Как называется минимальная слышимая интенсивность

Как называется минимальная слышимая интенсивность

Дети воспринимают звуковые волны в диапазоне от 16 до 20 000 Гц, но приблизительно с 15—20 лет диапазон частотного восприятия начинает суживаться в связи с утратой чувствительности слуховой системы к самым высоким звукам. В норме независимо от возраста человек легче всего воспринимает звуковые волны в диапазоне от 100 до 2000 Гц, что имеет для него особенное значение, поскольку человеческая речь и звучание музыкальных инструментов обеспечиваются передачей звуковых волн именно в этом диапазоне (табл. 17.2).

Чувствительность слуховой системы к минимальному изменению высоты звука определяется как разностный порог частоты. В оптимальном для восприятия частотном диапазоне, приближающемся к 1000 Гц, порог различения частот составляет около 3 Гц. Это значит, что изменение частоты звуковых волн на 3 Гц в большую или меньшую сторону человек замечает как повышение или понижение звука.

Таблица 17.2. Частотная и волновая характеристики некоторых источников звука.

Громкость звука

Амплитуда звуковых волн определяет величину звукового давления, под которым понимают силу сжатия, действующую на перпендикулярно расположенную к ней площадь. Акустическим эталоном, близким к абсолютному порогу слухового восприятия, принято считать 2 • 10-5 Н/м2, а сравнительной единицей измерения громкости, выражаемой в логарифмической шкале, служит децибел (дБ). Громкость измеряется в децибелах как 201g(Px/Po), где Рх — действующее звуковое давление, а Р0 — эталонное давление. Также в децибелах принято измерять интенсивность различных источников звука, понимая под интенсивностью звука мощность или плотность звуковых волн в единицу времени. Принимая за эталонную интенсивность 10-12 Вт/м2 (10), количество децибел для измеряемой интенсивности (1х) определяют по формуле 101g(Ix/Io). Интенсивность звука пропорциональна квадрату звукового давления, поэтому 101g(Ix/Io) = 201g(Px/Po). Сравнительная характеристика интенсивности некоторых источников звука представлена в табл. 17.3.

Таблица 17.3. Интенсивность некоторых источников звука

Субъективно воспринимаемая громкость звучания зависит не только от уровня звукового давления, но и от частоты звукового стимула. Чувствительность слуховой системы максимальна для раздражителей с частотами от 500 до 4000 Гц, при других частотах она снижается.

Источник

Шум слышимого диапазона и его влияние на человека

Шум – это беспорядочное сочетание звуков различной частоты и интенсивности (силы), возникающих при механических колебаниях в твердых, жидких и газообразных средах. Звук – это составная часть всякого шума. Наиболее простыми звуками являются чистые тона. Высота чистого тона определяется частотой колебаний и измеряется в герцах (Гц). Слуховой анализатор человека воспринимает звуковые волны (колебания) с частотой от 16 до 20000 Гц. Как физиологическое явление шум определяется ощущением, воспринимаемым органом слуха при воздействии на него звуковых волн.

К физическим параметрам шума относятся звуковое давление (Р, Па), уровень звукового давления (L_P), интенсивность звука (I, Вт/м 2 ) и уровень интенсивности звука (L_I). Под звуковым давлением понимают переменную составляющую Р давления в среде, в которой создано звуковое поле (область распространения звуковых колебаний). Звуковое давление – разность между полным давлением и его средним стационарным значением, которое наблюдается в среде без источника звука. Распространение звуковых волн сопровождается переносом энергии. Энергия, переносимая звуковой волной в единицу времени через единицу площади, называется интенсивностью звука.

, (44)

где Е – звуковая энергия, излучаемая источником, Дж; r – радиус сферы, м; r₀ – плотность среды, в которой распространяется звуковая волна, кг/м 3 ; с – скорость распространения звука в данной среде, м/с; V – среднеквадратичное значение колебательной скорости частиц в звуковой волне, м/с.

