Акустические колебания

Содержание

Введение

1. Источники шума и вибрации

2. Воздействие  шума на человека

3. Способы и средства защиты от шума и вибрации

5. Акустические  колебания

6. Действие шума  на организм человека

7. Шум. Ультразвук. Инфразвук

Заключение

Список использованной литературы

Введение

С первых дней жизни  человек находится в мире звуков и других колебаний. Звук - это механические колебания воздуха, которые воспринимаются слуховым аппаратом человека. Звук, как и свет, - важнейший источник информации и общения человека с окружающим его миром. Он может быть приятным, доставлять удовольствие, а может раздражать и даже вредить человеку. Восприятие звука людьми в значительной мере субъективно и зависит от их характера, эмоционального и психологического состояния. Одному человеку какая-то музыка доставляет удовольствие, другого раздражает и вызывает негативные реакции.

Большинству людей  доставляют удовольствие звуки природного происхождения - шум моря, листвы, щебетание  птиц. Звуки же промышленные, издаваемые техническими объектами (станками, технологическим оборудованием и т.д.). транспортными средствами (автомобилями, железной дорогой, самолетами и т.д.), негативно действуют на человека - утомляют, раздражают, вызывают головную боль, снижают внимание и скорость реакции, а в ряде случаев - при длительном воздействии и при высоких уровнях вызывают различные заболевания и даже звуковые травмы.

Звук, неприятный для человека, принято считать  шумом. На первых этапах развития технической  цивилизации шумы были более или менее терпимы для человеческого уха. Но с наступлением научно-технической революции проблема шума заявила о себе в полный голос. Техническая цивилизация стремительно изменяет окружающую нас акустическую среду, и, к сожалению, не в лучшую сторону.

Механические  волны распространяются не только в  воздухе, но и в других средах, в  том числе в твердой. Их мы воспринимаем не как звуки, а как колебания  различной интенсивности - вибрацию.

Механические  колебания твердых тел называют вибрацией. Вибрация может иметь и природное происхождение, например вибрация земной поверхности при землетрясениях, камнепадах, вулканических извержениях, но чаще всего она имеет техногенное или антропогенное происхождение, т.е. вызывается работой технических объектов или деятельностью человека (движением транспорта, работой оборудования, ударами молотка, работой дрели или перфоратора и т.д.).

Звук и вибрация, явления по природе своей очень  близкие и связаны между собой. Колебания твердого тела вызывают колебания  воздуха, которые распространяются в виде звука. И наоборот, звуковые колебания воздуха могут вызвать колебания твердого тела, например вибрацию оконного стекла.

Вибрация воспринимается человеком негативно, а при длительном воздействии и высоких уровнях, которые характерны в ряде случаев для производственных условий, может привести к очень серьезным заболеваниям.

1. Источники шума и вибрации

Слуховой аппарат  человека может воспринимать лишь слышимые воздушные колебания с частотой от 16 до 20 000 Гц. Этот диапазон может  воспринимать человек только с хорошим слухом.

Основными источниками  шума в жилых и общественных помещениях являются в первую очередь жизнедеятельность  людей (разговор, крики, игра на музыкальных  инструментах, ходьба, передвижение мебели) и работа радиотелеприемников, магнитофонов, электромеханических бытовых приборов, а также эксплуатация инженерного и санитарно-технического оборудования. Приведенные данные показывают, что практически уровни звука в жилых помещениях от различных источников могут достигать значительной величины, хотя в среднем редко превышают 80 дБ.

На крупных  магистралях городов шум порой  превышает 100 дБ днем и даже ночью  не бывает ниже 70 дБ. Шум при взлете реактивного самолета - 140 дБ, ракеты - 175 дБ.

Таблица 1

Источники шума. Источники звука

2. Воздействие шума  на человека

Человек воспринимает звук посредством органа слуха, костей черепа и при особенно интенсивном  звуке - всем телом.

Поэтому очень  важно защищать органы слуха от повреждений, ибо с помощью звуков мы получаем информацию, общаемся. Звуки дают ощущение полноты и красоты жизни.

