Акустическая безопасность бытовых товаров

Содержание

Введение…………………………………………………………………………………              3

1.      Звуковые колебания………………………………………………………………… 4

2.      Строение слухового аппарата человека…………………………………………… 7

3.      Особенности восприятия звука человеком………………………………………. 10

4.      Шумы бытовой техники…………………………………………………………… 11

5.      Нормирование и измерение звуковых колебаний……………………………….. 18

6.      Защита от вредного действия звуковых колебаний……………………………... 22

Заключение…………………………………………………………………………….. 24

Список использованных источников………………………………………………… 25 Приложение А…………………………………………………………………………. 26

Введение

Каждый человек обладает рядом специализированных периферических образований – органов чувств, обеспечивающих восприятие действующих на организм внешних раздражителей (из окружающей среды). К ним относятся органы зрения, слуха, обоняния, вкуса и осязания. Для нормального существования человека, ему нужны сведения о состоянии и изменении внешней среды, вся информация поступает к коре головного мозга - высшем звене центральной нервной системе (ЦНС). Информация, поступающая из внешней среды, анализируется и осуществляется выбор или разработка программы ответной реакции, т.е. формируется информация об изменении организации жизненных процессов таким образом, чтобы это изменение не привело к повреждению и гибели организма.

В данной работе всесторонне рассматривается один из этих органов – орган слуха и влияние на него внешних раздражителей, в частности шум от бытовых приборов в разных его проявлениях, последствия и предупреждение возможных заболевании. Слух – уникальная способность организма воспринимать и различать звуковые колебания. Орган слуха – ухо, ему доступна область звуков – механических колебаний с частотой 16-20000Гц, но слуховой анализатор человека обладает акустическим рефлексом блокировки звука в ответ на интенсивный звуковой раздражитель, таким образом, орган слуха выполняет два задания: снабжает организм информацией и обеспечивает самосохранение. Подробно изложен механизм восприятия звуковых колебаний человека, как на физическом, так и на психологическом уровнях. Изучены основные источники возникновения бытовых шумов и их особенностей. Приведены допустимые нормы звукового давления, согласно действующему ГОСТу. Даны практические рекомендации по снижению воздействия шумов на организм человека и профилактике заболеваемости.

1.      Звуковые колебания

Звук — явление, субъективно воспринимаемое специальным органом чувств человека и животных. В более широком смысле этого слова, звук — колебательное движение частиц упругой среды, распространяющееся в виде волн в газообразной, жидкой или твёрдой средах. Человеческое ухо слышит звук с частотой от 16 Гц до 20 000 Гц, тогда как физическое же понятие о звуке охватывает как слышимые, так и неслышимые звуки. Звук с частотой ниже 16 Гц называется инфразвуком, выше 20 000 Гц — ультразвуком; самые высокочастотные упругие волны в диапазоне от 109 до 1012 — 1013 Гц относят к гиперзвуку. Область инфразвуковых частот снизу практически не ограничена — в природе встречаются инфразвуковые колебания с частотой в десятые и сотые доли Гц. Частотный диапазон гиперзвуковых волн сверху ограничивается физическими факторами, характеризующими атомное и молекулярное строение среды: длина упругой волны должна быть значительно больше длины свободного пробега молекул в газах и больше межатомных расстоянии в жидкостях и в твёрдых телах. Поэтому в воздухе не может распространяться гиперзвук с частотой 109 Гц и выше, а в твёрдых телах — с частотой более 1012 • 1013 Гц.

Важной характеристикой звуковых колебаний является его амплитудно-частотный спектр, получаемый в результате разложения звука на простые гармонические колебания (рис. 1). Спектр бывает сплошной, когда энергия звуковых колебаний непрерывно распределена в более или менее широкой области частот, и линейчатый, когда имеется совокупность дискретных частотных составляющих (рис. 2). Звук со сплошным спектром воспринимается как шум, например шелест деревьев под ветром, звуки работающих механизмов. Линейчатым спектром с кратными частотами обладают музыкальные звуки (рис. 3). Основная частота определяет при этом воспринимаемую на слух высоту звука, а набор гармонических составляющих — тембр звука.

1 – основная частота; 2 – 12 – гармонические составляющие (обертоны)

Рис.1. Колебания сложной формы (верхняя кривая) и двенадцать его частотных составляющих.

а – форма колебаний; б – частотный спектр

Рис. 2. Звуковой импульс малой длительности, как, например, стук в дверь.

Рис. 3.  Осциллограммы колебаний, соответствующие ноте «ля», взятой на разных инструментах и их частотные спектры. В спектре флейты, обертон столь же силен, как и основная частота.