Произведение r₀ × с называется удельным акустическим сопротивлением среды,характеризующее степень отражения звуковых волн при переходе из одной среды в другую, а также звукоизолирующие свойства материалов.

За единицу измерения уровней звукового давления и интенсивности звука принят децибел (дБ). Использование логарифмической шкалы позволяет весь диапазон воспринимаемых органом слуха звуков выразить шкалой от 0 до 140 дБ. Уровень интенсивности звука определяется по формуле

Уровень звукового давления определяется по выражению

где P – звуковое давление в данной точке, Па.

К физическим параметрам, характеризующим шум как специфическое ощущение, вызываемое действием звуковых волн на орган слуха человека, относятся громкость, уровень громкости, высота, частотный интервал и продолжительность действия. Ухо человека неодинаково чувствительно к различным звукам. Звуки одной и той же интенсивности, но различной частоты субъективно оцениваются с различной громкостью. И наоборот, звуки различной интенсивности и частоты могут восприниматься органом слуха как одинаково громкие. Например, звук частотой 100 Гц и силой 50 дБ воспринимает как равногромкий звуку частотой 1000 Гц и силой 20 дБ. Для сравнения звуков различных частот введено понятие уровня громкости с условной единицей – фон. Один фон – громкость эталонного звука при частоте 1000 Гц и уровне интенсивности в 1 дБ. На частоте 1000 Гц уровни громкости приняты равными уровням звукового давления.

Классификация шума. По источнику образования шум подразделяют на: механический — создается колебаниями твердой или жидкой поверхности; аэро- и гидродинамический — возникает в результате турбу­лентности соответственно газовой или жидкой среды; электродинамический — обусловлен действием электро- или магнитодинамических сил, электрической дуги или коронного разряда.

По частоте различают шум низкочастотный (до 400 Гц), сред-нечастотный (от 400 до 1000 Гц) и высокочастотный (более 1000 Гц).

Для определения частотной характеристики шума звуковой диапазон (16-20000 Гц) делят на частотные интервалы – октавы. Октавой называется такая полоса частот, в которой верхняя частота f_в в два раза больше нижней f_н. Октавы характеризуются среднегеометрической частотой (Гц)

(47)

Весь диапазон слышимых частот разделен на 9 октав со среднегеометрическими значениями частот 16, 31,5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000Гц.

По характеру спектра шум бывает широкополосный с непрерывным спектром шириной бо­лее одной октавы и тональный, который характеризуется неравномерным распределением звуковой энергии с преобладанием большей ее части в области од­ной-двух октав.

По временным характеристикам шум подразделяют на постоянный (изменяется в течение рабочей смены не более чем на 5 дБА в ту или иную сторону от среднего уровня) и непостоянный (уровень звука за рабочую смену может меняться на 5 дБА и более в любую сторону от сред­него уровня). Непостоянные шумы, в свою очередь, делятся на: колеблющиеся (непрерывное изменение уровня звука во вре­мени), прерывистые (характеризуются ступенчатым изменением уровня звука) и импульсные, состоящие из одного или нескольких звуковых сигналов, продолжительность каждого из которых менее 1с.

Интенсивный шум на производстве способствует снижению внимания и увеличению ошибок при выполнении работы. Шум является причиной преждевременного утомления, ослабления внимания и памяти, развития сердечно-сосудистых заболеваний, обострения язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки. Шум оказывает раздражающее воздействие на весь организм человек (замедляет психические реакции, вызывает раздражительность и т.д.). В результате длительного воздействия шума нарушается нормальная деятельность сердечно-сосудистой и нервной системы, пищеварительных и кроветворных органов, развивается профессиональная тугоухость. По уровню шума и его воздействия на человека все звуки в зависимости от уровня звукового давления можно разделить на следующие составные области: первая область с уровнем звукового давления до 30…35 дБ является привычной для человека, т.к. звуковой анализатор человека мало чувствителен к восприятию звуков таких уровней; вторая область включает уровни шума от 40 до 75дБ; третья область охватывает уровни шума от 80 до 130 дБ, что может привести к профессиональной тугоухости. При действии шума в 140 дБ возможен разрыв барабанных перепонок, контузия, а при 160 дБ и более – летальный исход. В результате воздействия интенсивного шума на орган слуха у рабочего может возникнуть акустическая травма, которая по своей тяжести подразделяется на три степени: легкую (шум в ушах, головокружение без патологических изменений в органах слуха); среднюю (незначительные изменения в барабанной перепонке); тяжелую (необратимые изменения в слуховом аппарате или полная глухота).

