Спектр шума

Классификация шума

По источнику образования шум подразделяют на:

механический— создается колебаниями твердой или жидкой поверхности;

аэро- и гидродинамический— возникает в результате турбулентности соответственно газовой или жидкой среды;

электродинамический — обусловлен действием электро- или магнитодинамических сил, электрической дуги или коронного разряда.

По частоте различают шум низкочастотный(до 300 Гц),среднечастотный(от 300 до 800 Гц) ивысокочастотный(более 800 Гц).

По характеру спектра шум бывает:

широкополосный— имеет непрерывный спектр шириной более одной октавы;

тональный— характеризуется неравномерным распределением звуковой энергии с преобладанием большей ее части в области одной-двух октав.

По времени действия различают следующие виды шума:

постоянный — изменяется в течение рабочей смены не более чем на 5 дБА в ту или иную сторону от среднего уровня;

непостоянный— уровень его звукового давления за рабочую смену может меняться на 5 дБА и более в любую сторону от среднего уровня.

Непостоянный шум, в свою очередь, можно подразделить на:

колеблющийся— с плавным изменением уровня звука во времени;

прерывистый— характеризуется ступенчатым изменением уровня звукового давления на более чем 5 дБА при длительности интервалов с постоянным уровнем давления звука не менее 1 с;

импульсный— состоит из одного или нескольких звуковых сигналов, продолжительность каждого из которых менее 1 с.

Классификацию шума важно учитывать при разработке мероприятий по снижению его вредного влияния на работающих. Например, определение источника возникновения шума и выработка соответствующих оптимальных мер противодействия, направленных на уменьшение уровня давления звука, создаваемого его генератором, способствуют повышению работоспособности людей и снижению их заболеваемости.

Определение частотного спектра шума также важно для обеспечения безопасности и гигиены труда. Так, если низкочастотные звуки распространяются в пространстве сферически от источника их образования, то высокочастотные — в виде узконаправленного потока волн. Поэтому шум низкой частоты легче проникает через неплотные преграды и от него нельзя защититься экранированием, которое особенно эффективно при борьбе с распространением высокочастотного шума.

Классификация шумов по характеру спектра

Неодинаковое действие на организм человека различных видов шума учитывают при его гигиеническом нормировании.

По природе возникновения шумы машин или агрегатов делятся на:

· механические,

· аэродинамические и гидродинамические,

· электромагнитные.

На ряде производств преобладает механическийшум, основными источниками которого являются зубчатые передачи, механизмы ударного типа, цепные передачи, подшипники качения и т.п. Он вызывается силовыми воздействиями неуравновешенных вращающихся масс, ударами в сочленениях деталей, стуками в зазорах, движением материалов в трубопроводах и т.п. Спектр механического шума занимает широкую область частот. Определяющими факторами механического шума являются форма, размеры и тип конструкции, число оборотов, механические свойства материала, состояние поверхностей взаимодействующих тел и их смазывание. Машины ударного действия, к которым относится, например, кузнечно-прессовое оборудование, являются источником импульсного шума, причем его уровень на рабочих местах, как правило, превышает допустимый. На машиностроительных предприятиях наибольший уровень шума создается при работе металло- и деревообрабатывающих станков

Аэродинамические и гидродинамические шумы:

·шумы, обусловленные периодическим выбросом газа в атмосферу, работой винтовых насосов и компрессоров, пневматических двигателей, двигателей внутреннего сгорания;

·шумы, возникающие из-за образования вихрей потока у твердых границ. Эти шумы наиболее характерны для вентиляторов, турбовоздуходувок, насосов, турбокомпрессоров, воздуховодов;

·кавитационный шум, возникающий в жидкостях из-за потери жидкостью прочности на разрыв при уменьшении давления ниже определенного предела и возникновения полостей и пузырьков, заполненных парами жидкости и растворенными в ней газами

Шумы электромагнитного происхождениявозникают в различных электротехнических изделиях (например при работе электрических машин). Их причиной является взаимодействие ферромагнитных масс под влиянием переменных во времени и пространстве магнитных полей. Электрические машины создают шумы с различными уровнями звука от 20¸30 дБ (микромашины) до 100¸110 дБ (крупные быстроходные машины).

  • тональный шум, в спектре которого имеются выраженные дискретные тона (превышение уровня звукового давления в одной из 1/3 октавной полосе над соседними, не менее чем на 10 дБ). Пример тонального шума – писк.
  • широкополосный шум с непрерывным спектром шириной более одной октавы;

Октава – ступень изменения высоты тона, который соответствует изменение частоты в 2 раза ( 1/2 октавы соответствует изменению частоты в 1,14 раза, а 1/3 октавы – в 1,25 раза).

