Болевой порог слышимости – 2. Физические характеристики звуковых волн и характеристики слухового ощущения

Содержание

2. Физические характеристики звуковых волн и характеристики слухового ощущения

Физические характеристики акустических
и, в частности, звуковых волн имеют
объективный характер и могут быть
измерены соответствующими приборами
в стандартных единицах. Возникающее
под действием звуковых волн слуховое
ощущение субъективно, однако, его
особенности во многом определяются
параметрами физического воздействия.

2.1. Интенсивность звука

Интенсивность звукаI, как уже
отмечалось ранее, представляет собой
энергию звуковой волны, попадающей на
поверхность единичной площади за
единицу времени, и измеряется в Вт/м2.
Эта физическая характеристика определяет
уровень слухового ощущения, который
называется громкостью, являющейся
субъективным физиологическим параметром.
Связь между интенсивностью и громкостью
не является прямо пропорциональной.
Пока отметим только, что с увеличением
интенсивности возрастает и ощущение
громкости. Количественную оценку
громкости можно выполнить, сравнивая
слуховые ощущения, обусловленные
звуковыми волнами от источников с
различной интенсивностью.

При распространении звука в среде
возникает некоторое добавочное давление,
перемещающееся от источника звука к
приемнику. Величина этого звукового
давления
P также представляет
физическую характеристику звука и среды
его распространения. Она связана с
интенсивностью соотношением

, (2)

где плотность среды, аv— скорость распространения звука в
среде. ВеличинуZ =
vназываютудельным акустическим
сопротивлением
или удельным
акустическим импедансом.

2.2. Частота звуковых колебаний

Частота звуковых гармонических
колебаний определяет ту сторону звукового
ощущения, которую называютвысотой
звука
. Если звуковые колебания
периодичны, но не подчиняются гармоническому
закону, то высота звука оценивается
ухом по частоте основного тона(первая гармоническая составляющая в
ряду Фурье), период которого совпадает
с периодом сложного звукового воздействия.

Отметим, что возможность оценки высоты
тона слуховым аппаратом человека
связана с продолжительностью звучания.
Если время звукового воздействия меньше
1/20 секунды, то ухо не способно оценить
высоту тона.

Близкие по частоте звуковые колебания
при одновременном звучании воспринимаются
как звуки различной высоты в том случае,
если относительная разница частот
превышает 2-3%. При меньшей разности
частот возникает ощущение слитного
звука средней высоты.

2.3. Спектральный состав звуковых колебаний

Спектральный состав звуковых
колебаний (см. рис.1), то есть, число
гармонических составляющих и соотношение
их амплитуд, определяеттембр звука. Тембр, как физиологическая
характеристика слухового ощущения, в
некоторой степени зависит также от
скорости нарастания и изменчивости
звука.

3. Порог слышимости и порог болевого ощущения. Область слышимости

Слуховые ощущения формируются лишь в
том случае, когда интенсивность звуковых
волн превышает некоторое минимальное
значение, называемое порогом слышимости.
Для различных частот звукового диапазона
этот порог имеет различные значения,
т.е. слуховой аппарат обладает
неодинаковой чувствительностью
к
звуковым воздействиям на разных частотах.

Зависимость порога слышимости от частоты
звука может быть определена с помощью
несложного эксперимента. Представим,
что имеется некоторый звуковой генератор
— устройство, в котором создаются
электрические колебания, превращаемые
с помощью динамика в звуковые волны
различных частот. Интенсивность и
частоту звука можно плавно изменять и
измерять. Установив определенное
значение частоты звука, будем, начиная
с нулевого значения, плавно увеличивать
его интенсивность. То минимальное
значение интенсивности, которое вызывает
у испытуемого ощущение звука, представляет
порог слышимости для данной частоты.
Результаты этого эксперимента представим
графически, откладывая по оси абсцисс
частоту, а по оси ординат — пороговое
значение интенсивности звука (см.
нижнюю кривую на рис.3). Подобные
эксперименты, проведенные на большом
числе испытуемых, показывают, что ухо
обладает максимальной чувствительностью
в области частот 1000-3000 Гц. Здесь
пороговое значение интенсивности звука
минимально и составляет10-12
Вт/м2. Отметим, что
при интенсивности 10-12Вт/м2амплитуда колебаний частиц воздуха в
сотни раз меньше диаметра молекул, —
нормальный слуховой аппарат формирует
слуховое ощущение при крайне слабых
энергетических воздействиях.

С увеличением интенсивности звука,
естественно, возрастает и ощущение
громкости. Однако, звуковые волны с
интенсивностью порядка
1-10 Вт/м2уже вызывают ощущение боли.
Максимальное значение интенсивности,
при превышении которого возникает боль,
называетсяпорогомболевогоощущения. Он также зависит от частоты
звука (см. верхнюю кривую на рис.3), хотя
и в меньшей степени, чем порог слышимости.
Область частот и интенсивностей звука,
ограниченная верхней и нижней кривыми
рис.3, называетсяобластью слышимости.

Рис.3

studfiles.net

Порог слышимости — Построй свой дом

Величина звукового давления, которая едва заметна на слух при отсутствии всяких других мешающих шумов и звуков, называется пороговой величиной звукового давления, или, сокращенно, порог слышимости. Динамический диапазон слуха человека составляет около 130 дБ от порога слышимости до так называемого болевого порога.

Порог слышимости — болевой порог

 

Порог слышимости

 

Частота — 16 Гц
Звуковое давление р0 = 2 • 10-5 Н/м2 = 20 μПа
Звуковая интенсивность I0= 10-12 Вт/м2
Уровень звукового давления L0 = 0 дБ

Звуковое давление имеет такую силу, что 30-летний человек в нормальным слухом может еще его воспринять. Так как lgL = 0, то в качестве относительной величины установим 0 дБ, который приняли за порог слышимости.

Болевой порог

 

Частота — 16000Гц

Звуковое давление р= 20 Н/м2

Звуковая интенсивность I0= 1 Вт/м2

Уровень звукового давления L0 = 120 дБ

Звуковое явление достигает такого высокого уровня звука, что мы воспринимаем его давление или его интенсивность как болевое ощущение.