Энергетической характеристикой звуковых колебаний является интенсивность звука — энергия, переносимая звуковой волной через единицу поверхности, перпендикулярную направлению распространения волны, в единицу времени. Интенсивность звука зависит от амплитуды звукового давления, а также от свойств самой среды и от формы волны.

Субъективной характеристикой звука, связанной с его интенсивностью, является громкость звука, зависящая от частоты. Наибольшей чувствительностью человеческое ухо обладает в области частот 1 — 5 кГц.   В этой области порог слышимости, т. е. интенсивность самых слабых слышимых звуков, по порядку величины равна 10-12 Вт/м2, а соответствующее звуковое давление — 10-5 Н/м2. Верхняя по интенсивности граница области воспринимаемых человеческим ухом звука характеризуется порогом болевого ощущения, слабо зависящим от частоты в слышимом диапазоне и равным примерно 1 Вт/м2.

2. Строение слухового аппарата человека

Способность человека воспринимать различные звуковые сигналы позволяет ему более полно ориентироваться в окружающей среде. Восприятие звуковых сигналов и их анализ осуществляется деятельностью слухового анализатора. Воспринимающим отделом его являются фонорецепторы в составе органа слуха. Проводниковым отделом является слуховой нерв в составе преддверно-улиткового нерва, отходящего от внутреннего уха. Корковый отдел слухового анализатора находится в коре височной доли коры больших полушарий. Орган слуха (ухо) у человека парный. Каждое ухо представлено тремя отделами: наружное ухо, среднее ухо, внутреннее ухо (рис. 4).

Рис. 4. Внутреннее строение органа слуха (продольный разрез).

Наружное ухо состоит из ушной раковины, наружного слухового прохода и барабанной перепонки. Ушная раковина - это эластический хрящ сложной формы, покрытый кожей. Ушная раковина у человека неподвижна и играет незначительную роль по сравнению с животными, у которых ее подвижность обеспечивает лучшую ориентировку по отношению к источнику звука. Наружный слуховой проход имеет длину 27 - 35 мм, диаметр 6 - 8 мм. Он проводит звуковые колебания к барабанной перепонке. Барабанная перепонка - это тонкая мембрана, которой заканчивается наружный слуховой проход, толщина ее около 0,1 мм. Она отделяет наружное ухо от среднего.                 

Среднее ухо помещается в особом углублении височной кости – барабанной полости. Оно представлено барабанной полостью объемом около 1 см³, в которой располагаются три слуховые косточки – молоточек, наковальня и стремечко. Слуховые косточки очень маленькие, например, масса стремечка всего 2,5 мг. Полость среднего уха соединяется с полостью носоглотки слуховой  (евстахиевой) трубой. Благодаря этой трубе давление на барабанную перепонку снаружи и изнутри уравновешено. Слуховые косточки передают  звуковые колебания от барабанной перепонки к внутреннему уху, при этом  они образуют систему рычагов, которые повышают эффективность передачи  колебаний с барабанной перепонки на внутреннее ухо. Молоточек одним  концом прилегает изнутри к барабанной перепонке, другим концом – к наковальне. Наковальня соединяется со стремечком, которое прилегает к поверхности овального окна внутреннего уха (рис. 5). 

Рис. 5. Внутреннее строение среднего уха.

Внутреннее ухо  имеет вид перепончатого лабиринта, который располагается в костном лабиринте височной кости. Оно представлено преддверием, тремя полукружными каналами и улиткой. Улитка относится к органу слуха, а полукружные каналы и преддверие являются органом равновесия.  Между стенкой костного лабиринта и наружной поверхность перепончатого  лабиринта находится жидкость – перилимфа. Улитка представляет собой тонкий конус длиной 3,5 см, закрученный спирально на 2,5 оборота. По всей длине конуса улитка разделена двумя тонкими мембранами на три канала: верхний – лестница преддверия, средний – улитковый проток, нижний – барабанная лестница. Верхний и нижний каналы заполнены перилимфой, улитковый проток заполнен эндолимфой. На основной мембране улитки, которая разделяет улитковый проток и барабанную лестницу, располагается звуковоспринимающий аппарат – кортиев орган.

Кортиев орган состоит из 3 – 4 рядов рецепторных (волосковых) клеток, лежащих вдоль всей основной мембраны. Общее количество этих клеток в кортиевом органе до 25000. Каждая рецепторная клетка имеет от 30 до 120 тонких волосков – микроресничек. В состав кортиева органа входит покровная мембрана, которая нависает над волосковыми клетками по всей длине улиткового протока. Работа кортиева органа заключается в преобразовании колебаний перилимфы и эндолимфы в нервный импульс. Звуковые колебания, преданные со стремечка на жидкость, заполняющую улитку, заставляют колебаться основную мембрану, на которой находятся волосковые клетки. Они при этом своими микроресничками касаются покровной мембраны и приходят в состояние возбуждения, и в них возникает нервный импульс. От каждой волосковой клетки отходит чувствительный нейрон, а их совокупность образует общий слуховой нерв. Высокие звуки раздражают волосковые клетки, лежащие в нижних частях улитки, а высокие звуки - волосковые клетки вершины улитки.

