Лекция 26 Акустические загрязнения. План: Основные понятия

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 / 4r 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:
cv
 
 ,
cu
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.