Пример:

Дано: порог слышимости I0= 10-12 Вт/м2
Болевой порог                       I=1 Вт/м2

L = 10⋅ lg I/I0 = 10⋅ lg1/10-12 = 10⋅ lg1012 =120 дБ 

Болевой порог имеет место при уровне звукового давления 120 дБ.
На следующем рисунке частоты по оси абсцисс нанесены в логарифмическом масштабе, т.е. удвоение частоты имеет место через равные промежутки на этой оси. Как видно из рисунка, порог слышимости, так же, как и болевой порог наступают при различных уровнях звукового давления в зависимости от частоты звука. Например, звук частотой 31,5 Гц начинает быть слышимым при 53 дБ, тогда, как при частоте 2000 Гц — уже при 0 дБ. С другой стороны, звук будет восприниматься как болевое ощущение при его частоте 31,5 Гц, если уровень звукового давления достигает 135 дБ, тогда, как при частоте 2000 Гц это случится уже при 112 дБ.

Рис. Уровень звука — уровень громкости. (В России это семейство кривых называется «Кривые равной громкости»)

Отсюда можно заключить, что низкие частоты воспринимаются лучше, чем высокие.

 

 

Уровень громкости LA

 

Уровни громкости даются в Фонах. Это величина, выражающая субъективное ощущение звукового явления, тогда, как Децибел является физической величиной. Физическая величина уровня звука имеет единицу Децибел (дБ). При частоте 1000 Гц Децибелы соответствуют Фонам. Чтобы избежать понятия «Фон» уровни громкости оценивают как уровни звукового давления по шкале А шумомера (прибора, измеряющего уровни звукового давления), и единица называется дБ (А). Таким образом физическая величина уровня звука измеряется в Децибелах (дБ).

Звук будет воспринят как в два раза более громкий, если уровень гром-кости (уровень звука) увеличить на 10 дБ (А).

 

 

Соотношение Фон — Децибел

 

Между фоном дБ (А) и Децибелом дБ существует следующая зависимость: f< 1000 Гц
Ухо становится все менее чувствительным. Оно воспринимает дБ больше, чем фоны.

Пример 1:
f= 100 Гц

60 дБ ~ 52 фон

Тогда как уровень громкости составляет 52 фона, что оценивает наше ощущение шума, шумомер показывает уровень звука в 60 дБ.
f= 1000 Гц

Ухо воспринимает дБ = фон

Пример 2:
f= 1000 Гц

60 дБ ~ 60 фон

f > 1000 Гц

Ухо становится все более чувствительным. Оно воспринимает дБ < фон.

Пример 3:

f= 5000 Гц

60 дБ ~ 65 фон

Если измерить уровень громкости в 65 фон шумомером, то он будет показывать только 60 дБ, что означает, что наше ухо такие высокие частоты воспринимает как более мешающие, чем более низкие частоты.

Звукоизоляция

 

Размерность Децибел (дБ) применяется не только для измерения интенсивности источников звука, но и для измерения звукоизоляции конструкций. Если интенсивность звука на стороне приемника и на стороне источника относятся друг к другу как 1000:1, то звукоизоляция стены составит 30 дБ.
I2:I1= 1 :10-3  или по другому  I2:I1=1: 1/103 = 1:1/1000

Звукоизоляция, например, в 50 дБ означает, что в соседнее помещение попадает 1/100000 (=10-5)
40 дБ — 1/10000 (=10-4) часть от той энергии, которая падает на стену.

Пример:

 

Шкала громкости

 

Начиная с 1-й ступени: психологическая реакция
Начиная со 2-й ступени: физическая реакция
Могут иметь место: нервные расстройства, нарушение сна, повреждение слуха, нарушение кровообращения, нарушение сердечной деятельности, нарушение мозгового кровообращения, повреждение нервов позвоночного столба, желудочные расстройства.

В следующей статье я расскажу о строительной акустике.

 

Рекомендую еще почитать:

www.ocenin.ru

Диапазон громкости звука | Digital Music Academy

Порог слышимости и «болевой порог»

Величина звукового давления, которая едва заметна на слух при отсутствии всяких других мешающих шумов и звуков, называется пороговой величиной звукового давления, или — порогом слышимости.

Пороги слышимости, определенные у ряда людей, могут сильно различаться. Различия эти имеют в общем случайный характер для группы людей одинакового возраста, имеющих нормальный здоровый слуховой орган. Порог слышимости может различаться и у каждого отдельного человека в зависимости от состояния организма в определенный момент: возбуждения, утомления и т. п. Поэтому эта величина является условной и статистической. Исследования на эту тему проводились в США (1938-39 гг.), Англии (1956-57 гг.) и СССР (1958 г.).

Учёные Флетчер и Мэнсон в своём эксперименте давали слушать группе испытуемых различные тона, меняя громкость до тех пор, пока группа не подтверждала, что эти тона звучат как определённый эталонный тон. Естественно, подобное восприятие очень субъективно. Однако, статистически, полученные данные можно считать объективными.

На основании международного соглашения в качестве стандарта принята кривая зависимости порога слышимости от частоты для чистого синусоидального звука (стандартный порог, а также границы порога слышимости для 10% и 90% испытуемых):

Кривая слышимости (кривая Флетчера-Мэнсона)

Области слышимости слуха (Вологдин Э.И. Динамический диапазон цифровых аудио трактов)

Динамический диапазон слуха человека составляет около 130 дБ – от порога слышимости до т.н. «болевого порога»:

