Объективные характеристики механических волновых процессов, единицы измерения

 

Все характеристики звуковых колебаний можно разделить на две группы: первая – субъективная, возникающая в слуховом аппарате человека и вторая – это характеристики механических волновых процессов, возникающих в упругой и акустической средах. Всякий периодический процесс слагается из ряда циклов. Под циклами понимается полная совокупность повторяющихся значений периодически изменяющейся величины.

 

Рис. 2. Простое гармоническое колебание:

О – точка покоя; А – амплитуда; Т – период колебания

 

Наименьший промежуток времени – t, необходимый для завершения одного полного цикла, называется периодом – Т, единицей измерения для которого является – секунда, с.

Частота периодического процесса – f,представляет собой число циклов, укладываю-

щихся в единицу времени

                       f = 1 / Т

За единицу частоты во всех системах принимается герц, Гц – частота, равная одному циклу в секунду.

Весь частотный диапазон (инфразвуковой, слышимый человеком, ультразвуковой) де-лится на частотные интервалы. Эти интервалы могут быть октавными, полуоктавными, третьокравными. Октава – это полоса частот, где верхняя граничная частота f_В больше нижней граничной частоты f_Н в два раза: f_В / f_Н = 2. Октава характеризуется средней гео-метрической частотой

                       f_СР = (f_В f_Н)^1/2 = (2 f_Н)^1/2 = 1,41 f_Н      

 Слышимый диапазон имеет 9 октав, которые характеризуются средними геометричес-кими частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000 и 8000 Гц [1].

Скорость распространения звуковых волн (скорость звука) – с, м/с. завися-щей от упругих свойств и плотности среды. Длина   – λ, м, связана с частотой колебаний и скоростью распространения зависимостью: λ = c / f

Звуковое давление – p. как сумма давления в невозмущенной среде, т. е. в отсутствие колебаний – статическое давление, и переменного дополнительного давления – мгновенного значения, которое носит название звукового или акустического давления.

 Волна изменения плотности и является звуковой волной в прямом смысле этого слова.Изменение плотности частичек среды происходит вследствие изменения давления, т. е. основ-ным параметром, характеризующим звуковую волну в акустической среде, является зву-ковое давление. Область среды, в которой распространяются звуковые волны, называют звуковым полем. Звуковое давление – р, как и всякое другое, определяется следующей за-висимостью, и измеряется в паскалях, Па,                        р = F / S, где F – сила равномерно распределенной нагрузки, Н; S – площадь поверхности, м².

Поток звуковой энергии (звуковая мощность) – W. Волны, распространяющиеся в среде, переносят с собой энергию. Энергия, переносимая в единицу времени через данную (единичную площадку), перпендикулярно направления распространения, определяет ве-личину, называемую потоком звуковой энергии (или звуковой мощностью). ватт, Вт.

Интенсивность звука (сила звука) – І. Средняя по величине энергия, переносимая за единицу времени звуковой волной через единичную площадку, перпендикулярную напра-влению распространения волны, называется интенсивностью (силой) звука и измеряется в Вт/м²,

                       І = E _к / (t S),                                                                               (12)

где S = 1 м² – площадь единичной площадки.

Междуинтенсивностью звука и звуковым давлением существует соотношение  

                       І = р² / ρ c,                                                                                  (13)

где ρ – плотность среды, кг/м³.

Уровни интенсивности звука – L_I и звукового давления – L. Человеческое ухо чувствительно не к интенсивности, а к среднему квадрату звукового давления и воспринимает не разность, а кратность измене-ния абсолютных величин.

За единицу разности уровней принимается бел, Б, определяемый как разность уровней двух интенсивностей, отношение которых равно десяти I / I ₀ = 10

Распределение эффективных значений частотных составляющих уровней звукового давления (интенсивности) в интересующей области частот называется спектром шума.                                                                                                                                                                                                                                        

Уровень звука – L _А. Чувствительность слуха снижается с понижением частоты звука. вводятся зависящие от частоты звука поправки А к уровню соответствующей величины. Корректированный уро-вень звукового давления называется уровнем звука и измеряется в децибелах А, дБА.

Эквивалентный (по энергии) уровень звука L_AЭКВ, дБА, данного непостоянного шу-ма – уровень звука постоянного широкополосного шума L, дБ, который имеет то же самое среднее квадратическое звуковое давление, что и данный непостоянный шум в течение определенного интервала времени