13. Общая характеристика механических колебаний

Механические колебания – это колебания частиц упругой среды, которые волнообразно распространяются в этой среде.

В зависимости от вида среды и частоты различают:

- в воздушной среде: инфразвук, звук, ультразвук;

- в водной среде: подводный звук;

- в твердых телах: вибрация звуковая, низко- и высокочастотная вибрация.

Звуковые колебания

Инфразвук Слышимый звук Ультразвук

20 Гц 20 000 Гц f

Вибрация

Низкочастотная Звуковая Высокочастотная

2 Гц 63 Гц 8 000 Гц f

Шум. Основные понятия.

Звук или тон – это акустическое гармоничное колебание с определенной частотой.

Шум – это комплекс звуков различных частот.

Физические характеристики звука:

- частота колебаний f, Гц;

- звуковое давление p, Па;

- интенсивность звука J, Вт/м²

Звуковое давление – разность полного давления в волне и атмосферного давления.

Интенсивность звука – это энергетическая характеристика, поток звуковой энергии проходящей в единицу времени через единицу площади.

J = P/S, Вт/м²

Уровень интенсивности звука L численно равен уровню звукового давления (УЗД). По закону Вебера – Фехтнера он равен

где J₀ – интенсивность звука на пороге слышимости, равна 10^-12 Вт/м²;

p₀ – звуковое давление на пороге слышимости, равно 2*10^-5 Па

Шум как сложное колебание характеризуется спектром, т.е. зависимостью УЗД от частоты.

Частотный спектр делится на полосы, которые определяются средней частотой. В практике наиболее часто применяют октавные полосы.

Октава это диапазон частот в котором отношение максимальной частоты к минимальной равно двум.

Шум делят

По характеру спектра на:

- широкополосной ( с непрерывным спектром);

- тональный ( имеющий дискретные тона).

По временной характеристики на:

- постоянный ( шум, уровень которого изменяется во времени не более чем на 5 дБ;

- непостоянный ( колеблющийся, прерывистый и импульсный)

Сложение уровней шума

Уровни интенсивности шума являются логарифмическими величинами, поэтому они складываются логарифмически, а не алгебраически.

Дано: L₁ и L₂ . Определить L_сум.

L_сум = L_наиб. + ΔL

где L_наиб. – наибольший уровень шума из L₁ и L₂

ΔL – добавка, определяемая в зависимости от разности суммируемых уровней шума ( L₁ и L₂ ).

ΔL Следствия:

3 1. Если L₁=L₂, то ΔL= 3.

2 2. Если L₁- L₂> 10, то ΔL=0

1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 L₁ –L₂

Распространение шума

• Распространение шума в открытом пространстве.

Источник шума Расчетная точка

r_i

В принципе любой источник шума можно считать точечным на расстояниях, превышающих его двукратный наибольший размер.

Уровень интенсивности шума в любой точке открытого пространства L_i

где L_p – уровень интенсивности шума источника шума, дБ,

β – коэффициент затухания звука в атмосфере, 1/км. При значительных r_i коэффициент β равен 0.

2. Распространение шума в замкнутом пространстве.

Источник шума Расчетная точка

r_i

Интенсивность шума в любой точке замкнутого помещения J_i складывается из интенсивности прямого шума J_пр. и интенсивности многократно отраженного от стен диффузионного шума J_отр..

J_i = J_пр.+ J_отр.

Уровень интенсивности шума в любой точке замкнутого помещения L_i.

Величина Q называется акустической постоянной помещения. Она характеризует способность помещения (его ограждений) поглощать звуковую энергию и зависит от среднего коэффициента звукопоглощения α_ср. и полной площади ограждений S_п.

График изменения уровней интенсивностей шума в замкнутом помещении

ΔL

_{Зона прямой волны Зона отраженной волны}

ΔL_п = ΔL_пр. + ΔL_отр.

Анализ графика позволяет сделать важные практические выводы.

В реальных условиях коэффициент α_ср. лежит в пределах 0 -1, поэтому звуковое поле в замкнутом помещении определяется суммой прямого и отраженного шума.

Данные анализа графика позволяют выбирать необходимые средства для уменьшения уровней шума для различных зон помещения.