Сравнительная таблица громкости в дБ

  • 0 дБ SPL — специальная измерительная камера;
  • 5 дБ SPL — почти ничего не слышно;
  • 10 дБ SPL — почти не слышно — шёпот, тиканье часов, тихий шелест листьев;
  • 15 дБ SPL — едва слышно — шелест листьев;
  • 20 дБ SPL — едва слышно — уровень естественного фона на открытой местности при отсутствии ветра, норма шума в жилых помещениях;
  • 25 дБ SPL — тихо — сельская местность вдали от дорог;
  • 30 дБ SPL — тихо — настенные часы;
  • 35 дБ SPL — хорошо слышно — приглушённый разговор;
  • 40 дБ SPL — хорошо слышно — тихий разговор, учреждение (офис) без источников шума, уровень звукового фона днём в городском помещении с закрытыми окнами выходящими во двор;
  • 50 дБ SPL — отчётливо слышно — разговор средней громкости, тихая улица, стиральная машина;
  • 60 дБ SPL — шумно — обычный разговор, норма для контор;
  • 65 дБ SPL — шумно — громкий разговор на расстоянии 1 м;
  • 70 дБ SPL — шумно — громкие разговоры на расстоянии 1 м, шум пишущей машинки, шумная улица, пылесос на расстоянии 3 м;
  • 75 дБ SPL — шумно — крик, смех с расстояния 1м; шум в железнодорожном вагоне;
  • 80 дБ SPL — очень шумно — громкий будильник на расстоянии 1 м; крик; мотоцикл с глушителем; шум работающего двигателя грузового автомобиля;
  • 85 дБ SPL — очень шумно — громкий крик, мотоцикл с глушителем;
  • 90 дБ SPL — очень шумно — громкие крики, пневматический отбойный молоток, тяжёлый дизельный грузовик на расстоянии 7 м, грузовой вагон на расстоянии 7 м;
  • 95 дБ SPL — очень шумно — вагон метро на расстоянии 7 м;
  • 100 дБ SPL — крайне шумно — громкий автомобильный сигнал на расстоянии 5—7 м, кузнечный цех, очень шумный завод;
  • 110 дБ SPL — крайне шумно — шум работающего трактора на расстоянии 1 м, громкая музыка, вертолёт;
  • 115 дБ SPL — крайне шумно — пескоструйный аппарат на расстоянии 1 м, мощный автомобильный сабвуфер;
  • 120 дБ SPL — почти невыносимо — болевой порог, гром (иногда до 120 дБ), отбойный молоток, вувузела на расстоянии 1 м;
  • 130 дБ SPL — боль — сирена, шум клёпки котлов;
  • 140 дБ SPL — травма внутреннего уха — взлёт реактивного самолёта на расстоянии 25 м, максимальная громкость на рок-концерте;
  • 150 дБ SPL — контузия, травмы — взлёт ракеты на Луну с экипажем, на расстоянии 100 м, реактивный двигатель на расстоянии 30 м, соревнования по автомобильным звуковым системам;
  • 160 дБ SPL — шок, травмы, возможен разрыв барабанной перепонки — выстрел из ружья близко от уха; ударная волна от сверхзвукового самолёта или взрыва давлением 0,002 МПа;
  • 168 дБ SPL — шок, травмы, возможен разрыв барабанной перепонки — выстрел из винтовки M1 Garand на расстоянии 1 м;
  • 170 дБ SPL — светошумовая граната, воздушная ударная волна давлением 0,0063 МПа;
  • 180 дБ SPL — светошумовая граната, воздушная ударная волна давлением 0,02 МПа, длительный звук с таким давлением вызывает смерть;
  • 190 дБ SPL — воздушная ударная волна давлением 0,063 МПа;
  • 194 дБ SPL — воздушная ударная волна давлением 0,1 МПа, равным атмосферному давлению, возможен разрыв лёгких;
  • 200 дБ SPL — воздушная ударная волна давлением 0,2 МПа, возможна смерть;
  • 210 дБ SPL — воздушная ударная волна давлением 0,63 МПа;
  • 220 дБ SPL — воздушная ударная волна давлением 2 МПа;
  • 230 дБ SPL — воздушная ударная волна давлением 6,3 МПа;
  • 240 дБ SPL — воздушная ударная волна давлением 20 МПа;
  • 249,7 дБ SPL — максимальное давление 61 МПа воздушной ударной волны при взрыве тринитротолуола[1]. Давление ударных волн при обычном взрыве может быть больше (максимальное — давление детонации), но это будет ещё не воздушная, а начальная взрывная ударная волна, образованная разлётом продуктов детонации;
  • 260 дБ SPL — ударная волна давлением 200 МПа;
  • 270 дБ SPL — ударная волна давлением 632 МПа;
  • 280 дБ SPL — ударная волна давлением 2000 МПа;
  • 282 дБ SPL — 2500 МПа — максимальное давление воздушной ударной волны при ядерном взрыве[2]. Максимальное давление продуктов реакции в момент ядерного взрыва гораздо больше — до 100 млн. МПа.
  • 300 дБ SPL — 20 000 МПа — среднее давление детонации обычных взрывчатых веществ;
  • 374 дБ SPL — 100 млн МПа — давление в ядерном заряде в момент ядерного взрыва;

Давление свыше 140 дБ SPL может вызвать разрыв барабанной перепонки, баротравмы и даже смерть.

 

В области наилучшей слышимости ухо способно различить около 370 градаций по громкости, а на частоте 60 Гц число градаций только 34. Эти данные соответствуют условиям тонкого опыта при полной тишине. Практически человек с нормальным слухом начинает замечать прирост уровня звука на 1 дБ, то есть на 26% по интенсивности звука.

Возрастные изменения порога слышимости:

 

digitalmusicacademy.ru

Слух — это… Что такое Слух?

Слух — способность биологических организмов воспринимать звуки органами слуха; специальная функция слухового аппарата, возбуждаемая звуковыми колебаниями окружающей среды, например, воздуха или воды. Одно из биологических пяти чувств, называемое также акустичеcким восприятием.

Общие сведения

Человек способен слышать звук в пределах от 16 Гц до 22 кГц при передаче колебаний по воздуху, и до 220 кГц при передаче звука по костям черепа. Эти волны имеют важное биологическое значение, например, зву­ковые волны в диапазоне 300—4000 Гц соответствуют человеческому голосу. Звуки выше 20 000 Гц имеют малое практическое значение, так как быстро тормозятся; колебания ниже 60 Гц воспринимаются благодаря вибрационному чувству. Диапазон частот, которые способен слышать человек, называется слуховым или звуковым диапазоном; более высокие частоты называются ультразвуком, а более низкие — инфразвуком.

