Stručne fyzikálne vlastnosti zvuku. Zvuk

1. Zvuk, druhy zvuku.

2. fyzicka charakteristika zvuk.

3. Charakteristika sluchového vnemu. Merania zvuku.

4. Prechod zvuku cez rozhranie medzi médiami.

5. Spoľahlivé výskumné metódy.

6. Faktory podmieňujúce prevenciu hluku. Ochrana proti hluku.

7. Základné pojmy a vzorce. Tabuľky.

8. Úlohy.

Akustika. V širšom zmysle je to odvetvie fyziky, ktoré študuje elastické vlny od najnižších frekvencií po najvyššie. V užšom zmysle - doktrína zvuku.

3.1. Zvuk, druhy zvuku

Zvuk v širokom zmysle - elastické vibrácie a vlny šíriace sa v plynných, kvapalných a pevné látky; v užšom zmysle - jav subjektívne vnímaný sluchovými orgánmi ľudí a zvierat.

Normálne ľudské ucho počuje zvuk vo frekvenčnom rozsahu od 16 Hz do 20 kHz. S vekom sa však horná hranica tohto rozsahu znižuje:

Zvuk s frekvenciou pod 16-20 Hz sa nazýva infrazvuk, nad 20 kHz - ultrazvuk, a elastické vlny najvyššej frekvencie v rozsahu od 10 9 do 10 12 Hz - hypersonický.

Zvuky nachádzajúce sa v prírode sú rozdelené do niekoľkých typov.

Tón - je to zvuk, ktorý je periodickým procesom. Hlavnou charakteristikou tónu je frekvencia. jednoduchý tón je vytvorený telesom, ktoré sa chvie podľa harmonického zákona (napríklad ladička). Komplexný tón vzniká periodickými kmitmi, ktoré nie sú harmonické (napríklad zvuk hudobného nástroja, zvuk vytvorený rečovým aparátom človeka).

Hluk- ide o zvuk, ktorý má zložitú neopakujúcu sa časovú závislosť a je kombináciou náhodne sa meniacich zložitých tónov (šušťanie lístia).

sonický tresk- ide o krátkodobý zvukový efekt (tlieskanie, výbuch, úder, hrom).

Komplexný tón ako periodický proces možno znázorniť ako súčet jednoduchých tónov (rozložených na zložkové tóny). Takýto rozklad je tzv spektrum.

Spektrum akustických tónov- je súhrn všetkých jeho frekvencií s uvedením ich relatívnych intenzít alebo amplitúd.

Najnižšia frekvencia v spektre (ν) zodpovedá základnému tónu a zvyšné frekvencie sa nazývajú podtóny alebo harmonické. Podtóny majú frekvencie, ktoré sú násobkami základnej frekvencie: 2v, 3v, 4v, ...

Zvyčajne najväčšia amplitúda spektra zodpovedá základnému tónu. Je to on, kto je vnímaný uchom ako výška tónu (pozri nižšie). Podtóny vytvárajú "farbu" zvuku. Zvuky rovnakej výšky, vytvorené rôznymi nástrojmi, sú uchom vnímané odlišne práve z dôvodu rozdielneho pomeru medzi amplitúdami podtónov. Obrázok 3.1 ukazuje spektrá tej istej noty (ν = 100 Hz) hranej na klavíri a klarinete.

Ryža. 3.1. Spektrá tónov klavíra (a) a klarinetu (b).

Akustické spektrum hluku je pevný.

3.2. Fyzikálne vlastnosti zvuku

1. Rýchlosť(v). Zvuk sa šíri v akomkoľvek médiu okrem vákua. Rýchlosť jeho šírenia závisí od pružnosti, hustoty a teploty prostredia, nezávisí však od frekvencie kmitov. Rýchlosť zvuku v plyne závisí od jeho molárnej hmotnosti (M) a absolútnej teploty (T):

Rýchlosť zvuku vo vode je 1500 m/s; blízka hodnota má rýchlosť zvuku a in mäkkých tkanív organizmu.

2. akustický tlak.Šírenie zvuku je sprevádzané zmenou tlaku v médiu (obr. 3.2).

Ryža. 3.2. Zmena tlaku v médiu počas šírenia zvuku.

Sú to zmeny tlaku, ktoré spôsobujú oscilácie ušný bubienok, ktoré určujú začiatok takého zložitého procesu, akým je vznik sluchových vnemov.

Akustický tlak (Δ Ρ) - toto je amplitúda tých zmien tlaku v médiu, ku ktorým dochádza pri prechode zvukovej vlny.

3. Intenzita zvuku(ja). Šírenie zvukovej vlny je sprevádzané prenosom energie.

Intenzita zvuku je hustota energetického toku prenášaného zvukovou vlnou(pozri vzorec 2.5).

V homogénnom prostredí intenzita zvuku vydávaného v danom smere klesá so vzdialenosťou od zdroja zvuku. Pri použití vlnovodov možno dosiahnuť aj zvýšenie intenzity. Typickým príkladom takéhoto vlnovodu vo voľnej prírode je ušnica.

Vzťah medzi intenzitou (I) a akustickým tlakom (ΔΡ) je vyjadrený nasledujúcim vzorcom:

kde ρ je hustota média; v je v ňom rýchlosť zvuku.

Nazývajú sa minimálne hodnoty akustického tlaku a intenzity zvuku, pri ktorých má človek sluchové vnemy sluchový prah.

Pre ucho priemerného človeka pri frekvencii 1 kHz zodpovedá prah sluchu nasledujúcim hodnotám akustického tlaku (ΔΡ 0) a intenzity zvuku (I 0):

AΡ 0 \u003d 3x10-5 Pa (≈ 2x10-7 mm Hg); I 0 \u003d 10 -12 W/m2.

Hodnoty akustického tlaku a intenzity zvuku, pri ktorých má človek výrazné pocity bolesti, sa nazývajú prah pocit bolesti.

Pre ucho priemerného človeka pri frekvencii 1 kHz zodpovedá prah bolesti nasledujúcim hodnotám akustického tlaku (ΔΡ m) a intenzity zvuku (I m):

4. Úroveň intenzity(L). Pomer intenzít zodpovedajúcich prahom počutia a bolesti je taký vysoký (I m / I 0 = 10 13), že sa v praxi používa logaritmická stupnica, ktorá zavádza špeciálnu bezrozmernú charakteristiku - úroveň intenzity.

Úroveň intenzity sa nazýva dekadický logaritmus pomeru intenzity zvuku k prahu počutia:

Jednotkou úrovne intenzity je biely(B).

Zvyčajne sa používa menšia jednotka úrovne intenzity - decibel(dB): 1 dB = 0,1 B. Úroveň intenzity v decibeloch sa vypočíta pomocou nasledujúcich vzorcov:

Logaritmická povaha závislosti úroveň intenzity z intenzita znamená, že s rastúcim intenzita 10 krát úroveň intenzity zvýši o 10 dB.

Charakteristiky často sa vyskytujúcich zvukov sú uvedené v tabuľke. 3.1.

Ak človek počuje prichádzajúce zvuky z jedného smeru z viacerých nesúvislý zdrojov, ich intenzity sa sčítavajú:

Vysoká úroveň intenzity zvuku vedie k nezvratné zmeny v načúvacom prístroji. Takže zvuk 160 dB môže spôsobiť prasknutie ušného bubienka a posunutie sluchových kostičiek v strednom uchu, čo vedie k nezvratnej hluchote. Pri 140 dB sa človek cíti silná bolesť a dlhodobé vystavenie hluku 90-120 dB vedie k poškodeniu sluchového nervu.

3.3. charakteristiky sluchového vnemu. Merania zvuku

Zvuk je predmetom sluchového vnemu. Posudzuje to subjektívne človek. Všetky subjektívne charakteristiky sluchového vnemu súvisia s objektívnymi charakteristikami zvukovej vlny.