Шум. Классификация шумов

Слышимые человеком частоты охватывают диапазон 10 октав.

По временным характеристикам шумы разделяются на:

  • постоянный, уровень звука которого за 8-часовой рабочий день (рабочую смену) изменяется во времени не более чем на 5 дБА при измерениях на временной характеристике «медленно» шумомера (пример такого шума – шум в котельной);
  • непостоянный, уровень звука который за 8-часовой рабочий день (рабочую смену) изменяется во времени более чем на 5 дБА при измерениях на временной характеристике «медленно» шумомера. В свою очередь непостоянный шум подразделяется на:
  • колеблющийся во времени, уровень звука которого непрерывно изменяется во времени (пример такого шума – шум в цехе, где много станков, но работают они не все сразу, а группами);
  • прерывистый, уровень звука которого ступенчато изменяется (на 5 дБА и более), причем длительность интервалов, в течение которых уровень остается постоянным, составляет 1 с. и более (пример такого шума – шум в цехе, где работает один станок);
  • импульсный, состоящий из одного или нескольких сигналов, каждый длительностью менее 1 с., при этом уровни звука, измеренные в дБАI и дБА соответственно на временных характеристиках «импульс» и «медленно» шумомера отличаются не менее чем на 7 дБ (пример такого шума – работа пресса или молота).

дБА – обозначение уровня звука измеренного на характеристике «А» шемомера.

Основные характеристики звуковых колебаний – частота и амплитуда.

Частота звуковых колебаний воспринимается на слух как высота тона.

Единица измерения частоты – герц – это частота, при которой в 1 секунду происходит 1 колебание. Человек воспринимает звуковые колебания от 16 до 20000 гц.

Амплитуда звуковых колебаний воспринимается на слух как громкость.

Громкость звука растет пропорционально логарифму силы звука. Громкость звука изменится на единицу, если его энергия увеличится или уменьшится в 10 раз.

Единица громкости – бел.

Для практических целей используется десятая часть этой единицы – децибел (дБ).

Звук может состоять из одного чистого тона, но чаще всего он представляет собой сочетание многих тонов различных уровней (громкости) и высот (высокая и низкая частота). Уровень шума измеряется в децибелах (дБ).

Если нам кажется, что звук вызывает беспокойство, это происходит не из-за одной только громкости. Высота звука также является сильным фактором. Высокие тона раздражают сильнее, чем низкие. Чистые звуки могут вызвать беспокойство и поражение слуха даже более сильное, чем сложные тона.

Влияние на человека Уровень шума в децибелах Источник звука
Сильные поражения Реактивный двигатель Заклепочный молот
Граница болевых ощущений
Поражение Пропеллерный самолет Отбойный молоток Листопрокатный цех
Опасность Неслышна речь Раздражение Тяжелые грузовики Оживленные улицы Легковой автомобиль Обычный разговор Негромкий разговор Тихая музыка по радио Шепот Тихая городская квартира Шорох листьев
Граница слуховых ощущений

Шумы от разных источников смешиваются друг с другом. Общий уровень шума в любом месте возрастает при увеличении количества источников шума. Однако различные уровни шума нельзя суммировать.

Например: два различных источника шума, каждый с уровнем шума по 80 дб вместе, дают уровень 83 дб, а не 160 дб.

Изменения от 80 до 83 дб воспринимаются ухом так же сильно, как и переход от 40 до 43 дб.

Сила звука (Е) – поток звуковой энергии, проходящей в единицу времени через единицу площади (Вт/м); изменяется пропорционально квадрату звукового давления. Начальный уровень отсчета энергии звука Е = 10 вт/м.

Если энергия возрастет по отношению к начальному уровню в 10 раз, то громкость воспринимаемого звука увеличится на 10 дБ; энергия вырастет в 100 раз, громкость повысится на 20 дБ; в 1000 раз – на 30 дБ.

Всему диапазону в изменениях энергии звука, который доступен человеку, т.е. изменение примерно в 10 триллионов раз (10 000 000 000 000), соответствует изменение в ощущении громкости всего на 130 дБ.

Звуковое давление (р) – переменная составляющая давления воздуха или газа, возникающая в результате звуковых колебаний. Единица звукового давления – паскаль (Па).

Уровень звукового давления (N) – отношение данного звукового давления р к нулевому (стандартному) уровню р, выраженному в дБ.

Порог слышимости – наиболее тихий звук (при частоте 1000 Гц), который еще слышит человек. Соответствуют звуковому давлению 2х10-5 Па, принятому в качестве нулевого (стандартного) уровня р.

