Краткие теоретические сведения

3.1. Термины и определения

Акустическими колебаниями называют колебания упругой среды. Понятие акустических колебаний охватывает как слыши­мые, так и неслышимые колебания воздушной среды [1].

Акустические колебания в диапазоне частот 16...20 кГц, вос­принимаемые ухом человека с нормальным слухом, называют звуковыми. Акустические колебания с частотой менее 16 Гц на­зывают инфразвуковыми, выше 20 кГц – ультразвуковыми. Область распространения акустических колебаний называют аку­стическим полем. Часто акустические колебания называют зву­ком, а область их распространения – звуковым полем.

Шум – это сочетание звуков различной частоты и интенсивности [1].

С физиологической точки зрения, шум – это любой нежелательный для человека звук. Физиологической характеристикой шумов является громкость. За единицу уровня громкости принимается 1 фон. Это уровень звукового давления, равный 1 дБ на стандартной частоте 1000 Гц.

Параметры, характеризующие акустические колебания (шум).

· Звуковое давление Р (Па) – разность между мгновенным зна­чением полного давления и средним давлением, которое наблю­дается в невозмущенной среде [1].

· Скорость распространения звука (скорость звука) с (м/с) – скорость распространения звуковой волны. При нормальных ат­мосферных условиях (температура 20°С, давление 10⁵Па) ско­рость распространения звука в воздухе равна 344 м/с.

При распространении звука со скоростью звуковой волны происходит перенос энергии, которая характеризуется интенсив­ностью звука.

· Интенсивность звука I (Вт/м²) – это энергия, переносимая звуковой волной в единицу времени, отнесенная к площади по­верхности, через которую она распространяется.

(1)

где P – звуковое давление, Па;

r – плотность среды, кг/м³;

с – скорость звука в среде, м/с.

 

В природе величины звукового давления и интенсивности звука, создаваемые различными источниками шума, меняются в широких пределах: по давлению – до 10⁸ раз, а по интенсивности – до 10¹⁶ раз. Поэтому для характеристики уровня шума используют не абсолютное значение интенсивности звука и звукового давления, которыми неудобно пользоваться, а их логарифмические значения - уровни интенсивности звука и уровни звукового давления.

За единицу измерения уровня (силы) звука принят бел (Б) – это десятичный логарифм отношения определяемой интенсивности (силы) звука в данной точке к пороговой интенсивности.

Эта единица является относительной и соответствует изменению силы интенсивности звука в 10 раз. Ухо человека способно фиксировать изменение силы звука на 0,1 Б и эта величина получила название децибел (дБ).

Уровень интенсивности (силы) звука (дБ) определяется:

 

(2)

где I –текущее значение интенсивности звука,

I_о – пороговоезначение интенсивности звука, равное 10^-12 Вт/м² (интенсивность едва слышимого звука^-12).

В качестве пороговых значений приняты минимальные зна­чения звукового давления и интенсивности звука, которые слы­шит человек при частоте звука в 1000 Гц, поэтому они получили названия порогов слышимости.

Важной характеристикой, определяющей распространение шума и его воздействие на человека, является его частота (f), Гц. 1 Гц – число колебаний в секунду.

Для анализа шума чаще всего пользуются графическим изображением его характеристик в зависимости от частоты или времени.

Графическое распределение интенсивностей по частотам в прямоугольной системе координат называется спектром или спектрограммой.

Шум нельзя разложить на отдельные чистые тоны, т.к. его спектры непрерывны по частоте. Поэтому частотные параметры шума оценивают, разделяя спектр на отдельные октавы. Октава– диапазон частот, в котором верхняя граница частоты вдвое больше нижней.

Для построения спектра слуховой диапазон частот разбивают на полосы, характеризуемые верхней f_в и нижней f_н граничными частотами. Каждую полосу в спектре представляют среднегеометрической частотой:

( 3)

В акустических измерениях и нормировании шума приняты следующие стандартные среднегеометрические частоты октавных полос: 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц.

Таблица 1

Частоты и диапазоны октавных полос

Среднегеометрическое значение октавных полос, Гц
Граничные частоты и диапазоны октавных полос, Гц	45...	45...	180...	355...	710...	1400...2800	1400...	1400..2800