Орган слуха, т.е. наше ухо и следующие за ним  органы обработки сигнала на пути к мозгу, позволяет человеку воспринимать звук в широкой области изменения  интенсивностей и частот, а также  улавливать направление его прихода. Чувствительность человеческого органа слуха превосходит во многих отношениях технические характеристики лучших образцов современной электроакустической техники.

Долгое время  влияние шума на организм человека не было объектом специального исследования, хотя о вреде шума знали уже давно и правила ограничения шума в городах и общественной жизни существовали еще в античную эпоху. В настоящее время существует отрасль науки, изучающая влияние звука на функции организма. Учеными ведутся многочисленные научные исследования с целью выяснения влияния шума на здоровье человека. Установлено, что шум наносит ощутимый вред организму и здоровью человека. Его влияние еще более усиливается, если шум действует одновременно с другими неблагоприятными факторами - вибрацией, пылью.

В условиях городского шума происходит постоянное напряжение органов слуха, приводящее к их утомлению, снижению остроты слуха. Под влиянием шума нарушается состояние центральной нервной системы, снижаются внимание, работоспособность, особенно умственная.

При уровнях шума свыше 60 дБ снижаются:

- объем кратковременной  памяти;

- умственная  работоспособность;

- реакция на  различные жизненные ситуации.

Кроме того, отмечаются повышенная утомляемость и головные боли, развиваются сердечно-сосудистые заболевания.

Шум является одним из наиболее нетерпимых раздражителей в ночное время. Человек с трудом засыпает, часто просыпается, сон становится поверхностным и не дает хорошего отдыха. Отсутствие нормального отдыха после трудового дня приводит к тому, что естественное утомление после работы не исчезает, а постепенно переходит в хроническое переутомление, способствующее развитию заболеваний центральной нервной системы, гипертонической болезни. Постоянное действие шума может явиться причиной язвенной болезни, гастрита в результате нарушения секреторной и моторной функций желудка.

Таким образом, длительное воздействие шумов вызывает изменения функционального состояния  не только со стороны органа слуха, сердечно-сосудистой системы, но и организма  в целом, в первую очередь страдает центральная нервная система. Английские медики подсчитали: в Великобритании один из четырех мужчин и одна из трех женщин больны неврозами из-за шума.

Но и абсолютная тишина угнетает человека. В полной тишине, например в сурдокамере, сразу  начинают беспокоить звуки, в обычных условиях остающиеся незамеченными, - удары сердца, дыхание и даже шорох ресниц. Эти обычно неслышимые звуки в условиях абсолютной тишины воспринимаются человеком так, что могут стать причиной серьезных психических расстройств.

Шумы природного происхождения - шум морского прибоя, листвы, дождя, журчание ручья и другие естественные шумы - благотворно влияют на человеческий организм, они успокаивают, усыпляют.

Итак, воздействие  шума на человека двоякое. Поэтому, говоря о борьбе с шумом, нужно помнить, что речь идет не о всех звуках вообще, а лишь о нежелательных, раздражающих, вредно влияющих на организм. Однако здесь важна и субъективная реакция на шум. Установлено, например, что люди умственного труда, люди с развитой чувствительностью (ученые, представители творческих профессий) ощущают воздействие шума острее, чем представители других форм занятости. Поэтому с субъективной точки зрения шум можно определить как всякий нежелательный, мешающий, вредный звук.

К шуму человек  постепенно привыкает, наступает некоторая слуховая адаптация, однако она не может защитить его от патологического процесса, а лишь временно отодвигает сроки его наступления. Шум, обладая кумулятивными свойствами, как яд или радиация, накапливается в организме.

Уровень шума в  20-30 дБ практически безвреден для человека. Это естественный шумовой фон, без которого невозможна человеческая жизнь. Звук в 130 дБ уже вызывает у человека болевое ощущение, а в 150 - становится для него непереносимым, может произойти разрыв барабанной перепонки.