При частотах ниже 16 или выше 20000 Гц слышимость отсутствует при любых звуковых давлениях.

Болевой порог – звуковое давление, вызывающее болевое ощущение. При частоте 1000 Гц болевой порог – 20 Па (2х102 Па), что соответствует уровню 120 дБ.

Дата публикования: 2015-01-15; Прочитано: 3031 | Нарушение авторского права страницы

Классификация и основные характеристики шума

Шум подразделяют на несколько группировок: по источнику образования; по частоте; по характеру спектра; по времени действия (рис. 6.3).

Основные физические характеристики любого колебательного движения: период Т и амплитуда А колебаний, а применительно к звуку частота f и ин­тенсивность J колебаний.

Частота одна из основных характеристик, по которой мы различаем звук. Частота колебаний — это число полных колебаний (периодов) за одну секунду (Гц). Частота колебаний, вызывающих слуховое ощущение звука, находится в пределах от 20 до 20 000 Гц. Ухо человека наиболее чувствительно к звукам частотой от 1000 до 3000 Гц. Неслышимые звуки частотой до 20 Гц и выше 20 000 Гц называются инфра- и ультразвуками. Периодом колебаний называется время, в течение которого совершится одно полное колебание. Амплитуда ко­лебаний (м) определяет давление и силу Звучания: чем она больше, тем больше звуковое давление и громче звук. В воздухе звуковая волна распространяется от источника механических колебаний в виде сгущения и разрежения, вызывая повышение иди понижение давления воздуха. Разность между этим давлением воздушной среды и атмосферным называется звуковым давлением: Интенсив­ностью звука называют поток звуковой энергий, проходящий в единицу време­ни через площадь, перпендикулярную распространению звука.

Классификация шума

V

По источнику образования
     
> Механиче-  
     
> Аэрогидро-динамиче-  
     
> Электроди-намический  

По частоте

Низкочастот­ный до 300 Гц

Среднечастот-ный 300-

Высокочастот-ный более 800Гц

J

По характеру спектра

Широко­полосный

Тональный

По времени действия

Постоянный

Непостоян-

Колеблю-

Прерыви-

Импульсный

Рис.6.3. Классификация шума

За единицу интенсивности звука принят 1 Вт/м .

Интенсивность звука равна

Pv

(6.1)

где Р — давление звука, Па;

v колебательная скорость, м/с. Величина давления зависит от частоты звука.

Порог слышимости 1000…5000 Гц соответствует звуковому давлению Р0=2- 102Па, а интенсивность звука J0=10~пВт/м2

Порог болевого ощущения соответствует максимально воспринимаемым звукам, давление которых = 2102 Па, а интенсивность Jб = 102Вт/м2

В связи с тем, что значения интенсивности звука и звукого давления из­меняется в очень широких пределах, а ухо человека способно реагировать на абсолютное, были введены логарифмические величины — уровни звукового давления и интенсивности. Ощущения человека, возникающие при различных раздражениях, в частности при шуме, пропорциональны логарифму количества энергии раздражителя (закон Вебера-Фехнера)

Уровень интенсивности (силы) звука Lj (дБ) определяется по выражению

Lt=10lg(J/J0)

(6.2)

где J — фактическое значение силы звука, Вт/м

9 19 9

J0 — пороговое значения силы звука, Вт/м 2(J0 = 10-12 Вт/м ) lg — логарифм десятичный. Уровень звукового давления Lр (дБ) определяется по выражению

Lp=20 lg (P/P0)

(6.3)

где Р — фактическое значение звукового давления, Па; Р0 — пороговое значение звукового давления, Па (Р0= 2-10" Па)

В логарифмической шкале слышимый диапазон лежит в интервале 0…140 дБ. На рис. 6.4. представлена классификация шума по источнику образования; по частоте; по характеру спектра; по времени действия.

Классификация шума

v

По источнику образования

Механический

Аэрогидродина­мический

Электродинами­ческий

J

По частоте  
     
> Низкочастотный до 300 Гц
   
> Среднечастотный 300-800ГЦ
   
> Высокочастот­ный более 800(Гц)
     

По характеру спектра
     
> Широко­полосный  
     
> Тональный  

По времени дей­ствия

Постоянный

Непостоян­ный

Колеблющий

Прерывистый

Импульсный

Рис.

классификация шума

6.4. Классификация шума (28)

Важной характеристикой шума является его спектр. Спектр шума пред­ставляет собой зависимость уровней звука (дБ) от частоты (Гц). В зависимости от характера шума спектр его может быть линейным, сплошным и смешанным.

В линейных спектрах составляющие спектра (амплитуда звукового поля в дБ) отделены друг от друга значительными частотными интервалами.