Výška, tón

Pri vnímaní zvukov ich človek rozlišuje podľa výšky tónu a farby.

Výška tón je určený predovšetkým frekvenciou základného tónu (čím vyššia frekvencia, tým vyšší je vnímaný zvuk). V menšej miere závisí výška tónu od intenzity zvuku (zvuk väčšej intenzity je vnímaný ako nižší).

Timbre je charakteristika zvukového vnemu, ktorá je určená jeho harmonickým spektrom. Zafarbenie zvuku závisí od počtu podtónov a ich relatívnej intenzity.

Weberov-Fechnerov zákon. Hlasitosť zvuku

Použitie logaritmickej stupnice na posúdenie úrovne intenzity zvuku je v dobrej zhode s psychofyzickým Weberov-Fechnerov zákon:

Ak zvyšujete podráždenie exponenciálne (t.j. rovnaký počet krát), potom sa pocit tohto podráždenia zvyšuje v aritmetickej progresii (t.j. o rovnakú hodnotu).

presne tak logaritmická funkcia má takéto vlastnosti.

Hlasitosť zvuku nazývaná intenzita (sila) sluchových vnemov.

Ľudské ucho má rozdielna citlivosť na zvuky rôznych frekvencií. Aby sme túto okolnosť zohľadnili, môžeme si vybrať niektoré referenčná frekvencia a porovnať s ním vnímanie iných frekvencií. dohodou referenčná frekvencia braný rovný 1 kHz (z tohto dôvodu je pre túto frekvenciu nastavený prah sluchu I 0).

Pre čistý tón pri frekvencii 1 kHz sa hlasitosť (E) rovná úrovni intenzity v decibeloch:

Pre ostatné frekvencie sa hlasitosť určuje porovnaním intenzity sluchových vnemov s hlasitosťou zvuku pri referenčná frekvencia.

Hlasitosť zvuku sa rovná úrovni intenzity zvuku (dB) pri frekvencii 1 kHz, čo spôsobuje, že „priemerná“ osoba pociťuje rovnaký pocit hlasitosti ako tento zvuk.

Jednotka hlasitosti sa nazýva pozadie.

Nasleduje príklad pomeru hlasitosti verzus frekvencia pri úrovni intenzity 60 dB.

Krivky rovnakej hlasitosti

Podrobný vzťah medzi frekvenciou, hlasitosťou a úrovňou intenzity je znázornený graficky pomocou krivky rovnakej hlasitosti(obr. 3.3). Tieto krivky ukazujú závislosť stupeň intenzity L dB frekvencie ν zvuku pri danej hlasitosti zvuku.

Spodná krivka zodpovedá prah počutia. Umožňuje vám nájsť prahovú hodnotu úrovne intenzity (E = 0) pri danej frekvencii tónu.

Na nájdenie je možné použiť krivky rovnakej hlasitosti hlasitosť zvuku, ak je známa jeho frekvencia a úroveň intenzity.

Merania zvuku

Krivky rovnakej hlasitosti odrážajú vnímanie zvuku priemerná osoba. Na posúdenie sluchu špecifickéčloveka sa používa metóda tónovej prahovej audiometrie.

Audiometria - metóda merania ostrosti sluchu. Na špeciálnom prístroji (audiometri) sa zisťuje prah vnímania sluchu, príp prah vnímania, L P pri rôznych frekvenciách. Ak to chcete urobiť, pomocou generátora zvuku vytvorte zvuk danej frekvencie a zvyšujte úroveň

Ryža. 3.3. Krivky rovnakej hlasitosti

intenzita L, fixovať prahovú úroveň intenzity L p, pri ktorej má subjekt sluchové vnemy. Zmenou frekvencie zvuku sa získa experimentálna závislosť L p (v), ktorá sa nazýva audiogram (obr. 3.4).

Ryža. 3.4. Audiogramy

Porušenie funkcie prístroja na príjem zvuku môže viesť k strata sluchu- pretrvávajúce zníženie citlivosti na rôzne tóny a šepkanú reč.

Medzinárodná klasifikácia stupňov straty sluchu, založená na priemerných hodnotách prahov vnímania pri frekvenciách reči, je uvedená v tabuľke. 3.2.

Na meranie hlasitosti komplexný tón alebo hluk používať špeciálne zariadenia - zvukomery. Zvuk prijímaný mikrofónom sa premieňa na elektrický signál, ktorý prechádza cez filtračný systém. Parametre filtra sú zvolené tak, aby sa citlivosť zvukomeru pri rôznych frekvenciách blížila citlivosti ľudského ucha.

3.4. Prechod zvuku cez rozhranie

Keď zvuková vlna dopadne na rozhranie medzi dvoma médiami, zvuk sa čiastočne odráža a čiastočne preniká do druhého média. Intenzity vĺn odrazených a prenášaných cez hranicu sú určené zodpovedajúcimi koeficientmi.

Pri normálnom výskyte zvukovej vlny na rozhraní medzi médiami platia nasledujúce vzorce:

Zo vzorca (3.9) je zrejmé, že čím viac sa vlnové impedancie média líšia, tým väčší podiel energie sa odráža na rozhraní. Najmä ak hodnota X je blízko nule, potom je koeficient odrazu blízky jednotke. Napríklad pre hranicu vzduch-voda X\u003d 3x10 -4 a r \u003d 99,88 %. To znamená, že odraz je takmer úplný.

V tabuľke 3.3 sú uvedené rýchlosti a vlnové odpory niektorých médií pri 20 °C.

Upozorňujeme, že hodnoty koeficientov odrazu a lomu nezávisia od poradia, v ktorom zvuk prechádza týmito médiami. Napríklad pri prechode zvuku zo vzduchu do vody sú hodnoty koeficientov rovnaké ako pri prechode v opačnom smere.

3.5. Zvukové metódy výskumu

Zvuk môže byť zdrojom informácií o stave ľudských orgánov.

1. Auskultácia- priame počúvanie zvukov, ktoré sa vyskytujú vo vnútri tela. Podľa povahy takýchto zvukov je možné presne určiť, aké procesy prebiehajú v danej oblasti tela a v niektorých prípadoch stanoviť diagnózu. Odpočúvacie zariadenia: stetoskop, fonendoskop.

Fonendoskop pozostáva z dutej kapsuly s vysielacou membránou, ktorá sa prikladá na telo, z nej idú gumené hadičky do ucha lekára. V dutej kapsule dochádza k rezonancii vzduchového stĺpca, čo spôsobuje zvýšenie zvuku a následne zlepšenie počúvania. Ozývajú sa dychové zvuky, sipot, srdcové ozvy, srdcové šelesty.

Klinika využíva inštalácie, v ktorých sa počúvanie vykonáva pomocou mikrofónu a reproduktora. Široký

slúži na nahrávanie zvukov pomocou magnetofónu na magnetickú pásku, čo umožňuje ich reprodukovanie.

2. Fonokardiografia- grafická registrácia tónov a zvukov srdca a ich diagnostická interpretácia. Nahrávanie sa vykonáva pomocou fonokardiografu, ktorý pozostáva z mikrofónu, zosilňovača, frekvenčných filtrov a záznamového zariadenia.

3. perkusie -štúdium vnútorných orgánov poklepaním na povrch tela a analýzou zvukov, ktoré pri tom vznikajú. Poklepanie sa vykonáva buď pomocou špeciálnych kladív, alebo pomocou prstov.