3. Особенности восприятия звука человеком

Человеческое ухо способно воспринимать звуковые колебания часто той от 16 до 21000 герц. С возрастом верхний порог чувствительности снижается у старых людей до 5000 герц, поэтому пожилые и старые люди лучше слышат низкие звуки, шепот. Благодаря восприятию звуков двумя органами слуха человек может точно определять нахождение источника звука, так как в одно ухо, находящееся ближе к источнику звука, он поступает несколько раньше, чем в другое.

Уровень звукового давления не связан простой зависимостью с психологическим восприятием громкости. Первый из этих факторов объективный, а второй – субъективный. Эксперименты показывают, что восприятие громкости зависит не только от интенсивности звука, но и от его частоты и условий эксперимента (рис. 6).

Рис. 6. Связь между уровнем звукового давления в децибелах и уровнем громкости в фонах (кривые Флетчера – Мэнсона). Кривые получены путем измерения уровня звукового давления, при котором звук той или иной частоты воспринимается как равногромкий с эталонным тоном частотой 1000 Гц.

Эти кривые используются для определения фона – единицы уровня громкости, которая тоже измеряется в децибелах. Фон – это уровень громкости звука, для которого уровень звукового давления равногромкого стандартного чистого тона (1000 Гц) равен 1 дБ. Так, звук частотой 200 Гц при уровне 60 дБ имеет уровень громкости в 50 фонов. Нижняя кривая на рисунке 6 – это кривая порога слышимости хорошего уха, верхняя кривая – это кривая порога болевого ощущения. Из  рисунка 9 следует, что наибольшей чувствительностью человеческое ухо обладает в области частот 1 — 5 кГц, а порог болевого ощущения, слабо зависит от частоты в слышимом диапазоне.

Звуки, воспринимаемые  человеческим ухом, различаются по трем признакам: громкости, высоте и тембру. Все эти показатели субъективные, но их можно связать с измеряемыми величинами. Громкость связана в основном с интенсивностью звука; высота звука, характеризующая его положение в музыкальном строе, определяется частотой тона; тембр, которым один инструмент или голос отличается от другого, характеризуется распределением энергии по гармоникам и изменением этого распределения во времени.

4. Шумы бытовой техники

Под шумом понимается любой звук, создаваемый многочисленными, не согласованными между собой источниками. Любой предмет, движущийся или приводящий что-либо в движение, вибрирует, а следовательно создает шум (звуковую волну). Работа бытовых приборов, без которых не мылима повседневная жизнь человека, связана с возникновением шума.

Шум чайника - это шум закипающей воды (рис.7). При закипании вода не сразу прогревается равномерно. На нагревательном элементе активно образуются молекулы, переходящие в газообразное состояние. Горячее поднимается вверх,      как мы помним из школьного курса физики. Так вот, эти самые пузырьки пара поднимаются в холодные верхние слои воды, где с характерным звуком      лопаются, наблюдается так называемое схлопывание молекул воды.

Рис. 7. Кипящий чайник.

Современные модели чайников производятся с закрытым нагревательным элементом (ТЭН прячется под металлическое дно, которое, собственно, и нагревает воду). Итак, по сравнению со спиралью, поверхность нагрева у закрытого элемента значительно увеличилась. Таким образом, пузырьков пара образуется больше, и кажется, что чайник шумит сильнее. Но и здесь зависимость нелинейная. Возьмем для примера две модели чайников одинаковой мощности, например 3000 Вт. Это мощность того ТЭНа, который греет металлическое дно нагревательного элемента чайника. Для чистоты эксперимента в обоих чайниках вскипятим по одному литру воды. Только у одного будет очень маленькое дно (TEFAL Vitesse), а у другого - большое (например, BOSCH TWK5503). Спираль греет с одинаковой мощностью разные по площади днища. В первом случае маленькая поверхность будет нагреваться активнее, следовательно, процесс образования пузырьков пара будет происходить интенсивнее, такой чайник по всем законам физики очень шумит. Во втором случае большая поверхность нагревательного элемента прогревается слабее, а процесс кипения происходит менее активно, схлопывание молекул воды не столь сильно и создается иллюзия "тихого кипения". Поэтому даже при равной мощности нагревательного элемента и одинаковом объеме воды интенсивность закипания различна, следовательно, неодинаков и уровень шума. Покупатель всегда должен идти на компромисс: быстрота и активный звук или неспешность и соизмеримый уровень шума.