Физиология слуха

Способность различать звуковые частоты сильно зависит от конкретного человека: его возраста, пола, подверженности слуховым болезням, тренированности и усталости слуха. Отдельные личности способны воспринимать звук до 22 кГц, а возможно — и выше.

Некоторые животные могут слышать звуки, не слышимые человеком (ультра- или инфразвук). Летучие мыши во время полёта используют ультразвук для эхолокации. Собаки способны слышать ультразвук, на чём и основана работа беззвучных свистков. Существуют свидетельства того, что киты и слоны могут использовать инфразвук для общения.

Человек может различать несколько звуков одновременно благодаря тому, что в ушной улитке одновременно может быть несколько стоячих волн.

Удовлетворительно объяснить феномен слуха оказалось необычайно сложной задачей. Человек, представивший теорию, объяснявшую бы восприятие высоты и громкости звука, почти наверняка гарантировал бы себе Нобелевскую премию.

Оригинальный текст  (англ.)  

Explaining hearing adequately has proven a singularly difficult task. One would almost ensure oneself a Nobel prize by presenting a theory explaining satisfactorily no more than the perception of pitch and loudness.

Ребер, Артур С., Ребер (Робертс), Эмили С. The Penguin Dictionary of Psychology. — 3rd Edition. — Лондон: Penguin Books Ltd, 2001. — 880 с. — ISBN 0-14-051451-1, ISBN 978-0-14-051451-3

В начале 2011 г. в отдельных СМИ, связанных с научной тематикой, прошло краткое сообщение о совместной работе двух израильских институтов. В человеческом мозге выделены специализированные нейроны, позволяющие оценить высоту звука, вплоть до 0,1 тона. Животные, кроме летучих мышей, таким приспособлением не обладают, и для разных видов точность ограничена от 1/2 до 1/3 октавы. (Внимание! Данная информация требует уточнения!)

Психофизиология слуха

У человека, как и у большинства млекопитающих, слуховым органом является ухо. Многие другие животные также обладают слухом, благодаря аналогичным ушным органам или даже комбинации различных органов, которые могут значительно отличаться своим строением.

Теории физиологии слуха

На сегодняшний день нет единой достоверной теории, объясняющей все аспекты восприятия звука человеком. Вот некоторые из них:

  • Струнная теория Гельмгольца
  • Теория бегущей волны Бекеши
  • Микрофонная теория
  • Электро-механическая теория

Поскольку достоверная теория слуха не разработана, на практике используются психоакустические модели, основанные на данных исследований, проводимых на различных людях.

Слуховые следы, слияние слуховых ощущений

Опыт показывает, что ощущение, вызываемое коротким звуковым импульсом, длится ещё некоторое время после прекращения звучания. Поэтому два достаточно быстро следующих друг за другом звука дают одиночное слуховое ощущение, являющееся результатом их слияния. Как и при зрительном восприятии, когда отдельные изображения, сменяющие друг друга с частотой ≈ 16 кадров/сек и выше, сливаются в плавно текущее движение, синусоидальный чистый звук получается в результате слияния отдельных колебаний с частотой повторения равной нижнему порогу чувствительности слуха, то есть ≈ 16 Гц. Слияние слуховых ощущений имеет огромное значение в чёткости восприятия звуков и в вопросах консонанса и диссонанса, играющих огромную роль в музыке.

Проецирование наружу слуховых ощущений

Как бы ни возникали слуховые ощущения, мы относим их обыкновенно во внешний мир, и поэтому причину возбуждения нашего слуха мы всегда ищем в колебаниях, получаемых извне с того или другого расстояния. Эта черта в сфере слуха выражена гораздо слабее, нежели в сфере зрительных ощущений, отличающихся своей объективностью и строгой пространственной локализацией и, вероятно, приобретается также путём долгого опыта и контроля других чувств. При слуховых ощущениях способность к проецированию, объективированию и пространственной локализации не может достигнуть столь высоких степеней, как при зрительных ощущениях. Виной этому такие особенности строения слухового аппарата, как, например, недостаток мышечных механизмов, лишающий его возможности точных пространственных определений. Известно то огромное значение, какое имеет мышечное чувство во всех пространственных определениях.

Суждения о расстоянии и направлении звуков

Наши суждения о расстоянии, на котором издаются звуки, являются весьма неточными, в особенности если глаза человека закрыты и он не видит источника звуков и окружающие предметы, по которым можно судить об «акустике окружения» на основании жизненного опыта, либо акустика окружения нетипична: так, например, в акустической безэховой камере голос человека, находящегося всего в метре от слушающего, кажется последнему в разы и даже десятки раз более удалённым. Также знакомые звуки представляются нам тем более близкими, чем они громче, и наоборот. Опыт показывает, что мы менее ошибаемся в определении расстояния шумов, нежели музыкальных тонов. Способность суждения о направлении звуков у человека весьма ограничена: не имея подвижных и удобных для собирания звуков ушных раковин, он в случаях сомнений прибегает к движениям головы и ставит её в положение, при котором звуки различаются наилучшим образом, то есть звук локализируется человеком в том направлении, с которого он слышится сильнее и «яснее».

Способность человека (и высших животных) определять направление на источник звука называется бинауральным эффектом.

Известно три механизма, при помощи которых можно различить направление звука:

  • Разница в средней амплитуде (исторически первый обнаруженный принцип): для частот выше 1 кГц, то есть таких, что длина звуковой волны меньше, чем размер головы слушающего, звук, достигающий ближнего уха, имеет бо́льшую интенсивность.
  • Разница в фазе: ветвистые нейроны способны различать фазовый сдвиг до 10-15 градусов между приходом звуковых волн в правое и левое ухо для частот в примерном диапазоне от 1 до 4 кГц (что соответствует точности в определении времени прихода в 10 мкс).
  • Разница в спектре: складки ушной раковины, голова и даже плечи вносят в воспринимаемый звук небольшие частотные искажения, по-разному поглощая различные гармоники, что интерпретируется мозгом как дополнительная информация о горизонтальной и вертикальной локализации звука.

