Противошумные наушники
Изобретение относится к области защиты органов слуха человека от воздействия сверхсильных импульсных шумов. Наушник состоит из чашки и снабжен эластичным уплотнительным валиком. В корпусе чашки установлено основное дроссельное устройство, выполненное в виде пластины со сквозными отверстиями. Соотношение толщины пластины к диаметру отверстия находится в пределах от 2,5 до 3,5, а общая площадь отверстий в пределах от 1,0 до 1,4 от площади поперечного сечения слухового прохода. Внутренний объем наушника имеет перегородку с дополнительным дроссельным устройством, имеющим сквозные отверстия. Оси отверстий дроссельных устройств не совпадают. Дополнительное дроссельное устройство снабжено лепестковым клапаном. Противошумные наушники обеспечивают достаточно высокую эффективность защиты от сверхсильных импульсных шумов (ударных волн) при одновременной возможности хорошего восприятия речевых команд. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.
Изобретение относится к области защиты органов слуха человека от воздействия сверхсильных импульсных шумов, преимущественно возникающих при выстрелах и взрывах.
Известен артиллерийский шлем образца 1955 года (шлем ГАУ), противошумные элементы которого вшиты в тканевые чашеобразные уширения, имеющие форму усеченного конуса. Основой противошумных элементов является круглая пластинка (заглушка) из пористого полихлорвинилового материала «ПХВ-Э», диаметром 90 мм. Заглушка имеет толщину в центре 20-22 мм и по краям 6±1 мм. Снаружи заглушка закрыта колпачком из листового алюминия толщиной 1 мм. С внутренней стороны шлема в краевой зоне расположения заглушки пришивался мягкий валик из мелкопористой резины «ревертекс» обшитой чехлом из байки /1, стр.15-17/.
Шлем ГАУ обеспечивает ослабление импульсного шума с уровнем интенсивности 182 дБ на 16,1±1,3 дБ /2, стр.46-49/.
Недостатком шлема ГАУ является невысокая эффективность защиты и относительно слабая разборчивость речевых команд, что препятствует качественному выполнению боевой задачи.
Известен электроакустический стереокорпусной противошум Peltor ComTac МТ15 H68FB фирмы Peltor AB, Швеция (выпускается также в Великобритании фирмой Aearo Ltd и некоторыми другими странами), который представляет собой пару наушников со встроенным микрофоном, усилителем, громкоговорителем и ограничителем уровня шума. Противошум позволяет эффективно защищать орган слуха от сверхсильного импульсного шума, сохраняя при этом хорошую разборчивость речи в диапазоне частот 400-3500 Гц /3, стр.5-6; 4, стр.2-3/. Недостатком указанных противошумных наушников является то, что они имеют сложную конструкцию, требуют источник питания, а также плохо сочетаются с головными уборами и бронешлемами.
Известен также противошумный наушник разработки Всесоюзного центрального научно-исследовательского института охраны труда (ныне НИИ проблем охраны труда) ВЦНИИОТ-7И, чашка которого сообщается с атмосферой через два отверстия с перекрывающей их задвижкой. При необходимости восприятия речи отверстия открывают вручную, а при воздействии сильного шума - закрывают. Недостатком наушника ВЦНИИОТ-7И является недостаточное ослабление импульсного шума при открытых отверстиях и плохое восприятие речи при закрытых отверстиях (наушник ВЦНИИОТ-7И является прототипом).
Задачей, решаемой изобретением, является достижение хорошего восприятия речевых команд при обеспечении достаточной защиты органов слуха от сверхсильного импульсного шума.
Из литературы известно, что акустическое сопротивление дроссельного отверстия зависит от скорости потока, в данном случае от перепада давления. При малых давлениях акустическое сопротивление отверстия незначительное, т.е. для уровней звука речевого диапазона отверстие незначительно снижает амплитуду давления, а для сверхсильных импульсных шумов сопротивление значительно увеличивается с ростом величины давления.
Оптимальная акустическая эффективность (заглушающая способность) противошума при воздействии сверхсильных импульсных шумов, при одновременном обеспечении восприятия речевых команд через противошум, достигается путем сообщения внутренней полости противошума с атмосферой через большое количество малых отверстий. Экспериментально установлено, что соотношение толщины стенки противошума (h) к диаметру отверстия d (h/d) должно лежать в пределах от 2,5 до 3,5. Если соотношение меньше 2,5, эффект шумозаглушения снижается, а при соотношении больше 3,5 увеличение эффекта становится незначительным.
