Лекция №10


Скачать 318.28 Kb.
НазваниеЛекция №10
страница1/3
Дата публикации03.05.2013
Размер318.28 Kb.
ТипЛекция
userdocs.ru > Физика > Лекция
  1   2   3
Лекция № 10.

Акустические колебания, шум



Вопросы борьбы с шумом в настоящее время имеют большое значение в различных областях экономики, в том числе в машиностроении, на транспорте, в энергетике.

Шум на производстве наносит большой ущерб, вредно действуя на организм человека и снижая производи­тельность труда. Утомление рабочих, операторов и служащих из-за сильного шума увеличивает число ошибок при работе, способствует возникновению травм. Нередко и в быту человек подвергается воздействию шума недопустимо высоких уровней. Поэтому борьба с шумом является важной задачей.

Часто возникает необходимость защиты не только от шума, но и от инфра- и ультразвука.
^

Физические характеристики шума



По физической сущности упругие колебания, распространяющиеся волнообразно в воздухе, жидкой или твердой средах под воздействием какой-либо возмущающей силы, относят к акустическим колебаниям. Они могут быть как слышимыми, так и не слышимыми.

Акустические колебания с частотой от 16 до 20000 Гц называются звуковыми, с частотой менее 16 Гц – инфразвуком, с частотой более 20 кГц – ультразвуком.

Шумом является всякий нежелательный для человека звук.

Производственный шум как гигиенический фактор – совокупность звуков различной интенсивности и частоты, беспорядочно изменяющихся во времени и вызывающих у работающих неприятные субъективные ощущения.

Звуковые волны возникают при нарушении стационарного состояния среды вследствие воздействия на нее какой-либо возмущаю­щей силы. Частицы среды при этом начинают колебать­ся относительно положения равновесия, причем скорость таких колебаний значитель­но меньше скорости распространения волны (скорости звука с).

При нормальных атмосферных условиях (Т = 200С и нормальном атмосферном давлении) скорость звука с в воздухе равна 344 м/с.

^ Звуковое поле — это область пространства, в кото­рой распространяются звуковые волны. В каждой точке звукового поля давление и скорость движения частиц воздуха изменяются во времени. Разность между мгновенным значением полного давления и средним давле­нием, которое наблюдается в невозмущенной среде, называется звуковым давлением р. Единица измерения звукового давления – паскаль (Па).

При распространении звуковой волны происходит пе­ренос энергии. Средний поток энергии в какой-либо точ­ке среды в единицу времени, отнесенный к единице по­верхности, перпендикулярной к направлению распространения волны, называется интенсивностью звука в данной точке (Вт/м2):

Величины звукового давления и интенсивности зву­ка, с которыми приходится иметь дело в практике борь­бы с шумом, могут меняться в широких пределах: по давлению до 108 раз, по интенсивности до 1016 раз. Естественно, что оперировать такими цифрами довольно неудобно. Наиболее же важно то обстоятельство, что ухо человека способно реагировать на относительное из­менение интенсивности, а не на абсолютное. Ощущения человека, возникающие при различного рода раздраже­ниях, в частности при шуме, пропорциональны логариф­му количества энергии раздражителя. Поэтому для характеристики акустического феномена принята специальная измерительная система интенсивности и энергии шума, учитывающая приближенную логарифмическую зависимость между раздражением и слуховым восприятием, а именно шкала логарифмических единиц как наиболее объективная и соответствующая физиологической сущности восприятия. По этой шкале каждая последующая ступень звуковой энергии больше предыдущей в 10 раз. Например, если интенсивность звука увеличивается в 10, 100, 1000 раз, то по логарифмической шкале увеличение происходит соответственно на 1, 2, 3, единицы. Логарифмическая единица, отражающая десятикратную степень увеличения интенсивности звука, называется белом ( Б).

