7.Акустические колебания

7.1. Физические характеристики шума

При нормальных атмосферных условиях (температура воздуха t = 20^о С и атмосферное давление Р = 1013 ГПа) скорость звука в воздухе составляет 344 м/с.

Длина волны , м связана с частотой колебаний f, Гц и скоростью звука следующей зависимостью:

В каждой точке звукового поля скорость движения воздуха и давление изменяются во времени. Разность между полным мгновенным давлением и средним, которое наблюдается в невозмущенной среде, называется звуковым давлением.

Самое слабое (пороговое) звуковое давление, воспринимаемое человеком с нормальным слухом на частоте 1000 Гц составляет р₀ = 2·10^-5 Па, самое высокое, не вызывающее болевых ощущений – р_max = 2·10² Па. С учетом большого диапазона значений и особенностями слухового восприятия человека физиологическое действие шума удобнее оценивать в относительных логарифмических величинах – децибелах.

Тогда уровень звукового давления L, дБ составит:

где р₀ – пороговое звуковое давление, Па.

Определенное значение уровня звукового давления (УЗД) соответствует значению определенной частоты, то есть шум разлагается на спектральные составляющие. Для получения спектра шума звуковой частотный диапазон делят на интервалы: октавные полосы (октавы) со среднегеометрическими частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц. Октава – это частотный диапазон, в котором верхняя граничная частота в два раза больше нижней граничной частоты.

Зависимость уровня звукового давления от частоты и называется спектром шума. График спектра шума изображается в логарифмическом масштабе, то есть по оси Х среднегеометрические частоты октавных полос откладываются через равные интервалы.

Уровень звука (УЗ) соответствует слуховому восприятию человека и используется для ориентировочной оценки шумового воздействия. Значение УЗ в дБА получают с помощью приборов для измерения шума (шумомеров, анализаторов спектра), имеющих частотную характеристику А или логарифмическим суммированием спектральных составляющих с учетом коррекции А:

где n – число октав.

Интенсивность звука – это энергия, переносимая звуковой волной в единицу времени, отнесенная к единице поверхности, расположенной перпендикулярно к направлению распространения волны.

Для волны, распространяющейся в свободном звуковом поле (поле, свободном от отражения) справедливо выражение:

,

где p – среднеквадратичное значение звукового давления, Па;

 – плотность среды, кг/м³;

с – скорость звука в среде, м/с (для воздуха при температуре 20⁰С с = 344м/с.)

Уровень интенсивности (громкость) звука L_i, дБ:

где I₀ = 10^-12 Вт/м² – пороговое значение интенсивности, соответствующее интенсивности едва слышимого звука на среднегеометрической частоте f = 1000 Гц.

Звуковая мощность источника W в ваттах – это общее количество звуковой энергии, излучаемой источником шума в окружающем пространстве за единицу времени:

где I_n – нормальная к поверхности составляющая интенсивности, Вт/м²;

S – площадь воображаемой замкнутой поверхности, окружающей источник шума, м².

Уровень звуковой мощности источника L_W, дБ определяется по формуле:

где W – звуковая мощность источника, Вт;

W₀ – пороговая величина звуковой мощности, W₀ = 10^-12 Вт.

Значения звуковой мощности указываются в техпаспорте оборудования для прогнозирования уровней шума в помещении на стадии проектирования техпроцессов