Нормирование шума. Нормирование шума проводят двумя методами: первый – по предель­ному спектру шума в дБ; второй – по интегральному показателю (уровню звука) в дБА. Предельный спектр шума – это совокупность нормативных значений звукового давления в дБ в октавных полосах со среднегеометрическими частотами от 31,5 до 8000 Гц.

Первый метод применяют для нормирования постоянного шума. В основу норм положены ограничение уровня звукового давления в пределах октав, характер шума и особенности труда. Сокращенно предельные спектры шума обозначаются ПС с указанием допустимого уровня звукового давления на частоте 1000 Гц, например, ПС – 45, ПС – 55, ПС – 75. Постоянный шум не должен превышать нормативных уровней, приведенных в санитарных нормах СН 2.2.4/2.1.8.562-96.

Второй метод заключается в нормировании интегрального (по всему диапазону частот) уровня шума, измеренного по шкале А шумомера. Этот показатель называют уровнем звука и обозначают дБА (шкала А шумомера). Для различных видов работ принимают разные значения предельного спектра (ПС) шума. Связь уровня звука, выраженного в дБА, с предельным спектром следующая

Методы снижения шума следующие:

· меры законодательного характера включают в себя: норми­рование шума; установление возрастных цензов при приеме на ра­боту, выполняемую в условиях повышенного шума; организацию предварительных и периодических медицинских осмотров работ­ников; сокращение времени работы с шумными машинами и обо­рудованием и др.;

· внедрение автоматического и дистанционного управления обо­рудованием; рациональное планирование помещений; изменение технологии с заменой оборудования на менее шумное; повышение точности изготовления деталей (достигается сни­жение уровня звука на 5…10дБА) и балансировки вращающихся деталей, замена цепных передач ременными, подшипников каче­ния подшипниками скольжения (приводит к уменьшению уровня звука на 10…15дБА), цилиндрических колес с прямыми зубьями цилиндрическими косозубыми; изменение конструкции лопастей вентиляторов; снижение турбулентности и скорости прохождения жидкостями и газами входных и выходных отверстий (например, посредством установки глушителей шума); преобразование возвратно-поступательного движения во вращательное; установка демпфирующих элементов в местах соприкосновения машин и ог­раждающих конструкций помещений и т. д.;

· экранирование или использование звукоизолирующих кожухов;

· изменение направления шума в сторону от рабочих мест;

· отделка стен звукопоглощающими материалами (войлоком, минеральной ватой и т. п.), в кото­рых звуковая энергия за счет вязкого трения в узких порах преоб­разуется в тепловую.

· применение средств индивидуальной защиты в тех случаях, когда перечисленными мерами не удается снизить уровень шума до нормативных значений.

· рациональный режим труда и отдыха, назначение специального питания и лечебно-профилактических процедур.

Источник

Как называется минимальная слышимая интенсивность

Самая низкая частота, которая может быть воспринята человеческим ухом, составляет от 15 до 20 цикл/сек. Тоны, звуки, шумы, имеющие меньшую частоту колебаний, не могут быть услышаны. Звуки, частота колебаний которых меньше, чем 15 цикл/сек (т.е. звуки, не воспринимаемые человеческим ухом) объединяются под общим названием инфразвуков. Наивысшая частота, которую воспринимает здоровое человеческое ухо, находится в границах от 24000 цикл/сек. до 28000 цикл/сек. Периодические колебания, имеющие более высокую частоту (также не слышимые человеком), называются ультразвуками.

Между инфразвуками и ультразвуками находится область слухового восприятия. Эта область включает приблизительно 10,5 октав.
Высота звука определяется частотой колебаний первого гармонического тона, т.е. самого низкого тона.

Способность к восприятию высоких звуков зависит от возраста человека. После 50-ти лет верхняя граница области слухового восприятия начинает опускаться, примерно до 5000 цикл/сек.

Орган слуха человека обладает способностью реагировать на незначительные изменения частоты звуковой волны. В связи с этим вводится понятие о пороге слышимости звуков различной частоты, под этим определением подразумевается минимальное различие в высоте двух звуков, которое может быть воспринято человеческим ухом. Слуховой аппарат наиболее чувствителен к звукам с частотой колебаний от 1000 цикл /сек до 3000 цикл/сек, музыкальное ухо воспринимает сравнительно небольшие различия в высоте отдельных звуков, лежащих в этих пределах; т.е. порог слышимости звуков различной частоты в диапазоне 1000—3000 цикл/сек очень мал.

Диапазон слухового восприятия у животных гороздо шире, чем у человека. Собаки, например, слышат очень высокие звуки, характеризующиеся частотой колебаний, равной 30000 цикл/сек и даже 50000 цикл/сек; могут реагировать на звук специального свистка с очень большой частотой колебаний, причем человек этого звука уже не слышит.

Частицы среды, в которой осуществляется колебательное движение, оказывают давление на поверхность, на которую падает звуковая волна. Звуковое давление измеряется в барах. Бар — это давление, равное 0,987 атмосферы. В акустике пользуются значительно меньшей единицей измерения — микробаром, которому соответствует давление, производимое силой, равной 1 дине на площать в 1 сма. В аудиометрической практике звуковое давление измеряется в логарифмических относительных единицах. Соотношение энергии, заключенной в двух звуках I1 и I2 служит для измерения интенсивности звуков. Единицей измерения является децибел (дб) — 10 log I1 к I2. Таким образом, в децибелах выражается соотношение определенных величин интенсивности звуков. Децибел не является абсолютной характеристикой звука, эта величина выражает лишь соотношение двух сил. За условную единицу при измерении силы звука в относительных единицах принимается давление, равное 0,0002 дины на 1 см2 площади, что соответствует интенсивности самого слабого тона с частотой 1000 цикл/сек, слышимого нормальным ухом.

Уровни интенсивности колебаний сложных звуков и шумов в децибелах

Таблица уровней интенсивности в фонах

Источник

Интенсивность звука — это количество энергии, которое переносит звуковая волна за 1 секунду через единицу площади среды. Интенсивность зависит от частоты волны, от акустического давления. Как видите, с интенсивностью связано много других понятий: звуковая волна, ее частота, акустическое давление, поток звуковой энергии. Чтобы понять, что такое интенсивность, мы подробно разберем каждый связанный с ней термин.

Как появляется звук

Звук может возникнуть от колеблющегося тела. Оно должно вибрировать достаточно быстро, чтобы создать возмущение в среде и породить акустическую волну. Однако для ее возникновения необходимо еще одно условие: среда должна быть упругой. Упругость — это способность противостоять сжатию или любому другому виду деформации (если говорить о твердых телах). Да, упругостью обладают и твердые тела, и жидкости, и газы, и воздух (как смесь разных газов), но в разной степени.

Вам будет интересно: Ну что, девчонки и мальчишки, сочиним загадки про шишки?

Величина упругости определяется плотностью. Известно, что твердые среды (дерево, металлы, земная кора) проводят звук намного лучше, нежели жидкие. А если сравнивать воду и воздух, то во второй среде звуковая волна расходится хуже всего.

Вам будет интересно: Проштудировать — это хорошенько изучить

Упругость воздуха и более плотных сред обусловлены разными причинами. В жидкостях и твердых телах есть силы межмолекулярного взаимодействия. Они удерживают частицы вместе в виде кристаллической решетки, и звуковой волне очень легко распространяться по ее узлам.

Молекулы воздуха не связаны между собой, их разделяют большие расстояния. Частицы не рассеиваются благодаря непрерывному и беспорядочному движению, а также силе тяжести. Давно замечено: чем более разрежен воздух (например, в верхних слоях атмосферы), тем меньше интенсивность, громкость звука. На Луне полная тишина, но не потому, что там нечему звучать, а из-за отсутствия воздуха.

Как звуковая волна бежит по воздуху

Наибольший интерес для нас представляет распространение звуковой (акустической) волны в воздухе. Когда тело отклоняется от начального положения, оно сжимает близлежащий воздух с одной стороны от себя. С противоположной — среда разреживается. Возвратившись в исходное положение, источник звука отклоняется в другую сторону и сжимает воздух там. Так продолжается до тех пор, пока тело не прекратит движение.

Вам будет интересно: Порядок и правила приема в школу

Как же ведут себя частицы? К их хаотичному движению добавляется колебательное. В отличие от постоянного теплового движения молекул, колебательное имеет одно направление. В слое воздуха, который перпендикулярен направлению отклонения тела, частицы начинают подталкивать друг друга. Они движутся с источником звука в одном направлении. Таким образом, чередующиеся сжатия-разрежения воздуха передаются от одного слоя воздуха к другому. Это и есть акустическая волна. Интенсивность звука — это величина, зависящая от основных характеристик волны — частоты и длины.

Частота звука

Частота волны зависит от того, как быстро вибрирует источник звука. Все тела колеблются с разными частотами, но не каждая частота доступна нашему восприятию. Те волны, которые мы слышим, называются звуком. Частота акустической волны измеряется в герцах (1 Гц равен 1 колебанию в секунду).

Слои сжатого и разреженного воздуха чередуются. Длина волны равна расстоянию между соседними слоями, в которых одинаковое давление. Звук не распространяется бесконечно далеко, потому что с увеличением дистанции волна ослабевает. То, как далеко он разойдется, зависит от длины и частоты акустической волны. Эти величины прямо пропорциональны: высокочастотные волны короче, чем низкочастотные. О звуках высокой частоты мы говорим как о высоких, волны низкой частоты порождают низкие звуки.

Уровень интенсивности звука имеет прямую зависимость от частоты акустических колебаний и длины волны. Так, комариный писк звучит с частотой 10 тыс. Гц и имеет длину волны всего 3,3 см. Мычание коровы — это интенсивный звук, который слышно минимум с 10 метров. Его частота — 30 Гц.

Акустическое давление

В каждом слое воздуха, которого достигла звуковая волна, давление изменяется то в большую, то в меньшую сторону. Величина, на которую оно, по сравнению с атмосферным, увеличивается, называется акустическим (звуковым) давлением.

Наше ухо поразительно чувствительно. Трудно поверить, но оно различает изменение давления в 0,01 миллионной доли грамма на единицу площади. Шорох создает очень малое давление, оно равно 3*10-5 Н/м2. Эта величина в 3*1010 раз меньше атмосферного давления. Оказывается, человеческий слух точнее химических весов. Физиологи изучили упругость барабанной перепонки и давление, которое оказывает самый тихий звук. Сопоставив данные, они пришли к выводу, что барабанная перепонка выгибается на расстояние, которое меньше, чем размеры атома.

Интенсивность звука и звуковое давление имеют прямую зависимость. Когда тело колеблется с низкой частотой, оно значительно повышает давление — звук выходит сильным. Интенсивность (сила) звука пропорциональна квадрату акустического давления.