Проведенные эксперименты также показали, что для обеспечения хорошего восприятия речевых команд суммарная площадь всех отверстий в противошуме должна находиться в пределах от 1,0 до 1,4 от площади поперечного сечения слухового прохода. Среднее значение диаметра слухового прохода взрослого человека равно 7 мм, что соответствует площади его поперечного сечения 38,5 мм2 /5, стр.270/. При соотношении меньше 1,0 снижается восприятие речи, а при соотношении больше 1,4 - снижается ослабление шума.
На фиг.1 представлена конструкция чашки противошумного наушника. Корпус чашки 1 снабжен эластичным уплотнительным валиком 2. В корпусе установлено основное дроссельное устройство 3, выполненное в виде пластины со сквозными отверстиями 4. В качестве пластины может быть использована часть корпуса противошума. Внутрь корпуса чашки помещен слой пористого звукопоглощающего материала 5. Внутренний объем наушника имеет перегородку 6 (фиг.2) с дополнительным дроссельным устройством 7, имеющим сквозные отверстия 8. Дроссельные устройства расположены таким образом, чтобы оси отверстий 4 первого не совпадали с осями отверстий 8 второго. Отверстия одного дроссельного устройства могут быть расположены в площади окружности малого диаметра, а второго дроссельного устройства в секторе между окружностями малого и большего диаметра. Дополнительное дроссельное устройство на перегородке может быть снабжено одним отверстием, расположенным непосредственно напротив слухового прохода.
Дополнительное дроссельное устройство 7 снабжено лепестковым клапаном 9.
При шумах с уровнями до 65 дБ при суммарной площади всех отверстий в пределах от 1,0 до 1,4 от площади поперечного сечения слухового прохода и соотношении толщины пластины к диаметру отверстия (h/d) в пределах от 2,5 до 3,5 заглушающая способность противошумов в речевом диапазоне частот 250...3000 Гц незначительная, что обеспечивает хорошее качество восприятия речевых команд через наушники. При этом заглушающая способность наушников от сверхсильных импульсных шумов достаточно высокая.
Были проведены сравнительные испытания заглушающей способности наушника шлема ГАУ и двух опытных образцов наушников с дроссельными устройствами, содержащими 3 и 25 отверстий (суммарная площадь отверстий была одинаковой) при воздействии тестовых сигналов, состоящих из сигнала розового шума, отфильтрованного через полосу в одну треть октавы со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц (по ГОСТ Р 12.4.213-99), а также при воздействии звука выстрелов с уровнем пикового давления Lм=174 дБ.
Результаты определения акустической эффективности наушников представлены в таблице. При этом для оценки эффективности противошумов при действии импульсного шума выстрелов определялись следующие показатели:
KLм - разность уровней пиковых давлений импульсного шума, измеренных тестовым прибором без наушника и с наушником, дБ;
KLsel - разность эквивалентных (по энергии) уровней звуковых давлений импульсного шума, измеренных тестовым прибором без наушника и с наушником, дБ.
| Таблица | ||||
| Результаты определения акустической эффективности наушников при воздействии тестовых сигналов по ГОСТ Р 12.4.213-99 и звука выстрелов | ||||
| Тип сигнала | Среднегеометрическая частота, Гц | Заглушающая способность наушников, дБ | ||
| с 25 отверстиями | с 3 отверстиями | Шлема ГАУ | ||
| Тестовый | 63 | -0,3 | -0,8 | 0,4 |
| 125 | -1,9 | -3,8 | 0,8 | |
| 250 | -5,4 | -5,6 | 0,2 | |
| 500 | 3,3 | 8,1 | 6,0 | |
| 1000 | 15,5 | 22,3 | 12,0 | |
| 2000 | 26,2 | 34,3 | 21,9 | |
| 4000 | 23,8 | 29,8 | 25,5 | |
| 8000 | 22,2 | 23,8 | 24,6 | |
| Звук выстрела | KLм | 20,8 | 21,3 | 16,1 |
| KLsel | 15,6 | 15,8 | 12,9 |
Из таблицы видно, что с увеличением количества отверстий в дроссельном устройстве при постоянной величине суммарной площади проходного сечения заглушающая способность наушников в диапазоне частот свыше 250 Гц уменьшается. Так, например, заглушающая способность наушника с 3 отверстиями на частоте 1000 Гц составила 22,3 дБ, а наушника с 25 отверстиями 15,5 дБ. В зависимости от количества отверстий в дроссельном устройстве наблюдается существенное различие (до 8,1 дБ) заглушающей способности наушников в диапазоне частот 500...4000 Гц. Это свойство дроссельного устройства позволяет путем увеличения количества акустических отверстий в нем (соответственно уменьшая их диаметр) получить более высокое качество восприятия речевых команд. При этом с увеличением количества отверстий акустическая эффективность наушников при воздействии звука выстрелов практически не меняется (различие заглушающей способности наушников с 25 и 3 акустическими отверстиями составляет 0,2...0,5 дБ).