Уровень интенсивности звука L1 (дБ) определяют по формуле:
L1 = 10 lg I / I0,

где I0 - интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости,

(I0 = 10-12 Вт/м2) на частоте 1000 Гц.
Величина уровня звукового давления L (дБ):
L = 20 lg Р / Р0,

где Р – звуковое давление , Па;

Р0 - нулевое значение интенсивности звука, условно принятое равным

210-5 Па.

Таким образом, логарифмические единицы позволяют оценивать интенсивность звука не абсолютной величиной звукового давления, а ее уровнем, т.е. отношением фактически создаваемого давления к давлению, принятому за единицу сравнения. Такой единицей и принято считать минимальное давление, которое человек воспринимает как звук на частоте 1000 Гц, а именно 210-5 Па.

Весь диапазон энергии, воспринимаемой слухом как звук укладывается при таких условиях в 13 …14 Б. Для удобства пользуются не белом, а единицей в 10 раз меньшей – децибелом (дБ), который соответствует минимальному приросту силы звука, различаемому ухом.

Таким образом, бел и децибел – это условные единицы, которые показывают, насколько данная интенсивность звука в логарифмическом масштабе больше интенсивности звука, соответствующей порогу слышимости. Измеряемые таким образом величины называются уровнями интенсивности шума или уровнями звукового давления.

Интенсивность шума определяют в пределах октав. Октавы – диапазон частот, в котором верхние границы частоты вдвое больше нижней (например, 40 – 80, 80 – 160 Гц). Для обозначения октавы обычно берут не диапазон частот, а так называемые среднегеометрические частоты: например, для октавы 40 - 80 Гц – среднегеометрическая составляет 62,5 Гц, для октавы 80 – 160 – среднегеометрическая – 125 Гц.

По частотной характеристике различают шумы:

- низкочастотные – до 350 Гц;

- среднечастотные – 350 – 800 Гц;

- высокочастотные – выше 800 Гц.

В том случае, когда в расчетную точку попадает шум от нескольких источников, их интенсивности складываются:

I = I1 I2 ….. Iп

Искомый уровень звукового давления при одновременной работе этих источников получается путем деления левой и правой частей уравнения на IО и логарифмирования. После преобразования получаем:

L = 10 lg ( 10L1/ 10  10L2/ 10 … 10Lп/ 10),
где L1 , L2 , Lп - уровни звукового давления, создаваемые каждым источником

Если имеется п одинаковых источников с уровнями звукового давления LI, то вычисления упрощаются:

L = LI 10 lg п

Например, два одинаковых станка совместно создадут уровень шума на 3 дБ больше, чем каждый из них.

Любую зависимость какой-либо величины (например, звукового давления) от времени можно представить в виде сумы конечного или бесконечного числа синусоидальных колебаний этой величины. Каждое такое колебание характеризуется своим среднеквадратичным значением физической величины и частотой, т.е. числом колебаний в секунду (Гц). Зависимость среднеквадратичных значений синусоидальных составляющих шума (или соответствующих им уровней в дБ) от частоты называется частотным спектром шума (или просто спектром).

Спектры получают, используя анализаторы шума – набор электрических фильтров, которые пропускают сигнал в определенной полосе частот полосе пропускания.

Шумы принято классифицировать (ГОСТ 12.1.003-83) по их спектральным и временным характеристикам.

По характеру спектра:

  • широкополосные, с непрерывным спектром шириной более октавы (например, шум реактивного двигателя);

  • тональные, в спектре которых имеются слышимые тона (шум дисковой пилы).

По временным характеристикам:

  • постоянные, уровень звука которых за 8-ми часовой рабочий день изменяется не более, чем на 5 дБА;

  • непостоянные, уровень звука которых за 8-ми часовой рабочий день изменяется более, чем на 5 дБА.

Непостоянные шумы в свою очередь, подразделяются на:

  • колеблющиеся во времени, уровень звука которых изменяется во времени непрерывно;

  • прерывистые, уровень звука которых ступенчато изменяется на 5 дБА и более, причем длительность интервалов, в течении которых уровень остается постоянным, составляет 1 с и более;

  • импульсные, состоящие из одного или нескольких звуковых сигналов, каждый длительностью менее 1 с при этом уровни звука отличаются не менее, чем на 7 дБ.


