3.2.2 Физические характеристики шума. Особенности его восприятия

Процесс распространения колебательного движения от источника шума в среду называется звуковой волной, а область среды, в которой она распространяется - звуковым полем.

Звук в воздушной среде распространяется в виде продольных волн, в которых частицы воздуха (молекулы) колеблются в направлении распространения звуковой волны.

Длина волны - это расстояние, которое проходит звуковая волна в течение периода колебаний (расстояние между двумя соседними слоями воздуха, которые имеют одинаковое звуковое давление, измеренное одновременно).

В изотропной среде длина волны прямо пропорциональна скорости распространения волн С (для воздуха С₀ = 340 м/с при t = 20 ⁰ С) и обратно пропорциональна частоте колебаний f, Гц.

, (1)

где С - скорость распространения звуковой волны, м/с; f – частота колебаний, Гц.

Шум характеризуется следующими основными параметрами:

• частотой звуковых колебаний f, Гц;

• звуковым давлением Р, Н/м²;

• интенсивностью звука І, Вт/м²;

• уровнем звука (уровнем интенсивности) , дБ;

• уровнем звукового давления , дБ.

Звуковое давление Р - это переменная составляющая атмосферного давления, возникающая при прохождении звуковой волны.

Интенсивность звука I - это энергия, которая переносится звуковой волной за единицу времени через единичную поверхность, перпендикулярную направлению распространения звуковой волны

, Вт/м, (2)

где P - звуковое давление, Н/м,-плотность воздуха, кг/м.

В диапазоне от порога слышимости до болевого порога (130 дБ) уровень звука увеличивается в миллионы раз. На частоте 1000 Гц порог слышимости по интенсивности составляет J₀ = 10^-12 Вт/м², а соответствующее ему звуковое давление Р₀ = 2·10^-5 Н/м².

Учитывая то, что зависимость слухового восприятия звука от его интенсивности имеет логарифмический характер (закон Вебера-Фехнера), а также с целью упрощения математических вычислений, на практике пользуются уровнями интенсивности и звукового давления. Эти величины измеряются с помощью логарифмических шкал.

Уровень звука (уровень интенсивности), дБ,

, (3)

где I₀ = 10^-12 Вт/м².

Уровень звукового давления, дБ

, (4)

где Р₀ = 2·10^-5 Н/м².

Особенностями восприятия шума являются:

• логарифмическая зависимость восприятия от интенсивности (см.

закон Вебера-Фехнера; рассмотрено выше);

• нелинейность восприятия от частоты;

• эффект звукомаскировки;

• бинауральный эффект.

Нелинейность восприятия от частоты проявляется в том, что низкочастотные и высокочастотные звуки человек слышит хуже, чем среднечастотные. Если в ходе эксперимента мы будем добиваться того, чтобы ощущать звуки разных частот с одинаковой громкостью, нам придется ввести частотную коррекцию. Низкие и высокие частоты должны звучать громче средних. На рис. 2 показаны кривые равной громкости. Эта особенность лежит в основе нормирования шума (будет рассмотрена ниже) и устройства измерительных приборов (шумомеров).

Эффект звукомаскировки заключается в том, что с увеличением уровня шума теряется способность различать полезный сигнал (возрастает порог слышимости полезного сигнала). Для его распознавания требуются дополнительные усилия, приводящие к перенапряжению. К тому же теряется способность распознавать и реально оценивать опасности.

Бинауральный эффект заключается в способности определять направление прихода звуковых волн, благодаря слушанию двумя ушами. Он аналогичен стереоскопическому эффекту зрения. Благодаря бинауральному эффекту человек может определять расположение и направление движения источников опасности. Это особенно важно в тех случаях, когда они не видны глазами (находятся сзади или в темноте, скрыты за другими предметами).