Ak sú v uzavretej dutine spôsobené zvukové vibrácie, potom pri určitej frekvencii zvuku začne vzduch v dutine rezonovať, čím sa zosilní tón, ktorý zodpovedá veľkosti dutiny a jej polohe. Schematicky môže byť ľudské telo reprezentované súčtom rôznych objemov: naplnené plynom (pľúca), kvapalina ( vnútorné orgány), tvrdé (kosti). Pri dopade na povrch tela vznikajú vibrácie s rôznou frekvenciou. Niektorí z nich zhasnú. Iné sa budú zhodovať s prirodzenými frekvenciami dutín, preto budú zosilnené a vďaka rezonancii budú počuteľné. Stav a topografiu orgánu určuje tón bicích zvukov.

3.6. Faktory určujúce prevenciu hluku.

Ochrana proti hluku

Na predchádzanie hluku je potrebné poznať hlavné faktory, ktoré rozhodujú o jeho vplyve na ľudský organizmus: blízkosť zdroja hluku, intenzita hluku, trvanie expozície, obmedzený priestor, v ktorom hluk pôsobí.

Dlhodobé vystavenie hluku spôsobuje komplex symptomatický komplex funkčné a organické zmeny v tele (a nielen sluchovom orgáne).

Účinok dlhotrvajúceho hluku na centrálny nervový systém sa prejavuje spomalením všetkých nervových reakcií, skrátením času aktívnej pozornosti a znížením pracovnej kapacity.

Po dlhom vystavení hluku sa mení rytmus dýchania, rytmus srdcových kontrakcií, dochádza k zvýšeniu tonusu cievny systém, čo vedie k zvýšeniu systolického a diastolického

cal hladinu krvného tlaku. Zmeny v motorickej a sekrečnej aktivite gastrointestinálny trakt, pozoruje sa hypersekrécia jednotlivých endokrinných žliaz. Dochádza k zvýšeniu potenia. Zaznamenáva sa potlačenie mentálnych funkcií, najmä pamäte.

Hluk má špecifický vplyv na funkcie orgánu sluchu. Ucho, ako všetky zmyslové orgány, sa dokáže prispôsobiť hluku. Zároveň sa pod vplyvom hluku zvyšuje prah sluchu o 10-15 dB. Po ukončení vystavenia hluku normálna hodnota prah sluchu sa obnoví až po 3-5 minútach. Pri vysokej úrovni intenzity hluku (80-90 dB) sa jeho únavný efekt dramaticky zvyšuje. Jednou z foriem dysfunkcie sluchového orgánu spojenej s dlhodobým vystavením hluku je strata sluchu (tabuľka 3.2).

Silný vplyv na fyzické a psychický stavčlovek robí rockovú hudbu. Moderná rocková hudba vytvára hluk v rozsahu od 10 Hz do 80 kHz. Experimentálne sa zistilo, že ak hlavný rytmus nastavený bicími nástrojmi má frekvenciu 1,5 Hz a má silný hudobný sprievod pri frekvenciách 15-30 Hz, potom je človek veľmi vzrušený. S rytmom s frekvenciou 2 Hz, s rovnakým sprievodom, človek upadá do stavu blízkeho drogovej intoxikácii. Na rockových koncertoch môže intenzita zvuku presiahnuť 120 dB, hoci ľudské ucho je najpriaznivejšie naladené na priemernú intenzitu 55 dB. V tomto prípade môžu nastať pomliaždeniny, zvukové „popáleniny“, strata sluchu a strata pamäti.

Hluk má škodlivý vplyv na zrakový orgán. Dlhodobé vystavenie osoby priemyselnému hluku v tmavej miestnosti teda vedie k výraznému zníženiu aktivity sietnice, od ktorej závisí práca. očný nerv a teda aj zraková ostrosť.

Ochrana proti hluku je dosť náročná. Je to spôsobené tým, že vďaka pomerne veľkej vlnovej dĺžke zvuk obchádza prekážky (difrakcia) a nevzniká zvukový tieň (obr. 3.5).

Okrem toho mnohé materiály používané v stavebníctve a strojárstve majú nedostatočne vysoký koeficient absorpcie zvuku.

Ryža. 3.5. Difrakcia zvukových vĺn

Tieto funkcie vyžadujú špeciálne prostriedky kontrola hluku, medzi ktoré patrí potláčanie hluku vznikajúceho v samotnom zdroji, použitie tlmičov, použitie elastických závesov, zvukovoizolačných materiálov, eliminácia medzier atď.

Na boj proti hluku prenikajúcemu do obytných priestorov, veľký význam mať správne plánovanie umiestnenia stavieb, účtovanie veternej ružice, vytváranie ochranných pásiem vrátane vegetácie. Rastliny sú dobrým tlmičom hluku. Stromy a kríky môžu znížiť úroveň intenzity o 5-20 dB. Efektívne zelené pruhy medzi chodníkom a chodníkom. Hluk najlepšie uhasia lipy a smreky. Domy umiestnené za vysokou ihličnatou bariérou môžu byť takmer úplne ušetrené hluku z ulice.

Boj proti hluku neznamená vytvorenie absolútneho ticha, pretože pri dlhej absencii sluchových vnemov môže človek zažiť duševné poruchy. Rovnako neprirodzené je pre človeka absolútne ticho a dlhotrvajúci zvýšený hluk.

3.7. Základné pojmy a vzorce. tabuľky

Pokračovanie tabuľky

Koniec stola

Tabuľka 3.1. Charakteristika Stretnutých zvukov

Tabuľka 3.2. Medzinárodná klasifikácia straty sluchu

Tabuľka 3.3. Rýchlosť zvuku a špecifický akustický odpor pre niektoré látky a ľudské tkanivá pri t = 25 °С

3.8. Úlohy

1. Zvuk, ktorý zodpovedá úrovni intenzity L 1 = 50 dB na ulici, je v miestnosti počuť ako zvuk s úrovňou intenzity L 2 = 30 dB. Nájdite pomer intenzít zvuku na ulici a v miestnosti.

2. Úroveň hlasitosti zvuku s frekvenciou 5000 Hz sa rovná E = 50 fónov. Nájdite intenzitu tohto zvuku pomocou kriviek rovnakej hlasitosti.

Riešenie

Z obrázku 3.2 zistíme, že pri frekvencii 5000 Hz hlasitosť E = 50 pozadia zodpovedá úrovni intenzity L = 47 dB = 4,7 B. Zo vzorca 3.4 zistíme: I = 10 4,7 I 0 = 510 -8 W / m 2.

odpoveď: I \u003d 5? 10-8 W/m2.

3. Ventilátor vytvára zvuk, ktorého intenzita je L = 60 dB. Nájdite úroveň intenzity zvuku, keď bežia dva susedné ventilátory.

Riešenie

L2 = log(2x10 L) = log2 + L = 0,3 + 6B = 63 dB (pozri 3.6). odpoveď: L2 = 63 dB.

4. Hladina hluku prúdového lietadla vo vzdialenosti 30 m od neho je 140 dB. Aká je úroveň hlasitosti vo vzdialenosti 300 m? Ignorujte odraz od zeme.

Riešenie

Intenzita klesá úmerne so štvorcom vzdialenosti – znižuje sa 102-násobne. L 1 - L 2 \u003d 10xlg (I 1 / I 2) \u003d 10x2 \u003d 20 dB. odpoveď: L2 = 120 dB.

5. Pomer intenzít dvoch zdrojov zvuku je: I 2 /I 1 = 2. Aký je rozdiel v úrovniach intenzity týchto zvukov?

Riešenie

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

6. Aká je úroveň intenzity zvuku s frekvenciou 100 Hz, ktorý má rovnakú hlasitosť ako zvuk s intenzitou 3 kHz

Riešenie

Pomocou kriviek rovnakej hlasitosti (obr. 3.3) zistíme, že 25 dB pri frekvencii 3 kHz zodpovedá hlasitosti 30 fónov. Pri frekvencii 100 Hz táto hlasitosť zodpovedá úrovni intenzity 65 dB.

odpoveď: 65 dB.

