Акустические величины

Раздел 2

(2.35)

где /_; — нижняя предельная частота, Гц; / — верхняя предельная частота, Гц.

Слышимые звуки ограничиваются определенной частотой звука. Человек слышит звуки в частотном диапазоне 16—20 000 Гц. Звуки с частотой 30—300 Гц считаются низкими, с частотой 300—800 Гц средними, с частотой более 800 Гц — высокими.

Кроме скорости звука С, различают скорость колебательного движения частиц в звуковой волне, которая зависит от амплитуды колебаний (тоесть от звукового давления Р) и частоты

^v-, м/с. рС

Величина рС называется удельным акустическим сопротивлением среды, через которую, распространяется звук. Для воздуха при нормальном давлении (барометрическое давление 760 мм, t - 20 °С, плотность p= 0,001205 г/см³, С = 344 м/с, рС = 41г/см²с).

Удельное сопротивление имеет важный смысл при рассмотрении проблем отражения и поглощения звуков.

Звук, который распространяется в воздушной среде, называется воздушным звуком, в твердых телах — структурным. Часть воздуха, охваченная колебательным процессом, называется звуковым полем. Свободным называется звуковое поле, в котором звуковые волны распространяются свободно, без препятствий (открытое пространство, акустические условия в специальной заглушённой камере, облицованной звукопоглощающим материалом).

Диффузным называется звуковое поле, в котором звуковые волны поступают в каждую точку пространства с одинаковой вероятностью со всех сторон (встречается в помещениях, внутренние поверхности которых имеют высокие коэффициенты отражения звука).

В реальных условиях (помещение или территория предприятия) структура звукового поля может быть качественно близкой (или промежуточной) к предельным значениям свободного или диффузного звукового поля.

Воздушный звук распространяется в виде продольных волн, тоесть волн, в которых колебания частичек воздуха совпадают с направлением движения звуковой волны. Наиболее распространена форма продольных

звуковых колебаний — сферическая волна. Ее излучает равномерно во все стороны источник звука, размеры которого малы по сравнению с длиной волны.

Структурный звук распространяется в виде продольных и попе­речных волн. Поперечные волны отличаются от продольных тем, что колебания в них происходят в направлении, перпендикулярном направлению распространения волны. Движение звуковой волны в воздухе сопровождается периодическим повышением и понижением давления. Давление, которое превышает атмосферное, называется акустическим, или звуковым давлением. Чем большее звуковое давление, тем громче звук.

Мерой интенсивности звуковых волн в любой точке пространства является величина звукового давления — избыточное давление в данной точке среды по сравнению с давлением при отсутствии звукового поля. Единица измерения звукового давления р, Н/м²; 1 Н/м²^ 1 Па (Паскаль). Существуют нижняя и верхняя границы слышимости. Нижняя граница слышимости называется порогом слышимости, верхняя — болевым порогом. Порогом слышимости называется наименьшее изменение звукового давления, которое мы ощущаем. При частоте 1000 Гц (на этой частоте ухо имеет наибольшую чувствительность) порог слышимости составляет Р_о=2-10~⁵ Н/м². Порог слышимости воспринимает приблизительно 1% людей.

Болевой порог — это максимальное звуковое давление, которое воспринимается ухом как звук. Давление свыше болевого порога может вызывать повреждение органов слуха. При частоте 1000 Гц в качестве болевого порога принято звуковое давление Р = 20 Н/м². Отношение звуковых давлений при болевом пороге и пороге слышимости составляет 10⁶. Это диапазон звукового давления, который воспринимается ухом.

Для более полной характеристики источников шума введено понятие звуковой энергии, которая излучается источниками шума в окружающую среду за единицу времени.

Величина потока звуковой энергии, которая проходит в течение 1 с через площадь 1 м² перпендикулярно к направлению распространения звуковой волны, является мерой интенсивности звука или силы звука. Сила звука выражается зависимостью

/= —, Вт/м². рС

158

ФИЗИОЛОГИЯ, ГИГИЕНА ТРУДА И ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ САНИТАРИЯ

При пороговом значении звукового давления P₀=2-\0~^s Н/м²

пороговое значение силы звука /_(| = Ю'¹² Вт/м².

