Pour plus de commodité, le spectre des fréquences audibles est divisé en bandes d’octave.

La bande d'octave est caractérisée par une fréquence limite inférieure f n, une fréquence limite supérieure f b et une fréquence moyenne géométrique f avg.geom. =

En fonction de la fréquence, le bruit est divisé en :

1. Basse fréquence, lorsque la pression acoustique maximale tombe dans la plage de fréquences allant jusqu'à 300 Hz.

2. Moyenne fréquence, lorsque la pression acoustique maximale est comprise entre 300 et 800 Hz.

3. Haute fréquence, lorsque la pression acoustique maximale est supérieure à 800 Hz.

Le bruit est également divisé en constant - lorsque le niveau de pression P change de ≤5 dBA sur une journée de travail de 8 heures, et non constant - de ≥ 5 dBA

Selon la composition spectrale Bruit : - large bande avec un spectre continu de plus d'une octave de large. – Tonal, lorsque le spectre est dominé par des tons discrets prononcés.

La normalisation est effectuée : 1) en fonction du spectre de bruit maximum, c'est-à-dire en fonction du niveau P en bandes de fréquences d'octave. 2) au niveau équivalent en dBA.

L'effet du bruit sur le corps humain. Appareil de mesure du niveau de bruit

L'augmentation des niveaux de bruit affecte principalement les systèmes cardiovasculaire, nerveux central et les analyseurs visuels.

Un travail de longue durée dans le domaine du bruit entraîne une perte auditive, qui se manifeste par une perte auditive partielle.

Les instruments de mesure du bruit - sonomètres - sont généralement constitués d'un capteur (microphone), d'un amplificateur, de filtres de fréquence (analyseur de fréquence), d'un appareil d'enregistrement (enregistreur ou magnétophone) et d'un indicateur indiquant le niveau de la valeur mesurée en dB. Les sonomètres sont équipés de blocs de correction de fréquence avec interrupteurs A, B, C, D et de caractéristiques temporelles avec interrupteurs F (rapide) - rapide, S (lent) - lent, I (pik) - impulsion. L'échelle F est utilisée pour mesurer le bruit constant, S - bruit oscillant et intermittent, I - pulsé.

En fonction de leur précision, les sonomètres sont divisés en quatre classes 0, 1, 2 et 3. Les sonomètres de classe 0 sont utilisés comme instruments de mesure exemplaires ; Appareils de classe 1 - pour les mesures en laboratoire et sur le terrain ; 2 - pour les mesures techniques ; 3 - pour des mesures approximatives. Chaque classe d'instruments correspond à une plage de mesure de fréquence : les sonomètres des classes 0 et 1 sont conçus pour la gamme de fréquence de 20 Hz à 18 kHz, classe 2 - de 20 Hz à 8 kHz, classe 3 - de 31,5 Hz à 8 kHz.

Les sonomètres intégrateurs sont utilisés pour mesurer le niveau de bruit équivalent lors d'une moyenne sur une longue période de temps.

Les instruments de mesure du bruit sont construits sur la base d'analyseurs de fréquence, constitués d'un ensemble de filtres passe-bande et d'instruments qui montrent le niveau de pression acoustique dans une certaine bande de fréquences.

Selon le type de caractéristiques de fréquence des filtres, les analyseurs sont divisés en octave, tiers d'octave et bande étroite.

Réponse en fréquence du filtre K( F) =U dehors / U in représente la dépendance du coefficient de transmission du signal par rapport à l'entrée du filtre U entrée à sa sortie U sortie de la fréquence du signal F.

Réponse en fréquence typique filtre passe-bande d'octave montré sur la figure 3.6. Un filtre passe-bande est caractérisé par sa bande passante B= F 2 - F 1, c'est-à-dire région de fréquence entre deux fréquences F 1 et F 2, à laquelle la réponse en fréquence K( F) a une valeur (atténuation) ne dépassant pas 3 dB.

Infrason. Effet sur les humains. Méthodes de protection.

Sonne avec une fréquence inférieure à<20 Гц – инфразвук и >20 000 Hz – ultrasons. Les infrasons se produisent lors du fonctionnement des compresseurs, de la ventilation, de la climatisation et dans d'autres cas. De plus, les infrasons s'accompagnent de phénomènes naturels - tremblements de terre, tsunamis, etc. Les infrasons se caractérisent par une grande longueur d’onde et la capacité de parcourir de longues distances en contournant les obstacles. Il a le plus grand impact sur l'ensemble du corps humain, entraînant une diminution de l'acuité visuelle et auditive, une perturbation de l'appareil vestibulaire, des maux de tête et provoque un sentiment de peur et d'anxiété.

La grande longueur d'onde permet aux infrasons de se propager sur de longues distances et ne peuvent pas être stoppés par les locaux du bâtiment.

Des mesures de contrôle doivent être appliquées à la source de sa formation :

Augmentation du nombre d'arbres rotatifs.

Augmenter la rigidité du système oscillatoire.

Élimination des vibrations basse fréquence.

Mesures de protection (infrasons - moins de 16 Hz)

1. Diminuer. le son à sa source.

2. Équipement de protection individuelle.

Concepts et définitions de base. La perception auditive en tant que moyen d'obtenir des informations est le deuxième processus psychophysiologique (après visuel) le plus important pour une personne.

Bruit- tout son indésirable pour une personne. Les ondes sonores excitent les vibrations des particules dans le milieu sonore, entraînant des changements dans la pression atmosphérique.

Pression sonore– la différence entre la valeur instantanée de la pression en un point du fluide et la pression statique en ce même point, c'est-à-dire pression dans un environnement non perturbé : P = P mg – P st .

La pression acoustique est une quantité alternée. Aux moments de condensation (compression ou compaction) des particules du milieu, elle est positive ; dans les moments de raréfaction, il est négatif.

Les organes auditifs ne perçoivent pas une pression acoustique instantanée, mais une pression acoustique quadratique moyenne :

Temps de moyenne de pression : T o = 30 – 100 ms.