У сплошного спектра составляющие следует друг за другом непрерывно.

В сельскохозяйственном производстве преобладающим является смешан­ный спектр.

В спектре весь звуковой диапазон частот разделен на восемь октав, сред-, негеометрическими частотами которых по международному соглашению явля­ются: 63, 125, 250, 500,1000, 2000, 4000, 8000 Гц.

Каждый источник шума характеризуется звуковой мощностью. Звуковая мощность — это общее количество звуковой энергии, излучаемой источником шума в окружающее пространство за единицу времени. Уровень звуковой мощности можно рассчитать по формуле

Lw = 10 lg (W/W0)

(6.4)

где W — фактическое значение звуковой мощности, Вт;

W0 — пороговое значение звуковой мощности, Вт (W0= 10-12 Вт). Нормирование шума приводят двумя методами:

— по предельному спектру шума в активных полосах частот в дБ (для нор­
мирования постоянного шума);

— по интегральному показателю (уровню звука) в дБ.

Интегральный показатель по всему диапазону частот измеряется по шкале А шумомера (дБА), которая предназначена для ориентировочной оценки посто­янного м непостоянного шума и отражает субъективное восприятие шума чело­века.

Нормируемые параметры шума на рабочих местах определены ГОСТ 12.1.003 (табл. 6.1).

Таблица 6.1 — Нормативные значения уровней шума (ГОСТ 12.1.003)

Рабочие места Уровни звукого давления, дБ в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц Уровни звука и эквивалентные уровни, дБА
Помещения конструк­торских бюро программ-мистов вычислительных машин, лабораторий для теоретических работ и обработки эксперимен­тальных данных

Помещения управления, рабочие комнаты
Кабинеты наблюдений и дистанционного управ­ления: — без речевой связи по
— с речевой связью по тефонуе­лефону
Помещения и участки точной сборки, ма­шинописные бюро
Помещения лабора­торий для проведения экспериментальных ра-
Постоянные рабочие места и рабочие зоны в производственных поме­щениях и на территории предприятия, постоянные рабочие места стацио­нарных машин.

Date: 2015-07-01; view: 429; Нарушение авторских прав

Понравилась страница? Лайкни для друзей:

Шум. Параметры, характеризующие шум. Классификация производственного шума.

Шумом называют всякий нежелательный звук. Шум как акустический процесс характеризуется с физической и физиологических сторон. С физической стороны он представляет собой явление, связанное с волнообразным распространением колебаний частиц упругой среды. с физиологической стороны он характеризуется ощущением, вызванным воздействием звуковых волн на органы слуха. Шум частотой в 1000 Гц принят за эталонный при оценке громкости. Наименьшее звуковое давление, вызывающее ощущение звука на частоте 1000 Гц называется порогом слышимости. Звуковое давление 200 Па вызывает ощущение боли в органах слуха и называется болевым порогом.

Параметры:

-скорость колебания частиц в воздухе окло полодения равновесия (скорость,м в сек)

-звуковое давление (в паскалях)

-интоенсивность (ватт на метр в квадрате)

1. Классификация шума по источникам возникновения 1.1 Механический шум, обусловленный колебаниями деталей машин и их взаимным перемещением. спектр механического шума занимает широкую область частот. Наличие высоких частот делают шум особо неприятным. 1.2. Аэрогидродинамические шумы возникают при движении газов и жидкостей, их взаимодействия с твердыми телами (шумы из-за периодического выпуска газа в атмосферу, например, сирена, шумы из-за образования вихрей, отрывных течений, турбулентные шумы из-за перемешивания потоков и т.п.). 1.3. Электромагнитный шум возникает в электрических машинах и оборудовании из-за взаимодействия ферромагнитных масс под влиянием переменных (во времени и в пространстве) магнитных полей, а также силы, возникающие при взаимодействии магнитных полей, создаваемых токами (т.н. пондеромоторные силы). 1.4 Гидравлические возникают при стационарных и нестационарных процессах в жидкости

2. по характеру спектра. Широкополосный шум (шум с непрерывным спектром шириной > 1 октавы). Тональный шум — шум, в спектре которого имеются дискретные тона. 3. по временным характеристикам. Постоянный шум — шум, уровень звука которого за 8-часовой рабочий день изменяется во времени не более чем на 5 дБ(А).

Классификация и основные характеристики шума

Непостоянный шум — это изменение составляет больше чем 5 дБА. Непостоянные шумы в свою очередь делается на колеблющиеся во времени, прерывистые и импульсные.4. По частоте— инфразвук, просто звук, ультразвук.

Действие шума на организм. Специфическое и неспецифическое воздействие шума.