Возможность мозга воспринимать описанные различия в звуке, слышимым правым и левым ухом, привело к созданию технологии бинауральной записи.

Описанные механизмы не работают в воде: определение направления по разности громкостей и спектра невозможно, так как звук из воды проходит практически без потерь напрямую в голову, и значит в оба уха, из-за чего громкость и спектр звука в обоих ушах при любом расположении источника звука с высокой точностью одинаковы; определение направления источника звука по фазовому сдвигу невозможно, так как из-за гораздо более высокой в воде скорости звука длина волны возрастает в несколько раз, а значит фазовый сдвиг многократно уменьшается.

Из описания приведённых механизмов понятна и причина невозможности определения расположения источников низкочастотного звука.

Исследование слуха

Слух проверяют с помощью специального устройства или компьютерной программы под названием «аудиометр».

Определяют и частотные характеристики слуха, что важно при постановке речи у слабослышащих детей.

Норма

Восприятие частотного диапазона 16 Гц − 22 кГц с возрастом изменяется — высокие частоты перестают восприниматься. Уменьшение диапазона слышимых частот связано с изменениями во внутреннем ухе (улитке) и с развитием с возрастом нейросенсорной тугоухости.

Порог слышимости

Порог слышимости — минимальное звуковое давление, при котором звук данной частоты воспринимается ухом человека. Величину порога слышимости выражают в децибелах. За нулевой уровень принято звуковое давление 2·10−5Па на частоте 1 кГц. Порог слышимости у конкретного человека зависит от индивидуальных свойств, возраста, физиологического состояния.

Порог болевого ощущения

Порог болевого ощущения слуховой — величина звукового давления, при котором в слуховом органе возникают боли (что связано, в частности, с достижением предела растяжимости барабанной перепонки). Превышение данного порога приводит к акустической травме. Болевое ощущение определяет границу динамического диапазона слышимости человека, который в среднем составляет 140 дБ для тонального сигнала и 120 дБ для шумов со сплошным спектром.

Патология

См. также

Литература

Физический энциклопедический словарь/Гл. ред. А. М. Прохоров. Ред. коллегия Д. М. Алексеев, А. М. Бонч-Бруевич, А. С. Боровик-Романов и др. — М.: Сов. энцикл., 1983. — 928 с., стр. 579

Ссылки

dic.academic.ru

7. Каков порог болевого ощущения шума у человека?

Шум частотой в 1000 Гц принят за эталон
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.

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. Отношение
звуковых давлений при болевом пороге
и пороге слышимости составляет 106.
Это диапазон звукового давления, который
воспринимается ухом.

8. Как классифицируются шумы по характеру спектра?

Спектр шума – зависимость уровня
звукового давления от частоты.

По характеру спектра шума выделяют:

  • Широкополосный шум с непрерывным
    спектром шириной более 1 октавы.

  • Тональный шум, в спектре которого
    имеются выраженные тоны. Тональный
    характер шума для практических целей
    устанавливается измерением в 1/3 октавных
    полосах частот по превышению уровня в
    одной полосе над соседними не менее
    чем на 10 дБ.

9. Как классифицируются шумы по временным характеристикам?

По временным характеристикам шумы
делятся на: постоянные и непостоянные.

Непостоянные 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.

Постоянный шум – шум, уровень звука
которого за 8-часовой рабочий день
изменяется во времени не более чем на
5 дБ.

10. Приведите формулу для определения логарифмического уровня звукового давления.

При оценке источника шума и нормировании
используется логарифмический уровень
звука.

Где РА– звуковое давление в точке
измерения по шкале А прибора шумомера,
т. е. на шкале 1000 Гц.

11. Что такое постоянный шум?

Постоянный шум – шум, уровень звука
которого за 8-часовой рабочий день
изменяется во времени не более чем на
5 дБ.

Характеристикой постоянного шума на
рабочих местах являются уровни звукового
давления в дБ в октавных полосах со
среднегеометрическими частотами 31,5;
63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц, определяемые
по формуле:

Где Р – звуковое давление в точке
измерения, Па.

Р0– пороговое значение 2*10-5,
Па.

12. Что такое звукопоглощение?

Звукопоглощение достигается за счет
перехода колебательной энергии в теплоту
вследствие потерь на трение в
звукопоглотителе. Звукопоглощающие
материалы и конструкции предназначены
для поглощения звука как в помещениях
с источником, так и в соседних помещениях.
Потери на трение наиболее значительны
в пористых материалах, которые вследствие
этого используются в звукопоглощающих
материалах. Звукопоглощение используется
при акустической обработке помещений.
Акустическая обработка помещения
предусматривает покрытие потолка и
верхней части стен звукопоглощающим
материалом.

studfiles.net

порог слышимости

Порог слышимости — это минимальная интенсивность звука соответствующей частоты, которая воспринимается нормальным человеческим слухом. Обычно уровень интенсивности звука и звукового давления относят к условному порогу, принимаемому для средних условий нижнего предела слышимости, равному 2-10“5 Па.[ …]

Стандартный порог слышимости равен 10-12 Вт/м2 при частоте у = 1000 Гц, которая принимается как стандартная в физиологической акустике.[ …]

Подставив значения порога слышимости и порога болевого ощущения в эти формулы, получим, что изменение / и р составляет всего 140 дБ.[ …]

Эффект маскировки объясняется сдвигом порога слышимости под действием более сильного звука и зависит от разности частот этих звуков. Низкочастотные шумы обладают большей маскирующей способностью, чем высокочастотные. Так, пароходный гудок низкого тона заглушает более высокие тона. Высокочастотные шумы средней интенсивности слабо маскируют человеческую речь, но создают дискомфорт у слушателей. Важнейшим свойством слуха является способность объединять определенные области частот в так называемые частотные группы. Смысл этого понятия состоит в том, что степень маскировки полезного узкополосного сигнала шумом растет с расширением спектра шума вокруг этого сигнала до определенной полосы этого шума, после чего не происходит усиливающего действия эффекта маскировки шумом. Количественной мерой маскировки является число децибелов, на которое возрастает порог слышимости маскируемого сигнала в присутствии другого сигнала по сравнению с порого слышимости в тишине.[ …]