Заглушающая способность наушника шлема ГАУ при воздействии звука выстрелов ниже опытных вариантов наушников на 4,7...5,2 и 2,7...2,9 дБ по ослаблению пикового давления и эквивалентного уровня шума соответственно.
Проверка разборчивости односложных слов при надетом шлеме ГАУ показала, что правильно распознается 58% предъявленных слов, а при использовании опытного образца наушника с 25 акустическими отверстиями разборчивость составила 84%.
При использовании в конструкции наушника (фиг.2) перегородки 6 с дополнительным дроссельным устройством 7 позволяет получить как бы двойной эффект заглушения. При этом оси отверстий 4 и 8 дроссельных устройств не должны лежать на одной линии. Для более эффективного ослабления действия сверхсильного импульсного шума (ударной волны) дополнительное дроссельное устройство может быть снабжено эластичным лепестковым клапаном 9, установленным с зазором над отверстиями дополнительного дроссельного устройства 7.
При воздействии скоростного потока воздуха за фронтом ударной волны лепестковый клапан 8 перекрывает частично или полностью отверстия дроссельного устройства 7, что приводит к резкому снижению давления, проникающего под противошум, обеспечивая высокую эффективность защиты. При шумах с уровнями до 94 дБ изгиб клапана незначителен и он не оказывает влияния на восприятие речевых команд.
Предлагаемая конструкция противошумных наушников по сравнению с наушниками шлема ГАУ имеет более высокую заглушающую способность при воздействии сверхсильных импульсных шумов (ударных волн), обеспечивая при этом лучшее качество восприятия речевых команд. А по сравнению с наушником ВЦНИИОТ-7И позволяет получить одновременно высокую заглушающую способность при воздействии сверхсильных импульсных шумов и хорошее качество восприятия речевых команд при постоянно открытых отверстиях.
Источники информации
1. Логаткин С.М. Из истории создания шумозащитного шлема для расчетов артиллерийских орудий / С.М. Логаткин, Л.Б. Озерецковский, Л.П. Терентьев, И.И. Григоров // Военное прошлое государства Российского: утраченное и сохраненное: Материалы Всерос. науч.-практ. конф., посвященной 250-летию достопамятного зала. 13-17 сентября 2006. - ч.3. - СПб. МО РФ, РАРАН, Воен.-истор. музей артил. инж. войск и войск связи. - 2006. - С.15-17.
2. Мельниченко П.И. Исследование эффективности противошумов при действии импульсного шума / П.И. Мельниченко, Л.Б. Озерецковский, Е.П. Тырнов // Воен.-мед. журнал №7, 1981 - с.46-49.
3. For improved efficiency and safety in military operations / Aearo Ltd, First Avenue, Poynton, Cheshire, England SK12 1FJ, 2002. - P.5-6 (проспект фирмы Aearo Ltd).
4. Peltor ComTac MT15 H68FB / Peltor AB, Box 2341, SE-331 02 Varnamo, Sweden, 2003. - P.1-3 (руководство по эксплуатации).
5. Шеррер Ж. Физиология труда (эргономия): Пер. с франц. / Ж. Шеррер; под ред. З.М. Золиной. - М.: Медицина, 1973. - С.270.
1. Противошумные наушники, содержащие чашку, эластичные уплотнительные валики, отличающиеся тем, что они снабжены дроссельным устройством, установленным в нижней части чашки, соединяющим внутренний объем противошумных наушников с атмосферой, при этом дроссельное устройство имеет ряд отверстий, соотношение длин которых к их диаметру лежит в пределах от 2,5 до 3,5, причем суммарная площадь всех отверстий дроссельного устройства составляет от 1 до 1,4 от площади поперечного сечения слухового прохода.
2. Противошумные наушники по п.1, отличающиеся тем, что чашка снабжена перегородкой с дополнительным дроссельным устройством.
3. Противошумные наушники по п.2, отличающиеся тем, что дополнительное дроссельное устройство снабжено эластичным лепестковым клапаном, установленным с зазором над отверстиями устройства.