Lorsqu'une onde sonore se propage, cela se produit transfert d'énergie.

Le flux d'énergie moyen en un point du milieu par unité de temps par unité de surface normale à la direction de propagation des ondes est appelé intensité sonore (intensité sonore) à ce point.

L'intensité, W/m 2, est liée à la pression acoustique par la dépendance

Où ρ×с– résistance acoustique spécifique.

Les valeurs de pression acoustique et d'intensité sonore auxquelles on doit faire face dans la pratique de la lutte contre le bruit peuvent varier considérablement : en pression - jusqu'à 10 8 fois, en intensité - jusqu'à 10 16 fois. Il est quelque peu gênant de fonctionner avec de tels chiffres.

De plus, l'analyseur auditif obéit à la loi psychophysique fondamentale (Weber-Fechner) :

Où E– l'intensité des sensations ; je– l'intensité du stimulus ; AVEC Et À– quelques quantités constantes.

Ils ont donc été introduits quantités logarithmiques niveau de pression acoustique et intensité sonore.

Niveau de pression acoustique, dB :

Où R o= 2×10 -5 Pa – pression acoustique seuil ; R.– la pression acoustique quadratique moyenne.

Niveau d'intensité sonore, dB :

Où je– l'intensité sonore effective ; je o= 10 -12 W/m 2 – intensité sonore correspondant au seuil d'audibilité (à une fréquence de 1000 Hz).

La valeur du niveau d'intensité est utilisée pour obtenir des formules de calculs acoustiques, et le niveau de pression acoustique est utilisé pour mesurer le bruit et évaluer son impact sur une personne, car l'organe auditif n'est pas sensible à l'intensité, mais à la moyenne quadratique pression.

Intensité Imax et valeur de pression acoustique Pmax, correspondant au seuil de douleur : Imax= 10 2 W/m, Pmax= 2×10 2 Pa.

Spectre de fréquence du bruit– dépendance du niveau d'intensité (niveau de pression acoustique) à la fréquence : L = L(ƒ). L'ensemble de la gamme de fréquences audibles est divisée en 9 bandes d'octave. Bande d'octave, ou octave – c'est la gamme de fréquences pour laquelle la condition est satisfaite

On distingue les types de spectres suivants :

- discret (règle)– spectre dont les composantes sinusoïdales sont séparées les unes des autres par la fréquence (Fig. 6.1) ;

KHOREV Anatoly Anatolyevich, docteur en sciences techniques, professeur

CANAUX TECHNIQUES POUR LA FUITE D'INFORMATIONS ACOUSTIQUES (PAROLES)

Caractéristiques générales du signal vocal

Les informations acoustiques font généralement référence à des informations dont les porteurs sont des signaux acoustiques. Si la source d'information est la parole humaine, l'information acoustique est appelée discours.

Les sources principales de signaux acoustiques sont des systèmes oscillatoires mécaniques, par exemple les organes de la parole humaine, et les sources secondaires sont divers types de transducteurs, par exemple des haut-parleurs.

Les signaux acoustiques sont des ondes mécaniques longitudinales. Ils sont émis par une source - un corps oscillant - et se propagent dans les solides, les liquides et les gaz sous forme de vibrations acoustiques (ondes), c'est-à-dire de mouvements oscillatoires des particules du milieu sous l'influence de diverses perturbations. L'espace dans lequel se propagent les vibrations acoustiques est appelé champ acoustique, direction de propagation des vibrations acoustiques - faisceau acoustique, et la surface reliant tous les points adjacents du champ avec la même phase d'oscillation des particules du milieu - front de vague. Dans le cas général, le front d'onde a une forme complexe, mais en pratique, selon le problème spécifique à résoudre, on se limite généralement à considérer trois types de fronts : plat, sphérique et cylindrique.

Les caractéristiques du champ acoustique sont divisées en linéaire et énergétique.

Les caractéristiques linéaires du champ acoustique sont :

Pression acoustique p (Pa) - la différence entre la valeur instantanée de la pression p am en un point du milieu lorsqu'une onde acoustique le traverse et la pression statique p ac au même point (1 Pa = 1 N/m 2) : p = p am – p ac ; (1)

Déplacement u (m) - déviation des particules du milieu de sa position statique sous l'influence d'une onde acoustique passante ;

Vitesse d'oscillation n (m/s) - la vitesse de déplacement des particules moyennes sous l'influence d'une onde acoustique passante : n = du/dt, (2), où u est le déplacement des particules moyennes, m ; t - temps, s ;

Résistance acoustique spécifique z (kg/m 2 s) - le rapport entre la pression acoustique p et la vitesse de vibration des particules moyennes n : z = p/n.(3)

Les caractéristiques énergétiques du champ acoustique sont :

Intensité des vibrations acoustiques I (W/m 2) - la quantité d'énergie passant par seconde à travers une unité de surface perpendiculaire à la direction de propagation des ondes ;

Densité d'énergie e (J/m 3) - la quantité d'énergie des vibrations acoustiques située dans une unité de volume. La densité énergétique est liée à l'intensité des vibrations acoustiques I par la relation :
e = I/v son (4), où v son est la vitesse du son.

Dans les milieux gazeux, la vitesse du son dépend de la densité du milieu r (la densité de l'air dépend de sa température) et de la pression atmosphérique statique p ac.

Pour une température de l'air de 15 - 20 °C et une pression de 101325 Pa (760 mm Hg), la vitesse du son est v son = 340 - 343 m/s.

Pour les oscillations de période T, la longueur d'onde du son l, c'est-à-dire la distance entre les fronts d'onde adjacents de même phase (par exemple, entre les maxima ou les minima des oscillations), et la fréquence d'oscillation f sont calculées à l'aide des formules :

l = v sv T ; (5)
f = 1/T. (6)

Les fréquences des vibrations acoustiques comprises entre 20 et 20 000 Hz sont appelées sons (elles peuvent être perçues par l'oreille humaine), en dessous de 20 Hz - infrasoniques et au-dessus de 20 000 Hz - ultrasoniques.

