2. Акустические колебания.

Хаотическое сочетание звуков, различных по частоте и силе, возникающих в результа­те колебаний упругой среды (воздуха) и не несущие информации, называется шумом. Звуковые волны на своем пути могут встречать различного рода преграды (экраны, проемы, щели и др.). Если размеры пре­пятствия меньше длины волны, то волна огибает их у краев. Эта особенность распростране­ния акустических волн называется ДИФРАКЦИЕЙ. Если препятствие больше длины волны, то звуковые волны непосредственно за препятствие не проникают, образуя зону тишины. Этим обстоятельством пользуются на практике для защиты от средне- и высокочастотных шумов, устанавливая экраны и другие устройства между источником шума и рабочим ме­стом.

Рис.3 1-экран, 2-источник, 3-зона тишины.

На низких частотах эти устройства малоэффективны, т.к. вследствие дифракции звуковые волны легко достигают рабочего места (размеры экранов меньше длины волны).

В результате колебаний источника звука (например, любой детали, пластины, рамы станка и т.п.) возникает звуковое давление, которое является переменной составляющей давления воздуха.

В любой звуковой волне всегда есть зоны повышенного и пониженного давления (см. рис.4)

Рис. 4. Распределение давления в средах при волновом возмущении

(-длина звуковой волны, Р -перепад давления).

Расстояние между соседними областями повышенного или пониженного давления называется длиной звуковой волны ().

Из рисунка видно, что чем больше амплитуда колебаний источника звука, тем больше перепад звукового давления ( Р) и тем сильнее действует на человека звук.

Из опытных данных известно, что скорость распространения звука тем больше, чем меньше упругость cреды.

Например, скорость звука составляет:

- в воздухе при t = 20°С с = 340 м/с.,

- в воде с =1500 м/с.,

- в стали с = 5000 м/с.,

- в резиновом стержне с = 40 -150 м/с.,

- в тканях человека с = 1500 м/с.

Скорость звука (с) связана с длиной волны () и частотой колебаний (f) следующим ра­венством: с = *f (4)

Из формулы (4) вытекает , что чем выше частота колебаний (f), тем меньше длина звуковой волны () и наоборот.

Так, например, при частоте 50 Гц длина звуковой волны составляет 680 см, а при час­тоте 10.000 Гц-3, 4 мм.

Скорость движения материальных частиц V (см/с) относительно положения равновесия зависит от акустического давления Р и акустического сопротивления среды:

V = Р/(* с) (5)

где: -плотность среды, г/см,

с - скорость звуковой волны, м/с,

Р - звуковое давление, Н/м.

Произведение (* с) называют акустическим (или волновым) сопротивлением среды. Размерность [ Н.сек/м³] или [ г/см² .сек].

Величина (* с) играет важную роль при расчетах звукоизоляции и звукопоглощения. Значения (* с) для некоторых сред:

- воздух 41 г/см ²сек,

- вода 145 г/см ²сек,

- резина 3700 г/см ²сек,

- дерево 150000 г/см ²сек,

- бетон 800000 г/см ²сек,

- сталь 3900000 г/см ²сек.

Не следует путать понятия скорость колебания частицы относительно своего среднего положения равновесия V, определяемую частотой и амплитудой колебаний источника воз­буждения и скорость распространения акустической (звуковой) волны - С. Это разные вещи.