Восприятие шума человеком. Уровни интенсивности и давления. Кривые равных громкостей и их анализ

 

 

 

 

 

 

 

Реферат по курсу “АРХИТЕКТУРНАЯ АКУСТИКА”   Тема реферата “ Восприятие шума человеком.Уровни интенсивности и давления. Кривые равных громкостей и их анализ ”.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оглавление

1. Введение

1. Звук. Основные  характеристики звукового поля. Распространение звука 

Уровни акустических величин

2 А. Восприятие шума  человеком

(кривые равных громкостей и их анализ)

3. Акустический расчет

4 . Способы защиты от шума

5. Вывод

6. Используемая литература

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

1. Звук. Основные  характеристики звукового поля. Распространение звука

С. Уровни акустических величин

 

Человек ощущает звук в широком  диапазоне звуковых давлений p_зв (интенсивностей I ). 

Стандартным порогом слышимости  называют эффективное значение звукового давления (интенсивности), создаваемого гармоническим колебанием с частотой f = 1000 Гц, едва слышимым человеком со средней чувствительностью слуха.

Стандартному порогу слышимости соответствует  звуковое давление p_o=2*10^-5 Па или интенсивность звука I_o=10^-12 Вт/м². Верхний предел звуковых давлений, ощущаемых слуховым аппаратом человека, ограничивается болевым ощущением и принят равным p_max = 20 Па и I_max= 1 Вт/м².  

Величина слухового ощущения L   при превышении звуковым давлением  p_зв стандартного порога слышимости определяется по закону психофизики Вебера - Фехнера:

L = q lg(p_зв/p_o),

где  q - некоторая постоянная, зависящая от условий проведения эксперимента.

С учетом  психофизического восприятия звука человеком  для характеристики значений звукового давления p_зв и интенсивности I  были введенылогарифмические величины  – уровни  L  (с  соответствующим  индексом),  выраженные  в  безразмерных единицах – децибелах, дБ, названных в честь Грейма – Бела (увеличение интенсивности звука в 10 раз соответствует 1 Белу (Б) – 1Б = 10 дБ):                   

L_p  = 10 lg (p/p₀)² = 20  lg (p/p₀),                      (3.5, а)                

L_I   = 10 lg (I/I₀).                                              (3.5, б)

Следует отметить, что при нормальных атмосферных условиях L_p =L_I . 

По аналогии были введены также  и уровни звуковой мощности    

 L_w  = 10 lg (W/W₀),                                         (3.5, в)   

где W₀ =I₀*S₀ =10^-12Вт – пороговая звуковая мощность на частоте 1000 Гц,   S₀ = 1 м².    

Безразмерные величины L_p, L_I, L_w достаточно просто измеряются приборами, поэтому их полезно использовать для определения абсолютных значений p, I, W по обратным к (3.5) зависимостям          

                                              (3.6, а)  

                                          (3.6, б)  

                                             (3.6, в)  

Уровень суммы нескольких величин  определяется по их уровням   L_i, i = 1, 2, ..., n соотношением

                            (3.7)

где n - количество складываемых величин.

Если складываемые уровни одинаковы (L_i = L), то   

L_S   = L+ 10 lg n.                                         (3.8)

 

  А. Восприятие шума  человеком

 

Восприятие звука человеческим ухом представляет собой сложный  процесс. Человеческое ухо неодинаково реагирует на звуки с разными частотами.

 

 

Кривые равной громкости  

Рис. 3.7.   Кривые равной громкост

Чувствительность уха заметно  увеличивается при частотах от 20 до 1000 Гц. Наибольшей чувствительностью  человеческое ухо обладает в диапазоне  частот от 1000 Гц до 4000 Гц, где она  практически постоянна. После частоты 4000 Гц чувствительность уха снова  уменьшается. Чтобы услышать низкий тон с частотой 50 Гц, требуется  звуковое давление, в 100 раз превышающее  звуковое давление, соответствующее  тону с частотой 1000 Гц. 

Человек воспринимает звуковое давление и оценивает громкость звука. Единица измерения уровня громкости  звука - фон - это уровень громкости звука, для которого уровень звукового давления равногромкого с ним звука частотой 1000 Гц равен 1 дБ , т.е.

Уровень одинаковой громкости звуковых сигналов в фонах на разных частотах не соответствует уровню звукового давления в децибелах и совпадают они лишь на частоте 1000 Гц .

