Какими физическими параметрами характеризуется шум и вибрация

С физической точки зрения звук - это механические колебания, распространяющиеся в виде волн в газообразной, жидкой или твердой среде. Звуковые волны возникают при нарушении стационарного состояния среды под воздействием на нее какой-либо возмущающей силы.

В то же время шумом принято считать всякий нежелательный для человека звук. Таким образом, звуковые волны могут нести как полезную для оператора информацию, например, о ходе технологического процесса, так и оказывать отрицательное (а иногда и вредное) воздействие.

Источником звуковых колебаний обычно является колеблющееся тело, которое преобразует какую-либо форму энергии в колебания. Этот процесс может представлять собой механическое воздействие на твердое тело, сообщение колебаний воздушному столбу под действием струи сжатого воздуха (свисток или труба) или электромагнитное воздействие на стальную мембрану (электромеханический источник, например телефон) или на кристалл (пьезоэлектрический источник).

Звуковые колебания характеризуются следующими физическими параметрами.

Скорость распространения звуковой волны - зависит от характеристик среды. При нормальных атмосферных условиях (Т = 20 С и гПа) скорость звука в воздухе равна - 344 м/с. Скорость звука в воде составляет примерно 1500 м/с, в резине 30 м/с, в кирпиче 2500 - 3000 м/с, а в металлах от 4000 до 6000 м/с.

Пространство, в котором распространяются звуковые волны, называется звуковым полем. Давление и скорость движения частиц воздуха в каждой точке звукового поля изменяются во времени. Звуковые волны возбуждают колебания частиц воздушной среды, в результате чего изменяется атмосферное давление. Это атмосферное давление по сравнению с давлением, существующим в невозмущенной среде, называют звуковым давлением (р) и измеряют в - Паскалях (Па).

Частота звука определяется числом колебаний звукового давления в секунду и измеряется в герцах. По частоте звуковые колебания подразделяются на три диапазона;

ü инфразвуковые с частотой колебаний менее 20 Гц;

ü звуковые - от 20 до 20000 Гц;

ü ультразвуковые - более 20000 Гц.

Звуковой диапазон принято подразделять на низкочастотный - до 400 Гц, среднечастотный - от 400 до 1000 Гц и высокочастотный - свыше 1000 Гц.

При распространении звуковой волны переносится звуковая энергия. Средний поток звуковой энергии в единицу времени, отнесенный к единице поверхности, перпендикулярной к направлению распространения волны, называется интенсивностью, или силой звука в данной точке. Интенсивность измеряется в . Интенсивность звука не поддается непосредственному измерению ни одним из известных способов. Существующие приборы позволяют измерить лишь звуковое давление по его воздействию на микрофон. Имея значение звукового давления, интенсивность звука можно определить расчетным путем. Звуковое давление и интенсивность связаны квадратичной зависимостью

Где - плотность среды, ; с - скорость распространения звука в этой среде, м/с. Произведение с называют импедансом z или акустическим сопротивлением среды. Его значение для данной среды может быть принято постоянным. Для воздуха, приняв = 1,29 и с = 344 м/с, получим z = 443

Человек способен воспринимать звуки в очень широком диапазоне изменения звукового давления и интенсивности. По давлению – от Па на частоте 1000 Гц (абсолютный порог слышимости) до Па (болевой порог), а по интенсивности от до соответственно. Следовательно, болевой порог превышает порог слышимости по звуковому давлению в раз, а по интенсивности в раз. Эти соотношения определяют динамический диапазон воспринимаемых звуков.

Восприятие звука слуховым аппаратом определяется не столько абсолютными значениями звукового давления и интенсивности звука, сколько логарифмом их отношения к пороговым значениям. Для количественной оценки понятие уровня, определяемого в децибелах

Где I и p - соответственно интенсивность и звуковое давление в данной точке; и - их пороговые значения, соответствующие вышеприведенным значениям для порога слышимости.

Использование шкалы децибел весьма удобно, так как весь диапазон слышимых звуков от порога слышимости до болевого ощущения, составляет 140 дБ.

Величина уровня интенсивности звука используется при акустических расчетах, а уровня звукового давления - при измерении шума и оценки его воздействия на человека. В случае, когда в данную точку попадает шум от нескольких источников, складывают их интенсивности, но не уровни.

Если имеется п одинаковых источников шума с уровнем звукового давления, создаваемого каждым из них , то суммарный уровень шума равен

Из этой формулы видно, что два одинаковых источника вместе создадут уровень шума на 3дБ больший, чем каждый в отдельности (так как lg2 = 0,3). Кроме того, при большом числе одинаковых источников устранение лишь нескольких из них практически не ослабит суммарный шум. Если же на рабочее место попадает шум от разных по интенсивности источников, то в первую очередь необходимо бороться с шумом от наиболее мощного источника.

Область слышимых звуков ограничивается не только определенным частотным диапазоном (20-20000 Гц), но и определенными предельными значениями звуковых давлений. Нижняя кривая представляет собой порог слышимости, она соответствует самым слабым звукам. Верхняя кривая соответствует громким звукам, восприятие которых вызывает болевое ощущение. Кривые порога слышимости и болевого порога ограничивают область слышимости. Воспринимаемые человеком звуки находятся в этой области. Как видно из рисунка, порог слышимости и болевой порог существенно изменяются с изменением частоты. Ухо наиболее чувствительно к частотам 5-10 кГц. При повышении и понижении частоты значение порога слышимости растет, особенно это заметно на низких частотах. По этой причине высокочастотные звуки более неприятны для человека, чем низкочастотные (при одинаковых уровнях звукового давления).

При нормировании и для оценки воздействия шума на человеческий организм используют спектральные характеристики шума. Под спектром шума понимают распределение уровня звукового давления (или уровня звуковой мощности) в пределах диапазона слышимых звуков, т.е. от 20 до 20000 Гц. Весь диапазон разбивают на интервалы (полосы), которые характеризуются граничными значениями частот (нижняя граничная частота) и (верхняя граничная частота). В практике нормирования шума машин приняты октавные и 1/3-октавные полосы частот. Для первых отношение верхней граничной частоты к нижней равно двум для вторых - . Вместо того, чтобы характеризовать интервал двумя граничными частотами, используют понятие среднегеометрической частоты Каждая октавная полоса обозначается своей среднегеометрической частотой 31,5, 63, 125,..., 8000 Гц. Аналогично поступают и с 1/3-октавными полосами частот. Предпочтительные значения среднегеометрических частот, которые следует применять при акустических исследованиях установлены в ГОСТ 12090 «Частоты для акустических измерений. Предпочтительные ряды». В соответствии с применяемыми частотными интервалами введены понятия октавного и третьоктавного уровней звукового давления.

Для оценки общего уровня звукового давления вводят частотную коррекцию полосы пропускания шумомера. Кривые А, В, С и D, определяющие частотную характеристику прибора.Получаемые при их использовании значения общего уровня звукового давления получили названия соответственно: уровень звука уровень звука уровень звука и уровень звука .

Использование подобной частотой коррекции вызвано тем, что человеческое ухо обладает неодинаковой чувствительностью к звукам различной частоты. Поэтому, для более объективной оценки производственных шумов, осуществляется коррекция частотной характеристики измерительных устройств в соответствии с особенностями слухового восприятия.

 

Вопрос № 56