5. Особенности поведения звуковых волн и работы средств шумоподавления.

Из курса физики известно, что в зависимости от объектов, с которыми он взаимодействует, звук может вести себя и как волны, и как частицы (фононы).

В первом случае длина волны много больше, чем размер препятствия; при этом характерны интерференция звуковых волн, огибание ими препятствий и распространение на большие расстояния (много больше длины волны).

Во втором случае размер объекта много меньше длины волны; при этом звуковая волна ведет себя как частица.

Для диапазона слышимости человеческого уха имеем длины волн, приведенные в таблице 3:

Таблица 3

f, Гц	2	5	20	100	...	1000	10000
λ, м	150	60	15	3	…	0,3	0,03

Принято, что где 300 м/сек – скорость звука в воздухе.

Несложный анализ показывает, что в своей жизнедеятельности человек имеет дело с объектами, при взаимодействии с которыми звук может вести себя и как волны, и как частицы. Поэтому точный расчет распространения звука в реальных условиях чрезвычайно сложен; в расчетах приходится использовать эмпирические формулы. Кроме того, несложно отметить следующие общие закономерности:

- низкочастотные звуковые колебания (и тем более инфразвук) обладают ярко выраженными волновыми свойствами; они плохо поглощаются преградами и распространяются на большие расстояния. Эта особенность оказалась особенно неприятной в современном индустриальном обществе: обитатели мегаполисов живут и работают в едином инфразвуковом пространстве, причем уровни излучения уже представляют заметную опасность для здоровья и жизни;

- высокочастотные звуковые колебания чаще ведут себя как частицы; эта особенность важна как при распространении звука, так и при разработке мер по его ослаблению.

При изучении особенностей распространения фононов полезно вспомнить некоторые закономерности, связанные с соударением частиц (рис. 3.3; рассмотрено упругое центральное соударение шаров).

При взаимодействии звуковой волны с войлоком, пенополиэтиленом и т.п. средние удельные массы воздуха, в котором распространяется звук, и преграды примерно равны. При этом по закону сохранения количества движения фонон потеряет свою энергию, передав ее ворсинкам и т.п. Упругая деформация ворсинок превратится в тепло; войлок, пенополиэтилен и т. п. «хорошо поглощают звук».

При падении звуковой волны или фононов на массивную преграду закон сохранения импульса запрещает заметную передачу энергии преграде; звук отражается, почти полностью сохраняя свою энергию. Это обстоятельство:

- помогает созданию концертных залов и больших учебных аудиторий; в них звуковая волна суммируется 10 – 30 раз;

- создает повышенное шумовое загрязнение в современных мегаполисах: например, проспекты, состоящие из высоких зданий, многократно усиливают шум транспорта;

- служит основой проектирования кожухов и т. п., «герметизирующих» шумы в источнике.

6. Особенности расчета отражения и поглощения шума в лабораторной работе.

В лабораторной работе в качестве преграды используется пластина из алюминия; для расчета ослабления шума можно использовать полуэмпирическую формулу:

(3)

здесь γ –плотность; (γ = 2,7×10 ³ кг/м³);

- h – толщина преграды, м;

- S - единичная площадь; S = 1 м²

- f – частота, Гц.

Формула учитывает передачу энергии преграде фононами; она называется «формулой масс» - эффективность отражения энергии пропорциональна «погонной массе»

γ× h, кг/м² и частоте звука.

Для расчета звукопоглощения можно использовать формулы:

(4)

где: α₁– коэффициент звукопоглощения необлицованных стен;

S₁ – площадь необлицованных стен; S₁= 0,3 м²;

α₂ - коэффициент звукопоглощения стен с облицовкой;

S₂ - площадь стен с облицовкой; S₂= 0,6 м².

Расчет произвести для одной частоты; значения коэффициентов взять в соответствии с таблицей 4:

Таблица 4

Номер бригады	1	2	3	4	5
Номер варианта	1	2	3	4	5
α1	0,05	0,10	0,15	0,075	0,12
α2	0,50	0,65	0,7	0,75	5

Предполагается, что расчет ведется для частоты 1000 Гц.