En acoustique, les niveaux des caractéristiques du champ acoustique sont considérés comme des valeurs proportionnelles aux logarithmes des valeurs relatives (par rapport à la valeur nulle) de ces caractéristiques.

La valeur conventionnelle (normalisée) du niveau d'intensité nulle des vibrations acoustiques est considérée comme une intensité égale à I 0 = 10 -12 W/m 2 , tandis que le niveau d'intensité relative sera égal à :

L I = 10log(I/I 0), dB. (7)

Le niveau de pression acoustique de l'air est déterminé par rapport à la pression acoustique correspondant à la valeur nulle du niveau d'intensité pour une résistance acoustique spécifique égale à z = 400 kg/(m 2 s) :

L p = 20lg(p/p 0), dB, (8)

où p 0 = 2 10 -5 Pa est la valeur conditionnelle du niveau de pression acoustique nul.

Les valeurs p 0 et I 0 correspondent approximativement au seuil de perception auditive (audibilité).

L'unité de niveau relatif est le décibel (dB). Une augmentation de niveau de 1 dB correspond à une augmentation de la pression acoustique de 12 % et de l'intensité sonore de 26 %.

Le champ acoustique en espace ouvert en présence d'une seule source d'énergie est caractérisé par l'intensité des vibrations acoustiques, calculée par la formule :

(9)
où P W est la puissance de la source de rayonnement, W ;
c est le coefficient prenant en compte l'influence du champ acoustique proche (pour un espace ouvert c » 1) ;
r est la distance de la source au point calculé, m ;
G est le coefficient de directivité de la source de rayonnement ;
W est l'angle spatial de rayonnement (pour un rayonnement dans un angle dièdre W = p, pour un rayonnement dans un demi-espace W = 2p, pour un rayonnement dans l'espace W = 4p), rad.

Théoriquement, il est assez difficile de calculer le niveau d’intensité des vibrations acoustiques à partir d’objets réels. Par conséquent, le plus souvent le niveau d'intensité des vibrations acoustiques est mesuré dans une certaine direction à une certaine distance de l'objet r0, puis recalculé à toute autre distance r dans la même direction à l'aide de la formule :

, dB, (10)

où r 0 est la distance à laquelle le niveau d'intensité des vibrations acoustiques a été mesuré (dans la plupart des cas, r 0 = 1 m).

Le niveau d'intensité mesuré des vibrations acoustiques à une distance r 0 .

A r 0 = 1 m pour un espace ouvert, le niveau d'intensité des vibrations acoustiques à une distance r de la source sera égal à :

, dB. (onze)

Lors de la propagation d'un signal acoustique dans des locaux, il est nécessaire de prendre en compte leur atténuation lors du passage dans les ouvrages d'enceinte :

DB, (12)
où Z ok est le coefficient d'atténuation du signal acoustique dans la structure enveloppante (coefficient d'isolation acoustique), dB.

Selon la forme des vibrations acoustiques, il existe simple (tonal) Et complexe signaux. Un signal tonal est un signal provoqué par une oscillation qui se produit selon une loi sinusoïdale. Un signal complexe comprend tout un spectre de composantes harmoniques. Le signal vocal est un signal acoustique complexe.

La parole peut être caractérisée par trois groupes de caractéristiques :

Le côté sémantique ou sémantique du discours caractérise le sens des concepts qui sont véhiculés avec son aide ;

Les caractéristiques phonétiques de la parole sont des données caractérisant la parole du point de vue de sa composition sonore. La principale caractéristique phonétique de la composition sonore est la fréquence d'apparition de divers sons et leurs combinaisons dans la parole ;

Caractéristiques physiques - quantités et dépendances qui caractérisent la parole en tant que signal acoustique.

Outre le fait que les sons de la parole, lorsqu'ils sont combinés dans certaines combinaisons phonétiques, forment certains éléments sémantiques, ils diffèrent également par des paramètres purement physiques : puissance, pression acoustique, spectre de fréquences, durée du son.

Le spectre de fréquences des sons de la parole contient un grand nombre de composantes harmoniques dont les amplitudes diminuent avec l'augmentation de la fréquence. La hauteur du ton fondamental (première harmonique) de cette série caractérise le type de voix du locuteur : basse, baryton, ténor, alto, contralto, soprano, mais dans la plupart des cas elle ne joue quasiment aucun rôle dans la distinction des sons de la parole les uns des autres. .

Il existe quarante et un sons vocaux (phonèmes) dans la langue russe. En termes de composition spectrale, les sons de la parole diffèrent les uns des autres par le nombre de formants et leur emplacement dans le spectre des fréquences. Par conséquent, l’intelligibilité de la parole transmise dépend avant tout de quelle partie des formants a atteint l’oreille de l’auditeur sans distorsion et quelle partie a été déformée ou, pour une raison ou une autre, n’a pas été entendue du tout.

Un formant peut être caractérisé soit par la bande de fréquence qu'il occupe, soit par la fréquence moyenne correspondant à l'amplitude ou à l'énergie maximale des composantes de la bande du formant, et le niveau moyen de cette énergie.

La plupart des sons de la parole ont un ou deux formants, ce qui est dû à la participation à la formation de ces sons des principaux résonateurs de l'appareil vocal - la cavité pharyngée et le nasopharynx.

Un maximum de 6 régions de fréquences amplifiées ont été observées dans des sons individuels. Cependant, ils ne sont pas tous des formants. Certains d'entre eux n'ont aucune signification pour la reconnaissance sonore, bien qu'ils véhiculent une énergie assez importante.

Une ou deux régions de fréquence sont des formants. L'exclusion de l'une de ces zones de la transmission provoque une distorsion du son transmis, c'est-à-dire soit sa transformation en un autre son, soit même la perte des caractéristiques du son de la parole humaine.

