1.2 Основные характеристики шума

Основные физические характеристики шума – частота колебаний и их интенсивность. Они влияют на слуховое восприятие людей.

Частота колебаний – это число полных колебаний (периодов) за одну секунду. Эту единицу называют герцем (Гц). Чем больше частота колебаний, тем более высокий звук мы слышим, то есть звук имеет более высокий тон.

Вторая основная характеристика – амплитуда колебаний. Это наибольшее отклонение от положения равновесия при гармонических колебаниях. Амплитуда колебаний отражает интенсивность (силу) звука, то есть поток энергии, приходящийся на единичную площадку, в том числе на ухо человека. В системе СИ интенсивность звука измеряют в Вт/м².

При попытке записать в этих единицах интенсивность обычных шумов сразу же возникают трудности, так как интенсивность наиболее тихого звука, доступного восприятию человека с самым острым слухом, равна приблизительно I₀ = 10^-12 Вт/м² – стандартный порог слышимости человеческого уха. А шум реактивного самолета, пролетающего на расстоянии 50 м, имеет интенсивность 10 Вт/м². А на расстоянии 100 м от места пуска ракеты «Сатурн», интенсивность звука превышает 1000 Вт/м².

Очевидно, что оперировать числами, выражающими интенсивности звука, лежащие в столь широком диапазоне, очень трудно.

Наиболее удобный способ определения интенсивности звука – это представить их в виде отношений, приняв за эталонную интенсивность величину I₀ = 10^-12 Вт/м². При этом будем отмечать, сколько раз нужно умножить эталонную интенсивность на 10 для того, чтобы, чтобы получить заданную интенсивность звука. Например, шум реактивного самолета в 10¹³ раз превышает эталон, то есть этот эталон надо 13 раз умножить на 10.

Такой способ выражения позволяет значительно уменьшить значение чисел, выражающих гигантский диапазон звуковых интенсивностей; если мы обозначим однократное увеличение в 10 раз как бел, то получим «единицу» для выражения отношений.

Так, шум реактивного самолета по уровню звука соответствует 13Б. Бел оказывается слишком большой величиной. Гораздо удобнее пользоваться более мелкими единицами, десятыми долями бела, которые называют децибелами.

Все отношения, выраженные в единицах «десятикратных увеличений» давно вычислены – это десятичные логарифмы.

На основе определения децибела (дБ), можно определить уровень интенсивности в дБ по формуле:

L_p = 10·lg I ∕I₀,

L_p – уровень интенсивности,

I – измеренная интенсивность,

I0 – порог слышимости человеческого уха.

1.3 Измерение шума

Уровень интенсивности шума определяется специальным устройством – измерителем уровня звука – шумомером, который в общих чертах имитирует устройство человеческого уха. Прибор определяет звук по вибрации мембраны его микрофона под воздействием звуковых волн так же, как это происходит с барабанной перепонкой в ухе. Поскольку звук распространяется как волна, представляющая собой периодическое сжатие и разряжение воздуха (или другой упругой среды, которая встречается на пути), это вызывает соответствующие изменения давления воздуха вблизи мембраны. В результате возникает вибрация самой мембраны, трансформирующая в колебания электрического тока в приборе. Сила этих колебаний регистрируется прибором в децибелах.

Современные шумомеры содержат три корректирующих контура, состоящих из отдельных цепочек, подключая которые можно снизить чувствительность шумомера к низкочастотным и очень высокочастотным звукам и тем самым приблизить частотные характеристики прибора к свойствам человеческого уха.

Обычно шумомер содержит три корректирующих контура А, В, С.

Измерение шума осуществляется двумя методами:

- по предельному спектру шума (в основном, для постоянных шумов в стандартных октавных полосах со среднегеометрическими частотами – 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 8000 Гц);

- по уровню звука в децибелах (дБА), измеренного при включении корректировочной частотной характеристики «А», (для приблизительной оценки шума – средне-чувствительного слуха человека).

В настоящее время почти повсеместно величину интенсивности шума принимают равным уровню, измеренному в дБ при помощи шумомера с коррекцией А, и выражают его в единицах дБА.

С использованием шумомера определяют эквивалентный или максимальный уровень звука. Эквивалентный (по энергии) уровень звука: уровень звука постоянного шума, который имеет то же самое среднеквадратическое значение звукового давления, что и исследуемый непостоянный шум в течение определенного интервала времени в дБА.

Максимальный уровень звука: уровень звука непостоянного шума, соответствующий максимальному показанию измерительного, прямо-показывающего прибора (шумомера) при визуальном отсчете, или уровень звука, превышаемый в течение 1 % длительности измерительного интервала при регистрации шума автоматическим оценивающим устройством (статистическим анализатором).