^ Действие шума на человека. Нормирование шума.

У каждого человека свой «порог шумонепереносимости». Более 30 % общего числа населения вообще нечувствительны к громким звукам. Соответственно, 30 % людей остро реагируют на любой, даже незначительный шум.

^ Воздействие на орган слуха. Шум влияет на слух трояким образом:

  1. вызывает мгновенную глухоту и повреждение слуха при очень высокой интенсивности шума;

  2. при длительном воздействии шума высокой интенсивности вызывает необратимые потери слуха, так называемую тугоухость;

3) кратковременное воз­действие шума высокой интенсивности приводит к временной потере чувствительности слуха, которая за­тем восстанавливается.

Первый тип воздействия, приводящий к акустиче­ской травме, соответствует уровням шума 150 дБ, имеющим место, например, при взрыве. При этом барабанная перепонка может оказаться порванной, а слуховые косточки — сломанными или смещенными. Если барабанная перепонка и слуховые косточки ос­таются невредимыми, то потеря слуха может быть лишь временной. Так известен исторический факт, когда английский адмирал лорд Родни лишился слуха на 14 дней, после того как в 1782 году 80 бортовых пу­шек его корабля выстрелили залпом.

Говоря о глухоте в результате травмы и помощи по­страдавшему, следует отметить, что поврежденные ба­рабанную перепонку и слуховые косточки можно за­менить путем трансплантации. При потере чувстви­тельности волосковых клеток может помочь усиление звука в слуховом канале, однако, если поврежден слу­ховой нерв, то слух восстановить уже невозможно.

Импульсный шум меньшей интенсивности, обра­зующийся, например, в результате удара молотка по стальной пластине, хотя и не травмирует слух, но все-таки приводит к отклонениям в его работе. Вообще, человеческое ухо плохо приспособлено к импульсному шуму. Его защитные механизмы срабатывают спустя примерно 0,01 с после начала дей­ствия звукового импульса, а за это время он уже может вызвать травму. Впрочем, оправданием этого недос­татка может служить то обстоятельство, что подобный импульсный шум практически и не встречается в при­роде, а порождается исключительно человеческой деятельностью.

Не менее пагубны могут быть последствия от дли­тельного воздействия не импульсного, а непрерывного шума высокой интенсивности. При этом сужаются или даже перекрываются кровеносные сосуды внут­реннего уха, и как следствие, нарушается обмен ве­ществ, появляется усталость слуховых клеток, снижа­ется их чувствительность. Если длительность воздей­ствия шума не очень большая, то появляющееся в ре­зультате этого повышение порога слышимости уха спустя некоторое время пропадает, и ухо функцио­нально полностью восстанавливается. В этом случае говорят о временном изменении порога слышимости.

Так, если в течение 10 мин подвергать воздействию шума с уровнем 100 дБ и частотной полосой 1200...2400 Гц, то сразу после этого обнаружится по­нижение чувствительности слуха на 15 дБ в районе 4000 Гц. Однако спустя 30 мин чувствительность слуха практически полностью восстанавливается. Но когда время воздействия шума с такими же параметрами увеличивается до 100 мин, потери чувствительности слуха возрастут до 30 дБ, и для восстановления слуха потребуется гораздо больше времени, около 36 ч.

Отсюда вытекает, что если человек подвергается воздействию интенсивного шума каждый день, то ухо просто не успевает восстановиться, и тогда постепен­но появляются необратимые потери слуха. При этом говорят о постоянном изменении порога слышимости или о тугоухости. По некоторым данным за 10 лет, по­стоянное изменение порога слышимости равно вре­менному изменению этого порога после одной рабо­чей смены. Анатомически тугоухость связана с деградацией волосковых клеток, начинающейся с незначительных изменений и кончающейся их пол­ным обрывом. Чаще всего снижение слуха развивается в течении 5- 7 лет и более. На рис. 16 представлены кривые потерь слуха у тка­чих в зависимости от их стажа работы. Характерной особенностью этих кривых является то, что макси­мальные потери приходятся на частоту 4000 Гц. Это является общей закономерностью потерь слуха. При­чины этого явления пока не вполне ясны. Часто свя­зывают это с тем, что на эту частоту приходится мак­симальная интенсивность промышленных шумов. Од­нако в действительности это далеко не всегда так.