7. Amplitúda zvukovej vlny sa strojnásobila. a) o koľko sa zvýšila jeho intenzita? b) o koľko decibelov sa zvýšila hlasitosť?

Riešenie

Intenzita je úmerná druhej mocnine amplitúdy (pozri 3.6):

8. V laboratórnej miestnosti umiestnenej v dielni dosiahla hladina intenzity hluku 80 dB. Aby sa znížil hluk, bolo rozhodnuté očalúniť steny laboratória materiálom pohlcujúcim zvuk, ktorý znižuje intenzitu zvuku 1500-krát. Aká bude úroveň intenzity hluku potom v laboratóriu?

Riešenie

Úroveň intenzity zvuku v decibeloch: L = 10 X log(I/I 0). Keď sa intenzita zvuku zmení, zmena úrovne intenzity zvuku sa bude rovnať:

9. Impedancie týchto dvoch médií sa líšia faktorom 2: R2 = 2R1. Aká časť energie sa odráža od rozhrania a aká časť energie prechádza do druhého prostredia?

Riešenie

Pomocou vzorcov (3.8 a 3.9) zistíme:

Odpoveď: 1/9časť energie sa odráža a 8/9 prechádza do druhého média.

Zvuk- kolísanie v frekvenčný rozsah počuteľnosť osoby, šíriace sa vo forme vĺn v elastických médiách. Hluk - náhodná kombinácia zvukov rôznej sily a frekvencie. Zdrojom hluku je každý proces, ktorý spôsobuje lokálnu zmenu tlaku alebo mechanické vibrácie v pevných, kvapalných a plynných médiách.

Zvukové vnemy sú vnímané ľudskými sluchovými orgánmi, keď sú vystavené zvukovým vlnám s frekvenciou v rozsahu od 16 Hz do 20 tisíc Hz. Vibrácie pod 16 Hz sa nazývajú infrazvuk a vibrácie nad 20 000 Hz sa nazývajú ultrazvuk.

Pôvod hluku môže byť mechanické, aerohydrodynamické a elektromagnetické.

mechanický hluk vzniká v dôsledku otrasov kĺbových častí strojov, ich vibrácií, pri obrábaní dielov, v ozubené kolesá vo valivých ložiskách atď. Sila vyžarovania zvuku vibrujúcej plochy závisí od intenzity vibrácií vibrujúcich plôch, ich veľkosti, tvaru, spôsobu upevnenia a pod.

Aerohydrodynamický hluk sa objavuje ako výsledok pulzácie tlaku v plynoch a kvapalinách počas ich pohybu v potrubiach a kanáloch (turbostroje, čerpacie jednotky, ventilačné systémy atď.).

elektromagnetického šumu je výsledkom naťahovania a ohýbania feromagnetických materiálov pri pôsobení striedavého elektromagnetického poľa (elektrické stroje, transformátory, tlmivky a pod.).

Prejavuje sa vplyv hluku na človeka od subjektívneho podráždenia až po objektívne patologické zmeny funkcie sluchových orgánov, centrál nervový systém, kardiovaskulárneho systému, vnútorné orgány.

Povaha vplyvu hluku je spôsobená jeho fyzikálne vlastnosti (úroveň, spektrálne zloženie atď.), trvanie expozície a psychofyziologický stav človeka.

Znížená hlukom pozornosť, výkon. Hluk ruší spánok a odpočinok ľudí.

Všetky rôzne neurotické a kardiologické poruchy, poruchy gastrointestinálneho traktu, sluchu atď., ktoré sa vyskytujú pod vplyvom hluku, sú kombinované do komplexu symptómov „choroby z hluku“ .

Z fyzikálneho hľadiska je zvuk charakterizovaný frekvenciu vibrácií, akustický tlak, intenzitu alebo silu zvuku. V súlade s hygienickými predpismi 2.2.4/2.1.8.10-32-2002 "Hluk na pracoviskách, v priestoroch obytných, verejných budov a na území bytových domov" sú hlavné hlukové charakteristiky frekvencia vibrácií, akustický tlak a hladina zvuku.

Akustický tlak R(Pa) - premenlivá zložka tlaku vzduchu alebo plynu, ktorá je výsledkom zvukových vibrácií, Pa.

Keď sa zvuková vlna šíri, energia sa prenáša. Energia, ktorú prenesie zvuková vlna za jednotku času povrchom kolmým na smer šírenia vlny, sa nazýva intenzita zvuku ja(W/m2) :

,

Kde R– akustický tlak, Pa; ρ – hustota média šíriaceho sa zvuku, kg/m 3 ; C je rýchlosť zvuku vo vzduchu, m/s.

Ľudský načúvací prístroj má nerovnakú citlivosť na zvuky rôznych frekvencií. Sluchový orgán človeka je schopný vnímať zvukové vibrácie v určitom rozsahu intenzít, ohraničených horným a dolným prahom, v závislosti od frekvencie zvuku (obr. 1).

sluchový prah má minimálnu hodnotu okolo 1000 Hz. Intenzita alebo sila zvuku Ja o rovná sa 10 -12 W / m 2 a pokiaľ ide o akustický tlak P o- 2x10 -5 Pa. Prah bolesti pri frekvencii 1000 Hz v intenzite ja max rovná 10 W / m 2 a pokiaľ ide o akustický tlak - R max\u003d 2x10 -5 Pa. Preto pre odkaz sa prijíma zvuk s frekvenciou 1000 Hz Medzi prahom sluchu a prahom bolesti leží oblasť sluchu .

Ľudské ucho nereaguje na absolútnu, ale na relatívnu zmenu zvuku. Podľa Weber-Fechnerovho zákona je dráždivý účinok hluku na človeka úmerný desatinnému logaritmu druhej mocniny akustického tlaku. Preto sa na charakterizáciu šumu používajú logaritmické úrovne:

úroveň intenzity zvuku L I a hladinu akustického tlaku L P . Meria sa v decibeloch a podľa toho sa určujú podľa vzorcov:

, dB,

, dB,

Kde ja A Io- skutočná a prahová intenzita zvuku W/m 2 ; R A R o- skutočný a prahový akustický tlak, Pa.

Jednotka biely pomenovaný po Alexandra Graham Bell- vedec, vynálezca a obchodník škótskeho pôvodu, jeden zo zakladateľov telefonovania (angl. Alexander Graham Bell; 3. marca 1847 (18470303), Edinburgh, Škótsko - 2. augusta 1922, Baddeck, Nové Škótsko, Kanada).

Obr 1. Oblasť ľudského sluchového vnímania

Jeden bel je extrémne malá hodnota, sotva badateľná zmena hlasitosti zodpovedá 1 dB (zodpovedá zmene intenzity zvuku o 26 % alebo akustického tlaku o 12 %).

Logaritmická stupnica v dB (0…140) umožňuje určiť čisto fyzikálnu charakteristiku hluku, nezávisle od frekvencie. Najvyššia citlivosť ľudského načúvacieho prístroja sa však vyskytuje pri frekvenciách 800...1000 Hz a najnižšia pri 20...100 Hz. Preto, aby sa výsledky subjektívnych meraní priblížili subjektívnemu vnímaniu, koncept upravená hladina akustického tlaku. Podstatou korekcie je zavedenie úprav nameranej hodnoty hladiny akustického tlaku v závislosti od frekvencie. Najpoužívanejšia korekcia A. Opravená hladina akustického tlaku L A \u003d L P - AL A volal hladina zvuku.

Študent musí vedieť : čo sa nazýva zvuk, povaha zvuku, zdroje zvuku; fyzikálne vlastnosti zvuku (frekvencia, amplitúda, rýchlosť, intenzita, úroveň intenzity, tlak, akustické spektrum); fyziologické charakteristiky zvuku (výška, hlasitosť, zafarbenie, minimálna a maximálna frekvencia vibrácií vnímaná danou osobou, prah počuteľnosti, prah bolesti) ich vzťah k fyzikálnym charakteristikám zvuku; naslúchadločlovek, teória vnímania zvuku; koeficient zvukovej izolácie; akustická impedancia, absorpcia a odraz zvuku, koeficienty odrazu a prieniku zvukových vĺn, dozvuk; fyzikálne základy metód výskumu zvuku na klinike, koncept audiometrie.

