Физические характеристики шума. Звуковыми волнами называются колебательные возмущения, распространяющиеся от источника звука в окружающей среде

Звуковыми волнами называются колебательные возмущения, распространяющиеся от источника звука в окружающей среде, а пространство, в котором они наблюдаются, называется звуковым полем.

В каждой точке звукового поля давление и скорость движения частиц воздуха изменяются во времени.

Разность между мгновенным значением полного давления и средним давлением, которое наблюдается в невозмущенной среде, называется звуковым давлением , Па. На человеческий слух действует средний квадрат звукового давления.

Длиной звуковой волны называется расстояние, измеренное вдоль направления распространения звуковой волны между двумя точками звукового поля, в которых фазы колебаний одинаковые.

, м

где υ - скорость звука, м/с

- частота колебаний, Гц.

При распространении звуковой волны происходит перенос энергии.

Средний поток энергии в какой - либо точке среды в единицу времени, отнесенный к единице поверхности, нормальной к направлению распространения волны, называется интенсивностью звука в данной точке , Вт/м².

Величины звукового давления и интенсивность звука, с которыми приходится иметь дело в практике борьбы с шумом, могут изменяться в очень широких пределах. Так человек способен воспринимать звуковые давления в диапазоне величин от P_max (болевой порог слышимости)до P₀ (минимально ощутимый звук) отличающихся друг от друга в 10⁸ раз, а по интенсивности этот диапазон J_max/J₀ отличается еще больше – в 10¹⁶ раз.

Естественно, оперировать такими шкалами величин неудобно, к тому же ощущения человека при воздействии шума пропорциональны логарифму количества энергии раздражителя. Поэтому были введены логарифмические величины – уровни звукового давления L_p и уровни интенсивности L_I, которые позволили сократить шкалу измеряемых величин от 0 да 140 децибел.

Уровень интенсивности звука определяют по формуле:

, дБ (1)

Уровень звукового давления определяется по формуле

, дБ (2)

При пороговых значениях J₀ =10^-12 Вт/м²и P₀ =2∙10^-5 становятся равными уровни L_I =L_P =L – уровень звукового давления.

Эта характеристика широко применяется в практике измерений и при нормировании шума. Звуковое давление и интенсивность звука являются характеристиками звукового поля в определенной точке пространства.

Характеристикой непосредственно источника шума является его звуковая мощность N (Вт) – это общее количество звуковой энергии, излучаемое источником шума в окружающее пространство за единицу времени.

Уровень звуковой мощности L_N определяется по формуле

, дБ (3)

где N звуковая мощность источника, Вт;

N_o – пороговая (минимально ощутимая) величина звуковой мощности, равная

10^-12 Вт.

Частотный спектр шумов - это зависимость среднеквадратичных значений амплитуд параметров (P, J, L) синусоидальных составляющих единичных звуков от частоты колебаний (рис 1).

 

 

 

а, б, в – единичные синусоидальные звуки;

г – частотный спектр шумов а, б, в … п, т.е. суммарная графическая зависимость P, J, L всех единичных звуков от частоты f, Гц; 0,1,2,3… п октавные полосы частот.

Рисунок 1-Частотный спектр шумов

 

Если частотный спектр разделить на участки (полосы частот) таким образом, чтобы верхняя граница полосы по частоте была в 2 раза больше нижней границы, то такое деление спектра называется октавным делением, а сама полоса считается октавной полосой, т.е. если f₂ = 2f₁; f₃ = 2f₂ и т.д.

При нормировании шума, исследованиях производственных шумов октавные полосы частот представляют не двумя граничными частотами, а одной среднегеометрической частотой f_СГ (рис 1), которая определяется соотношением:

, Гц (4)

где f₁ и f₂ нижняя и верхняя граничные частоты.

По воздействию на человека шумы подразделяются на низкочастотные (f<400Гц), малораздражительные для организма человека; среднечастотные (f=400 – 1000 Гц), и высокочастотные шумы (f>1000Гц) – это очень раздражительные шумы.

Шум частотой f = 0 – 20 Гц не слышимый для человека называется инфразвук.

Шум частотой f = 20 – 20000 Гц это слышимые шумы. Шум f >20 кГц называется ультразвук - неслышимый для человека.