Силой звука характеризуется громкость. Чем больше поток энергии, который излучается источником звука, тем выше громкость. Звуковая мощность источника

W=I-S, (2.38)

где S — площадь.

При излучении в сферу радиусом г — S = 4жг\ а в полусферу — S = 2жг\

Если источник звука находится у стены, излучение происходит в четверть сферы.

При большом числе источников звука их звуковая мощность равная сумме мощностей отдельных источников

W =IV, +W₂ +... + W„, Вт. (2.39)

В связи с тем, что между слуховым восприятием и раздражением

существует приблизительно логарифмическая зависимость, для измерения звукового давления, силы звука и звуковой мощности принята логарифмическая шкала. Это позволяет большой диапазон значений (по звуковому давлению — Ю⁶, по силе звука — 10¹²) вложить в сравнительно небольшой интервал логарифмических единиц. В логарифмической шкале каждая следующая степень этой шкалы больше предыдущей в 10 раз. Это условно считается единицей измерения 1 Бел (Б). В акустике используется более мелкая единица децибел (дБ), равная 0,1 Б.

Величина, выраженная в белах или децибелах, называется уровнем этой величины. Если сила одного звука больше другого в 100 раз, то равные силы звука отличаются на lglOO=2 Б, или 20 дБ.

Уровень силы звука в белах и децибелах выражается формулами:

^L = 'g-,B (2.40)

/

(2.41)

где /„= Ю-¹² Вт/м².

Раздел 2

Если в формулу (2.29) подставить вместо / его значение из формулы (2.36), а вместо !_д — р₀²/ (рС), то получим уровень звукового давления

(2.42)

Существует разграничение областей применения терминов „уровень звука" и „у ровень звукового давления". Для характеристики простых звуков в октавных полосах частот применяется термин "уровень звукового давления"; для характеристики сложных звуков (тоесть не разложенных на октавные полосы) — "уровень звука" в дБА (децибел по шкале А шумомера). Между логарифмическими единицами дБ и соответствующими им звуковыми давлениями в Н/м² существует следующая связь: изменение уровня звукового давления на 10 дБ отвечает изменению звукового давления (которая характеризует громкость) в 3 раза.

Кроме уровня звука и уровня звукового давления существует понятие уровня звуковой мощности

W

(2⁴³>

где W₀=10'¹². Вт — пороговое значение звуковой мощности.

Спектром звуковой мощности (звукового давления) называется совокупность уровней звуковой мощности, измеренных в стандартных полосах частот — октавных, третьоктавных, узкополосных.

Шумовые характеристики источников шума определяются в соответствии с ГОСТ 12.1.003-86. ССБТ „Шум, общие требования безопасности".

Неравномерность излучения шума источника в различных направлениях выражается при помощи фактора направленности:

(2.44)

Р'

где Р — среднеквадратическое значение звукового давления в заданной точке, Н/м²;

Р_гр — среднеквадратическое значение звукового давления в заданной точке при равномерном излучении той же звуковой мощности в сферу, Н/м².

При расположении источника на одной плоскости (на поле, стене, около экрана, который отражает звуковые волны) Ф = 2; рядом с двугранным углом Ф = 4; рядом с трехгранным — Ф = 8.

11 Охр

ФИЗИОЛОГИЯ, ГИГИЕНА ТРУДА И ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ САНИТАРИЯ

Уровень звука L_fi, дБА, измеряется шумомером при включенной коррекции "А" и при выключенных полосовых фильтрах. Коррекция "А" позволяет осуществлять интегральную оценку, приближенную к восприятию шума человеческим ухом.

Эквивалентный уровень (по энергии) звукового давления L_e, дБ, или звука, дБА, позволяет определить средний уровень в течение периода усреднения Т с учетом временного интервала т., с, в течение которого уровень находится в заданных границах:

і,- 101g^ ІѵіО^.дБ, (2.45)

где і — номер интервала уровней (t=1, 2,..., л).