Les formants des sons de la parole se situent dans une large gamme de fréquences allant d'environ 150 à 8 600 Hz. La dernière limite n'est dépassée que par les composantes de la bande formant du son F, qui peut se situer dans la région allant jusqu'à 12 000 Hz. Cependant, l'écrasante majorité des formants sonores de la parole se situent dans la gamme de 300 à 3400 Hz, ce qui permet de considérer cette bande de fréquences comme tout à fait suffisante pour assurer une bonne intelligibilité de la parole transmise. Les formants sont non seulement proches les uns des autres, mais se chevauchent même.

Différents types de parole correspondent à des niveaux intégraux typiques de signaux vocaux, mesurés à une distance de 1 m de la source de parole (personne qui parle, appareil de reproduction du son) : l s = 64 dB - parole calme ; L s = 70 dB - parole à volume moyen ; l s = 76 dB - parole forte ; l s = 84 dB - parole très forte, amplifiée par des moyens techniques.

Généralement, les niveaux des signaux vocaux sont mesurés dans des bandes d'octave ou de tiers d'octave de la gamme de fréquences vocales. Les caractéristiques des bandes d'octave et de tiers d'octave de la gamme de fréquences vocales et les valeurs numériques des niveaux typiques des signaux vocaux dans celles-ci l s.i en fonction de leur niveau intégral l s sont présentées dans le tableau. 1 et tableau. 2.

Tableau 1. Niveaux typiques des signaux vocaux dans les bandes d'octave de la gamme de fréquences vocales L s.i

Tableau 2. Niveaux typiques des signaux vocaux dans les bandes de tiers d'octave de la gamme de fréquences vocales L s.i

Les première et septième bandes d'octave ne sont pas informatives, c'est pourquoi, le plus souvent, pour évaluer les capacités des moyens de reconnaissance acoustique, les niveaux des signaux vocaux ne sont mesurés que dans cinq (2 à 6) bandes d'octave.

La composition spectrale de la parole dépend en grande partie du sexe, de l'âge et des caractéristiques individuelles du locuteur. Pour différentes personnes, l'écart des niveaux de signal mesurés en bandes d'octave par rapport aux niveaux typiques peut atteindre 6 dB.

L'interception des informations vocales par reconnaissance acoustique est réalisée sur fond de bruit naturel (tableau 3). Le processus de perception de la parole dans le bruit s'accompagne de pertes des éléments constitutifs du message vocal. L'intelligibilité d'un message vocal est caractérisée par le nombre de mots correctement acceptés, reflétant le domaine qualitatif d'intelligibilité, qui s'exprime en termes de détails du certificat de la conversation interceptée établi par « l'ennemi » (la personne qui intercepte l'information).

Tableau 3. Niveau de bruit acoustique intégré moyen

Pour quantifier la qualité des informations vocales interceptées, l’indicateur le plus souvent utilisé est l’intelligibilité de la parole verbale. W, qui fait référence au nombre relatif (en pourcentage) de mots correctement compris.

L'analyse a montré la possibilité de classer l'intelligibilité des informations vocales interceptées. Pour des raisons pratiques, une certaine échelle d'évaluation de la qualité d'une conversation interceptée peut être établie :

1. Les informations vocales interceptées contiennent un certain nombre de mots correctement compris, suffisants pour établir un rapport détaillé sur le contenu de la conversation interceptée.

2. Les informations vocales interceptées contiennent un certain nombre de mots correctement compris, suffisants uniquement pour compiler un bref résumé, reflétant le sujet, le problème, le but et le sens général de la conversation interceptée.

3. Les informations vocales interceptées contiennent des mots individuels correctement compris qui permettent d'établir le sujet de la conversation.

4. Lors de l’écoute de la bande sonore d’une conversation interceptée, il est impossible de déterminer le sujet de la conversation.

L'expérience pratique montre qu'il est impossible d'établir un rapport détaillé sur le contenu d'une conversation interceptée lorsque l'intelligibilité verbale est inférieure à 60 à 70 %, et qu'un bref résumé est impossible lorsque l'intelligibilité verbale est inférieure à 40 à 60 %. Lorsque l'intelligibilité verbale est inférieure à 20 à 40 %, il est très difficile d'établir même le sujet d'une conversation en cours, et lorsque l'intelligibilité verbale est inférieure à 10 à 20 %, cela est pratiquement impossible, même en utilisant des méthodes modernes de réduction du bruit.

Classification des canaux techniques pour la fuite d'informations acoustiques (vocales)

Pour discuter des informations à accès restreint (réunions, discussions, conférences, négociations, etc.), des salles spéciales sont utilisées (bureaux, salles de réunion, salles de conférence, etc.), appelées locaux dédiés (VP). Pour empêcher l'interception d'informations à partir de ces locaux, en règle générale, des moyens de protection spéciaux sont utilisés. Par conséquent, des locaux dédiés sont dans certains cas appelés locaux protégés (ZP).

Dans des locaux dédiés, ainsi qu'au niveau des installations des moyens techniques de transmission, de traitement, de stockage et d'affichage de l'information (TSPI), moyens et systèmes techniques auxiliaires (VTSS).

Des locaux dédiés sont situés au sein zone contrôlée (CR), qui s'entend comme un espace (territoire, bâtiment, partie de bâtiment) dans lequel la présence incontrôlée d'employés et de visiteurs de l'organisation, ainsi que de véhicules, est exclue. La limite de la zone contrôlée peut être le périmètre du territoire protégé de l’organisation ou les structures entourant un bâtiment protégé ou une partie protégée d’un bâtiment si celui-ci est situé dans une zone non protégée. Dans certains cas, la limite de la zone contrôlée peut être constituée par les structures entourant (murs, sol, plafond) de la pièce attribuée. Dans certains cas, pendant la durée d'un événement fermé, une zone contrôlée peut être temporairement établie plus grande que le territoire protégé de l'entreprise. Dans ce cas, des mesures organisationnelles, opérationnelles et techniques doivent être prises qui excluent ou compliquent considérablement la possibilité d'intercepter des informations dans cette zone.

