34. Основные характеристики звукового поля
Звук, воспринимаемый человеком, это упругие колебания, возникающие при нарушении равновесия в окружающей среде.
Звуковое поле это область пространства, в котором распространяются звуковые волны.
Шум представляет собой совокупность звуков с различными частотами и фазами, беспорядочно изменяющихся во времени и вызывающих неприятные субъективные ощущения у человека.
В машиностроении источниками шума могут быть:
машины и механизмы (механический шум),
электромагнитные устройства (электромагнитный шум);
процессы истечения жидкостей и газов (гидроаэродинамический шум).
Характеристиками звукового поля являются:
звуковое давление р (Па);
интенсивность звука I - это поток энергии, переносимый звуковой волной в единицу времени, отнесенный к единице площади поверхности, нормальной к направлению распространения волны (Вт/м2);
акустическое сопротивление среды ρс,
где ρ - плотность среды (кг/м3);
с - скорость распространения звука в среде (м/с).
Интенсивность звука связана со звуковым давлением зависимостью
Орган слуха человека способен воспринимать звуковое давление в диапазоне 2∙10-5 - 2∙102 Па и интенсивность звука - в диапазоне 10-12 - 102 Вт/м2 при частоте 1000 Гц.
Чтобы учесть логарифмическую зависимость между интенсивностью звука и слуховым восприятием (закон Вебера-Фехнера), а также для упрощения операций с большими
Вебера - Фехнера закон, основной психофизический закон, определяет связь между интенсивностью ощущения и силой раздражения, действующего на какой-либо орган чувств.
Основан на наблюдении немецкого физиолога Э. Вебера, который установил (1830-1834), что воспринимается не абсолютный, а относительный прирост силы раздражителя (света, звука, груза, давящего на кожу, и т.п.):
Например, при исходной массе груза, давящего на кожу, 75 г человек ощущает увеличение его на 2,7 г, при исходной массе 150 г - прирост в 5,4 г.
Немецкий физик Г. Фехнер (1858) математически обработал результаты исследований и вывел формулу:
S = alnI + b (где S - интенсивность ощущения; I - сила раздражителя; а, b - постоянные).
В. - Ф. з. сохраняется только при средних интенсивностях раздражителя, сильно искажаясь при пороговых или очень больших интенсивностях его.
числами, характеризующими звук, на практике пользуются логарифмическими уровнями интенсивности LI и звукового давления LP (дБ), определяемыми соотношениями:
LI = 10 lg(I/I0),
LP = 20 lg (р/р0)
где I, р - фактические значения соответственно интенсивности звука и звукового давления;
I0 = 10-12 Вт/м2 и р0 = 2∙10-5 Па - соответственно пороговые значения.
Уровни звукового давления и интенсивности связаны между собой соотношением
LI = LP + 10 lg [ρ0c0/(ρс)],
где ρ0 и c0 - плотность и скорость звука при нормальных атмосферных условиях. Если измерения проводятся при нормальных условиях, то LI = LP, так как ρс = ρ0c0 .
При одновременном попадании шума в расчетную точку (например, голова рабочего) от нескольких источников шума суммарный эффект оценивают суммой интенсивностей, поступающих в расчетную точку от каждого источника
IΣ = I1 + I2 + ... + In,
где n - число источников шума.
Суммарный уровень интенсивности LyΣ для п одинаковых источников шума, то есть когда I1 =I2 = ... = In , определяют по формуле
LyΣ =10 lg(n∙ 100,1LI) = 10 lgn + LI.
Слышимый человеком диапазон частот составляет 16 - 20 000 Гц.
В практике охраны труда используют октавные полосы частот со средними значениями:
(16), (31,5), 63, 125, 250, 500,1000, 2000, 4000, 8000 и (16000) Гц.
В скобках указаны значения частот, на которых шум не нормируется, хотя они лежат в слышимом диапазоне.
Зависимость уровней звукового давления LP от среднегеометрической октавной частоты называют спектром шума.
Если максимум уровня звукового давления находится в области частот до 300 Гц, то шум называют низкочастотным, если в диапазоне 300 - 800 Гц - среднечастотным, а при частоте больше 800 Гц - высокочастотным.
В соответствии с ГОСТ 12.1.003-83* шум классифицируется по спектральным и временным характеристикам.
Спектры шума подразделяются на широкополосные и тональные.
Широкополосные характеризуются спектром шума шириной более одной октавы, тональные имеют в своем составе выраженные дискретные тона с превышением уровня звукового давления (в третьоктавной полосе частот) над соседними не менее чем на 10 дБ.
Для оценки и сравнения шумов, изменяющихся по времени, применяют уровни звука.
Уровень звука - это суммарный уровень звукового давления, определенного во всем частотном диапазоне.
Измеряют уровень звука шумомером в децибелах А [дБ(А)] по шкале, имеющей корректирующий контур А по низкочастотной составляющей.
По временным характеристикам шумы подразделяются на постоянные и непостоянные, а последние, в свою очередь, делятся на колеблющиеся, прерывистые и импульсные.
Шум относится к постоянному, если уровень звука, характеризующий его, изменяется за восьмичасовой рабочий день (рабочую смену) не более чем на 5 дБ(А);
для непостоянных шумов характерно изменение уровня звука в течение рабочего дня более чем на 5 дБ(А).
Колеблющиеся шумы характеризуются уровнем звука, непрерывно изменяющегося во времени, например шум транспортного потока.
Для прерывистых шумов уровень звука изменяется ступенчато (на 5 дБ(А) и более), при этом длительность интервалов, в течение которых уровень остается постоянным, составляет 1с и более, например шум, возникающий при периодическом выпуске газа из-под поршня.
Импульсные шумы - это один или несколько звуковых сигналов каждый продолжительностью менее 1с, воспринимаемый человеком как удары, следующие один за другим, уровни звука при этом отличаются не менее чем на 7 дБ(А).
Для машин ударного действия характерен импульсный шум.