Основные характеристики и единицы измерения

Основными физическими параметрами, характеризующими звук, является звуковое давление Р и интенсивность звука I. Слуховой аппарат человека реагирует на величину, пропорциональную среднему квадрату звукового давления

Т

P² =1/ T ∫ P²(t) dt,

где Р(t) – разность между мгновенными значениями полного давления и средним давлением в среде при отсутствии звукового поля,

T − время усреднения, которое для уха человека равно 30…1000 мс.

При распространении звуковой волны происходит перенос энергии.

Интенсивностью звука называется количество звуковой энергии, переносимое звуковой волной в единицу времени через единицу поверхности.

Звуковое давление измеряется в паскалях (1Па = 1 Н/м²), а интенсивность звука - в Вт/м².

Интенсивность звука связана со звуковым давлением зависимостью

I = P² / (ρ × C),

где ρ − плотность среды, кг/м³;

С − скорость звука, м/с.

Область слышимости звуков ограничивается не только определенными частотами, но и определенными значениями давления и интенсивности звука. Максимальные и минимальные звуковые давления интенсивности, воспринимаемые человеком как звук, называются пороговыми. Минимальные значения (порог слышимости) соответствуют едва ощущаемым звукам и при частоте 1000 Гц равны Р₀ =2 · 10^-5 Па, I₀ =10^-12 Вт/м². Звуки, относящиеся к порогу слышимости, воспринимают только люди с весьма острым слухом, примерно 1% от числа испытуемых. У 50% людей кривая порога слышимости лежит на 15 дБ выше условно принятой кривой.

Максимальные значения (порог болевого ощущения) соответствуют звукам, которые вызывают в органах слуха болевые ощущения и при частоте 1000 Гц равны Р_б = 2·10² Па и I_б=10² Вт/м². Таким образом, величины звукового давления и интенсивность звука, которые различает человек, могут меняться в широком диапазоне: по давлению до 107 раз, по интенсивности до 1014 раз. Естественно, что оперировать такими цифрами неудобно. Кроме того, по закону Вебера-Фехнера раздражающее действие шума на человека пропорционально не квадрату звукового давления, а логарифму от него.

Поэтому были введены логарифмические величины — уровни звукового давления и интенсивности, измеряемые в децибелах (дБ):

L = 10 lg I/ I₀ =10 lg P²/ P₀² = 20 lg P/ P₀, дБ,

где I₀ и Р₀ - интенсивность звука и звуковое давление, соответствующие порогу слышимости на частоте 1000 Гц.

Слуховой аппарат человека обладает неодинаковой чувствительностью к звукам различной частоты: наибольшей чувствительностью на средних и высоких частотах (800…4000 Гц) и наименьшей – на низких (20…100 Гц). Одинаковые по интенсивности, но разные по частоте звуки воспринимаются как звуки разной громкости. Поэтому для физиологической оценки шума используются кривые равной громкости, позволяющие судить о том, какой звук субъективно сильнее или слабее, и вводится понятие уровня громкости звука, единицей измерения которого является фон. На частоте 1000 Гц уровни громкости приняты равными уровням звукового давления, следовательно, 1 фон – уровень громкости звука, для которого уровень звукового давления равногромкого звука на этой частоте равен 1 дБ.

При измерении шума для того, чтобы приблизить результаты объективных измерений к субъективному восприятию, используют корректированный уровень звукового давления (уровень интенсивности). Коррекция заключается в том, что вводятся зависящие от частоты звука поправки к уровню соответствующей величины (путем коррекции частотной характеристики шумомера). Эти поправки стандартизованы в международном масштабе.

Наиболее употребительна коррекция А. Корректированный уровень звукового давления

L_A = L − ΔL_A

называется уровнем звука и измеряется в дБА.

Стандартное значение коррекции приведено ниже:

Постоянный шум может быть разложен на тональне (гармонические, синусоидальные) составляющие с указаним интенсивности и частоты каждого тона (разложение в ряд Фурье).

Зависимость уровня тональных составляющих от частоты называется частотным спектром шума. Всякий производственный шум имеет свой характерный для него спектр. Изучение спектра шума позволяет обнаружить неисправности в работе машин, выделить доминирующие источники шума, производить рациональный выбор средств защиты от шума (эффективность работы различных средств зависит от спектрального состава шума).

Спектры получают используя анализаторы шума – набор полосовых электрических фильтров. Для анализа и нормирования шума наибольшее распространение получили фильтры с постоянной относительной полосой пропускания, в частности, октавные полосовые фильтры, в которых верхняя граничная частота в два раза больше нижней f_в/ f_н = 2.

Любой источник шума (машина) описывается рядом шумових характеристик, установлены методы их определения [1].

При проектировании новых предприятий и цехов нужно знать ожидаемые уровни шума в расчетных точках (на рабочих местах). Определение уровня звукового давления в расчетной точке по шумовым характеристикам источника шума и необходимого его снижения являються задачами аккустического расчета [1,2].

Классификация шума

Согласно ГОСТ 12.1.003-83. ССБТ. «Шум. Общие требования безопасности» шум классифицируется по его спектральным и временным характеристикам [3].

По характеру спектра шум подразделяется на:

• широкополосный с непрерывным спектром шириной более одной октавы;

• тональный, в спектре которого имеются выраженные дискретные тона. Тональный характер шума, для практических целей, устанавливают измерением в третьоктавных полосах частот по превышению уровня звукового давления в одной полосе над соседними не менее, чем на 10 дБ. Например, шум дисковой пилы является тональным, а реактивного двигателя – широкополосным.

По временным характеристикам шум подразделяется на:

• постоянный, уровень звука которого за 8-часовой рабочий день изменяется во времени не более чем на 5 дБА;

• непостоянный, уровень звука которого за 8-часовой рабочий день изменяется во времени более чем на 5 дБА.

В свою очередь непостоянный шум подразделяется на:

• колеблющийся во времени, уровень звука которого непрерывно изменяется во времени;

• прерывистый, уровень звука которого ступенчато изменяется (на 5 дБА и более), причем длительность интервалов, в течение которых уровень остается постоянным, составляет 1 с и более;

• импульсный, состоящий из одного или нескольких звукових сигналов, каждый длительностью менее 1 с.