3. Способы и средства защиты от шума и вибрации

Борьба с  шумом сводится в основном к законодательным, научно-техническим и профилактическим мерам. Шум - признак не прогресса  техники, а ее несовершенства. Проектирование и создание бесшумных или малошумных машин, станков, автоматов, другого промышленного оборудования, транспортных средств - наиболее важный этап борьбы с шумом. На последующих этапах - применение специальных звукопоглощающих материалов, замена шумных процессов менее шумными: ковка и штамповка, например, прессованием, рихтовка листов - вальцовкой, клепка - сваркой.

Если невозможно добиться нужных результатов в борьбе с шумом конструктивными или  технологическими мерами, необходимо использовать методы звукопоглощения  или звукоизоляции.  &

Звукопоглощение - это покрытие поверхностей помещения  звукопоглощающим, как правило, пористым материалом. Чем он более пористый, тем меньше звуковой энергии отражается от поверхности. Лучше поглощаются  звуки высоких частот, наиболее вредные. Поэтому в помещении, поверхности которого хорошо поглощают звук, четче слышна человеческая речь, чище музыкальные звуки. В этих целях внутренние стены киноконцертных залов, аудиторий, конференц-залов и т.д. облицовываются звукопоглощающими материалами. В квартире роль звукопоглощающих материалов могут выполнять ковры, мягкая мебель, тканевые абажуры и т.п.

Звукоизоляция защищает помещение, в котором находятся  люди, от источника шума. Звукоизоляция  выполняется в виде разного рода ограждений (стенки, боксы, кожухи, кабины, отражающие экраны). Чем большей плотностью обладает материал ограждения, тем он эффективнее защищает от проникновения шума. В квартире, чтобы лучше защититься от проникновения шума с лестничной клетки, входную дверь нужно делать из более плотного материала, например дуба, без щелей.

Звукоизоляцию окон, выходящих на шумную улицу, можно  улучшить, увеличив толщину остекления, вставив третьи рамы. Можно вмонтировать во внутренние и наружные рамы стекла разной толщины. Это заметно снизит проникающий шум и вибрацию стекол, поскольку резонансные частоты стекол зависят от их толщины и вибрация одного стекла не будет возбуждать резонансные колебания в другом.

В настоящее  время промышленность выпускает  окна специальной конструкции в  звукоизолирующем исполнении. Они имеют повышенную толщину остекления, несколько рам, каналы для проветривания, снабженные поглотителями шума, между стеклами создается вакуум, через который не распространяется звуковая волна. Окнами в шумозащитном исполнении оснащаются обычно фасады жилых и общественных зданий, выходящие на шумные транспортные магистрали.

В борьбе с транспортными  шумами очень важны градостроительные  меры:

- специальная  планировка жилых микрорайонов;

- вынос за  их пределы крупных магистралей;

- строительство  обходных кольцевых дорог;

- ограждение  дорог лесными полосами и т.д.

Жилая застройка  должна быть максимально удалена  от транспортной магистрали и экранирована несколькими поясами защиты от шума: эстетически выполненной насыпью, лесозащитными полосами, зданиями предприятий  и учреждений, в которых допускается уровень шума выше, нежели на территории жилой застройки. Экранирование шума зданиями-экранами или специально установленными экранами - один из наиболее распространенных способов борьбы с транспортным шумом.

Уровень транспортного шума в значительной степени зависит от характера дорожного покрытия. В некоторых европейских странах дороги покрываются специальным пористым асфальтом.

Если же звукоизоляция  и звукопоглощение не снижают  шум до допустимого уровня, применяют  средства индивидуальной защиты: ушные заглушки, наушники, каски, противошумные вкладыши «беруши».

Решение проблемы шума имеет еще одно, немалое препятствие - непонимание, недооценка фактора вредного влияния шума на организм, недостаточный  уровень культуры. Требование оберегать тишину где бы то ни было должно стать непреложным законом для каждого. Это требование особенно необходимо соблюдать в условиях жизни большого города.

Защита от вибрации осуществляется так же, как и от шума, методами вибропоглощения и  виброизоляции.