Sous canal technique pour la fuite d'informations acoustiques (vocales) (TKU AI) comprendre l'ensemble de l'objet de reconnaissance (locaux dédiés), les moyens techniques de reconnaissance acoustique (vocale) (TS AR), à l'aide desquels les informations vocales sont interceptées, et l'environnement physique dans lequel se propage le signal d'information.

En fonction de la nature physique de l'apparition des signaux d'information et de l'environnement de leur propagation, les canaux techniques de fuite d'informations acoustiques (parole) peuvent être divisés en acoustique directe (air), vibroacoustique (vibration), acousto-optique (laser), acoustoélectrique. et acoustoélectromagnétique (paramétrique).

Littérature

1. Acoustique : Manuel/Ed. M.A. Sapojkova. 2e éd., révisée. et supplémentaire M. : Radio et communication, 1989. 336 p.
2. GOST R 51275-99. Protection des données. Objet d'information. Facteurs influençant l'information. Dispositions générales. (Adopté et mis en vigueur par la résolution du Standard d'État de Russie du 12 mai 1999 n° 160).
3. Zheleznyak, V.K., Makarov Yu.K., Khorev A.A. Quelques approches méthodologiques pour évaluer l'efficacité de la protection des informations vocales // Équipements spéciaux, 2000, n° 4, p. 39-45.
4. Pokrovski N.B. Calcul et mesure de l'intelligibilité de la parole. M. : État. Maison d'édition de littérature sur les communications et la radio, 1962. 392 p.
5. Manuel des appareils radio-électroniques, en 2 volumes. T. 2/Varlamov R.G., Dodik S.D., Ivanov-Tsiganov A.I. et autres/Ed. D.P. Linda. M. : Énergie, 1978. 328 p.
6. Acoustique technique des véhicules de transport/ Sub. Éd. N.I. Ivanova. Saint-Pétersbourg : Politekhnika, 1992. 365 p.

Des exemples d'intervalles de fréquence du son créé par l'appareil vocal humain et perçus par l'aide auditive humaine sont donnés dans le tableau 4.

Des exemples de gammes de fréquences de certains instruments de musique sont donnés dans le tableau 5. Ils couvrent non seulement la gamme audio, mais également la gamme ultrasonique.

Les animaux, les oiseaux et les insectes créent et perçoivent des sons dans des gammes de fréquences différentes de celles des humains (tableau 6).

En musique, chaque onde sonore sinusoïdale est appelée sur un ton simple, ou Ton. La hauteur dépend de la fréquence : plus la fréquence est élevée, plus le ton est aigu. Ton principal un son musical complexe est appelé le ton correspondant fréquence la plus basse dans son spectre. Les tonalités correspondant à d'autres fréquences sont appelées harmoniques. Si des connotations multiples fréquence du ton fondamental, alors les harmoniques sont appelées harmonique. L’harmonique avec la fréquence la plus basse s’appelle la première harmonique, celle avec la suivante s’appelle la seconde, etc.

Les sons musicaux ayant la même tonalité fondamentale peuvent différer timbre. Le timbre dépend de la composition des harmoniques, de leurs fréquences et amplitudes, de la nature de leur montée au début du son et de leur déclin à la fin.

Vitesse du son

Pour le son dans divers supports, les formules générales (1), (2), (3), (4) sont valables :

Si l'onde se propage dans les gaz, alors

. (2)

Si une onde élastique se propage dans un liquide, alors

, (3)

Où K – module de compression tous azimuts du liquide. Sa valeur pour différents liquides est donnée dans les ouvrages de référence, l'unité de mesure est pascal:

.

Si une onde élastique se propage dans les solides, alors la vitesse de l'onde longitudinale

, (4)

et la vitesse de l'onde de cisaillement

, (5)

Où E – module de déformation en traction ou en compression (module d’Young), g – module de déformation en cisaillement. Leurs valeurs pour différents matériaux sont données dans des ouvrages de référence, l'unité de mesure est pascal:

,

.

Il est à noter que la formule (1) ou (2) est applicable dans le cas de l'air atmosphérique sec et, compte tenu des valeurs numériques du coefficient de Poisson, de la masse molaire et de la constante universelle des gaz, peut s'écrire sous la forme :

.

Cependant, l’air atmosphérique réel contient toujours de l’humidité, ce qui affecte la vitesse du son. Cela est dû au fait que le coefficient de Poisson  dépend du rapport de la pression partielle de vapeur d'eau ( p vapeur) à la pression atmosphérique ( p). Dans l'air humide, la vitesse du son est déterminée par la formule :

. (1*)

La dernière équation montre que la vitesse du son dans l’air humide est légèrement supérieure à celle dans l’air sec.

Des estimations numériques de la vitesse du son, prenant en compte l'influence de la température et de l'humidité de l'air atmosphérique, peuvent être effectuées à l'aide de la formule approximative :

Ces estimations montrent que lorsque le son se propage dans la direction horizontale ( 0 X) avec une augmentation de la température de 1 0 C la vitesse du son augmente de 0,6 m/s. Sous l'influence de la vapeur d'eau avec une pression partielle ne dépassant pas 10 Pa la vitesse du son augmente de moins de 0,5 m/s. Mais en général, à la pression partielle maximale possible de vapeur d’eau à la surface de la Terre, la vitesse du son n’augmente pas de plus de 1 m/s.

Longueur d'onde

Connaissant la vitesse et la période de la vague, vous pouvez trouver une autre caractéristique - longueur d'onde selon la formule :

. (26)

Cette valeur est mesurée en mètres:

.

Signification physique de la longueur d'onde: la longueur d'onde est égale à la distance que parcourt l'onde avec une vitesse  en un temps égal à la période d'oscillation. Par conséquent, les particules du milieu, entre lesquelles existe une distance , oscillent avec la même phase. Donc, longueur d'onde est la distance minimale le long du faisceau entre les particules qui oscillent en phase(Fig. 9).