Чтобы оценить уровень громкости  шума со сложным  спектром одним числом, используется  стандартная  частотная характеристика А

Стандартные частотные  характеристики А, В, С, D 

 

Рис. 3.5

А - характеристика, приближающаяся к частотной характеристике чувствительности человеческого уха;

В, С -  характеристики, использующиеся при измерении  громких звуков, для которых чувствительность  человеческого уха меньше изменяется в зависимости от частоты;

D - характеристика, используемая  при измерении шумов самолетов.

 

, приближающаяся к частотной  характеристике чувствительности  человеческого уха. При этом для коррекции уровней звукового давления (приведения в соответствие  с уровнями громкости)  в каждой октавной полосе частот используются поправки по шкале А.

Таблица 3.6

Стандартные значения поправок для  частотной коррекции по шкале A

Необходимость введения поправок по шкале А обусловлена несоответствием уровней громкости, воспринимаемых человеческим ухом, уровням звуковых давлений на частотах, отличных от восприятия на стандартной частоте 1000 Гц. Согласно частотной характеристике А человек воспринимает чистый тон 100 Гц с уровнем звукового давления 29 дБ, как если бы он воспринимал уровень звукового давления 10 дБ чистого тона 1000 Гц. 

Частота, Гц	16	31,5	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
Коррекция D LА, дБА	80	42	26,3	16,1	8,6	3,2	0	-1,2	-1,0	1,1

Корректированный по шкале А уровень звукового давления в дБА в i-й октавной полосе частот вычисляется как  L_pAi = L_pi -  DL_Аi.      

Суммарный уровень шума (уровень  громкости) со сложным спектральным составом L определяется по уровням звукового давления составляющих  во всех октавных полосах частот по формуле 

и называется акустическим уровнем шума с единицей измерения дБ(А) (или дБА).

Корректированный по шкале  А уровень шума  L = L_ф называется   акустическим уровнем шума с единицей измерения дБ(А) (или дБА). 

Коррекция по шкале А  используется для оценки шума на рабочих местах  и шумовых характеристик источников шума. 

Шум производственного  происхождения меняется по интенсивности, частоте и времени в зависимости от типа и количества машин и механизмов, задействованных в технологическом процессе. Поэтому оценку шумового загрязнения среды и его действия на человека целесообразно проводить, используя понятие эквивалентного уровня энергии шума Е_экв, который определяется математическим методом и соответствует по энергии  уровню соответствующего постоянного шума,

где t_ш - время действия шума; Е_ш(t) - изменение энергии шума во времени. 

Эквивалентная энергия должна быть меньше максимально допустимой энергии, при которой появляются отрицательные  последствия. Предполагается, что повреждение, вызванное воздействием переменного шума Е_ш(t), равно повреждению, вызванному постоянным шумом такой же энергии Е_экв. Таким образом, если время воздействия снижается в 2-3 раза, то максимально допустимый уровень звуковой энергии можно увеличить во столько же раз соответственно. Такой подход используется при измерении и нормировании непостоянных шумов.

Таблица 3.5

Классификация шумов

Способ классификации	Вид шума	Характеристика шума
По характеру спектра шума	широкополосные	Непрерывный спектр шириной более  одной октавы
	тональные	В спектре которого имеются явно выраженные дискретные тона
По временным характеристикам	постоянные	Уровень звука за 8 часовой рабочий  день изменяется не более чем на 5 дБ(А)
	непостоянные:     колеблющиеся во времени прерывистые     импульсные	Уровень звука за 8 часовой рабочий  день изменяется  более чем на 5 дБ(А)    Уровень звука непрерывно изменяется во времени Уровень звука изменяется ступенчато не более чем на 5 дБ(А), длительность интервала 1с и более Состоят из одного или нескольких звуковых сигналов, длительность интервала  меньше 1с

 

 

Проявление вредного воздействия шума на организм человека весьма разнообразно.  

Длительное воздействие  интенсивного шума (выше 80 дБА) на слух человека приводит к его частичной или полной потере. В зависимости от длительности и интенсивности воздействия шума происходит большее или меньшее снижение чувствительности органов слуха, выражающееся  временным смещением порога слышимости , которое исчезает после окончания воздействия шума, а при большой длительности и (или) интенсивности шума происходят необратимые потери слуха (тугоухость), характеризуемые постоянным изменением порога слышимости.

