1. 2. 3. 4. Лекция 26 Акустические загрязнения. План: Основные понятия. Виды акустических загрязнений. Принцип работы слухового аппарата человека. Закон Вебера- Фехнера. Физические характеристики акустических загрязнений Акустическими загрязнениями являются - беспорядочные колебания различной физической природы, отличающиеся сложностью временной и спектральной структуры. Шум Инфразвук Ультразвук Вибрация Гиперзвук Шумы подразделяются на статистически стационарные и нестационарные. Уровень мощности шума чаще всего измеряют в децибелах. Источниками акустического шума могут служить любые колебания в твёрдых, жидких и газообразных средах; в технике основные источники шума -- различные двигатели и механизмы. Повышенная шумность машин и механизмов часто является признаком наличия в них неисправностей или нерациональности конструкций. Радиоэлектронные шумы -- случайные колебания токов и напряжений в радиоэлектронных устройствах, возникают в результате неравномерной эмиссии электронов в электровакуумных приборах (дробовой шум, фликкершум), неравномерности процессов генерации и рекомбинации носителей заряда (электронов проводимости и дырок) в полупроводниковых приборах, теплового движения носителей тока в проводниках (тепловой шум), теплового излучения Земли и земной атмосферы, а также планет, Солнца, звёзд, межзвёздной среды и т. д. (шумы космоса). Шумом является всякий нежелательный для человека звук. При нормальных атмосферных условиях скорость звука в воздухе равна 344 м/с. Звуковое поле - это область пространства, в которой распространяются звуковые волны. При распространении звуковой волны происходит перенос энергии. Уровень шума измеряется в единицах, выражающих степень звукового давления - децибелах (ДБ). Это давление воспринимается не беспредельно. Шум в 20 - 30 ДБ практически безвреден для человека и составляет естественный звуковой фон, без которого невозможна жизнь. Что же касается «громких звуков», то здесь допустимая граница поднимается примерно до 80 ДБ. Шум в 130 ДБ уже вызывает у человека болевое ощущение, а достигнув 150 ДБ, становится для него непереносимым. Недаром в средние века существовала казнь - «под колокол»; колокольный звон убивал человека. Если в 60 - 70 годы прошлого столетия шум на улицах не превышал 80 ДБ, то в настоящее время он достигает 100 ДБ и более. На многих оживленных магистралях даже ночью шум не бывает ниже 70 ДБ, в то время как по санитарным нормам он должен не превышать 40 ДБ. По данным специалистов, шум в больших городах ежегодно возрастает примерно на 1 ДБ. Имея в виду уже достигнутый уровень, легко себе представить весьма печальные последствия этого шумового «нашествия». Появляются все новые сверхмощные источники звука, например: шум реактивного самолета, космической ракеты. Очень высок уровень промышленных шумов. На многих производствах он достигает 80 - 100 ДБ и более, способствуя увеличению числа ошибок в работе, снижая производительность труда примерно на 10 - 15% и одновременно значительно ухудшает его качество. Физические характеристики. 1. Скорость распространения звука c, длина волны и частота звука связаны соотношением: c . 2. Уровень звукового давления или уровень громкости L1 в децибелах связан с амплитудой звукового давления p соотношением: Lp 20lg p , p0 где p 0 - амплитуда звукового давления при нулевом уровне громкости. Уровень интенсивности звука в децибелах выражается соотношением: I L1 10lg , I0 где I0 - нулевой уровень интенсивности звука. 5 Условно принимается, что I = 10-12 Вт/м и p0 2 10 Н/м2 = 20 мкПа. 0 Уровень громкости L1 зависит от уровня интенсивности звука и его частоты. Зависимость эта сложная и простым аналитическим соотношением выражена быть не может. 3. Чувствительность человеческого уха к тихому и громкому звуку ограничена порогом слышимости и порогом болевых ощущений. Оба этих показателя зависят от частоты звука. 4. Интенсивность звука на расстоянии r от точечного источника звука, т.е. величина, численно равная энергии, переносимой за единицу времени через единицу площади, определяется соотношением: I N / 4r 2 , где N - мощность точечного источника звука, r – расстояние от источника звука до точки звукового поля, в которой определяется интенсивность. В случае относительного движения наблюдателя и источника звука по принципу Доплера происходит изменение частоты, воспринимаемой наблюдателем, которое определяется соотношением: cv , cu где - частота, посылаемая источником звука, v - скорость движения наблюдателя, u – скорость движения источника, с – скорость распространения звука. Скорость v > 0, если наблюдатель движется по направлению к источнику звука; u > 0, если источник движется к наблюдателю. Принцип работы слухового аппарата. В результате изменения давления, которое происходит при распространении звуковой волны, барабанная перепонка начинает вибрировать. Вибрация приводит в движение следующие органы: молоточек, ушную косточку, наковальню и стремечко. Стремечко находится в жидкости заполняющей ушной канал. Поэтому его движение вызывает движение жидкости. А оттуда сигнал поступает в мозговые рецепторы. Вебера — Фехнера закон, основной психофизический закон, определяет связь между интенсивностью ощущения и силой раздражения, действующего на какой-либо орган чувств. Основан на наблюдении немецкого физиолога Э. Вебера, который установил (1830—34), что воспринимается не абсолютный, а относительный прирост силы раздражителя (света, звука, груза, давящего на кожу, и т.п.): Например, при исходной массе груза, давящего на кожу, 75 г человек ощущает увеличение его на 2,7 г, при исходной массе 150 г — прирост в 5,4 г. Немецкий физик Г. Фехнер (1858) математически обработал результаты исследований и вывел формулу: = alnI + b (где — интенсивность ощущения; — сила раздражителя; а, b — постоянные). В. — Ф. з. сохраняется только при средних интенсивностях раздражителя, сильно искажаясь при пороговых или очень больших интенсивностях его.