Промышленный шум является не единственной причиной потери слуха. Помимо этого необратимые потери слуха наступают и с увеличением возраста. Обычно это явление начинается в возрасте приблизи­тельно 30 лет у мужчин и 35 лет у женщин с потерей чувствительности слуха к высоким частотам. С годами оно распространяется на более низкие частоты, дос­тигая речевого диапазона 500...3000 Гц, где как раз мы и различаем произносимые слова. Как следует из рис. 17, к старости происходит существенное ослабление слуха на частотах выше 3000 Гц, где формируются характер­ные индивидуальные оттенки голоса. Таким образом, с возрастом для нас все больше утрачивается индиви­дуальность каждого голоса, а некоторые звуки высо­кой частоты мы можем вообще перестать слышать.

В связи с возрастной потерей слуха была обнару­жена еще одна любопытная особенность. Исследуя слух у людей одного африканского племени, было об­наружено, что возрастное ухудшение чувствительно­сти слуха у них по сравнению с американцами, в осо­бенности с рабочими промышленных предприятий, работающими в шумных условиях, значительно ниже.



Таким образом, оказывается, что возрастное ухудше­ние слуха у представителей современного индустри­ального общества протекает значительно быстрее, чем у людей, живущих вдали от центров цивилизации.

Следует также отметить, что повышенные уровни шума могут приводить к нечастным случаям вследст­вие неразличимости слуховых сигналов и неразбор­чивости речи. Считается, что хорошая разборчивость речи достигается, когда ее уровень не ниже уровня постороннего шума.

^ Воздействие на другие органы. Воздействие шума на организм человека не ограничивается слуховым аппара­том, а носит гораздо белее комплексный характер. Пример типичной реакции на неожиданный громкий звук: человек съеживается, поворачивает голову, сна­чала задерживает дыхание, а потом ускоряет его.

Наиболее характерно действие шума проявляется в изменениях в системе кровообращения, выражающее­ся в некотором увеличении частоты пульса, сужении мелких артериальных сосудов и, как следствие этого, уменьшение объема протекающей крови и снижение температуры кожи.

Кроме того, имеет место расширение зрачков, за­висящее от интенсивности воздействующего шума. В результате уменьшается глубина резкости зрения, что особенно нежелательно для людей, выполняющих высокоточную работу, например, часовщиков.

При определенных условиях шум способен вызвать такие патологии, как гипертоническая и язвенная болезнь, желудочно-кишечные и кожные заболевания.

^ Воздействие на психику. Шум действует на психику человека очень индивидуально. Шум производимый самим человеком, как правило, не беспокоит его, в то время как даже небольшой посторонний шум способен вызвать сильный раздражающий эффект. Например, при умст­венной деятельности тихий звук падающих из крана капель или тиканье будильника может вызвать силь­ное раздражение и, напротив, громкие звуки симфо­нического оркестра в состоянии вызвать огромные по­ложительные эмоции. Первостепенное значение в возникновении у человека неприятных ощущений имеет его отношение к источнику звука. На некоторых наоборот симфоническая музыка оказывает негатив­ное воздействие, а звук падающих капель они могут и не замечать. В дневное время негромкая музыка обыч­но не вызывает у нас никаких беспокойств. Но если ночью вы легли спать, а ваши соседи в это время ре­шили повеселиться, включив музыку на полную мощ­ность, то отголоски этой музыки, хотя и не очень громкие, могут донести вас "до белого каления".

Итак, звук любого вида может вызвать отрицатель­ное действие, но, в конечном счете, все будет опреде­ляться конкретным человеком и ситуацией, в которой он находится.