Študent musí byť schopný: pomocou generátora zvuku odstráňte závislosť prahu sluchu od frekvencie; určte minimálnu a maximálnu frekvenciu vibrácií, ktorú vnímate, urobte audiogram pomocou audiometra.

Stručná teória zvuku. Fyzikálne vlastnosti zvuku

zvuk nazývané mechanické vlny s frekvenciou kmitov častíc elastického média od 20 Hz do 20 000 Hz, vnímané ľudské ucho.

Fyzické pomenovať tie vlastnosti zvuku, ktoré objektívne existujú. Nesúvisia so zvláštnosťami ľudského vnímania zvukových vibrácií. K fyzikálnym vlastnostiam zvuku patrí frekvencia, amplitúda vibrácií, intenzita, úroveň intenzity, rýchlosť šírenia zvukových vibrácií, akustický tlak, akustické spektrum zvuku, koeficienty odrazu a prieniku zvukových vibrácií atď. Stručne sa nimi zamyslime.

Oscilačná frekvencia. Frekvencia zvukových vibrácií je počet vibrácií častíc elastického média (v ktorom sa šíria zvukové vibrácie) za jednotku času. Frekvencia zvukových vibrácií je v rozsahu 20 - 20000 Hz. Každý konkrétny človek vníma určitý rozsah frekvencií (zvyčajne mierne nad 20 Hz a pod 20 000 Hz).

Amplitúda zvukové kmitanie sa nazýva najväčšia odchýlka kmitajúcich častíc prostredia (v ktorom sa zvukové kmitanie šíri) od rovnovážnej polohy.

intenzita zvukových vĺn(alebo zvuková sila) sa nazýva fyzikálne množstvo numericky sa rovná pomeru energie prenášanej zvukovou vlnou za jednotku času cez jednotku plochy povrchu orientovanú kolmo na vektor rýchlosti zvukovej vlny, to znamená:

Kde W- energia vĺn, t je čas prenosu energie cez oblasť S.

Jednotka intenzity: [ ja] = 1 J/(m 2 c) = 1 W/m 2 .

Venujme pozornosť skutočnosti, že energia a teda aj intenzita zvukovej vlny sú priamo úmerné druhej mocnine amplitúdy “ A» a frekvencia « ω » zvukové vibrácie:

W~A 2 A I~A 2 ;w~ω 2 A Ja ~ω 2 .

4. Rýchlosť zvuku nazývaná rýchlosť šírenia energie zvukových vibrácií. Pre rovinnú harmonickú vlnu sa fázová rýchlosť (rýchlosť šírenia fázy kmitania (čela vlny), napríklad maximum alebo minimum, t.j. zhluk alebo zriedenie média) rovná rýchlosti vlny. Pre komplexné kmitanie (podľa Fourierovej vety ho možno znázorniť ako súčet harmonických kmitov) sa zavádza pojem skupinová rýchlosť je rýchlosť šírenia skupiny vĺn, ktorou sa energia prenáša danou vlnou.

Rýchlosť zvuku v akomkoľvek prostredí možno nájsť pomocou vzorca:

, (2)

Kde E- modul pružnosti média (Youngov modul),  je hustota média.

So zvýšením hustoty média (napríklad o 2 krát), modul pružnosti E sa zvyšuje vo väčšej miere (viac ako 2-krát), preto s nárastom hustoty média sa zvyšuje rýchlosť zvuku. Napríklad rýchlosť zvuku vo vode je ≈ 1500 m/s, v oceli - 8000 m/s.

Pre plyny môže byť vzorec (2) transformovaný a získaný v nasledujúci formulár:

(3)

kde  = S R /S V je pomer molárnych alebo špecifických tepelných kapacít plynu pri konštantnom tlaku ( S R) a pri konštantnej hlasitosti ( S V).

R je univerzálna plynová konštanta ( R = 8,31 J/mol K);

T - absolútna teplota na Kelvinovej stupnici ( T = t o C+273);

M- molárna hmota plyn (pre normálnu zmes vzdušných plynov

M = 29 10 -3 kg/mol).

Pre vzduch pri T = 273 tis a normálnom atmosférickom tlaku je rýchlosť zvuku υ = 331,5 332 m/s. Je potrebné poznamenať, že intenzita vlny (vektorová veličina) sa často vyjadruje ako rýchlosť vlny :

alebo
, (4)

Kde S l- objem, u=W/S l je objemová hustota energie. Vektor v rovnici (4) sa nazýva Umov vektor.

5.akustický tlak nazývaná fyzikálna veličina, ktorá sa číselne rovná pomeru modulu tlakovej sily F kmitajúce častice prostredia, v ktorom sa zvuk šíri do oblasti S kolmo orientovanej plošiny vzhľadom na vektor tlakovej sily.

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

Intenzita zvukovej vlny je priamo úmerná druhej mocnine akustického tlaku:

ja = P 2 /(2  υ) , (7)

Kde R- akustický tlak,  - stredná hustota, υ je rýchlosť zvuku v danom médiu.

6.Úroveň intenzity. Úroveň intenzity (hladina intenzity zvuku) je fyzikálna veličina, ktorá sa číselne rovná:

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

Kde ja- intenzita zvuku, ja 0 =10 -12 W/m 2 - najnižšia intenzita vnímaná ľudským uchom pri frekvencii 1000 Hz.

Úroveň intenzity L, na základe vzorca (8), sa merajú v beloch ( B). L = 1 B, Ak I=10I 0 .

Maximálna intenzita vnímaná ľudským uchom ja max = 10 W/m 2 , t.j. ja max / ja 0 =10 13 alebo L max = 13 B.

Častejšie sa úroveň intenzity meria v decibeloch ( dB):

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

Úroveň intenzity zvuku možno zistiť pomocou akustického tlaku.

Pretože ja~ R 2 , To L(dB) = 10 ug(l/l 0 ) = 10 log(P/P 0 ) 2 = 20 log(P/P 0 ) , Kde P 0 = 2  10 -5 Pa (na I 0 =10 -12 W/m 2 ).

7.tón nazýva sa zvuk, čo je periodický proces (periodické kmity zdroja zvuku sa nemusia nevyhnutne vykonávať podľa harmonického zákona). Ak zdroj zvuku vytvára harmonické kmitanie x=ASinωt, potom sa tento zvuk nazýva jednoduché alebo čisté tón. Neharmonické periodické kmitanie zodpovedá komplexnému tónu, ktorý možno podľa Fourierovej vety znázorniť ako súbor jednoduchých tónov s frekvenciami.  O(základný tón) a 2  O , 3  O atď., tzv podtóny so zodpovedajúcimi amplitúdami.

8.akustické spektrum zvuk je súbor harmonických vibrácií s príslušnými frekvenciami a amplitúdami vibrácií, na ktoré sa dá rozložiť daný komplexný tón. Komplexné tónové spektrum je linkované, t.j. frekvencie  ó, 2  O atď.

9. Hluk ( zvukový hluk ) nazývaný zvuk, ktorý je zložitým, v čase neopakujúcim sa kmitom častíc elastického média. Hluk je kombináciou náhodne sa meniacich komplexných tónov. Akustické spektrum hluku pozostáva z takmer akejkoľvek frekvencie v audio rozsahu, t.j. akustické spektrum hluku je spojité.

Zvuk môže byť aj vo forme sonického tresku. sonický tresk- ide o krátkodobý (zvyčajne intenzívny) zvukový efekt (tlieskanie, výbuch a pod.).