Поток звуковой энергии

Звуки различной частоты и интенсивности определяются потоком звуковой энергии. Звуковая волна распространяется во все стороны в виде шара. Чем дальше расходится волна, тем она становится слабее. Энергия, которую она несет, распределяется на увеличивающуюся площадь — звук затихает. Квадрат звуковой энергии обратно пропорционален квадрату расстояния до вибрирующего тела.

Поток звуковой энергии — это количество кинетической энергии, которое проносит волна через площадь поверхности за секунду. Имеется в виду поверхность среды, например, слой воздуха, расположенный под прямым углом к направлению упругой волны. Поток энергии измеряется в ваттах (Вт).

Сила звука

Сила (интенсивность) звука — это величина, для нахождения которой нужно знать, каков поток энергии. Его значение следует разделить на площадь поверхности, перпендикулярной распространению волны (в м2).

Интенсивность звука обозначается буквой I. Минимальное значение (I0) составляет 10-12 Вт/м2. Чем выше интенсивность, тем более громким кажется звук. Зависимость силы звука и громкости установили опытным путем. Было замечено, что когда интенсивность поднимается в 10 раз, громкость увеличивается на 10 децибел (дб), когда в 100 раз — на 20 дб.

Слышимые и неслышимые звуки

Физиология позволяет человеку слышать звуки только в определенных пределах. Если тело колеблется с частотой больше 16-20 килогерц (кГц) и меньше 16-20 Гц, наше ухо не сможет этого воспринять.

Частота и интенсивность звука связаны между собой. Звуковые волны высокой частоты передают очень незначительное количество энергии. Ее не хватает на то, чтобы изменить акустическое давление настолько, чтобы наша барабанная перепонка завибрировала. О таких звуках говорят: они находятся за порогом слышимости.

Волна с частотой меньше 16 тыс. Гц называется ультразвуком. Самые известные существа, которые «разговаривают» ультразвуком, — это дельфины и летучие мыши. Инфразвук, хотя мы его и не слышим, при определенной интенсивности (190-200 дб) может привести к смерти, т. к. слишком сильно повышает давление в легочных альвеолах.

Интересно, что на различных частотах зависимость громкости и интенсивности звука разная. На средних частотах (около 1000 Гц) человек чувствует изменения интенсивности всего на 0,6 дб. Граничные уровни частоты — совсем другое дело. На них мы едва различаем изменение интенсивности звука на 3 единицы.

Классификация звуков

Интенсивность звука измеряют в Вт/м2, однако для сравнения звуков между собой и с минимальным уровнем интенсивности используют децибелы.

На рисунке приведены примеры самых распространенных звуков разной интенсивности.

Допустимые нормы

Постоянный шум или тот, что сохраняется на протяжении длительного времени, называется фоновым. Для квартиры 20-30 дб — это нормальный уровень фонового шума. Он воспринимается человеком как тишина. Звуки в 40 дб тоже допустимы, а вот громкость в 60 дб приемлема для офисов, учреждений. Длительное воздействие звуков громкостью 70 дб приводит к нарушениям центральной нервной системы. Именно с такой громкостью «звучит» улица, а на оживленных проспектах шум достигает 85-90 дб. Звуки в 100 дб снижают слух и могут привести к его полной потере.

Интенсивность звука — это величина, допустимые значения которой прописаны в санитарных правилах и нормах (СанПиН). Период времени, в который допускается включать шумные бытовые приборы, громко разговаривать, делать ремонт и т. п. определяется Законом «Об обеспечении тишины и покоя». Его принимают отдельно для каждой области. Время в каждом регионе может отличаться: где-то дневные часы начинаются в 7:00 утра, а где-то — в 9:00. К примеру, в Московской области, ночным тихим временем считается промежуток с 21:00 по 8:00 в будние дни и с 22:00 до 10:00 в выходные. Кроме того, существует тихий час с 13:00 до 15:00.

Источник