Шум-совокупность апериодических звуков различной интенсивности и частоты.С физиологической точки зрения шум-это всякий неблагоприятный воспринимаемый звук.

Шум влияет на весь организм человека:угнетает ЦНС,вызывает изменение скорости дыхания и пульса, нарушает обмен вещ-в, язва желудка,гипертонические болезни,профессиональные болезни. Шум с уровнем звукового давления 30…35дБ явл привычным для человека и не беспокоит его. Повышение уровня звукового давления до 40…70дБ в условиях бытовой или природной среды создает значительную нагрузку на нервную систему,вызывает ухудшение самочувствия и при длительном действии может стать причиной неврозов. Воздействие шума уровнем свыше 75дБ может привести к потере слуха. При действии шума высоких уровней 130дБ-разрыв барабанных перепонок, контузия, при более высоких — более160дБ- смерть. Снижение слуха на 10дБ неощутимо, на 20дБ-серьезно мешает человеку,т.к нарушается способность слышать важные звуки, ослабление разборчивости речи.

Инфразвук при уровне 110-150 дБ вызывает субъективн ощущения в орг-зме (нарушение ЦНС,сердечн-сосуд сист,дыхат сист и тд). Инфразвук вызывает псхо-физиологич изм-я.

Ультразвук может возд-ть начеловека через воздушн среду и контактно. Функциональн нарушения ЦНС,ССС,ДС, возможно изм-е состава крови, нарушение капиллярного кровообращ-я.

Гигиеническое нормирование производственного шума. Измерение и оценка производственного шума.

Нормирование произв шума звукового диапазона осущ-ся отд-но для пост и непост шумов. Для пост шума уст-ся предельно допустимый уровень ПДУ звука в 9ти октавных полосах со среднегеометрич значенем частот 63-8000Гц. Измерения производятся при помощи шумомера в октавном режиме в дБ.

Измеренное значение сопоставляется с ГОСТ 12.1.003-83

Непост шум нормир-ся эквивалентным по энергии уровнем звука широкополосн пост шума,оказываеющ такое же возд-е, как и непостоянный шум. Измерения производятся в режиме шумомера А без учета октавных частот в дБ.

Инфразвук нормируется в соотв-ии с санитарными нормами по предельно-допутимым нормам зв.р.

Установлено,что общий ПАУ не должен превышать 100дБ.

Ультразвук нормир-ся в соотв-ии с ГОСТ 12.1.001-89 отд-но для распространяемого воздушным путем и отд-но для контактного.

Эквивал-ым назыв-ся уровень звука постоянного широкополосного шума, который имеет тоже самое среднеквадратичное звуковое давление, что и данный непостоянный шум в течении определенного интервала времени.

Кроме эквивалентного уровня звука для непостоянного шума установлены максимальные уровни звука (дБА) – наибольшее значение уровня звука за период измерения.Допустимые уровни звукового давления находят по таблицам. Допускаются в качестве характеристики непостоянного шума использовать дозу шума. Доза шума D(Па2*ч) – интегральная величина, учитывающая акустическую энергию, воздействующую на чел-ка за определенный период времени:

Методы борьбы с шумом.

Мероприятия по борьбе с шумом

В кач-ве основоного метода исп-ся рац планировка пр-ва предприятия еще на стадии проектирования.

1 снижение шума в источнике Используются композитные материалы 2-х слойные. Снижение: 20-60 дБА.

2 изм-я направленности излучения шума.

3 Акустич обработка помещения.

Процесс поглощения звука происходит за счет перехода энергии колеблющихся частиц воздуха в теплоту. След-но, для эф-го звукопоглощения материал должен обладать пористой структурой, примеси д быть открыты со стороны падения звука и закрыты с обратной стороны. Звукопоглощающими явл-ся материалы, у кот коэф звукопоглощения на ср частотах больше 0,2. Звукопоглощающ облицовки снижают шум на 6-8 дБ в зоне отраженного звука, на 2-3 дБ вблизи самого источника.

4 Уменьш-е шума а пути распространения . Предусматривает применение звкоизолирующ материала. Звукоизоляция тем эф-ее,чем тяжелее материал перегородки.

5 Глушение шума- наушники,шлемы,и тд. При более 125 дБ исп-т противошумные костюмы (скафандры).



Акустические колебания с непрерывным спектром: звуки речи, шумы.

Характеристики волновых процессов: фронт волны, луч, скорость волны, длина волны. Продольные и поперечные волны; примеры.

Волна– колебание, распространяющееся в пространстве с течением времени.

