunteen, että äänenvoimakkuus kaksinkertaistuu.

Äänenvoimakkuuden fysiologisen tunteen ja äänenvoimakkuustason välinen määrällinen suhde voidaan saada äänenvoimakkuusasteikolta. Äänenvoimakkuusasteikko on helppo muodostaa ottamalla huomioon suhde, että yhden pojan äänenvoimakkuus vastaa 40 phonin äänenvoimakkuustasoa (kuva 1). . 7.2).

Riisi. 7.2. Tilavuusasteikko

Pitkäaikainen altistuminen melulle korkealla intensiteetillä voi heikentää kuuloanalysaattorin herkkyyttä sekä aiheuttaa hermoston häiriöitä ja vaikuttaa kehon muihin toimintoihin (häiritsee unta, häiritsee rasittavaa henkistä työtä), joten erilaiset sallitut tasot on asetettu eri huoneisiin ja erityyppisiin työmeluihin.

Alle 30-35 dB:n melu ei tunnu väsyttävältä tai tuntuvalta. Tämä melutaso on hyväksyttävä lukusaleihin, sairaaloiden osastoihin ja olohuoneisiin yöaikaan. Suunnittelutoimistoissa, toimistotiloissa melutaso 50-60 dB on sallittu.

Melun luokitus

Teollisuuden melu voidaan luokitella eri kriteerien mukaan.

Alkuperän mukaan - aerodynaaminen, hydrodynaaminen, metallinen jne.

Taajuusvasteen mukaan - matala taajuus (1-350 Hz), keskitaajuus (350-800 Hz), korkea taajuus (yli 800 Hz).

Spektrin mukaan - laajakaista (kohina jatkuvalla spektrillä, jonka leveys on yli 1 oktaavi), tonaalinen (kohina, jonka spektrissä on korostettuja ääniä). Laajakaistakohinaa, jolla on sama äänenvoimakkuus kaikilla taajuuksilla, kutsutaan perinteisesti "valkoiseksi". Kohinan tonaalinen luonne käytännön syistä selviää mittaamalla 1/3 oktaavin taajuuskaistoilla ylittämällä yhden kaistan taso viereisten yli vähintään 10 dB.

Ajallisten ominaisuuksien mukaan melu jaetaan pysyvään tai vakaaseen ja ei-pysyvään. Jatkuva melu on melu, jonka äänitaso 8 tunnin työpäivän aikana tai mittausaikana asuin- ja julkisten rakennusten tiloissa, asuinrakennusalueella muuttuu ajan kuluessa enintään 5 dBA mitattuna äänitasomittarin aikaominaisuus "hitaasti".

Jaksottaisella melulla tarkoitetaan melua, jonka äänitaso 8 tunnin työpäivän aikana, työvuoron aikana tai mittausten aikana asuin- ja julkisten rakennusten tiloissa, asuinrakennusalueella muuttuu ajan kuluessa yli 5 dBA ajan mittaan mitattuna. äänitasomittarille ominaista "hidas".

Jaksottainen melu voi olla vaihtelevaa, ajoittaista ja impulsiivista:

ajallisesti vaihteleva melu on melua, jonka äänitaso muuttuu jatkuvasti ajan kuluessa;

ajoittainen melu - tämä on melua, jonka äänitaso muuttuu portaittain (5 dBA tai enemmän), ja niiden intervallien kesto, joiden aikana taso pysyy vakiona, on 1 s tai enemmän;

impulssikohina on kohinaa, joka koostuu yhdestä tai useammasta äänisignaalista, joista jokainen on alle 1 s pitkä ja jonka äänitasot ovat dBA minä ja dBA, mitattuna aikaominaisuuksilla "impulssi" ja "hidas", eroavat vähintään 7 dB.

Kahdelle viimeiselle melutyypille (jaksollinen ja impulssi) on ominaista äänienergian jyrkkä muutos ajan myötä (pillit, piippaukset, sepän vasaran lyönnit, laukaukset jne.).

Työpaikoilla jatkuvan melun tunnusmerkit ovat äänenpainetasot desibeleinä oktaavikaistoina, joiden geometrinen keskitaajuus on 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Hz, määritetty kaavalla (7.4).

Työpaikoilla jatkuvan laajakaistamelun ominaisuudeksi voidaan ottaa äänitaso dBA:na mitattuna äänitasomittarin aikaominaisuudella "hidas", joka määritetään kaavalla:

, dBA, (7.6)

jossa P (A) on äänenpaineen neliökeskiarvo, ottaen huomioon äänitasomittarin korjaus "A", Pa

Jaksottaisen melun ominaisuus työpaikoilla on vastaava (energian mukainen) äänitaso dBA:na.

Vastaava (energia)äänitaso, L A(eq) tietyn ajoittaisen kohinan dBA:na on jatkuvan laajakaistamelun äänitaso, jolla on sama RMS-äänenpaine kuin annetulla katkonaisella kohinalla tietyn ajanjakson aikana ja joka määritetään kaavalla

, dBA, (7.7)

missä p A(t) on äänenpaineen keskiarvon nykyinen arvo, kun otetaan huomioon korjaus " MUTTA"Äänitasomittari, Pa; s 0 - äänenpaineen alkuarvo (ilmassa s 0 = 2 10-5 Pa); T– melun kesto, h.