Ультразвуком называют механические колебания, частота которых выше порога слышимости человеческого уха, т. е. более 20 ООО колебаний в секунду (20 кгц и более).[ …]

Динамический диапазон звуков, воспринимаемых человеком, простирается от порога слышимости (0 дБ) до порога болевых ощущений (130 дБ). При воздействии на ухо шума с уровнем звукового давления более 145 дБ возможен разрыв барабанной перепонки.[ …]

Шкала силы звука строится на логарифмах отношений данной величины звука к порогу слышимости.[ …]

Человеческое ухо воспринимает шум со звуковым давлением Ра = 2 ■ 10 5 Па при /= 1 кГц — порог слышимости, р = 200 Па — порог болевого ощущения. Интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости, при / = 1 кГц составляет /0 = 1042 Вт/м2, а соответствующая порогу болевого ощущения /= 100 Вт/м2.[ …]

Как уже отмечалось, ультразвук отличается от звука лишь более высокой частотой, превышающей верхний порог слышимости (20 кГц). Он также способен распространяться в любых (твердой, жидкой, газообразной) средах. Скорость распространения в них различна и зависит от свойств среды — плотности, упругости, вязкости и температуры. Ультразвук сильно поглощается газами и во много раз слабее — твердыми веществами и жидкостями, поэтому только в этих двух последних средах он может передаваться на значительные расстояния. В воздушной среде хорошо распространяется только низкочастотный (до 30 кГц) ультразвук, при большей частоте он в воздухе сразу гасится. Поглощение ультразвука при увеличении его частоты и повышении температуры возрастает также и в других средах.[ …]

Звуковое давление и интенсивность звука могут изменяться в широких пределах. Так, если звуковое давление едва слышимого звука (порог слышимости) принято равным 2 ■ 1(Г6 Па, то давление вблизи работающего мотора самолета составляет более 2 ■ 102 Па. Еще больше, до 1016 раз, могут различаться предельные значения интенсивности звука. Естественно, что оперировать числами, изменяющимися в столь широком диапазоне, довольно неудобно.[ …]

Отношение 10б выбрано потому, что нормальная речь в помещении среднего размера воспринимается как звук с интенсивностью, превышающей: порог слышимости на 60 дБ.[ …]

Верхняя кривая на рис. 8.1 соответствует механическим воздействиям на слух человека, граничащим с болевым восприятием интенсивности звуков соответствующей частоты. Нижняя кривая соответствует порогу слышимости при указанных частотах.[ …]

В практических целях обычно применяют логарифмические уровни звукового давления 1 , измеряемые в децибелах (дБ) и вычисляемые по формуле: Ь- 20 1д(р/р0), где р0 — исходное значение звукового давления, соответствующее порогу слышимости в воздухе и равное 2 1(У5 Н/м2.[ …]

Чувствительность человеческих органов слуха неодинакова для различных частот (см. рис. 8.1). Она селективно меняется в зависимости от частоты звуковых волн и уровней звуковой громкости (звукового давления, интенсивности звука) в пределах от порога слышимости до порога болевого ощущения звука.[ …]

ДЕЦИБЕЛ [от лат. decem — десять и имени амер. изобретателя А. Г. Белла] — единица измерения интенсивности (мощности) звука, в т. ч. степени шумового загрязнения, десятая часть бела. Шкала силы звука строится пропорционально логарифму отношения данной интенсивности звука к порогу слышимости, принимаемому за ноль. Интенсивность звука в 10 Д. (дБ) превышает порог слышимости в 10 раз, в 20 дБ — в 100 раз. См. Шумовое загрязнение.[ …]

В организм человека свинцовая пыль проникает через органы дыхания и с пищей примерно в равных количествах. Под действием свинца нарушается синтез гемоглобина, возникают заболевания дыхательных путей, мочеполовых органов, нервной системы, сужаются сосуды, резко увеличивается порог слышимости у детей. Он также мо-жет активно накапливаться в костях. У современных американцев, например, его содержание в организме в 6400 раз выше естественного «доиндустриального» уровня. Имеются экспериментальные данные о том, что для развития рака в присутствии свинца требуется в 5 раз меньшие количества канцерогенных углеводородов. Его органические соединения еще более токсичны. В целом свинец и его соединения вызывают обычно хронические отравления, которые, однако, у здорового человека в условиях свинцово-плавильного цеха могут возникнуть уже через 1-2 недели после начала работы. Особенно опасны соединения свинца для детей дошкольного возраста. Безопасным уровнем по свинцу является его содержание в крови в пределах (0,2-0,8)10‘4%.[ …]

Орган слуха человека может приспосабливаться к некоторым постоянным или повторяющимся шумам (слуховая адаптация). Но эта приспособляемость не может защитить от потери слуха, а лишь временно отодвигает сроки ее наступления. В условиях городского шума происходит постоянное напряжение слухового анализатора. Это вызывает увеличение порога слышимости на 10—25 дБ. Шум затрудняет разборчивость речи, особенно при уровне шума более 70 дБ.[ …]

Физиологические исследования воздействия на население шума малой интенсивности, генерируемого городским транспортом, проведенные в квартирах жилых домов и лабораторных условиях (И. Л. Карагодина с соавт., 1972), показали следующее. Шум низкочастотного спектра со спадом 3—6 дБ на октаву, имеющий суммарный уровень звука 35 дБ А, не вызывает физиологических сдвигов; показатели порогов слуховой чувствительности, световой чувствительности адаптированного к темноте глаза, глубины сна (длительность засыпания, период глубокого сна, продолжительность спокойного сна, коэффициент активности), полученные при этой интенсивности, аналогичны данным при исследовании в тишине (в условиях звуковой изо-ляции). При суммарном уровне звука 40 дБ А возникают нестойкие изменения слуховой чувствительности с восстановлением слуха на частотах 63, 125, 250 Гц через 3,5—10 мин; показатели световой чувствительности глаз при воздействии шума в течение 5 и 15 мин снижаются и затем постепенно возвращаются к норме; наступают сдвиги показателей глубины сна (период засыпания 30 мин — в норме не более 20 мин; продолжительность спокойного сна 66%—в норме 70—82%; коэффициент активности до 0,18 — в норме 0,09).[ …]