Распространение волны: все частицы среда связаны друг с другом силами упругости. Если какая-то частица начинает колебаться, то ее смещение вызовет действие сил упругости у соседних и т.д. Т.о. при распространении волны каждая последующая частица совершает вынужденные колебания за счет предыдущей. В результате все частицы среды колеблются в разных фазах.

Поверхность , разделяющая в данный момент времени уже охваченную и еще не охваченную колебаниями среду, называется фронтом волны. Во всех точках такой поверхности после ухода фронта волны устанавливаются колебания, одинаковые по фазе. Т.о. можно сказать, что фронт волны – это множество точек, имеющих одновременно одинаковую фазу. Луч – это перпендикуляр к фронту волны . Под скоростью волны понимают скорость распространения возмущения. Скорость волны определяется свойствами среды, в которой эта волна распространяется. При переходе из одной среды в другую её скорость изменяется. Длиной волны называют расстояние между двумя точками, фазы которых в один и тот же момент отличаются на 2. Продольные волны — частицы среды колеблются параллельно (по) направлению распространения волны (как, например, в случае распространения звука); поперечные волны— частицы среды колеблются перпендикулярно направлению распространения волны (электромагнитные волны, волны на поверхностях разделения сред).

3. Акустические колебания с линейчатым спектром; примеры. Понятие о разложении Фурье. Звук воспринимается ухом человека. На слуховую перегородку воздействуют колебания, создаваемые звуком упругой среде и называемые акустическим полем. Основными характеристиками акустического поля являются: частота упругих колебаний, спектр и скорость звука, амплитуда, волновое или удельное акустическое сопротивление среды и их производные: звуковое давление, сила (интенсивность) и тон звука, колебательная скорость. Спектр звука — совокупность простых гармоничных колебаний. Спектр бывает сплошным и линейчатым. Линейчатый спектр отлича­ется периодичностью колебаний с определенным соотношением частот, кратных частоте основного, наиболее медленного, колебания. Таким спектром характеризуются, на­пример, музыкальные звуки.

Линейчатый спектр, полученный при сложении двух периодических волн с основными частотами и

По оси абсцисс отложена частота f, по оси ординат — амплитуда А или интенсивность I гармонической составляющей звука.

Анализ Фурье: если есть сложное колебание, то его можно представить, как сумму определенного набора гармонических колебаний с соответственными частотами и амплитудами. Сложение колебаний (см.дальше) приводит к более сложным формам колебаний. Для практических целей бывает необходимой противоположная операция: разложение на простые, обычно гармонические, колебания. Ж.Фурье доказал, что периодическая функция любой сложности может быть представлениы в виде суммы гармонических функций, частоты которых кратны частоте сложной периодической функции. Такой разложение периодической функции на гармонические составляющие и, следовательно, разложение различных периодических процессов (механические, электрические и т.п.) на гармонические колебания называется гармоническим анализом.

Акустические колебания с непрерывным спектром: звуки речи, шумы.

Акустические колебания с непрерывным спектром относятся к категории шумов.Сплош­ной (непрерывный) спектр состоит из непериодических колебаний, энергия, которых распределена в широкой области частот и воспринимается ухом как шумы. Произнося согласные, мы издаем звуки с непрерывным частотным спектром. Звучание духовых музыкальных инструментов инициируется шумовыми акустическими колебаниями, создаваемыми с помощью губ музыканта или специального язычка. Скрипка звучит благодаря скрипу (шуму), возникающему при трении смычка о струну. Если амплитуда колебаний в шуме на всех частотах в среднем одинакова, то такой шум называется белым. Произнося звук «Ф», мы создаем что-то близкое к белому шуму. Энергия колебаний может распределяться по частотам шума неравномерно. Шумы как нежелательное явление, с которым приходится бороться, подразделяются на низкочастотные, среднечастотные и высокочастотные (преобладают (имеют повышенную амплитуду) колебания низких, средних или высоких частот).Высокочастотные – самые опасные (незаметные). Звуки человеческой речи представляют собой сложные звуковые колебания, состоящие из того или иного количества простых колебаний, различных по частоте и амплитуде. В каждом звуке речи имеется только ему свойственное сочетание колебаний различной частоты и амплитуды. Поэтому форма колебаний одного звука речи заметно отличается от формы другого.

5. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний. Фигуры Лиссажу. Понятие о вектор-кардиографии. Пусть материальная точка одновременно участвует в двух колебаниях: одно направлено вдоль оси OX, другое – вдоль оси OY. Колебания заданы следующими уравнениями: x = A1 cos(01t + 01), y = A2 cos (02t + 02) Допустим, что частоты колебаний одинаковы, т.е. 01 = 02 = 0 , тогда x = A1 cos(0t + 01), y = A2 cos (0t + 02)

Последние уравнения задают траектория движекния материальной точки в параметрической форме, т.е. если в эти уравнения подставить разные значения t, то можно определить координаты x и y, а совокупность координат и есть траектория. Более наглядно траектория можно представить в виде зависимости y = f(x), для получения которой следует исключить время из уравнений, представленных выше. Произведя математические преобразования, получим уравнение эллипса:

Таким образом, при одновременном участии в двух взаимноперпендикулярных гармонических колебаниях одинаковой частоты материальная точка движется по эллиптической траектории.

