Интенсивность звука при которой ухо начинает ощущать давление и боль

Звуковое давление или что такое громкость

Основные термины и определения

Звук – разновидность кинетической энергии, которая называется « акустической » и представляет собой пульсацию давления, возникающую в физической среде при прохождении звуковой волны.

Интенсивность звука – сила звука, средняя по времени энергия, переносимая звуковой волной через единичную площадку, перпендикулярную к направлению распространения волны в единицу времени.

Громкость звука – субъективная величина слухового ощущения, которая зависит от интенсивности звука и его частоты. При неизменной частоте громкость звука растет с увеличением интенсивности. При одинаковой интенсивности наибольшей громкостью обладают звуки в диапазоне частот 700-6000 Гц. Ну- левой уровень громкости звука соответствует звуковому давлению 20 мкПа и силе звука 10-12 Вт/м2 при частоте 1 кГц.

Звуковое давление – звуковая энергия, которая попадает на единицу площади, расположенную в заданном направлении от источника звука и удаленную от него на определенное расстояние (как правило, на 1 м). Звуковое давление измеряется в паскалях (Па).

Децибел – логарифмическая единица уровней, затуханий и усилений, безразмерная носительная характеристика, позволяющая сравнивать между собой нужные величины:

Величина в децибелах = 10 lg (вычисляемая величина/опорная (базисная) величина).

Элементарные сведения о звуке

В звуке можно выделить следующие определяющие элементы: высота (высокий/низкий), интенсивность (слабый/сильный), тембр (мягкий, ясный и т.д.). Тембр определяемый гармониками, формирует слуховые ощущения, то есть, позволяет отличать один музыкальный инструмент или голос от другого. Скорость, с которой распространяется звук, строго связана с характером (природой) упругих сред. Далее мы будем рассматривать прохождение звука только через воздух. Скорость звука в воздухе составляет примерно 340 м/с и меняется с изменением температуры. Для расчета скорости звука при различных температурах, используется следующая формула:

V – скорость звука в м/с

°C – температура воздуха в градусах Цельсия

Если частота звуковых колебаний находится между 20 и 20000 раз в секунду (Гц), то данные вибрации производят у человека слуховое ощущение. Считается, что человек слышит звуки в диапазоне частот от 16 Гц до 20 кГц, но практически слышимый диапазон находится в пределах от 100 Гц до 10 кГц (низкий мужской голос 400Гц, женское сопрано 9 кГц). Отношение скорости звука к его частоте есть расстояние, пройденное звуковой волной за один период, по другому называется длиной звуковой волны:

где
λ – длина волны
V – скорость звука, м/с
f – частота, Гц

Полный период колебания волны (звукового давления) состоит из полупериода сжатия (повышения давления) и последующего полупериода разряжения молекул воздуха (понижения давления). Звуки с большей амплитудой (громкие) вызывают более сильное сжатие и разряжение молекул воздуха, чем звуки с меньшей амплитудой (тихие).

В зависимости от контекста существует множество различных определений звука:

Звук – это упругие волны, продольно распространяющиеся в среде и создающие в ней механические колебания. Чтобы понять, как распространяются данные волны, дополним это определение:
Звук – это процесс последовательной передачи колебательного состояния в упругой среде.

В современной физике утвердился взгляд, при котором многие процессы отождествляют с энергией.

Звук – это разновидность кинетической энергии, которая называется «акустической» и представляет собой пульсацию давления, возникающую в физической среде при прохождении звуковой волны. Звук распространяется по волновым законам, следовательно, к нему применимы такие общие физические понятия, как интерференция и дифракция. Результатом интерференции может быть как усиление, так и уменьшение уровня звука, например, при сложении одного и того же сигнала, но с различной фазировкой. При расчете параметров звукового поля на открытых пространствах следует учитывать множество различных факторов, например, влажность, ветер, температуру, например, при высокой температуре звук распространяется вверх, а при низкой температуре – вниз.

Частотный и динамический диапазоны

На рис. 2.3 приведены частотные и динамические диапазоны различных звуковых источников. Из рисунка видно, что динамический диапазон человеческой речи лежит в пределах от 30 до 100 дБ. Уровень 30 дБ соответствует тихому разговору, 100 дБ сильному крику. Под порогом слышимости подразумевают минимальные значения звукового давления, при которых звук еще воспринимается человеком. Принято считать, что человек слышит сигналы от 1 до 130 дБ. Уровень 1 дБ называется порогом слышимости, 130 дБ – это болевой порог.