Вибропоглощение достигается за счет покрытия поверхностей вибрирующих машин мягкими материалами - пластмассой, специальной мастикой, которые рассеивают механические колебания, преобразуя их энергию в тепловую. Виброизоляция осуществляется установкой вибрирующих машин на резиновые прокладки, столбики, пружины. Эти элементы ограничивают передачу вибрации от машины на основание, на котором она установлена. Примером виброизоляторов могут служить пружинные амортизаторы, устанавливаемые на автомобилях и ограничивающие передачу колебаний на машину и водителя со стороны дороги. Но самое основное в борьбе с вибрацией - это добиться того, чтобы машина меньше вибрировала. Вращающиеся части машин должны быть отбалансированы, а сама машина устойчиво стоять на основании. Погасить вибрацию можно, закрепив на машине дополнительный груз или установив ее на массивном фундаменте, который гасит колебания. Бытовая техника - холодильники, стиральные машины и т.д. - также могут вызывать вибрацию, а следовательно, и шум. Чтобы их устранить, нужно в мастерской отбалансировать ее вращающиеся элементы, а саму машину жестко установить на основании или подложить под нее толстую резиновую прокладку.

5. Акустические колебания

Физическое  понятие об акустических_ колебаниях охватывает как слышимые, так и неслышимые колебания упругих сред. Акустические колебания в диапазоне 16 Гц...20 кГц, воспринимаемые человеком с нормальным слухом, называют звуковыми, с частотой менее 16 Гц -- инфразвуковыми, выше 20 кГц ультразвуковыми. Распространяясь в пространстве, звуковые колебания создают акустическое поле. Ухо человека может воспринимать и анализировать звуки в широком диапазоне частот и интенсивностей. Область слышимых звуков ограничена двумя пороговыми кривыми: нижняя -- порог слышимости, верхняя -- порог болевого ощущения. Самые низкие значения порогов лежат в диапазоне 1...5 кГц. Порог слуха молодого человека составляет 0 дБ на частоте 1000 Гц, на частоте 100 Гц порог слухового восприятия значительно выше, так как ухо менее чувствительно к звукам низких частот. Болевым порогом принято считать звук с уровнем 140 дБ, что соответствует звуковому давлению 200 Па и интенсивности 100 Вт/м2. Звуковые ощущения оцениваются по порогу дискомфорта (слабая боль в ухе, ощущение касания, щекотания).

6. Действие шума на организм человека

Область слышимых звуков ограничивается не только определенными  частотами (2020 000 Гц), но и определенными  предельными значениями звуковых давлений и их уровней. Уместно напомнить. что логарифмическая шкала уровней  звукового давления построена таким образом, что пороговое значение звукового давления рд соответствует порогу слышимости (1=0 дБ) только на частоте 1000 Гц, принятой в качестве стандартной частоты сравнения в акустике. Порог слышимости различен для звуков разной частоты.

Если в диапазоне  частот 800 4000 Гц величина порога слышимости минимальна, то по мере удаления от этой области вверх и вниз по частотной  шкале его величина растет: особенно заметно увеличения порога слышимости на низких частотах. По этой причине  высокочастотные звуки более неприятны для человека, чем низкочастотные (при одинаковых уровнях звукового давления).В зависимости от уровня и характера шума. его продолжительности, а также от индивидуальных особенностей человека шум может оказывать на него различное действие. Шум, даже когда он невелик (при уровне 5060 дБА), создает значительную нагрузку на нервную систему человека, оказывая на него психологическое воздействие. Это особенно часто наблюдается у людей, занятых умственной деятельностью.