Из вышестоящего выражения вытекают некоторые частные случаи:

1) 02 — 01 = (2k + 1)/2, где k = 0,1,2,…; cos = 0, sin = 1, и тогда

Это каноническая форма уравнения эллипса, соответствующая симметричному расположению его относительно осей координат. Из последнего уравнения при

А1 = А2 = R (рис. Г) получаем уравнение окружности радиусом R: x2 + y2 = R2

2) 02 — 01 = k, где k = 0,1,2,3,…; cos k = +/-1, sin2 k = 0, и тогда

Или после преобразований

Это уравнение прямой линии, в которую вырождается эллипс. При сложении взаимно перпендикулярных колебаний разных частот получаются различные материальные точки, названные фигурами Лиссажу. Вид фигур Лиссажу зависит как от соотношения амплитуд А1 и А2, так и от отношения частот 1/ 2 и разности начальных фаз 01 — 02 слагаемых колебаний.

6. Свободные и вынужденные колебания. Собственная частота колебаний системы. Явление резонанса. Примеры. Свободными (собственными) колебанияминазывают такие, которые совершаются без внешних воздействий за счет первоначально полученной телом энергии. Характерными моделями таких механических колебаний являются материальная точка на пружине (пружинный маятник) и метриальная точка на нерастяжимой нити (математический маятник). В данных примерах колебания возникают либо за счет первоначальной потенциальной энергии( отклонение материальной точки от положения равновесия и движение без начальной скорости), либо за счет кинетической (телу сообщается скорость в начальном положении равновесия), либо за счет и той и другой энергии (сообщение скорости телу, отклоненному от положения равновесия).

Вынужденными колебаниями называются колебания, возникающие в системе при участии внешней силы, изменяющейся по периодическому закону. Частота вынужденного колебания равна частоте вынуждающей силы, амплитуда вынужденного колебания прямо пропорциональна амплитуде вынуждающей силы и имеет сложную зависимость от коэффициента затухания среды и круговых частот собственного и вынужденного колебаний. В системе, выведенной из состояния равновесия, а затем предоставленной самой себе, устанавливаются свободные колебания некоторой строго определенной частоты 0, которая называется собственной частотой колебаний данной системы. Если 0(круговая частота колебаний вынуждающей силы) и (сопротивление) системы заданы, то амплитуда вынужденных колебаний имеет максимальное значение при некоторой определенной частоте вынуждающей силы, называемой резонансной. Сам явление – достижение максимальной амплитуды вынужденных колебаний для заданных 0 и – называются резонансом. Резонансная круговая частота : . Амплитуда при резонансе: . Из этого уравнения видно, что при отсутствии сопротивления (=0) амплитуда вынужденных колебаний при резонансе неограниченно возрастает. При этом из уравнения, описывающего резонансную круговую частоту следует, что рез = 0,т.е. резонанс в системе без затухания наступает тогда, когда частота вынуждающей силы совпадает с частотой собственных колебаний . Механический резонанс может быть как полезным, так и вредным явлением. Вредное действие резонанса связано главным образом с разрушением, которое он может вызвать. Так, в технике, учитывая разные вибрации, необходимо учитывать вохможное возникновение резонансных условий, в противном случае могут быть разрушения(вспомните о «пляшущем мосте» в Волгограде). Тела обычно имеют несколько собственных частот колебаний и соответственно несколько резонансных частот.

7. Физические и психофизические характеристики звука: интенсивность, акустическое давление, частота, громкость, высота тона, спектр, тембр. Их взаимное соответствие. Интенсивность звука — плотность потока энергии от источника звука в окружающую среду (Дж/М2хС=Вт/М2). Акустическое давление (p) — избыточное по отношению к атмосферному и обусловленное дополнительным видом движения молекул – их колебанием. (1 Па = 1 Н/м2) . Для плоской волны I=Р2/(2рс) где р – плотность среды, с – скорость звука. Громкость звука — субъективное восприятие силы звука (абсолютная величина слухового ощущения). Уровень громкости выражается в фонах. Громкость звука пропорциональна логарифму интенсивности. Высота звука — субъективное качество слухового ощущения. Для чистого тона она зависит главным образом от частоты (с ростом частоты высота звука повышается), но также и от его интенсивности. Спектр звука — совокупность простых гармонических волн, на которые можно разложить звуковую волну. Наше ощущение тембра соответствует линейчатому спектру источника звука и распределению энергии по линиям. Частота звука – частота колебаний звуковой волны.Высота тона – субъективная характеристика, обусловленная прежде всего частотой основного тона.(определение частоты см. в вопросе №1).

