10.1. Поняття про звук, шум м

Шум – це будь-який небажаний звук, якій наносить шкоду здоров’ю людини, знижує його працездатність, заважає відпочинку а також може сприяти отриманню травми в наслідок зниження сприйняття попереджувальних сигналів. З фізичної точки зору – це хвильові коливання пружного середовища, що поширюються з певною швидкістю в газоподібній, рідкій або твердій фазі.

Звукові хвилі виникають при порушенні стаціонарного стану середовища в наслідок впливу на них сили збудження и поширюючись у ньому утворюють звукове поле. Джерелами цих порушень є механічні коливання конструкцій або їх частин, нестаціонарні явища в газоподібних або рідких середовищах.

Звук виникає в результаті зміни тиску у повітрі. Людське вухо перетворює ці зміни тиску в електричні сигнали, які потім сприймаються мозком як звук. Зміни тиску в повітрі незначні. Для сприйняття нормальної людської мови досить зміни тиску на 0,07 Па.

По характеру порушення фізіологічних функцій шум поділяється:

- на шум що заважає, який шкодить мовному зв'язку;

- дратуючий – викликає нервову напругу і в результаті цього зниження працездатності, загальна перевтома;

- шкідливий – викликає порушення фізіологічних функцій на тривалий період і розвиток хронічних захворювань;

- що травмує – різко порушує фізіологічні функції організму людини.

Шум як фізичне явище – це коливання пружних середовищ (твердих, рідких, газоподібних). Як фізіологічне явище звук визначається відчуттям, яке сприймається органом слуху при дії звукових хвиль в діапазоні частот 16 – 20000 Гц (звуковий діапазон). Коливання нижче 16 Гц – це інфразвук, вище 20000 Гц – ультразвук.

Загалом шум – це безладне поєднання звуків різної частоти та інтенсивності.

10.2. Параметри звуку.

Як міра інтенсивності звукової хвилі в певній точці простору зазвичай використовують величину звукового тиску. Звуковий тиск – це тиск повітря в результаті коливань джерела звуку.

Основними характеристиками таких коливань служить амплітуда звукового тиску (р, Па), частота (f, Гц). Звуковий тиск – це різниця між миттєвим значенням повного тиску у середовищі при наявності звуку та середнім тиском в цьому середовищі при відсутності звуку. Поширення звукового полю супроводжується переносом енергії, яка може бути визначена інтенсивністю звуку J(Вт/м²). Область середовища, в якому розповсюджуються звукові хвилі називається звуковим полем. У вільному звуковому полі інтенсивність звуку і звуковий тиск зв’язують між собою співвідношенням

І = P²/ρ·C, (10.1)

де І – інтенсивність звуку, Вт/м²;

P – звуковий тиск, Па;

ρ – щільність середовища, кг/м³;

С – швидкість звукової хвилі в даному середовищі, м/с.

Частота коливань – число коливань за одну секунду. Одне коливання в секунду – 1 Гц.

Інтенсивність звуку – середній потік звукової енергії в одиницю часу, що проходить через одиницю поверхні, перпендикулярної поширенню звукової хвилі, Вт/м².

Щільність звукової енергії – усереднена за часом сума потенційної і кінетичної енергії хвилі в даній точці середовища, Дж/м³.

Звукова потужність – загальна звукова енергія, що випромінюється джерелом в одиницю часу, Вт.

Фактор спрямованості – відношення інтенсивності звукової енергії в даній точці сфери до середньої інтенсивності (коефіцієнт).

Мінімальний звуковий тиск Р_о = 2×10^-5 Па і мінімальна інтенсивність І_о = 10^-12 Вт/м², ледве помітні органом слуху людини, називають пороговим. Звуковий тиск на межі больового відчуття Р_б = 2×10² Па, а по інтенсивності воно рівне І_б =10⁴ Вт/м².

Таким чином, людина здатна сприймати звуки у великому діапазоні, тому користуватися абсолютними значеннями інтенсивності звуку і звукового тиску украй незручно. Тому в акустиці прийнято оперувати не абсолютними значеннями інтенсивності звуку або тиску, а їх відносними логарифмічними рівнями, взятими по відношенню до їх порігових значень.

Якщо інтенсивність звуку І більше початковою в 10 разів, тобто І/І_о = 10, то прийнято вважати, що інтенсивність звуку І перевищує початкову на 1 Б (Бел), при І/І_о = 100 - перевищує на 2 Б і так далі. В зв’язку з тим, що слухове сприйняття пропорційне логарифму кількості звукової енергії були використані логарифмічні значення – рівні звукової інтенсивності (L_i) та рівні звукового тиску (L_p). Тобто Бел це десятинний логарифм відношення інтенсивності звуку І до порогової інтенсивності І_о. Проте орган слуху людини здатний розрізняти приріст звуку на 0,1 Б, тобто на 1 дБ (децибел), який і прийнятий в практиці акустичних вимірів як основна одиниця.

Рівень інтенсивності звука виражається формулою:

L_i = 101g I/I_o, дБ, (10.2)

Враховуючи залежність між інтенсивністю звуку та її тиском (10.1)

L_р = 201g Р/Р_о, дБ, (10.3)