ШУМ одна из форм физического (волнового) загрязнения, адаптация к которой невозможна сильный шум более 90 дБ приводит к болезням нервно-психического стресса и ухудшению слуха вплоть до полной глухоты (свыше I К) дБ), вызывает резонанс клеточных структур протоплазмы, ведущий к шумовому «опьянению», а затем и разрушению тканей. Шкала силы звука строится на лог арифмах отношений данной величины звука к порогу слышимости.[ …]

Для звуковых волн с частотой 1000 Гц уровень громкости звука совпадает с уровнем его интенсивности. Поскольку равным интервалам уровня громкости (8.6) соответствуют разные интенсивности (8.3), для характеристики уровней громкости вводится единица — фон. Фон — разность уровней громкости двух звуков данной частоты, равногромкие которым звуки с частотой 1000 Гц отличаются по интенсивности на 10 дБ. Фоны отсчитываются от нуля, равного интенсивности порога слышимости.[ …]

Понятие «звук», как правило, ассоциируется со слуховыми ощущениями человека, обладающего нормальным слухом. Слуховые ощущения вызываются колебаниями упругой среды, которые представляют механические колебания, распространяющиеся в газообразной, жидкой или твердой среде и воздействующие на органы слуха человека. При этом колебания среды воспринимаются как звук только в определенной области частот (16 Гц…20 кГц) и при звуковых давлениях, превышающих порог слышимости человека.[ …]

Любая система защиты имеет свои ограничения, поэтому избыточные шумы, действующие даже кратковременно, вызывают повреждения внутреннего уха, которые проявляются в лучшем случае временным смещением порога слышимости. Восстановительный период может длиться от нескольких минут до нескольких дней в зависимости от степени повреждения.[ …]

Воздействие механических колебаний любого происхождения (природного, бытового, производственного) на организм человека определяется и. частотой, интенсивностью и средой, через которую колебания передаются. Все механические колебания, в отличие от электромагнитных, являются упругими, требующими материальный носитель. В данном параграфе нас будут интересовать механические колебания частотного диапазона от 20 Гц до 20 кГц, которыг воспринимаются слуховым аппаратом человека как звуки (рис. 4.6) (о дифференцировании акустических колебаний см. § 1.6). Любой живой организм воспринимает звуки разных частот и интенсивностей неодинаково. Принято считать, что порогу слышимости человека соответствует звук частотой 1 кГц и интенсивностью 10“12 Вт/м2.[ …]

Работа моторов различных транспортных средств и агрегатов некоторых .промышленных предприятий создает в городе шум. Как физическое явление шум представляет собой сочетание знуков различной силы и высоты. Известно, что звук — энергия, образуемая вибрирующим звучащим телом, дающим большое число колебаний. Органы слуха человека воспринимают звук три колебаниях от 20 до 2 0 О О О в секунду и особенно хорошо при колебаниях от 500 до 4000. Низкие звуки получаются при малом числе колебаний, высокие — при большом. Звуковые .волны своим давлением на органы слуха вызывают звуковое ощущение различной громкости. За единицу громкости принимают децибел (дбА) и фон (фон). Существует шкала громкости шума :в децибелах с нижним пределом (порог слышимости), равным единице, и верхним пределом, равным 40 дбА (порог болевого ощущения).[ …]

По всей длине улитки внутреннего уха располагается основная мембрана 12 — анализатор акустического сигнала. Она представляет собой узкую ленту из гибких связок (рис. 5.11,6), расширяющуюся к вершине улитки. Вдоль основной мембраны проходят слои окончания нервных волокон, так называемого органа Корти, объединенных далее в жгут, по которому электрические нервные импульсы поступают в нервную систему и далее к слуховым областям мозга. Каждое нервное волокно представляет собой «волосковые» клетки, которые составляют массив из примерно 25 тыс. штук, имеющих до 100 «волосковых» окончаний (ресничных эпителиальных клеток). Акустические колебания вызывают деполяризацию мембран этих клеток, в результате чего возникают электрические импульсы, которые распространяются по нервным волокнам. Особенность биологических клеток состоит в том, что деполяризация их мембран возможна лишь с определенного уровня воздействия, что в случае акустического сигнала определяет порог слышимости.[ …]

Гц до 20000 Гц (20 кГц). Спектр речевых частот находится в пределах 500-2000 Гц, человеческое ухо различает звук на частотах 1-3 кГц, при значительном снижении чувствительности на низших значениях. При уровне шума 130 дБ человек испытывает физическую боль, а при уровнях более 150 дБ неизбежна травма (разрыв барабанной перепонки). Чтобы отразить субъективное восприятие звука, производят частотную коррекцию спектра воздействующего шума, называемую коррекцией А. Изменяющиеся уровни шума оценивают по акустической энергии, воздействующей на человека за определенный период времени Г. Показателем воздействия в этом случае является интегральная величина, называемая дозой (экспозицией) шума. Доза шума измеряется в Н2 ч/м4. По дозе вычисляется эквивалентный (по энергии) уровень звука в дБА. Физический смысл эквивалентного уровня звука данного шума состоит в том, что он равен уровню звука постоянного шума, который в течение определенного времени Г имеет то же самое среднее квадратическое звуковое давление, что и рассматриваемый шум. В качестве критерия нарушения слуха принято смещение порогов слышимости на частотах 500, 1000 и 2000 Гц на 25 дБ и более. Риск нарушения слуха оценивается по разности между процентом людей с ухудшающимся слухом в группе лиц, подвергающихся воздействию шума, и в аналогичной группе, не подвергающихся воздействию шума, но равноценной по остальным показателям.[ …]

ru-ecology.info

Болевой порог — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3

Болевой порог

Cтраница 3

Наибольшую интенсивность звука, которая воспринимается без ощущения боли, но превышение которой приводит к резкому — болезненному ощущению, называют болевым порогом.
 [31]