Слабый шум различно влияет на людей. Причиной этого могут быть: возраст, состояние здоровья, вид труда, физическое и душевное состояние человека в момент действия шума и другие факторы. Степень вредности какого-либо шума зависит также от того, насколько он отличается от привычного шума. Неприятное воздействие шума зависит и от индивидуального отношения к нему. Так, шум, производимый самим человеком, не беспокоит его, в то время как небольшой посторонний шум может вызвать сильный раздражающий эффект. Известно, что ряд таких серьезных заболеваний, как гипертоническая и язвенная болезни, неврозы. в ряде случаев желудочно-кишечные и кожные заболевания, связаны с перенапряжением нервной системы в процессе труда и отдыха. Отсутствие необходимой тишины, особенно в ночное время, приводит к преждевременной усталости, а часто и к заболеваниям. В этой связи необходимо отметить, что шум в 3040 дБА в ночное время может явиться серьезным беспокоящим фактором. С увеличением уровней до 70 дБА и выше шум может оказывать/ определенное физиологическое воздействие на человека, приводя к видимым изменением в его организме. Под воздействием шума, превышающего 8590 дБА, в первую очередь снижается слуховая чувствительность на высоких частотах.

Сильный шум  вредно отражается на здоровье и работоспособности людей. Человек, работая при шуме, привыкает к нему, но продолжительное действие сильного шума вызывает общее утомление, может привести к ухудшению слуха, а иногда и к глухоте, нарушается процесс пищеварения, происходят изменения объема внутренних органов. 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 вызывал 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 2030 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. При действии шума очень высоких уровней (более 145 дБ) возможен разрыв барабанной перепонки.

7. Шум, ультразвук, инфразвук

Шум как гигиенический  фактор это совокупность звуков различной  частоты и интенсивности, которые  воспринимаются органами слуха человека и вызывают неприятное субъективное ощущение. Шум как физический фактор представляет собой волнообразно распространяющееся механическое колебательное движение упругой среды, носящее обычно случайный характер. Производственным шумом называется шум на рабочих местах, на участках или на территориях предприятий, который возникает во время производственного процесса. Следствием вредного действия производственного шума могут быть профессиональные заболевания, повышение общей заболеваемости, снижение работоспособности, повышение степени риска травм и несчастных случаев, связанных с нарушением восприятия предупредительных сигналов, нарушение слухового контроля функционирования технологического оборудования, снижение производительности труда. По характеру нарушения физиологических функций шум разделяется на такой, который мешает (препятствует языковой связи), раздражающий (вызывает нервное напряжение и вследствие этого снижения работоспособности, общее переутомление), вредный (нарушает физиологические функции на длительный период и вызывает развитие хронических заболеваний, которые непосредственно связаны со слуховым восприятием: ухудшение слуха, гипертония, туберкулез, язва желудка), травмирующий (резко нарушает физиологические функции организма человека). Характер производственного шума зависит от вида его источников. Механический шум возникает в результате работы различных механизмов с неуравновешенными массами вследствие их вибрации, а также одиночных или периодических ударов в сочленениях деталей сборочных единиц или конструкций в целом. Аэродинамический шум образуется при движении воздуха по трубопроводам. вентиляционным системам или вследствие стационарных или нестационарных процессов в газах. Шум электромагнитного происхождения возникает вследствие колебаний элементов электромеханических устройств (ротора, статора, сердечника, трансформатора и т. д.) под влиянием переменных магнитных полей. Гидродинамический шум возникает вследствие процессов, которые происходят в жидкостях (гидравлические удары, кавитация, турбулентность потока и т.д.) Шум как физическое явление - это колебание упругой среды. Он характеризуется звуковым давлением как функцией частоты и времени. С физиологической точки зрения шум определяется как ощущение, которое воспринимается органами слуха во время действия на них звуковых волн в диапазоне частот 1620 000 Гц.

