Общие сведения. Шумом является всякий нежелательный для человека звукШумом является всякий нежелательный для человека звук. В качестве звука мы воспринимаем упругие колебания (звуковые волны), распространяющиеся волнообразно в твёрдой, жидкой или газообразной среде. При распространении волны частицы среды не движутся вместе с волной, а колеблются около своих положений равновесия. Вместе с волной от частицы к частице среды передаются лишь состояния колебательного движения и его энергия. Поэтому основными свойствам волн являются перенос энергии без переноса вещества. Звуковые волны возникают при нарушении стационарного состояния среды, вследствие воздействия на неё какой либо возмущающей силы. В диапазоне частот 16…20000 Гц волны, воспринимаются органом слуха человека как звук, называются звуковыми. Необходимо иметь в виду, что с возрастом у человека слышимость звуков высоких частот уменьшается. Большинство взрослых людей едва ли воспринимают звуки с частотой более 12000 Гц, а пожилые люди отчетливо воспринимают звуки частотой всего лишь 6000….8000 Гц. Колебания частотой ниже 16…20 Гц относятся к инфразвукам, а более 20000 Гц – ультразвукам. Они не вызывают слуховых ощущений, но оказывают биологическое воздействие на организм. Область пространства (среды), где происходит распространение звуковых волн, называется звуковым полем, которое характеризуется: плотностью среды r, кг/м3 , скоростью распространения колебаний частиц среды (звуковой скоростью) с, м/с и звуковым давлением р – Па, Н/м2. Скорость звука с при нормальных условиях (температура +20, и давление 0,1013 МПа) равна в воздухе 344 м/с, в жидкости (вода) -1500 м/с, в металле (железо) – 5000 м/с. Во время распространения звуковых колебаний в воздухе появляются области разрежения и области повышенного давления. Под звуковым давлением р понимается разность между мгновенным значением давления при распространении звуковой волны и средним значением давления, в невозмущенной среде. Звуковое давление изменяется с частотой, равной частоте звуковой волны. Определение давления во времени происходит в органе слуха человека за время 30…100мс. На слух человека действует среднеквадратичное значение звукового давления:
где Т – период колебания; t – время. Звуковые волны являются носителями энергии. Звуковая энергия W, Вт, приходящаяся на единицу площади S, м 2 поверхности, расположенной перпендикулярно распространяющимся звуковым волнам, называется интенсивностью, или силой, звука – I, Вт/м 2.
Между интенсивностью (силой) звука I и звуковым давлением р существует связь, выражаемая уравнением:
где rс - удельное акустическое сопротивление среды Па∙с/м (для воздуха - 410 Па∙с/м, для воды - 1.5·106Па∙с/м, для стали - 4.8·107 Па∙с/м). Минимальная величина звукового давления, которую ощущает ухо человека, носит название порога слышимости или ощущения и обозначается р 0. Максимальное давление, создающее болевые ощущения, называется болевым порогом и обозначается рmax. Аналогично имеются значения порогов интенсивности звука I 0 и Imax. Значения р и I на обоих порогах изменяются в зависимости от частоты. Международной организацией по стандартизации за пороговые значения р 0, рmax, I 0 и Imax приняты значения данных величин на частоте 1000 Гц (порог слышимости молодого человека составляет 0 дБ на частоте 1000 Гц).
р0 = 2 × 10-5 Па, I0 = 10-12 Вт/м2 рmax = 2 × 10-2 Па, Imax = 102 Вт/м2 Величины звукового давления и интенсивности звука, с которыми приходится иметь дело в практике борьбы с шумом, могут меняться в широких пределах: по давлению до 107 раз, по интенсивности до 1014 раз. Естественно, что оперировать такими цифрами неудобно, и, кроме того, орган слуха человека способен реагировать на относительное изменение давления, а не на абсолютное. Ощущения человека, возникающие при различного вида раздражениях, в том числе и при шуме, пропорциональны логарифму количества энергии раздражителя (биологический закон Вебера-Фехнера, выражающий связь между изменением интенсивности раздражителя и силой вызванного ощущения), поэтому были введены логарифмические величины – уровни звукового давления и интенсивности звука в данной точке. За единицу измерения принят бел (Б) в честь изобретателя телефона Александэра Грейама Белла. Ухо человека реагирует на величину в десять раз меньшую, чем Белл, поэтому распространение получила единица децибел (дБ). Величина уровня звукового давления Lр определяется по формуле:
Так как
Уровнями интенсивности обычно пользуются при выполнении акустических расчетов, а уровнями звукового давления – при измерении шума и оценке его воздействия на организм человека. В практических расчетах все вычисления проводятся до целых чисел децибел, так как изменение уровня звукового давления менее 1 дБ органом слуха не воспринимается. Область слышимых звуков ограничивается не только определёнными частотами, но предельными значениями звуковых давлений и их уровнями. Весь слышимый диапазон на стандартной частоте 1000 Гц укладывается в интервале уровней от 0 до 120 дБ. Для того чтобы вызвать звуковое ощущение, волна должна обладать некоторым минимальным звуковым давлением, но если это давление превышает определённый предел, то звук не слышен, а вызывает только болевое ощущение. Следовательно, для каждой частоты колебаний существует наименьшее (порог слышимости) и наибольшее (порог болевого ощущения) звуковое давление, которое не способно вызвать звуковое восприятие. На рисунке 2.1 представлена зависимость порогов слышимости и болевого ощущения от частоты звука. Область, расположенная между ними, является областью слышимости. Он иллюстрирует, что звуки, равные по уровню звукового давления, но неодинаковые по частоте, воспринимаются человеком, как звуки разной громкости. Уровень громкости является функцией звукового давления и частоты. Каждая кривая (см. рис.2.1) представляет собой геометрическое место точек, координаты которых – уровень звукового давления и частота, обеспечивающие одинаковую громкость звуков. Кривые равной громкости позволяют определить, какую величину должно иметь при данной частоте звуковое давление, чтобы воспринималась определённая громкость. За единицу уровня громкости, называемую фоном, принимается разность уровней звукового давления в один децибел эталонного звука частотой 1000 Гц. Уровни звукового давления некоторых источников шума на частоте 1000Гц, имеют следующее значения: шелест травы, тиканье часов - 10дБ; тихий разговор - 30дБ; громкий разговор - 50дБ; шум работающего двигателя грузовика - 80 дБ; автомобильная сирена - 100 дБ.
Рис. 2.1. Диаграмма слухового восприятия человеком.
При измерении и анализе шумов, весь диапазон частот разбивают на октавы – интервалы частот, где конечная частота f 2 больше начальной f 1 в два раза:
и третьоктавные полосы частот, определяемые соотношением:
В качестве частоты, характеризующей полосу частот в целом, берётся среднегеометрическая частота f cp: Для октавного диапазона Самым простым звуком является “тон”, относящийся к определенному звуковому колебанию без каких-либо сопутствующих колебаний и имеющий вид синусоиды. Если звуки состоят из нескольких тонов, частоты которых находятся между собой в целых кратных отношениях, то они называются музыкальными звуками. Звуки, состоящие из бессистемного сочетания чистых тонов, частоты которых не подчинены определенным числовым отношениям, называются шумами, то есть - реальными звуками, которые являются наложением гармонических колебаний (колебания, совершаемые по закону косинуса или синуса) с большим набором частот, следовательно, звук обладает акустическим спектром.
|
,
,
,
.
; для третьоктавного 
.