Pression sonore

En l'absence de son, l'atmosphère (l'air) est un milieu non perturbé et a une pression atmosphérique statique (
).

Lorsque les ondes sonores se propagent, une pression variable supplémentaire s’ajoute à cette pression statique en raison des condensations et de la raréfaction de l’air. Dans le cas des ondes planes on peut écrire :

Où p son, maximum– l'amplitude de la pression acoustique,  - fréquence cyclique du son, k – numéro d'onde. Par conséquent, la pression atmosphérique en un point fixe à un instant donné devient égale à la somme de ces pressions :

Pression sonore est une pression variable égale à la différence entre la pression atmosphérique réelle instantanée en un point donné lors du passage d'une onde sonore et la pression atmosphérique statique en l'absence de son:

La pression acoustique change de valeur et de signe pendant la période d'oscillation.

La pression acoustique est presque toujours bien inférieure à la pression atmosphérique

Elle devient importante et comparable à la pression atmosphérique lorsque des ondes de choc se produisent lors de puissantes explosions ou lors du passage d'un avion à réaction.

Les unités de pression acoustique sont les suivantes :

- pascal en SI
,

- bar en SGH
,

- millimètre de mercure ,

- atmosphère .

En pratique, les instruments ne mesurent pas la valeur instantanée de la pression acoustique, mais ce qu'on appelle efficace (ou actuel ) son pression . C'est égal la racine carrée de la valeur moyenne du carré de la pression acoustique instantanée en un point donné de l'espace à un instant donné

(44)

et est donc aussi appelé pression acoustique quadratique moyenne . En remplaçant l'expression (39) dans la formule (40), on obtient :

. (45)

Impédance sonore

Résistance sonore (acoustique) appelé rapport d'amplitude pression acoustique et vitesse de vibration des particules du milieu :

. (46)

Signification physique de la résistance sonore: elle est numériquement égale à la pression acoustique provoquant des vibrations des particules du milieu à une vitesse unitaire :

Unité SI de mesure de l’impédance sonore – pascal seconde par mètre:

.

Dans le cas d'une onde plane vitesse d'oscillation des particuleségal à

.

Alors la formule (46) prendra la forme :

. (46*)

Il existe également une autre définition de la résistance acoustique, comme le produit de la densité d'un milieu et de la vitesse du son dans ce milieu :

. (47)

Alors c'est signification physique est qu'elle est numériquement égale à la densité du milieu dans lequel l'onde élastique se propage à vitesse unitaire :

.

En plus de la résistance acoustique, l'acoustique utilise le concept Résistance mécanique (R. m). La résistance mécanique est le rapport des amplitudes de la force périodique et de la vitesse oscillatoire des particules du milieu :

, (48)

Où S– surface de l’émetteur sonore. La résistance mécanique est mesurée en newton secondes par mètre:

.

Énergie et puissance du son

Une onde sonore est caractérisée par les mêmes quantités d'énergie qu'une onde élastique.

Chaque volume d'air dans lequel se propagent les ondes sonores possède une énergie qui est la somme de l'énergie cinétique des particules oscillantes et de l'énergie potentielle de déformation élastique du milieu (voir formule (29)).

L'intensité sonore est généralement appeléele pouvoir du son . C'est égal

. (49)

C'est pourquoi signification physique de la puissance sonore est similaire à la signification de la densité de flux d'énergie : numériquement égale à la valeur moyenne de l'énergie transférée par une onde par unité de temps à travers la surface transversale d'une unité de surface.

L'unité d'intensité sonore est le watt par mètre carré :

.

L'intensité sonore est proportionnelle au carré de la pression acoustique effective et inversement proportionnelle à la pression sonore (acoustique) :

, (50)

ou, compte tenu des expressions (45),

, (51)

Où R. eak – résistance acoustique.

Le son peut également être caractérisé par sa puissance sonore. Puissance sonore est la quantité totale d'énergie sonore émise par une source pendant une période de temps spécifiée à travers une surface fermée entourant la source sonore:

, (52)

ou, compte tenu de la formule (49),

. (52*)

La puissance sonore, comme toute autre, se mesure en watts:

.

Caractéristiques subjectives du son. Sensibilité spectrale du son. Perception du son par l'oreille humaine*.

Caractéristiques sonores subjectives

Les caractéristiques subjectives du son sont déterminées par la capacité des organes auditifs humains à percevoir les vibrations sonores. La perception est individuelle.

Niveau sonore

et différence de niveaux d'intensité sonore

Il a été remarqué que l’oreille humaine enregistre les changements d’intensité sonore selon une loi logarithmique. Cela signifie que ce n’est pas la valeur absolue de l’intensité sonore qui est importante, mais sa valeur logarithmique. Taille LG(je) , égal au logarithme décimal de la force sonore (intensité) est appelé niveau logarithmique force sonore .

Taille L, égal à la différence des niveaux logarithmiques est appelé différence de niveau force sonore

,

. (53)

Unité de mesure du niveau d’intensité sonore et de la différence de niveau – blanc:

,
.

Un blanc - Ce différence des niveaux d'intensité sonore sur une échelle logarithmique décimale si l'intensité sonore a augmenté décuple :

.

centuple une augmentation de l’intensité sonore correspond à deux blancs

mille fois l'augmentation est égale à trois blancs

La différence minimale de niveaux d'intensité sonore que notre oreille peut percevoir est égale à un décibel:

.

Ainsi, en pratique, à la place de la formule (53), on utilise la formule :

. (54)

Commentaire:

Si le niveau sonore est déterminé non pas par décimal, mais par logarithme naturel

,

alors l'unité de mesure est néper:

.

Un néper est la différence des niveaux d'intensité sonore sur une échelle de logarithmes naturels, si le rapport de l'intensité sonore est égal à 10 :

.