Одним из наиболее важных параметров при расчете уровня звукового давления является уровень шума. Установлено, что человек способен (слышать) улавливать звуки с уровнем 1 дБ (20 мкПа, 10-12 Вт/м2), который называется порогом слышимости. Но это возможно только при хорошем слухе и в отсутствии шума. Так как в реальных условиях, шум всегда присутствует, то различить полезную (звуковую) информацию на фоне шума можно при условии, что уровень звука превышает уровень шума, как минимум на 3 дБ (в 2 раза). Для хорошей разборчивости данная разница должна состав-лять минимум 6 дБ (в 4 раза). В нормативной же документации данный запас составляет 15 дБ.

Анализ окружающей среды

Окружающая среда, в которой функционирует СОУЭ, должна рассматриваться как компонент системы. Тщательный анализ этой среды, является определяющим фактором в выборе элементов формируемой цепи. Для анализа окружающей среды наиболее часто используются два инструмента: измеритель уровня звука, которым оценивается окружающий уровень шума, и измеритель нелинейности, который показывает уровень искажения и деградации, которой подвергнут звуковой сигнал. Последний имеет передатчик и приемник, работающие с шифрованными сигналами (RASTI метод) для обеспечения величины разборчивости за несколько секунд с учетом реверберации окружающей среды. Данная величина характеризуется «индексом разборчивости» (между 0 и 1). Для объектов, специфика которых не критична с точки зрения акустики (торговые центры, офисы, дома) необходимость в применении более сложных измерителях отсутствует.

В акустике присутствует множество различных факторов, которые необходимо учитывать при выборе и расстановке звукового оборудования . Одним из таких факторов является реверберация. Звук в закрытых или открытых пространствах распространяется по разному. Стены комнаты отражают звуковые волны, тогда как на открытой площадке волны проходят практически без столкновений с какими-либо препятствиями. В закрытом пространстве за счет отражений уровень звука выше. В открытом пространстве звук распространяется практически по прямой. Прямой звук идентичен оригиналу по качеству и форме. Отраженный звук, наоборот, сильно зависит от отражающей способности места (после неопределенного числа отражений, достигает слушателя со всех сторон, и слушатель не может точно установить точку его происхождения). Распространение звука в этом случае происходит через первичные и вторичные отражения исходного звука от горизонтальных и вертикальных поверхностей помещения. Уровень отражения в большой степени зависит от характера стен, типа материала, из которого они сделаны, их гладкости, поглощающих свойств и изменения поглощения на раз-личных частотах. Мебель также может играть решающую роль в распространении звука – в зависимости от ее расстановки и поглощающей способности. Слушателю приходится воспринимать как прямой, так и отраженный звук. Время, с момента, в который звуковой источник прекращает излучать до момента, в который звук больше не воспринимается, определяется как время реверберации. Замечено, что любая среда характеризуется собственной «музыкальной окраской», связанной с распространением отраженных звуков и временем реверберации, которое и характеризует эту среду. Единственной переменной в уже существующей структуре остается мебель. Наилучшие результаты могут быть получены, когда принимается во внимание конструкция мебели, материал, из которого она сделана и ее расстановка в помещении.

Реверберация – это явление, которое возникает, когда слышен не прямой звук от источника, а отраженный от встречающихся на пути звуковой волны препятствий или помех различного характера. Для предотвращения нежелательного воздействия отраженного звука на прямой необходимо, чтобы последний, при задержке более чем на 50 мс, достигал слушателя уменьшенным не более чем на 10 дБ. Время реверберации пропорционально объему окружающего пространства и обратно пропорционально суммарному поглощению поверхностей, составляющих ее. Отраженный звук, который достигает уха слушателя через 40-50 мс после прямого, расценивается как усиление, окраска первоначального звука. Отраженные звуки, которые доходят с задержкой 50-80 мс, наоборот, искажают первоначальный сигнал и могут стать причиной потери разборчивости.

Источник

Основные характеристики слуха человека

Порог слуха

Порогом слуха человека называют минимальный уровень звука, который человек может воспринять. Эта характеристика является одной из основных.

От порога слуха зависит слуховая чувствительность: чем ниже порог слуха, тем выше слуховая чувствительность, и наоборот. Диапазон наибольшей чувствительности звука – от 1000 до 4000 Гц. Именно в этом промежутке находится информация о речевых сигналах. Пороги слуха на частоте 200 Гц выше на 35 дБ, а на 100 Гц — на 60 дБ, чем пороги слуха на частоте 1000 Гц.