10.Koeficienty prieniku a odrazu zvukovej vlny. Dôležitou charakteristikou média, ktorá určuje odraz a prenikanie zvuku, je vlnový odpor (akustická impedancia) Z= υ , Kde  - stredná hustota, υ je rýchlosť zvuku v médiu.

Ak napríklad rovinná vlna dopadne normálne na rozhranie medzi dvoma médiami, potom zvuk čiastočne prechádza do druhého média a časť zvuku sa odráža. Ak intenzita zvuku klesne ja 1 , prihrávky - ja 2 , odrazené ja 3 = ja 1 - ja 2 , To:

1) koeficient prieniku zvukovej vlny  volal  = ja 2 /I 1 ;

2) koeficient odrazu  s názvom:

= ja 3 /I 1 =(I 1 -Ja 2 )/ ja 1 = 1-I 2 /I 1 =1-  .

Rayleigh to ukázal  =

Ak υ 1  1 = υ 2  2 , To  =1 (maximálna hodnota), pričom  =0 , t.j. odrazená vlna chýba.

Ak Z 2 >>Z 1 alebo υ 2  2 >> υ 1  1 , To   4 υ 1  1 / υ 2  2 . Napríklad, ak sa zvuk šíri zo vzduchu do vody, potom  =4(440/1440000)=0,00122 alebo 0,122% intenzita dopadajúceho zvuku preniká zo vzduchu do vody.

11. Koncept reverbu. Čo je to reverb? V uzavretej miestnosti sa zvuk s postupne klesajúcou intenzitou opakovane odráža od stropu, stien, podlahy a pod. Preto po ukončení zdroja zvuku je zvuk po určitú dobu počuť v dôsledku viacnásobných odrazov (brumu).

Reverb nazývaný proces postupného tlmenia zvuku v uzavretých priestoroch po zastavení vyžarovania zdrojom zvukových vĺn. Čas dozvuku nazývaný čas, za ktorý sa intenzita zvuku pri dozvuku zníži 10 6-krát. Pri projektovaní učební, koncertných sál a pod. brať do úvahy potrebu získania určitého času (časového intervalu) dozvuku. Napríklad pre Sieň stĺpov Domu odborov a Veľkého divadla v Moskve je čas dozvuku pre prázdne miestnosti 4,55 s a 2,05 s, pre plné - 1,70 s a 1,55 s.

Laboratórium č. 5

Audiometria

Študent musí vedieť: čo sa nazýva zvuk, povaha zvuku, zdroje zvuku; fyzikálne vlastnosti zvuku (frekvencia, amplitúda, rýchlosť, intenzita, úroveň intenzity, tlak, akustické spektrum); fyziologické charakteristiky zvuku (výška, hlasitosť, zafarbenie, minimálna a maximálna frekvencia vibrácií vnímaná danou osobou, prah počuteľnosti, prah bolesti) ich vzťah k fyzikálnym charakteristikám zvuku; ľudský načúvací prístroj, teória vnímania zvuku; koeficient zvukovej izolácie; akustická impedancia, absorpcia a odraz zvuku, koeficienty odrazu a prieniku zvukových vĺn, dozvuk; fyzikálne základy metód výskumu zvuku na klinike, koncept audiometrie.

Študent musí byť schopný: pomocou generátora zvuku odstráňte závislosť prahu sluchu od frekvencie; určte minimálnu a maximálnu frekvenciu vibrácií, ktorú vnímate, urobte audiogram pomocou audiometra.

Stručná teória

Zvuk. Fyzikálne vlastnosti zvuku.

zvuk nazývané mechanické vlny s frekvenciou kmitov častíc elastického média od 20 Hz do 20 000 Hz, vnímané ľudským uchom.

Fyzické pomenovať tie vlastnosti zvuku, ktoré objektívne existujú. Nesúvisia so zvláštnosťami ľudského vnímania zvukových vibrácií. K fyzikálnym vlastnostiam zvuku patrí frekvencia, amplitúda vibrácií, intenzita, úroveň intenzity, rýchlosť šírenia zvukových vibrácií, akustický tlak, akustické spektrum zvuku, koeficienty odrazu a prieniku zvukových vibrácií atď. Stručne sa nimi zamyslime.

1. Oscilačná frekvencia. Frekvencia zvukových vibrácií je počet vibrácií častíc elastického média (v ktorom sa šíria zvukové vibrácie) za jednotku času. Frekvencia zvukových vibrácií je v rozsahu 20 - 20000 Hz. Každý konkrétny človek vníma určitý rozsah frekvencií (zvyčajne mierne nad 20 Hz a pod 20 000 Hz).

2. Amplitúda zvukové kmitanie nazývame najväčšou odchýlkou ​​kmitajúcich častíc prostredia (v ktorom sa zvukové kmitanie šíri) od rovnovážnej polohy.

3. intenzita zvukových vĺn(alebo zvuková sila) je fyzikálna veličina, ktorá sa číselne rovná pomeru energie prenášanej zvukovou vlnou za jednotku času cez jednotku plochy povrchu orientovanú kolmo na vektor rýchlosti zvukovej vlny, to znamená:

Kde W- energia vĺn, t je čas prenosu energie cez oblasť S.

Jednotka intenzity: [ ja] \u003d 1 J / (m 2 s) \u003d 1 W / m 2.

Venujme pozornosť skutočnosti, že energia a teda aj intenzita zvukovej vlny sú priamo úmerné druhej mocnine amplitúdy “ A» a frekvencia « ω » zvukové vibrácie:

W~A2 A I~A2 ; W ~ ω 2 A I ~ ω 2.

4. Rýchlosť zvuku nazývaná rýchlosť šírenia energie zvukových vibrácií. Pre rovinnú harmonickú vlnu sa fázová rýchlosť (rýchlosť šírenia fázy kmitania (čela vlny), napríklad maximum alebo minimum, t.j. zhluk alebo zriedenie média) rovná rýchlosti vlny. Pre komplexné kmitanie (podľa Fourierovej vety ho možno znázorniť ako súčet harmonických kmitov) sa zavádza pojem skupinová rýchlosť je rýchlosť šírenia skupiny vĺn, ktorou sa energia prenáša danou vlnou.

Rýchlosť zvuku v akomkoľvek médiu možno nájsť podľa vzorca:

Kde E- modul pružnosti média (Youngov modul), r je hustota média.

So zvýšením hustoty média (napríklad o 2 krát), modul pružnosti E sa zvyšuje vo väčšej miere (viac ako 2-krát), preto s nárastom hustoty média sa zvyšuje rýchlosť zvuku. Napríklad rýchlosť zvuku vo vode je ≈ 1500 m/s, v oceli - 8000 m/s.

Pre plyny sa vzorec (2) môže transformovať a získať v tejto forme:

(3)

kde g = C R /ŽIVOTOPIS je pomer molárnych alebo špecifických tepelných kapacít plynu pri konštantnom tlaku ( C R) a pri konštantnej hlasitosti ( ŽIVOTOPIS).

R je univerzálna plynová konštanta ( R = 8,31 J/mol K);

T- absolútna teplota na Kelvinovej stupnici ( T = t o C + 273);

M- molárna hmotnosť plynu (pre normálnu zmes vzdušných plynov

M = 29 × 10-3 kg/mol).

Pre vzduch pri T = 273 tis a normálnom atmosférickom tlaku je rýchlosť zvuku υ=331,5 » 332 m/s. Je potrebné poznamenať, že intenzita vlny (vektorové množstvo) sa často vyjadruje rýchlosťou vlny:

alebo , (4)

Kde S×l- objem, u=W/S×l je objemová hustota energie. Vektor v rovnici (4) sa nazýva Umov vektor.

