Физические и психологические характеристики шума

Шум – хаотическое соединение звуков разной частоты и интенсивности (силы)

Звук – пружинистые колебания частей пружинистого окружения (жидкого, твёрдого, газообразного), которые распространяются в виде волн.

Физические характеристики: частота колебаний, интенсивность звука

Частота ƒ – число колебаний в секунду, обозначается скоростью распространения и длиной звуковой волны, Гц.

В зависимости от частоты звуки делятся на: инфразвуки – частотой меньше17Гц, звуки в сетях – 17 … 20000 ГЦ, которые человек воспринимает органом слуха (с возрастом этот диапазон сужается), ультразвуки – частотой больше 20000 Гц.

Человек совсем не воспринимает инфразвук органом слуха, но звук величиной 6 Гц вызывает чувство усталости, 7 Гц – особенно опасный, так как может вызвать остановку сердца, 5 Гц – повреждает печень, а некоторые частоты могут вызвать припадок сумасшествия.

Интенсивность (сила) звука – поток звуковой энергии, которая проходит за единицу времени через единицу поверхности, перпендикулярной по направлению распространения звуковой волны:

 

I = p²/pc, Вт/м³ (5.1)

 

Где р – звуковое давление, Па; р – плотность среды, кг/м³; с- скорость звука, м/с.

В случае точкового источника звука излучаемая им энергия распространяется в виде сферичной волны. На большой дистанции от точкового источника можно представить, что звуковая волна движется по закону плоской волны.

Звуковое давление – разница между мгновенным значением полного давления при прохождении звуковой волны через данную точку пространства и средним давлением в спокойной среде.

Психофизиологической характеристики: частотный интервал, громкость, уровень громкости.

Слуховой анализатор человека – ухо, различает звуки в диапазоне от 16 до 2000 Гц. Звуки разных частот воспринимается органом слуха по-разному. Зона резонансных частот, в которой усиливается восприятием человека, лежит в приделах 2…5 тысяч Гц. Увеличения частоты звука субъективно воспринимается как его возрастание.

Частотный промежуток слышимости разделение диапазонов частот звуков чувствительности на октавной полосе частот.

Октавная полоса частот (октава) – диапазон частот, в котором верхняя граничная частота ƒв вдвое больше нижней граничной частоты ƒн. Октава характеризуется своим среднегеометрическим значением: ƒср. r = √ƒвƒн.

Диапазон чувствительности человека разделен на девять октав со среднегеометрическими значениями:31.5, 63,125, 250, 500,1000, 2000, 4000,8000 Гц.

Громкость – субъективная оценка звука величиной ощущения, которое воспринимается ухом.

Прямой зависимости между физическими характеристиками звука и его физиологическим восприятием нет. Это связано с особенностями слухового аппарата человека. С усиление звука, человек ощущает повышение его громкости, но намного меньше, чем его реальное увеличение звуковой энергии или давления.

На слуховой аппарат человека воздействует среднеквадратическая величина звукового давления:

Па,

(5.2)

 

Где То = 30…100 мс –время восприятия звука органом слуха человека.

Область звуков, которые слышит человек, ограничена как частотным диапазоном, так и пороговым значением звукового давления.

Для эталонной частоты 1000 Гц определенные пороговые значения звукового давления: порог чувствительности, при котором человек еще распознает звук, ро = 2*10 Па; болевой порог, возникает боль в слуховом органе человека, рб = 2*10 Па.

Пороговые значения звукового давления разные для звуков разных частот. Согласно закону Вебера-Фехнера изменение восприятия слышимости звука пропорционально десятичному логарифму отношения созданным этим звуком давления до порогового значения звукового давления на частоте 1000 Гц:

 

 

, дБ

(5.3)

 

Где L – уровень звукового давления, дБ.

За единицу измерения уровня звука принятого Белл, что соответствует чувствительности изменение звука в 2 раза. Но ухо человека распознает изменение уровня на десятую долю Белла, т.е. на 1 дБ.

На рис. 5.1 показана зона слухового восприятия человека по частоте и уровню. На частоте 1000 Гц порог чувствительности по уровню соответствует L0 = 0 дБ; болевой порог на частоте 1000 Гц по уровню составляет рб = 130 дБ.

 

Рис. 5.1 – Кривые ровной емкости.

Уровень звукового давления используют для измерения шума и оценки его действия на человека.

Уровень громкости – физиологическая оценка звука в зависимости от частоты.

Уровень громкости определяется субъективным сравнением громкости определенного звука частотой 1000Гц, принятого за уровень громкости в фонах.

Пример. Если звук с частотой 100 Гц и уровнем 50 дБ воспринимается на слух с одинаковой громкостью, т.е. вызывает одно и то же ощущение со звуком частоты 1000 Гц и уровнем 20 дБ, т.е. его уровень громкости воспринимается равным 20 фонам.