Звук, который распространяется в воздушной среде, называется воздушным звуком, в твердых телах структурным. Часть воздуха, охваченная колебательным процессом, называется звуковым полем. Свободным называется звуковое поле, в котором звуковые волны распространяются свободно, без препятствий (открытое .пространство, акустические условия в специальной заглушенной камере, облицованной звукопоглощающим материалом).Диффузным называется звуковое поле, в котором звуковые волны поступают в каждую точку пространства с одинаковой вероятностью со всех сторон (встречается в помещениях, внутренние поверхности которых имеют высокие коэффициенты отражения звука).В реальных условиях (помещение или территория предприятия; структура звукового поля может быть качественно близкой (или промежуточной) к предельным значениям свободного или диффузного звукового поля. Воздушный звук распространяется в виде продольных волн, то есть волн, в которых колебания частичек воздуха совпадают с направлением движения звуковой волны. Наиболее распространена форма продольных звуковых колебаний сферическая волна. Ее излучает равномерно во все стороны источник звука, размеры которого малы по сравнению с длиной волны. Структурный звук распространяется в виде продольных и поперечных волн. Поперечные волны отличаются от продольных тем, что колебания в них происходят в направлении, перпендикулярном направлению распространения волны. Болевой порог это максимальное звуковое давление, которое воспринимается ухом как звук. Давление свыше болевого порога может вызывать повреждение органов слуха. При частоте 1000 Гц в качестве болевого порога принято звуковое давление Р = 20 Н/м2. Для более полной характеристики источников шума введено понятие звуковой энергии, которая излучается источниками шума в окружающую среду за единицу времени. Величина потока звуковой энергии, которая проходит в течение 1 с через площадь 1 м2 перпендикулярно к направлению распространения звуковой волны, является мерой интенсивности звука или силы звука. Силой звука характеризуется громкость. Чем больше поток энергии, который излучается источником звука, тем выше громкость. Шумовые характеристики источников шума определяются в соответствии с ГОСТ 12.1.003-86. ССБТ «Шум, общие требования безопасности».

Шум определяют как совокупность апериодических звуков различной интенсивности и частоты. Окружающие человека шумы имеют разную интенсивность: разговорная речь -- 50...60 дБ А, автосирена -- 100 дБ А, шум двигателя легкового автомобиля --80 дБ А, громкая музыка -- 70 дБ А, шум от движения трамвая -- 70...80 дБ А, шум в обычной квартире --30...40 дБ А.

По спектральному  составу в зависимости от преобладания звуковой энергии в соответствующем  диапазоне часто различают низко, средне, и высокочастотные шумы, по временным характеристикам -- постоянные и непостоянные, последние, в свою очередь, делятся на колеблющиеся, прерывистые и импульсные, по длительности действия -- продолжительные и кратковременные. С гигиенических позиций придается большое значение амплитудно-временным, спектральным и вероятностным параметрам непостоянных шумов, наиболее характерных для современного производства.

Интенсивный шум  на производстве способствует снижению внимания и увеличению числа ошибок при выполнении работы, исключительно  сильное влияние оказывает шум  на быстроту реакции, сбор информации и аналитические процессы, из-за шума снижается производительность труда и ухудшается качество работы. Шум затрудняет своевременную реакцию работающих на предупредительные сигналы внутрицехового транспорта (автопогрузчиков, мостовых кранов и т. п.), что способствует возникновению несчастных случаев на производстве.

В биологическом  отношении шум является заметным стрессовым фактором, способным вызвать  срыв приспособительных реакций. Акустический стресс может приводить к разным проявлениям: от функциональных нарушений регуляции ЦНС до морфологически обозначенных дегенеративных деструктивных процессов в разных органах и тканях. Степень шумовой патологии зависит от интенсивности и продолжительности воздействия, функционального состояния ЦН' и, что очень важно, от индивидуальной чувствительности организма акустическому раздражителю. Индивидуальная чувствительность к шуму составляет 4...17 % . Считают, что повышенная чувствительность шуму определяется сенсибилизированной вегетативной реактивностью, присущей 11 % населения. Женский и детский организм особенно чувствительны к шуму. Высокая индивидуальная чувствительна может быть одной из причин повышенной утомляемости и развитии различных неврозов.

Шум с уровнем  звукового давления до 30...35 дБ привычен для человека и не беспокоит его. Повышение этого уровня до 40...70 дБ в условиях среды обитания создает значительную нагрузку на нервную систему, вызывая ухудшение самочувствия и при длительном действии может быть причиной неврозов. Воздействие шума уровнем свыше 75 дБ может привести к потере слуха -- профессиональной тугоухости. При действии шума высоких уровней (более 140 дБ) возможен разрыв барабанных перепонок, контузия, а при еще более высоких (более 160 дБ) и смерть.