Нормой считается порог слуха от -10 дБ до +10 дБ. В случаях нарушения слуха пороги могут быть разными – от 20 до 120 дБ.

Источник: введение в аудиологию и слухопротезирование И.В. Королева

Порог дискомфорта

Порогом дискомфорта называется уровень звука, вызывающий у человека неприятные ощущения. Нормой считается 100-110 дБ, и зависит она не только от состояния органа слуха, но и от возбудимости нервной системы в целом. У пациентов с нарушениями слуха порог дискомфорта, как правило, больше 110 дБ. Однако, у многих людей с сенсоневральной тугоухостью пороги дискомфорта такие же, как и у людей с нормальным слухом либо ниже – это явление называется рекруитмент, или «феномен усиленного нарастания громкости».

Болевой порог

Болевые ощущения в органе слуха, как правило, вызывает звук, составляющий 130-140 дБ. Кроме того, следует различать порог осязания и болевой порог – в первом случае человек чувствует только давление на барабанную перепонку (130 дБ), во втором – уже болевые ощущения (140 дБ). Порог дискомфорта людей с нарушениями слуха может отличаться от нормы, но болевой порог у всех всегда одинаковый.

Частотный диапазон слуха

Нормой для человека считается способность воспринимать звуки в частотном диапазоне от 20 до 20000 Гц. Звуки, частота которых выше 20000 Гц, называются ультразвуки, ниже 20 Гц – инфразвуки. Человек может воспринять ультразвук только если его источник приложить к костям черепа – это свойство иногда используется при диагностике нарушений слуха.

Источник: введение в аудиологию и слухопротезирование И.В. Королева

Подходя к исследованию слуха, звуковой частотный диапазон принято условно делить:

на низкие частоты — до 500 Гц;

на средние частоты — 500—3000 Гц;

на высокие частоты — 3000–8000 Гц;

на сверхвысокие частоты — выше 8000 Гц

Динамический диапазон слуха

Динамическим диапазоном слуха называется совокупность уровней звука, которые человек способен воспринимать, в норме это 130 дБ. Разница между самым тихим и самым громким звуком, воспринимаемым человеческим ухом (до осязаемых или болевых порогов), велика – последний выше примерно в 1013 раз.

В аудиологии динамическим диапазоном слуха именуют диапазон от порога слуха человека до порога его дискомфорта.

Как динамический, так и частотный диапазон у людей с нарушениями слуха может отличаться от нормы.

Дифференциальный порог слуха

Минимальные различия по частоте, интенсивности или длительности звука, воспринимаемые человеческим слухом, называются дифференциальным порогом слуха.

Именно способность обнаруживать минимальные различия между звуками позволяет нам воспринимать речь. Интенсивность и частота дифференциального порога слуха зависит от длительности, уровня и частоты звука. Нормой для человека считается 1–1,5 дБ по интенсивности на частотах 500–4000 Гц при уровне звука 40 дБ.

Причина плохого восприятия речи людьми с нарушениями слуха кроется в увеличении у них дифференциального порога слуха – они просто перестают воспринимать мелкие различия между речевыми звуками.

Бинауральный слух

Способность человека воспринимать звук двумя ушами и обрабатывать поступившие сигналы в соответствующих симметричных слуховых центрах мозга называется бинауральным слухом. Данное свойство обеспечивает так называемый процесс бинаурального слияния – это когда различные по своим характеристикам звуки, поступающие в правое и левое уши человека, воспринимаются слуховой системой человека как единый и цельный слуховой образ. Кроме того, благодаря сравнению звуков, поступающих в правое и левое ухо, слуховая система определяет, где находится источник звука.

Именно бинауральный слух позволяет нам воспринимать речь в шумных условиях – происходит так называемый эффект «бинаурального освобождения от маскировки».

Источник: введение в аудиологию и слухопротезирование И.В. Королева

Слуховая адаптация

Как и остальные сенсорные системы организма человека, слуховая система способна адаптироваться ко внешним условиям. Это проявляется во временном понижении чувствительности за счёт повышения порогов слуха в случаях излишнего звукового воздействия. Благодаря этой способности слуховая система защищает себя от повреждений.

Порог слуха повышается от любого воздействия звука, превышающего этот порог на 10-20 дБ. В случаях кратковременного воздействия звука не выше 80-90 дБ и повышение порога будет кратковременным. При более интенсивном воздействии и повышение порогов слуха будет длиться дольше – до нескольких минут. После прекращения звукового воздействия пороги слуха постепенно возвращаются в исходное состояние.