5.akustický tlak nazývaná fyzikálna veličina, ktorá sa číselne rovná pomeru modulu tlakovej sily F kmitajúce častice prostredia, v ktorom sa zvuk šíri do oblasti S kolmo orientovanej plošiny vzhľadom na vektor tlakovej sily.

P=F/S [P]= 1N / m2 \u003d 1Pa (5)

Intenzita zvukovej vlny je priamo úmerná druhej mocnine akustického tlaku:

I \u003d P 2 / (2r υ), (7)

Kde R- akustický tlak, r- stredná hustota, υ je rýchlosť zvuku v danom médiu.

6.Úroveň intenzity. Úroveň intenzity (hladina intenzity zvuku) je fyzikálna veličina, ktorá sa číselne rovná:

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

Kde ja- intenzita zvuku, I 0 \u003d 10 -12 W/m2- najnižšia intenzita vnímaná ľudským uchom pri frekvencii 1000 Hz.

Úroveň intenzity L, na základe vzorca (8), sa merajú v beloch ( B). L = 1 B, Ak I = 1010.

Maximálna intenzita vnímaná ľudským uchom I max \u003d 10 W/m2, t.j. I max / I 0 = 10 13 alebo L max \u003d 13 B.

Častejšie sa úroveň intenzity meria v decibeloch ( dB):

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

Úroveň intenzity zvuku možno zistiť pomocou akustického tlaku.

Pretože Ja ~ R 2, To L(dB) = 10 lg (I/I 0) = 10 lg (P/P 0) 2 = 20 lg (P/P 0), Kde P 0 \u003d 2 × 10 -5 Pa (pri I 0 \u003d 10 -12 W / m2).

7.tón nazýva sa zvuk, čo je periodický proces (periodické kmity zdroja zvuku sa nemusia nevyhnutne vykonávať podľa harmonického zákona). Ak zdroj zvuku vytvára harmonické kmitanie x=ASinωt, potom sa tento zvuk nazýva jednoduché alebo čisté tón. Neharmonické periodické kmitanie zodpovedá komplexnému tónu, ktorý môže byť reprezentovaný Fournetovou vetou ako súbor jednoduchých tónov s frekvenciami. n o(základný tón) a 2n o, 3n o atď., tzv podtóny so zodpovedajúcimi amplitúdami.

8.akustické spektrum zvuk je súbor harmonických vibrácií s príslušnými frekvenciami a amplitúdami vibrácií, na ktoré sa dá rozložiť daný komplexný tón. Komplexné tónové spektrum je linkované, t.j. frekvencie n o, 2n o atď.

9. Hluk( zvukový hluk ) nazývaný zvuk, ktorý je zložitým, v čase neopakujúcim sa kmitom častíc elastického média. Hluk je kombináciou náhodne sa meniacich komplexných tónov. Akustické spektrum hluku pozostáva z takmer akejkoľvek frekvencie v audio rozsahu, t.j. akustické spektrum hluku je spojité.

Zvuk môže byť aj vo forme sonického tresku. sonický tresk- ide o krátkodobý (zvyčajne intenzívny) zvukový efekt (tlieskanie, výbuch a pod.).

10.Koeficienty prieniku a odrazu zvukovej vlny. Dôležitou charakteristikou média, ktorá určuje odraz a prenikanie zvuku, je vlnový odpor (akustická impedancia) Z=rυ, Kde r- stredná hustota, υ je rýchlosť zvuku v médiu.

Ak napríklad rovinná vlna dopadne normálne na rozhranie medzi dvoma médiami, potom zvuk čiastočne prechádza do druhého média a časť zvuku sa odráža. Ak intenzita zvuku klesne ja 1, prihrávky - ja 2, odrazené I 3 \u003d I 1 - I 2, To:

1) koeficient prieniku zvukovej vlny b volal b=I2/I1;

2) koeficient odrazu a s názvom:

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

Rayleigh to ukázal b=

Ak υ 1 r 1 = υ 2 r 2, To b = 1(maximálna hodnota), pričom a=0, t.j. odrazená vlna chýba.

Zvuk ako fyzikálny jav je charakterizovaný akustickým tlakom P(Pa), intenzita ja(W / m 2) a frekvenciu f(Hz).

Zvuk ako fyziologický jav je charakterizovaný úrovňou zvuku (telefóny) a hlasitosťou (spánky).

Šírenie zvukových vĺn je sprevádzané prenosom vibračnej energie v priestore. Jeho množstvo prechádzajúce oblasťou
1 m 2, umiestnený kolmo na smer šírenia zvukovej vlny, určuje intenzitu alebo silu zvuku ja,

W/m2, (7,1)

Kde E je tok zvukovej energie, W; S- Plocha, m2 .

Ľudské ucho nie je citlivé na intenzitu zvuku, ale na tlak. R, vykreslený zvukovou vlnou, ktorá je určená vzorcom

Kde F je normálová sila, s ktorou zvuková vlna pôsobí na povrch, N; S je plocha, na ktorú zvuková vlna dopadá, m 2 .

Hodnoty intenzity zvuku a hladiny akustického tlaku, ktoré je potrebné v praxi riešiť, sa značne líšia. Oscilácie zvukových frekvencií môže ľudské ucho vnímať len pri určitej intenzite alebo akustickom tlaku. Prahové hodnoty akustického tlaku, pri ktorých zvuk nevnímame alebo sa zvukový vnem mení na bolesť, sa nazývajú prah počutia a prah bolesti.

Prah počutia pri frekvencii 1000 Hz zodpovedá intenzite zvuku 10 -12 W/m 2 a akustickému tlaku 2·10 -5 Pa. Pri intenzite zvuku 1 W/m 2 a akustickom tlaku 2·10 1 Pa (pri frekvencii 1000 Hz) sa vytvára pocit bolesti v ušiach. Tieto úrovne sa nazývajú prah bolesti a prekračujú prah počutia 10 12-krát a 10 6-krát.

Na posúdenie hluku je vhodné merať nie absolútnu hodnotu intenzity a tlaku, ale ich relatívnu úroveň v logaritmických jednotkách, charakterizovanú pomerom skutočne vytvorenej intenzity a tlaku k ich hodnotám zodpovedajúcim prahu sluchu. Na logaritmickej stupnici 10-násobné zvýšenie intenzity a tlaku zvuku zodpovedá zvýšeniu pocitu o 1 jednotku, ktorá sa nazýva biela (B):

, Bel, (7.3)

(9.3)

Kde ja o a R o - počiatočné hodnoty intenzity a akustického tlaku (intenzita a tlak zvuku na prahu sluchu).

Pre počiatočnú hodnotu 0 (nula) Bel prijal prah pre počutie hodnoty akustického tlaku 2,10 -5 Pa (prah sluchu alebo vnímania). Celý rozsah energie vnímanej uchom ako zvuk sa za týchto podmienok zmestí do 13-14 B. Pre pohodlie používajú nie bielu, ale jednotku 10-krát menšiu - decibel (dB), čo zodpovedá minimálnemu zvýšeniu intenzity zvuku rozlíšiteľné podľa ucha.

V súčasnosti je všeobecne akceptované charakterizovať intenzitu hluku pomocou hladín akustického tlaku, určených vzorcom

, dB, (7,4)

Kde R- efektívna hodnota akustického tlaku, Pa; R o - počiatočná hodnota akustického tlaku (vo vzduchu Р o = 2·10 -5 Pa).

Treťou dôležitou charakteristikou zvuku, ktorá určuje jeho výšku, je frekvencia vibrácií, meraná počtom úplných vibrácií uskutočnených za 1 s (Hz). Frekvencia oscilácií určuje výšku zvuku: čím vyššia je frekvencia oscilácií, tým vyšší je zvuk. Avšak v skutočný život, aj vo výrobných podmienkach sa najčastejšie stretávame so zvukmi s frekvenciou 50 až 5000 Hz. Ľudský sluchový orgán nereaguje na absolútne, ale na relatívne zvýšenie frekvencie: zdvojnásobenie frekvencie kmitov sa vníma ako zvýšenie tónu o určitú hodnotu, nazývanú oktáva. Oktáva je teda rozsah, v ktorom sa horná medzná frekvencia rovná dvojnásobku spodnej frekvencie.

Tento predpoklad je spôsobený skutočnosťou, že keď sa frekvencia zdvojnásobí, výška tónu sa zmení o rovnakú hodnotu, bez ohľadu na frekvenčný interval, v ktorom k tejto zmene dôjde. Každé oktávové pásmo je charakterizované geometrickou strednou frekvenciou, určenou vzorcom

Kde f 1 – spodná medzná frekvencia, Hz; f 2 – horná medzná frekvencia, Hz.

Celý frekvenčný rozsah zvukov, ktoré človek počuje, je rozdelený do oktáv s geometrickými strednými frekvenciami 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000 a 8000 Hz.

Rozloženie energie na frekvenciách hluku je jeho spektrálne zloženie. Pri hygienickom hodnotení hluku sa meria ako jeho intenzita (sila), tak aj spektrálne zloženie z hľadiska frekvencií.

Vnímanie zvukov závisí od frekvencie vibrácií. Zvuky, ktoré majú rovnakú intenzitu, ale odlišnú frekvenciu, sú uchom vnímané ako nerovnako hlasné. Pri zmene frekvencie sa výrazne menia úrovne intenzity zvuku, ktoré určujú prah sluchu. Závislosť vnímania zvukov rôznych úrovní intenzity od frekvencie ilustrujú takzvané krivky rovnakej hlasitosti (obr. 7.1). Na posúdenie úrovne vnímania zvukov rôznych frekvencií sa zavádza pojem hladina hlasitosti zvuku, t.j. podmienené zníženie zvukov rôznych frekvencií, ale rovnakej hlasitosti na rovnakú úroveň pri frekvencii 1000 Hz.

Ryža. 7.1. Krivky rovnakej hlasitosti

Úroveň hlasitosti zvuku je úroveň intenzity (akustického tlaku) daného zvuku s frekvenciou 1000 Hz, ktorý je s ním rovnako hlasný pre ucho. To znamená, že každá rovnaká krivka hlasitosti zodpovedá jednej hodnote úrovne hlasitosti (od hlasitosti rovnajúcej sa 0, zodpovedajúcej prahu počutia, po hlasitosť rovnajúcej sa 120, zodpovedajúcej prahu bolesti). Úroveň hlasitosti sa meria v nesystémovej bezrozmernej jednotke - fón.

stupňa vnímanie zvuku použitie úrovne hlasitosti, meranej v fónoch, neposkytuje úplný fyziologický obraz o vplyve zvuku na načúvací prístroj, pretože Zvýšenie hlasitosti o 10 dB vytvára pocit zdvojnásobenia hlasitosti.

Kvantitatívny vzťah medzi fyziologickým pocitom hlasitosti a úrovňou hlasitosti možno získať zo stupnice hlasitosti. Stupnica hlasitosti sa ľahko vytvorí s prihliadnutím na pomer, že hodnota hlasitosti jedného syna zodpovedá úrovni hlasitosti 40 phonov (obr. . 7.2).

Ryža. 7.2. Objemová stupnica

Dlhodobé vystavenie hluku vysoké úrovne intenzita môže ovplyvniť zníženie citlivosti sluchového analyzátora, ako aj spôsobiť poruchy nervového systému a ovplyvniť ďalšie funkcie tela (narúša spánok, narúša ťažkú ​​duševnú prácu), preto pre rôzne miestnosti a rôzne druhy práce sú inštalované rôzne prijateľné úrovne hluk.

Hluk pod 30-35 dB nie je únavný alebo nápadný. Táto hladina hluku je prijateľná pre čitárne, nemocničné oddelenia, obývačky v noci. Pre dizajnérske kancelárie, kancelárske priestory je povolená hladina hluku 50-60 dB.

Klasifikácia hluku

Výrobný hluk možno klasifikovať podľa rôznych kritérií.

Podľa pôvodu - aerodynamické, hydrodynamické, kovové atď.

Podľa frekvenčnej odozvy - nízkofrekvenčné (1-350 Hz), stredofrekvenčné (350-800 Hz), vysokofrekvenčné (viac ako 800 Hz).

Podľa spektra - širokopásmový (šum so súvislým spektrom so šírkou viac ako 1 oktáva), tónový (šum, v spektre ktorého sú výrazné tóny). Širokopásmový šum s rovnakou intenzitou zvuku na všetkých frekvenciách sa bežne označuje ako „biely“. Tónový charakter hluku pre praktické účely sa zisťuje meraním v 1/3 oktávových frekvenčných pásmach prekročením úrovne v jednom pásme nad susednými najmenej o 10 dB.

Podľa časových charakteristík sa hluk delí na trvalý alebo stabilný a nestály. Konštantný hluk je hluk, ktorého hladina zvuku sa počas 8-hodinového pracovného dňa alebo počas doby merania v priestoroch bytových a verejných budov na území obytnej zástavby mení v čase najviac o 5 dBA pri meraní na časová charakteristika zvukomeru „pomaly“.

Prerušovaný hluk je hluk, ktorého hladina zvuku sa počas 8-hodinového pracovného dňa, počas pracovnej zmeny alebo pri meraniach v priestoroch bytových a verejných budov na území obytnej zástavby mení v čase o viac ako 5 dBA pri meraní v čase charakteristika zvukomera "pomaly".

Prerušovaný hluk môže byť kolísavý, prerušovaný a impulzívny:

časovo premenlivý hluk je hluk, ktorého hladina zvuku sa v priebehu času neustále mení;

prerušovaný hluk - je to hluk, ktorého hladina zvuku sa mení postupne (o 5 dBA alebo viac) a trvanie intervalov, počas ktorých hladina zostáva konštantná, je 1 s alebo viac;

impulzný hluk je hluk pozostávajúci z jedného alebo viacerých zvukových signálov, z ktorých každý je kratší ako 1 s, s hladinami zvuku v dBA ja a dBA, merané na časových charakteristikách „impulz“ a „pomalý“, sa líšia najmenej o 7 dB.

Pre dvoch najnovšie druhy hluk (prerušovaný a pulzný) je charakterizovaný prudkou zmenou zvukovej energie v čase (pískanie, pípanie, údery kováčskeho kladiva, výstrely atď.).

charakteristický neustály hluk na pracoviskách sú hladiny akustického tlaku v dB v oktávových pásmach s geometrickými strednými frekvenciami 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Hz, určená vzorcom (7.4).

Je povolené brať ako charakteristiku konštantného širokopásmového hluku na pracoviskách hladinu zvuku v dBA, meranú na časovej charakteristike "pomalého" zvukomera, určenú podľa vzorca:

, dBA, (7,6)

kde P (A) je stredná kvadratická hodnota akustického tlaku, berúc do úvahy korekciu "A" zvukomera, Pa

Charakteristickým znakom prerušovaného hluku na pracoviskách je ekvivalentná (z hľadiska energie) hladina zvuku v dBA.

Ekvivalentná (energetická) hladina zvuku, L A(eq), v dBA daného prerušovaného hluku, je hladina zvuku nepretržitého širokopásmového hluku, ktorý má rovnaký RMS akustický tlak ako daný prerušovaný hluk počas stanoveného časového intervalu a je určená vzorcom

, dBA, (7,7)

Kde p A(t) je aktuálna hodnota stredného akustického tlaku, berúc do úvahy korekciu " A"Hlasomer, Pa; p 0 - počiatočná hodnota akustického tlaku (vo vzduchu p 0 = 210-5 Pa); T– trvanie hluku, h.