В общем, воздействие на психику возрастает с по­вышением высоты звука, а также увеличением его громкости и уменьшением частотного диапазона. Уве­личение громкости приводит к негативным психиче­ским реакциям как непосредственно, так и косвенно из-за коммуникативных помех, когда возможность ре­чевого общения сокращается до минимума. Прерыви­стый шум по сравнению с непрерывным, особенно ес­ли часто меняются его уровни, вызывает возрастаю­щее раздражение, которое усиливается с повышением разницы между минимальными и максимальными уровнями. Реакция на шум во многом определяется также исходным состоянием психики человека. Пред­расположенность его к неврозам приводит к более сильной реакции на шум.

Воздействуя на кору головного мозга, шум оказыва­ет раздражающее действие, ускоряет процесс утомления, ослабляет внимание и замедляет психические ре­акции. По этим причинам сильный шум в условиях производства может способствовать возникновению трав­матизма, так как на фоне этого шума не слышно сиг­налов транспорта, автопогрузчиков и других машин.

Эти вредные последствия шума выражены тем боль­ше, чем сильнее шум и чем продолжительнее его дей­ствие. Таким образом, шум вызывает нежелательную реак­цию всего организма человека. Патологические измене­ния, возникшие под влиянием шума, рассматривают как шумовую болезнь.

Звуковые колебания могут восприниматься не толь­ко ухом, но и непосредственно через кости черепа (так называемая костная проводимость). Уровень шума, пе­редаваемого этим путем, на 20—30 дБ меньше уровня, воспринимаемого ухом. Если при невысоких уровнях передача за счет костной проводимости мала, то при высоких уровнях она значительно возрастает и усугуб­ляет вредное действие на человека.

Вместе с тем, следует отметить, что действие шума иногда приводит и к положительной реакции Извест­но, например, что при монотонном труде с помощью музыки можно достичь повышения производительно­сти труда. Вообще установлено, что шум положитель­но влияет на конкретное мышление и отрицательно — на абстрактное мышление.

  1   2   3

Похожие:

Лекция №10 iconЛекция I и проблема языка и сознания лекция II 31 слово и его семантическое...
Монография представляет собой изложение курса лекций, про* читанных автором на факультете психологии Московского государственного...
Лекция №10 iconЛекция Августин о платоновских идеях и о памяти (De diversis quaestionibuslxxxiii,...
Лекция Введение. Средневековая христианская философия в американских университетах
Лекция №10 icon«Классический и современный психоанализ в зеркале символдрамы» лекция 1
«Психоанализ: прошлое, настоящее и будущее», лекция 2 «Психоанализ характера», лекция 3 «Психоанализ, любовь, семья и супружеские...
Лекция №10 iconЛекция Понятие риэлторской деятельности 2 Лекция Характеристика рынка риэлторских услуг в РФ 13
Лекция Особенности брокерской деятельности. Реализация квартир по договорам комиссии и поручения 161
Лекция №10 iconЛекция Фоновые и предраковые заболевания. Рак матки 46 Лекция Злокачественные...
Жалобы (основные и сопутствующие). Специфические функции женского организма (половая, репродуктивная, секреторная, менструальная)....
Лекция №10 iconЛекция I. Предмет, система и основные понятия курса “Судоустройство”
Лекция II. Судебная власть и правосудие
Лекция №10 iconЛекция № Вакцинация
Лекция № История отечественной педиатрии, организация охраны материнства. Периоды детского возраста
Лекция №10 iconЛекция №1 вводная лекция
Поэтому все мы вас призываем на 3 курсе с особой серьезностью относиться к учебному процессу
Лекция №10 iconЛекция Управление как социальное явление
Лекция Предмет и методы психологии управления. Функции управленческой деятельности
Лекция №10 iconЛекция №1 Курс «Метрология и стандартизация»
Введение. Предмет дисциплины. Краткие сведения из истории метрологии и стандартизации (Лекция №1)
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2020
контакты
userdocs.ru
Главная страница