В значительно меньшей степени высота зависит от сложности тона и его интенсивности: звук большей интенсивности воспринимается как звук более низкого тона. Тембр звука почти икслючительно определяется спектральным составом. Спектр– набор частот с указанием их относительной интенсивности (или амплитуды).

8. Особенности восприятия звука. Закон Вебера-Фехнера. Децибельная шкала громкости. В основе создания шкалы кровней громкости лежит важный психофизический закон Вебера – Фехнера : если раздражение увеличивается в геометрической прогрессии(т.е. в одиниковое число раз), то ощущение этого разлажения возрастает в арифметической прогрессии (т.е. на одинаковую величину). Математически это означает, что громкость звука пропорфиональна логарифму интенсивности звука. Если действуют два звуковых раздражения с интенсивностями I и I0 , причем I0– порого слышимости, то на основании закона Вебера – Фехнера громкость относительно I0 связана с интенсивностью следующим образом: E=klg(I/I0), где k – некоторый коэффициент пропорциональности, зависящий от частоты и интенсивнсти. Условно считаеют, то на частоте 1кГц шкалы громкости и интенсивности звука полностью совпадают, т.е. k=1 и ЕБ = lg(I/I0), или EФ = 10lg(I/I0) Для отличия от шкалы интенсивности звука в шкале громкости децибелы называют фонами(фон), поэтому введено обозначение EФ.

Единица измерения интенсивности звука в логарифмической шкале называется белом. Но практически более удобной оказалась единица, в 10 раз меньшая – децибел. Интенсивность звука I, измеренная в Вт/м2, и интенсивность Е, измеренная в децибелах, связаны следующим образом: Е = 10 lg I/I0 I0 — интенсивность звука на пороге слышимости. Для звука с частотой = 1000 Гц она принята равной I0 = 10-12 Вт/м2, что соответствует среднестатистической норме. Порог болевого ощущение – 130 дБ

9. Звуковые методы исследования в медицине: перкуссия, аускультация. Фонокардиография. Звук, как и свет, является источником информации, и в этом главное его значение. Естественно, что звук может быть и источником информации о состоянии внутренних органов человека. Распространенный звуковой метод диагностики заболеваний – аускультация(выслушивание) – известен еще со II в. До н.э. Для аускультации используют стетоскоп и фонендоскоп. Фонендоскоп состоит из полой капсулы с передающей звук мембраной, прикладываемой к телу больного, от нее идут резиновые трубки к уху врача. В полой капсуле возникает резонанс столба воздуха, вследствие чего усиливается звучание и улучшается аускультация. При аускультации легких выслушивают дыхательные шумы, разные хрипы, характерные для заболеваний. По изменению тонов сердца и появлению шумов можно судить о состоянии сердечной деятельности. Используя аускультацию, можно установить наличие перистальтики желудка и кишечника, прослушать сердцебиение плода. Для одновременного выслушивания больного несколькими исследователями с учебной целью или при консилиуме используют систему, в которую входят микрофон, усилитель и громкоговоритель или несколько телефонов. Для диагностики состояния сердечной деятельности применяется метод, подобный аускультации и называемый фонокардиографией (ФКГ). Этот метод заключается в графической регистрации тонов и шумов сердца и их диагностической интерпритации. Запись фонокардиограммы производят с помощью фонокардиографа, состояшего из микрофона, усилителя, системы частотных фильтров и регистрирующего устройства. Принципиальные отличия от двух изложенных выше звуковых методов имеет перкуссия. В этом методе выслушивают звучание отдельных частей тела при простукивании их.

Схематично тело человека можно представить как совокупность газонаполненных (легкие), жидких (внутренние органы) и твердые (кость) объемов. При ударе по поверхности тела возникают колебания, частоты которых имеют широкий диапазон. Из этого диапазона одни колебания погаснут довольно быстро, другие же, совпадающие с собственными колебаниями пустот, усилятся и вследствие резонанса будут слышимы. Опытный врач по тону перкуторных звуков определяет состояние и топографию внутренних органов.

Записи созданы 1517

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Похожие записи

Начните вводить, то что вы ищите выше и нажмите кнопку Enter для поиска. Нажмите кнопку ESC для отмены.

Вернуться наверх