Различают следующие степени потери слуха:

• I степень (легкое снижение слуха) – потеря слуха в области речевых частот составляет 10 - 20 дБ, на частоте 4000 Гц  –  20 - 60 дБ;
• II степень (умеренное снижение слуха) – потеря слуха в области речевых частот составляет 21 - 30 дБ, на частоте 4000 Гц  –  20 - 65 дБ;
• III степень (значительное снижение слуха) – потеря слуха в области речевых частот составляет 31 дБ и более, на частоте 4000 Гц  –  20 - 78 дБ.

 

 Действие  шума на организм человека не ограничивается воздействием на орган слуха. Через волокна слуховых нервов раздражение шумом передается в центральную и вегетативную нервные системы, а через них воздействует на внутренние органы, приводя к значительным изменениям в функциональном состоянии организма, влияет на психическое состояние человека, вызывая чувство беспокойства и раздражения. Человек, подвергающийся воздействию интенсивного (более 80 дБ) шума, затрачивает в среднем на 10 – 20% больше физических и нервно-психических усилий, чтобы сохранить выработку, достигнутую им при уровне звука ниже 70 дБ(А). Установлено повышение на 10 – 15% общей заболеваемости рабочих шумных производств. Воздействие на вегетативную нервную систему проявляется даже при небольших уровнях звука (40 – 70 дБ(А). Из вегетативных реакций наиболее выраженным является нарушение периферического кровообращения за счет сужения капилляров кожного покрова и слизистых оболочек, а также повышения артериального давления (при уровнях звука выше 85 дБА).

Воздействие шума на центральную нервную  систему вызывает увеличение латентного (скрытого) периода зрительной моторной реакции, приводит к нарушению подвижности  нервных процессов, изменению электроэнцефалографических показателей, нарушает биоэлектрическую активность головного мозга с  проявлением общих функциональных изменений в организме (уже при  шуме 50 – 60 дБА), существенно изменяет биопотенциалы мозга, их динамику, вызывает биохимические изменения в структурах головного мозга.

При импульсных и нерегулярных шумах степень воздействия шума повышается. 

Изменения в функциональном состоянии  центральной и вегетативной нервных  систем наступают гораздо раньше и при меньших уровнях шума, чем снижение слуховой чувствительности. 

В настоящее время "шумовая болезнь" характеризуется комплексом симптомов:

• снижение слуховой чувствительности;
• изменение функции пищеварения, выражающейся в понижении кислотности;
• сердечно-сосудистая недостаточность;
• нейроэндокринные расстройства.

Работающие в условиях длительного  шумового воздействия испытывают раздражительность, головные боли, головокружение, снижение памяти, повышенную утомляемость, понижение аппетита, боли в ушах и т.д. Воздействие шума может вызывать негативные изменения эмоционального состояния человека, вплоть до стрессовых. Все это  снижает работоспособность человека и его производительность, качество и безопасность труда. Установлено, что при работах, требующих повышенного внимания, при увеличении уровня звука от 70 до 90 дБА производительность труда снижается на 20%.

Ультразвуки (свыше 20000 Гц)  также являются причиной повреждения слуха, хотя человеческое ухо на них не реагирует. Мощный ультразвук воздействует на нервные клетки головного мозга и спинной мозг, вызывает жжение в наружном слуховом проходе и ощущение тошноты.

Не менее опасными являются инфразвуковые воздействия акустических колебаний (менее 20 Гц). При достаточной интенсивности инфразвуки могут воздействовать на вестибулярный аппарат, снижая слуховую восприимчивость и повышая усталость и раздражительность, и приводят к нарушению координации.Особую роль играют инфрачастотные колебания с частотой 7 Гц. В результате их совпадения с собственной частотой альфа - ритма головного мозга наблюдаются не только нарушения слуха, но и могут возникать внутренние кровотечения. Инфразвуки (6 - 8 Гц) могут привести к нарушению сердечной деятельности и кровообращения.

  

 Акустический расчет

 

Необходимость проведения мероприятий  по снижению шума определяется:

• на действующих предприятиях на основании измерений уровней звукового давления на рабочих местах с последующим сравнением этих уровней с допустимыми по нормам L_рдоп ,
• на проектируемых предприятиях – на основании проведенного акустического расчета.

Акустический расчет включает:

·        выявление источников шума и определение их шумовых характеристик;

·        выбор расчетных точек и определение допустимых уровней звукового давления L_доп  для этих точек;