1. Основні поняття фізіологічної акустики.

Розглянемо визначення базових понять, які лежать в основі того розділу промислової санітарії, який висвітлює засоби захисту від шуму, інфразвуку ультразвуку та вібрації. Звук– це хвильовий рух пружного середовища, сприйманий слуховим апаратом.Шум– це безладне сполучення звуків різної частоти й інтенсивності.

Звуковий тиск – надлишковий тиск, що виникає в пружному середовищі при поширенні звуку. Вухо людини реагує на середньоквадратичний звуковий тиск p (цей такий постійний тиск, що характеризується такою же акустичною енергією, як і відповідний йому змінний звуковий тиск). Усереднення тиску в людському вусі відбувається за проміжок часу, рівною 30-100 мкс.Якщо i-й амплітудний (миттєвий максимальний) звуковий тиск дорівнює p_i,i=,то для N амплітуд маємо формулу середньоквадратичного звукового тиску:

(1)

Для нормального сприйняття мови необхідне значення Р = 7 10^-6 атм (1 атм = 101325 Па 1,01 10⁵ Па).

Під інтенсивністю звуку розуміють фізичну величину рівну потоку акустичної енергії, яка проходить через одиницю перпендикулярної напрямку поширення звукової хвилі.

Якщо S – величина площі, ρ – густина середовища, p – середньоквадратичний звуковий тиск, Ф – потік енергіїW, с–швидкість звуку, то інтенсивність звуку Iвизначається по таким загальній і конкретній формулах:

І = Ф / S, де Ф = W/ t, або: (2)

I = Р² / (ρ с), Вт / м² . (3)

Поріг чутності – це мінімальна акустична енергія, яка на даній частоті викликає спрацьовування слухового апарата людини. Поріг чутності мінімальний при частоті 1000 Гц і рівний I₀ = 110^-12 Вт / м² або Р₀ = 2 10^-5 Па.

Поріг болючого відчуття – це запас акустичної енергії, який на даній частоті викликає в слуховому апараті хворобливі відчуття I_max = 110² Вт / м² або Р_max = 2 10² Па.

Особливості слухового апарата людини полягають у такому:

1. ідеальне людське вухо сприймає механічні коливання, що лежать у діапазоні 16 –20000 Гц у вигляді звуку. Інфразвуки (f< 16 Гц) с ультразвуки (f>20 кГц) не викликають слухове відчуття, але здійснюють шкідливий біологічний вплив на організм;

2. у віці 15 років спостерігається максимальна чутливість слухового апарата, а з 20 років починається спад чутливості (насамперед по високих частотах), причому в 50 років верхня межа чутливості не перевищує 16 –17кГц;

3. мінімальна чутливість слухового апарата спостерігається на частотах 20 – 100 Гц, а максимальна на 1000 –5000 Гц;

4. вухо людини реагує на середньоквадратичний звуковий тиск Р;

5. людина сприймає звуки в дуже великому діапазоні інтенсивності (110^-12– 10)Вт / м²;

6. людське вухо реагує на відносну зміну акустичної енергії, тобто на логарифм акустичної енергії.

Пояснимо останнє.Через те, що людина сприймає звуки в дуже великому діапазоні інтенсивності,то незручно використовувати для оцінювання звуку абсолютні значення інтенсивності звуку або звукового тиску. Прийнято вимірювати й оцінювати їхні відносні рівні стосовно граничних значень, виражених у логарифмічній формі. Таким чином, рівень інтенсивності звуку в децибелах (дБ):

L = 10 lgI / I₀ , дБ (4)

Рівень звукового тиску

L = 20 lgP / P₀ , дБ (5)

де P – середньоквадратична величина звукового тиску, вимірювана в Паскалях (Па).

Вибір логарифмічної залежності ґрунтується на законі Вебера-Фехнера:приріст силивідчуттів прямо пропорційний логарифму відношення інтенсивностей двох порівнюваних подразнень. L^*

Рівень гучності звуку L^*залежить від рівня інтенсивності звуку Lі його частоти f , тобто

L^*=f (L, f). (6)

Залежність ця складна і простим аналітичним співвідношенням виражена бути не може (визначається за кривими рівнів гучності). Рівень гучності звукуL^*– це суб'єктивна характеристика звуку, вимірювана в фонах.

Між величинами фізичної і фізіологічної акустики існує таке співвідношення:

Інтенсивність (сила) звуку LГучність;

Частота f₀Тон (основний);

Обертони (2f₀ , 3f₀, 4f₀, …)Тембр звуку.

Зазначимо, що шуми, у яких звукова енергія розподілена по всьому спектрі частот називається широкосмуговими, а звуки визначених частот – тональними (музичними).

Шум механізмів виникає внаслідок пружних коливань як усієї машини в цілому, так і окремих її деталей. Причини виникнення цих коливань – механічні, аеродинамічні й електричні явища, обумовлені конструктивними і технологічними особливостями машини, а також умовами її експлуатації. У зв'язку з цим розрізняють шуми механічного, аеродинамічного й електромагнітного походження.

________________________________________________________________________________