Если воспользоваться этими 12 %, как ступеньками или делениями шкалы силы звука, начиная от порога слышимости, то до наступления болевого порога уместится примерно 120 делений. Не вдаваясь в детали, укажем только, что такая логарифмическая ступенька представляет собой другую единицу, которая используется в технике и носит название децибел. Для практических целей полезно ознакомиться со следующей табличкой, показывающей значение силы звука в децибелах для разных источников относительно нулевого уровня.
 [32]

Наибольшая сила звука, которую человек воспринимает еще без ощущения боли, но превышение которой уже приводит к резкому болезненному ощущению, называют болевым порогом. Между этими порогами лежит областьслышимости.
 [33]

Высокие уровни шума ( 60 дБ) вызывают жалобы, при 90 дБ органы слуха начинают деградировать, 110 — 120 дБ считаются болевым порогом, а уровень шума свыше 130 дБ — разрушительный для органа слуха предел. При силе шума в 180 дБ в металле замечены трещины.
 [34]

Рассмотрим несколько примеров на нахождение оптимальных частотных характеристик линии связи при различных уровнях шума на приемном конце, когда задан спектр шума и уровень интенсивности меняется вплоть до болевого порога.
 [35]

Для каждого звука в границах частот звуковых колебаний, ощущаемых нашим органом слуха ( от 15 — 20 до 21000 гц, имеются предельные значения звуковой энергии: минимальное — на пороге слышимости звука и максимальное — болевой порог, при котором дальнейшее увеличение энергии звука ощущается не как усиление его, а как болезненное давление в ушах.
 [36]

Если принять нижний предел слышимости ( давление около 0 0003 дин / см2, что равно ЗхЮ 5 Па) для синусоидальной волны частотой в 1 кГц за 0 дБ, то громкости обычного разговора будет соответствовать 50 дБ, а болевой порог наступит при силе звука около 120 дБ, что соответствует отношению амплитуд, равному одному миллиону. Чтобы избежать путаницы, А и В в формуле являются амплитудами.
 [37]

Если принять нижний предел слышимости ( давление около 0 0003 дин / см2, что равно Зх10 — 5 Па) для синусоидальной волны частотой в 1 кГц за 0 дБ, то громкости обычного разговора будет соответствовать 50 дБ, а болевой порог наступит при силе звука около 120 дБ, что соответствует отношению амплитуд, равному одному миллиону. Чтобы избежать путаницы, А к В в формуле являются амплитудами.
 [38]

Ба ( отдельными исследованиями зафиксированы шумы до 116 дБа), взлетающий реактивный самолет ( на расстоянии менее 30 м) — 150 дБа При длительном воздействии шума свыше 90 дБа может иметь место расстройство слуха Уровень шума 120 дБа представляет собой т н болевой порог за пределом которого человек испытывает не просто неприятные ощущения, а физическую боль, и у него возможны акустические травмы При уровне шума свыше 140 дБа возможен разрыв барабанной перепонки Если шум превышает 180 дБа, то может наступить смерть Наличие постоянного источника шума является причиной разл нервно-психических расстройств, снижения производительности труда, падения цен на землю ( в первую очередь вблизи аэропортов, железных дорог, дорог автомобильных, разл пром объектов) Мероприятия по борьбе с Ш з включают разработку малошумных двигателей и рациональную орг-цию движения транспорта, эксплуатационные процедуры, служащие для уменьшения шума ( NAP), выбор маршрутов с миним уровнем шума ( MNR), архитектурно-планировочные решения, обеспечивающие экранирование жилых массивов, и др Серьезное внимание проблеме Ш з уделяется с конца 1950 — х гг ( в эти годы началось широкомасштабное применение на коммерческих авиалиниях реактивных пассажирских самолетов) В 1959 г создана междунар ассоциация по борьбе с шумом ( International Association against Noise) со штаб-квартирой в Люцерне ( Швейцария) Задачами этой ассоциации, членами которой являются нац орг-ции 16 стран, являются содействие обмену опытом с Ш з и подготовка проектов стандартов по борьбе с Ш з Начиная с 1962 г Ассоциация регулярно ( один раз в два года) проводит междунар конгрессы по борьбе с шумом В 1969 г проведена междунар конференция по проблеме шума в окрестностях аэропортов В 1971 г ИКАО разработала междунар стандарт, устанавливающий требования по шуму на местности для дозвуковых реактивных пассажирских самолетов В 1972 г в системе ЭПА в США создано Управление проблем снижения шума.
 [39]

Вт / м2, что соответствует звуковому давлению ро — 2 — Ю-5 Па. Верхний болевой порог слышимости принят по интенсивности / о 10 Вт / м2, что соответствует звуковому давлению рб 2 — 102 Па. На практике шум оценивают по его уровню относительно минимальных пороговых значений, выраженных в логарифмической форме.
 [40]

При уровнях звукового давления около 140 дБ возникает физическая боль в ухе. Это так называемый болевой порог и дальнейшее повышение звукового давления может привести к разрыву барабанной перепонки.
 [42]

На рис. 171 представлены кривые, показывающие зависимость обоих порогов от частоты. Верхняя кривая относится к болевому порогу, нижняя — к порогу слышимости. Очевидно, что область, лежащая между обеими кривыми, определяет диапазон частот и сил всех воспринимаемых ухом звуков, поэтому эту область называют областью слышимости.
 [44]

Разницу в громкости различных звуков, так же как и разницу в уровнях электрических сигналов, оценивают в децибелах ( см. § 1 — 7), и за нулевой уровень громкости — нуль децибел ( дб) принимают уровень сигнала на пороге слышимости. Область между порогом чувствительности и болевым порогом называют динамическим диапазоном слуха. Ширина его, как видно из сказанного, составляет около 120 дб.
 [45]

Страницы:  

   1

   2

   3

   4




www.ngpedia.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о