Источник

Акустические колебания. Виды шумов, их воздействие на человека. Профессиональные заболевания от воздействия шума

Акустические колебания — это механические колебания в упругих средах и вызывающие распространение в этих средах упругих волн.

Энергия от источника колебаний передаётся частицами среды. Расстояние между двумя ближайшими частицами среды, колеблющимися в одной фазе – называется длинной волны (ДВ).

ДВ – это путь, пройденный волной за время равное периоду колебаний.

Упругие волны с частотами от 16 до 20000 ГЦ в газах, жидкостях и твердых телах называются звуковыми волнами. Скорости звука в воздухе при нормальных условиях составляет 330 м/с, в воде около 1400м/с, в стали – 5000 м/с.

При восприятии человеком звуки различаются по высоте и громкости.

Высота звука определяется:

1. частотой колебаний (чем больше частота колебаний, тем выше звук)

2. громкость определяется его интенсивностью, выражается во Вт/м 2 . Единица измерения громкости называется децибелами (дБ)

Она примерно соответствует минимальному приросту силы звука, различаемому ухом. Средний уровень громкости речи составляет 60 дБ, а мотор самолета на расстоянии 25м производит шум в 120 дБ.

Минимальная интенсивность звуковой волны, вызывающая ощущение звука называется порогом слышимости. Порог слышимости у разных людей различен и зависит от частоты звука.

Интенсивность звука, при которой ухо начинает ощущать давление и боль называется порогом болевого ощущения. На практике в качестве порога болевого ощущения принята интенсивность звука 100 Вт/м 2 , соответствующая 140 дБ.

Шум –совокупность звуков различной частоты и интенсивности, беспорядочно изменяющихся во времени. Для нормального существования, чтобы не ощущать себя изолированным от мира, человеку нужен шум в 10-20 дБ (шум листвы, леса). Развитие техники и промышленного производства сопровождалось повышением уровня шума, воздействующего на человека. В условиях производства воздействие шума сочетается с другими негативными воздействиями: токсичными веществами, перепадами температуры, вибрацией.

Физические характеристики шума — частота, звуковое давление, уровень звукового давления.

По частотному диапазону шумы подразделяются на:

1. низкочастотные — до 350 Гц

2. среднечастотные — 350-800 Гц

3. высокочастотные — выше 800 Гц

По характеру шумы бывают:

· широкополосные (с непрерывным)

· тональные (в которых имеются слышимые тона)

По временным характеристикам шумы бывают:

4. колеблющиеся во времени

Звуковое давление (P) –среднее по времени избыточное давление на препятствие, помещенное на пути волны.

Для практических целей удобной является характеристика звука, измеряемая в децибелах – уровень звукового давления.

Для оценки различных шумов измеряются уровни звука с помощью шумомеров по ГОСТ 17.187-84.

Для оценки физиологического воздействия шума на человека используются громкость и уровень громкости.

Для характеристики постоянного шума установлена характеристика – уровень звука, измеренный по силам А шумомера в дБА.

Источники шума разнообразны: шум самолета, громкая музыка, удары пневманического инструмента.

Шумы оказывают вредное воздействие на организм человека:

— на ЦНС (переутомление и истощение клеток головного мозга)

— бессонница, развивается утомляемость, понижается внимание, понижается работоспособность и производительность труда (возникает ГБ).

Под влиянием шума развивается следующие явления: утомление слуха и снижение слуха. Эти явления с прекращением шума быстро проходят. Если утомление не прекращается => тугоухость.

Кратковременное воздействие уровня 120 дБ (рев самолета) не приводит к необратимым последствиям. Длительное воздействие шума 80-90 дБ приводит к профессиональной глухоте.

Тугоухость — стойкое понижение слуха, затруднение восприятия речи окружающих в обычных условиях.

Оценка состояния слуха производится с помощью аудиометрии — применение с помощью аудиометра.

Если снижение слуха на 10дБ – человеком не ощущается; на 20 дБ – снижение слуха заметно.

Профессиональные заболевания – снижение слуха, чаще всего снижение слуха развивается в течение 5-7 лет и более переутомление слуха.

Уровень слуха нормируется санитарными нормами и государственными стандартами и не должен превышать допустимой нормы.

Дата добавления: 2014-01-20 ; Просмотров: 1631 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник