Тема 7.4. Шум, ультразвук та інфразвук

50. Параметри звукового поля: звуковий тиск, інтенсивність, частота, коливальна швидкість та звукова потужність джерела звуку

Виробниче середовище нерідко наповнене різноманітними за силою і частотою звуками.

Впорядковані звукові сигнали найчастіше застосовують для зосередження уваги працівника (попереджувальні сигнали і сигнали небезпеки) для інформування працівника, який знаходиться в умовах недостатньої видимості об'єкта управління

Невпорядковані звуки сприймаються як шум. Тому шум часто називають несприятливим звуком.

Звук - це слухове відчуття, що викликається механічними коливаннями. Звук, як фізичне явище, являє собою коливання частинок пружного середовища (газу, рідини , твердого тіла), які поширюються в ньому у вигляді хвиль.

Звук, що поширюється у повітряному середовищі, називається повітряним звуком, а в твердих тілах - структурним звуком.

Простір, в якому поширюються звукові хвилі, називається звуковим полем. Основними фізичними параметрами звукового поля (звукових хвиль) є : звуковий тиск, інтенсивність, частота, коливальна швидкість та звукова потужність джерела звуку.

Звуковим тиском Р вважають різницю між атмосферним тиском і тиском, що виник в результаті коливань, створених джерелом звуку, в даній точці звукового поля. Звуковий тиск вимірюється в паскалях (Па). Звуковий тиск є мірою оцінки звукової хвилі в певній точці простору. При розповсюдженні звукової хвилі, частинки повітря починають коливатися відносно положення рівноваги. Швидкість з якою коливаються частинки середовища відносно свого положення рівноваги, називається коливною швидкістю V, м/с:

де p – звуковий тиск, Па;

– питомий акустичний опір середовища, Па • с/м.

Коливальна (коливна) швидкість є значно меншою за швидкість розповсюдження звукової хвилі. Швидкість звуку в повітрі дорівнює с = 344м/с.

Частота звуку характеризується числом коливань звукової хвилі за одиницю часу секунду і вимірюється в герцах (І ц).

За частотою звукові акустичні) коливання поділяють на:

• інфразвукові з частотою менше ніж 20 Гц не чутні людиною;

• звукові, які сприймаються органом слуху людини від 20 до 20 000 Гц ;

• ультразвукові - понад 20 000 Гц.

У свою чергу, звуковий діапазон прийнято поділяти на низькочастотний – до 400 Гц, середньостатистичний – 400 – 1000 Гц, високочастотний – понад 1000 Гц.

За еталон прийнято звук з частотою коливань 1000 Гц.

Інтенсивність звуку або сила звуку, визначається кількість енергії, що проходить через одиницю площі, Вт/

Інтенсивність звуку пов’язана зі звуковим тиском:

I = P • V = PI/pc,

де P – звуковий тиск, Па;

p – густина середовища, кг/мі;

с – швидкість звуку (звукової хвилі) всередині, м/с

Мінімальна величина звуковою тиску та інтенсивності , яка ледве відчуваються органом слуху людини, називається порогам чутності або умовнім нулем чутності.

На частоті 1000 Гц мінімальне значення звукового тиску Па, а мінімальна інтенсивність звуку при нормальних атмосферних умовах (такі значення звукового тиску та інтенсивності відповідають звуку, який створює писк комара)

Максимальна сила звуку, яку людина ледве витримує і відчуває, характеризуется порогам відчуття балю (больовим порогом).

Больовий поріг настає при значеннях P = Па або І = 10² .

В акустиці вимірюють не абсолютні значення інтенсивності звуку або звукового тиску, а їх логарифмічні рівні L взяті по відношенню до порогового значення інтенсивності звуку або порогового звукового тиску. Одиницею такої логарифмічної величини є Бел (Б). Одному белу відповідає збільшення інтенсивності на порозі чуткості в 10 разів (при І/І₀ = 10 L = 15; І/І₀ = 100; L = 25 і т. д.) Застосовують 1/10 частку бела – децибел (дБ).

Встановлено що орган слуху людини здатний розрізняти приріст звуку на 0,15 (бел), тобто на 1 дБ (децибел), і тому рівень інтенсивності звуку вимірюється в децибелах L, дБ: L = 10 lg (І/І₀₎,

де І – інтенсивність звуку в даній точці,

І₀ – інтенсивність звуку, що відповідає порогу чуткості, 10

Рівень звукового тиску виражається: L = 20 lg (P/p₀)?

де Р – звуковий тиск в даній точці, Па;

Р₀ – 2 * 10^-5 Па – звуковий тиск на порозі чутності.

Людське вухо реагує не на абсолютну інтенсивність звуку, а на його при ріст, тобто рівень інтенсивності звуку. Увесь діапазон звуків, що чує людина, вкладається в межах від 0 до 140 дБ.

Залежність рівнів звукового тиску або інтенсивності від частоти звуку називають частотним спектром або просто спектром.

Інтенсивність звуку вимірюють як і всій зоні сприйманих частот, так і в октавних смугах частот.

Октава - або октавна смуга частот – це така смуга в якій верхня гранична частота 2 2 рази більша нижньої.