Relation entre le blanc et le néper :

Le son perçu a des limites inférieures et supérieures, c'est-à-dire une intensité minimale et maximale :

.

La valeur minimale de l'intensité sonore (force sonore) perçue par l'oreille humaine est appeléeseuil d'audition : .

Intensité sonore inférieure au seuil d'audibilité

n'est pas perçu par les humains.

Par rapport au seuil auditif, la différence des niveaux d'intensité sonore est déterminée par les formules :

, (55)

ou
(56)

Si l'intensité sonore est égale au seuil d'audition, alors

Cette valeur L 0 appelé zéro (ou seuil ) niveau de volume .

Exemple: sens de l'expression " Le niveau sonore dans les enceintes est de cent décibels".

Moyens : Par rapport au seuil d’audition, la différence des niveaux d’intensité sonore est égale à
.

Comparons avec la formule (56) :
.

Ainsi,

D'un autre côté,
.

C'est pourquoi
,

En conséquence, la valeur absolue de l’intensité sonore est :

.

Maximum l'intensité du son que l'oreille humaine perçoit est appelée seuil de la douleur :

L'intensité sonore est supérieure au seuil de douleur

n'est pas perçu par l'homme, mais provoque des douleurs aux oreilles.

La différence entre les niveaux de seuil de douleur et le seuil d'audition est appelée gamme dynamique d'audition et est égal à

. (57)

Si le son est émis par deux ou plusieurs sources sonores avec des niveaux d'intensité sonore L 1, L 2, ..., L i, ..., L N, alors leur niveau sonore total est déterminé par la formule :

(58)

Niveau sonore

et différence de volume

Conformément à l'expression (51), l'intensité sonore est proportionnelle au carré de l'amplitude de la pression acoustique :

.

Taille LG (p son, maximum 2 ) , égal au logarithme décimal du carré de l'amplitude de la pression acoustique est appelé niveau de volume .

Différence de volume nommer la quantité L p , égal à la différence

. (59)

L'unité de mesure du niveau de volume et de la différence de volume est blanc, et dB:

,
.

Ainsi,

. (61)

(62)

Pression acoustique minimale (p 0 ) sont appeléspression seuil . Par rapport à la pression seuil, la différence de niveaux de volume (à une fréquence standard 1 000 Hz) est égal à

(63)

(64)

Sensibilité spectrale de l'oreille

La sensibilité de l’audition humaine n’est pas la même pour différentes gammes de fréquences. Il y a donc sensibilité spectrale oreille : sons de même intensité (force) je, mais de fréquences différentes  L'oreille humaine perçoit différemment.

N La sensibilité spectrale est clairement représentée en utilisant courbes de sensibilité – graphiques des dépendances de l’intensité sonore je( ), niveau d'intensité sonoreL je ( ) et la pression acoustiquep( ) sur la fréquence sonore Présenté dans échelle logarithmique (Fig. 13).

La courbe supérieure correspond à des effets mécaniques sur l'audition humaine, confinant à la perception douloureuse de l'intensité des sons de fréquence correspondante. La courbe inférieure correspond au seuil auditif aux fréquences indiquées. On constate que la sensibilité varie sélectivement en fonction de la fréquence du son allant du seuil d'audibilité au seuil de douleur. son. Pour chaque fréquence, il existe certaines valeurs du seuil auditif je 0 et seuil de douleur je B .

1. Pour la fréquence sonore 100 Hz le seuil d'audition, son niveau et la pression acoustique minimale sont

,
,
,

et le seuil de douleur, son niveau et la pression acoustique maximale -

,
,
;

à cette fréquence est égal à

2. Fréquence sonore 1 000 Hz en acoustique physiologique, il est pris comme fréquence standard . Le seuil d'audition à une fréquence standard est appelé seuil d'audition standard . Le seuil auditif standard, son niveau et sa pression acoustique minimale sont respectivement égaux

,
,
.

Pour les sons à fréquence standard seuil de la douleur , son niveau et sa pression acoustique maximale ont les valeurs suivantes :

,
,
.

Portée auditive dynamique pour la fréquence standard est

Des exemples de différences de niveaux d'intensité sonore d'une fréquence standard sont donnés dans le tableau. 7.

Tableau 7.

À 140 dB une douleur intense est ressentie lorsque 150 dB des dommages aux oreilles se produisent. En général, il est souhaitable que la plage de volume de fonctionnement couvrant toutes les fréquences ne dépasse pas 100 - 110 dB.

3. Pour entendre une fréquence sonore 10 kHz vous aurez besoin d'une source sonore qui fournit le seuil d'audition, son niveau et la pression acoustique minimale :

,
,
,

Les oreilles à cette fréquence sonore commenceront à faire mal aux valeurs du seuil de douleur, de son niveau et de la pression acoustique maximale

,
,
.

Plage d'audition dynamique car une telle fréquence est

Commentaire: Des intervalles égaux de niveau sonore (pression acoustique) correspondent à différents niveaux d'intensité sonore (intensité). Par conséquent, pour caractériser les niveaux sonores, une unité est introduite - arrière-plan.Arrière-plan – différence de volume deux sons fréquence donnée, pour laquelle sons avec fréquence 1 000 Hz, ayant le même volume, diffèrent en intensité par 10 dB. Les bruits de fond sont comptés à partir de zéro, égal à l'intensité du seuil d'audition. Pour les ondes sonores avec fréquence 1 000 Hz niveau volume correspondances sonores le niveau de son intensité.

Courbes de sensibilité plus détaillées je( ) Et L je ( ) sont donnés sur la Fig. 14.

Caractéristiques et effets du bruit

Le bruit industriel se caractérise par un spectre composé d’ondes sonores de différentes fréquences.

Lors de l'étude du bruit, la plage typiquement audible de 16 Hz à 20 kHz est divisée en bandes de fréquences et la pression acoustique, l'intensité ou la puissance acoustique par bande est déterminée.

En règle générale, le spectre du bruit est caractérisé par les niveaux de ces grandeurs, répartis sur des bandes de fréquences d'octave.

Une bande de fréquence dont la limite supérieure est deux fois plus grande que la limite inférieure, c'est-à-dire f2 = 2 f1, appelé octave.

Pour une étude plus détaillée du bruit, des bandes de fréquences de tiers d'octave sont parfois utilisées, pour lesquelles

f2 = 21/3 f1 = 1,26 f1.

Les principaux paramètres caractérisant une onde sonore sont :

• · pression acoustique psv, Pa ;
• · intensité sonore I, W/m2.
• · longueur d'onde sonore l, m ;
• · vitesse de propagation des ondes s, m/s ;
• · fréquence d'oscillation f, Hz.

Une bande d'octave ou de tiers d'octave est généralement spécifiée par la fréquence moyenne géométrique :

Les manifestations des effets néfastes du bruit sur le corps humain sont très diverses.

L’exposition prolongée à un bruit intense (supérieur à 80 dBA) sur l’audition d’une personne entraîne une perte auditive partielle ou totale. En fonction de la durée et de l'intensité de l'exposition au bruit, il se produit une diminution plus ou moins grande de la sensibilité des organes auditifs, exprimée par un déplacement temporaire du seuil auditif, qui disparaît après la fin de l'exposition au bruit, et avec une longue durée et ( ou) l'intensité du bruit entraîne une perte auditive irréversible (perte auditive), caractérisée par une modification permanente du seuil auditif.

Il existe les degrés de perte auditive suivants :

Degré I (perte auditive légère) - la perte auditive dans la région des fréquences vocales est de 10 à 20 dB, à une fréquence de 4 000 Hz - 20 à 60 dB ;

Degré II (perte auditive modérée) - la perte auditive dans le domaine des fréquences vocales est de 21 à 30 dB, à une fréquence de 4 000 Hz - 20 à 65 dB ;

Degré III (perte auditive importante) - la perte auditive dans la région des fréquences vocales est de 31 dB ou plus, à une fréquence de 4 000 Hz - 20 - 78 dB.

L'effet du bruit sur le corps humain ne se limite pas à l'effet sur l'organe auditif. À travers les fibres des nerfs auditifs, l'irritation sonore est transmise aux systèmes nerveux central et autonome et, à travers eux, elle affecte les organes internes, entraînant des changements importants dans l'état fonctionnel du corps, affectant l'état mental d'une personne, provoquant un sentiment d'anxiété et d'irritation. Une personne exposée à un bruit intense (supérieur à 80 dB) dépense en moyenne 10 à 20 % d'efforts physiques et neuropsychiques en plus pour maintenir le niveau sonore obtenu à un niveau sonore inférieur à 70 dB(A). Une augmentation de 10 à 15 % de l'incidence globale des travailleurs dans les industries bruyantes a été constatée. L'effet sur le système nerveux autonome se manifeste même à de faibles niveaux sonores (40 - 70 dB(A). Parmi les réactions autonomes, la plus prononcée est une violation de la circulation périphérique due au rétrécissement des capillaires de la peau et des muqueuses, ainsi qu'une augmentation de la pression artérielle (à des niveaux sonores supérieurs à 85 dBA).

L'impact du bruit sur le système nerveux central provoque une augmentation de la période latente (cachée) de la réaction visuo-motrice, entraîne une perturbation de la mobilité des processus nerveux, des modifications des paramètres électroencéphalographiques, perturbe l'activité bioélectrique du cerveau avec la manifestation des changements fonctionnels généraux dans le corps (même avec un bruit de 50 à 60 dBA), modifie considérablement les biopotentiels du cerveau, leur dynamique, provoque des changements biochimiques dans les structures du cerveau.

Avec un bruit impulsif et irrégulier, le degré d'exposition au bruit augmente.

Les changements dans l'état fonctionnel des systèmes nerveux central et autonome se produisent beaucoup plus tôt et à des niveaux de bruit inférieurs qu'une diminution de la sensibilité auditive.

Actuellement, la « maladie du bruit » se caractérise par un ensemble de symptômes :

• -diminution de la sensibilité auditive ;
• -des modifications de la fonction digestive, exprimées par une diminution de l'acidité ;
• -insuffisance cardiovasculaire ;
• - les troubles neuroendocriniens.

Ceux qui travaillent dans des conditions d'exposition prolongée au bruit ressentent de l'irritabilité, des maux de tête, des étourdissements, des pertes de mémoire, une fatigue accrue, une diminution de l'appétit, des douleurs aux oreilles, etc. L’exposition au bruit peut provoquer des changements négatifs dans l’état émotionnel d’une personne, notamment des changements stressants. Tout cela réduit les performances et la productivité d’une personne, la qualité et la sécurité du travail. Il a été établi que dans les travaux nécessitant une attention accrue, lorsque le niveau sonore augmente de 70 à 90 dBA, la productivité du travail diminue de 20 %.

Les ultrasons (au-dessus de 20 000 Hz) provoquent également des lésions auditives, même si l'oreille humaine n'y réagit pas. Des ultrasons puissants affectent les cellules nerveuses du cerveau et de la moelle épinière, provoquant une sensation de brûlure dans le conduit auditif externe et une sensation de nausée.

Non moins dangereux sont les effets infrasons des vibrations acoustiques (inférieures à 20 Hz). À une intensité suffisante, les infrasons peuvent affecter le système vestibulaire, réduisant la sensibilité auditive et augmentant la fatigue et l'irritabilité, et entraîner une perte de coordination. Les oscillations infrafréquences d'une fréquence de 7 Hz jouent un rôle particulier. En raison de leur coïncidence avec la fréquence naturelle du rythme alpha du cerveau, non seulement une déficience auditive est observée, mais une hémorragie interne peut également survenir. Les infrasons (6 à 8 Hz) peuvent entraîner des problèmes cardiaques et circulatoires.